高级电工实验报告

1、 Southwest university of science and technology电路和模拟电子技术实验报告学院名称环境与资源专业名称学生姓名学号指导教师二一四年十二月 目 录 HYPERLINK l _Toc407087421 基础验证性实验3 HYPERLINK l _Toc407087422 常见电子仪器、仪表的使用 HYPERLINK l _Toc407087423 晶体管单管放大电路的测试 HYPERLINK l _Toc407087424 集成运算放大器的线性应用验证 HYPERLINK l _Toc407087425 有源滤波器的验证 HYPERLINK l _Toc

2、407087426 音频功率放大器设计报告 HYPERLINK l _Toc407087427 课程设计任务书第一部分基础验证性实验实验一 常见电子仪器、仪表的使用实验目的认识常见电子、仪器、仪表、工具在本专业中的地位和作用。学会正确使用常见电子仪器及设备。了解常用电子仪器、仪表的主要技术指标。学会附录简介中的仿真软件中的常见电子仪器仪表的使用。预习内容用万用表电压档测试实验平台相关直流输出电压。以测试5v为例。用万用表电阻档测试实验平台的相关电位器参数范围。以测试1k电位器处于30%时为例。双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表的使用。实验设备万用表、DF1641函数信号发生器、VP-5220

3、D 20M示波器、DAM-II数字模拟多功能试验箱、电源、电线。实验原理电子技术基础实验常用仪器、仪表同实验电路的关系框架，如图1.4所示。直流稳压电源双踪示波器函数信号发生器被测实验电路 测量色料仪器仪表图1.4 实验内容与步骤基本要求熟悉实验平台，用实验平台检验专用导线的质量。用万用表电压档测试实验平台相关的直流输出电压。填入表1-1中。 表1-1标称值+5V+9V+12V-12V-5V实测值5.14V8.81V11.91V-11.81V-4.95V误差0.14V0.19V0.09V0.19V0.05V用万用表电阻档位测试实验平台相关的电位器参数范围。填入表1-2中。表1-2电阻当自选档位

4、20K50K20K标称值01K050K010K实测值0.021.1K051.2K011.11K误差0.020.1K01.2K01.11K双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表的使用。三种仪器接通电源。函数发生器的输出选正弦波、频率选1KHz，dB衰减按钮放开。幅度旋钮调至最小。毫伏表测试线短接调零，量程旋钮至最大。示波器CH1/CH2通道控制旋钮正常。先把函数发生器的输出信号幅值调到10Vp-p，然后将函数发生器测试线同示波器相连，分别再读出其各衰减挡的电压值和频率值。在把函数发生器测试线同毫伏表相连，分别在毫伏表上读出其各衰减档的电压值。填入表1-3中。表1-3函数发生器幅度衰减挡档位db0-

5、20-40项目/参数单位幅度频率幅度频率幅度频率函数发生器显示值Vp-p10.00V1KHZ1.OOOV1KHZ100.0mV1KHZ示波器测量值Vp-p10V1KHZ1V1KHZ0.1V1KHZ思考题晶体管毫伏表能否测量直流信号?对非正弦信号的有效值可以直接用晶体管毫伏表测量吗?答：交流表测的是平均值跟据平均值与 HYPERLINK /search?word=%E6%9C%89%E6%95%88%E5%80%BC&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 有效值的比例来显示，其他信号比例变了，计算出比例就行。示波器已能正常显示波时，仅将t/div旋钮从1ms位置旋到

6、10us位置，屏幕上显示的波形周期是增还是减?答：显示周期的数量是减少。举例说明：一个信号的周期是1ms，一般示波器的屏幕横向10格。当一格为1ms时，全屏是10ms，可以显示10个周期。当一格为10us时，全屏是100us，现在连一个周期都显示不了。所以结论是减少。七、实验体会答：通过这次实验，我学会了电子电路实验中常用电子仪器的使用方法，初步掌握了使用双踪示波器观测波形信号和测量波形参数的方法。掌握了几种典型的幅值，有效值和周期的测量。实验二 晶体管单管放大电路的测试一、实验目的（1）学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。（2）学会掌握放大器电压放大倍数的测量方

7、法。（3）进一步掌握输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。二、预习内容（1）根据实验电路和所学过的理论知识预估、仿真了该实验，并将其计算值、仿真值填入表2-1、表2-2中。（2）预测计算时R w=50K。=150.（3）用Multisim10.0的仿真软件对本实验进行了预习仿真如图2.1、图2.2。图2.1 RL=时晶体管单管放大电路的仿真图2.2 RL2.4K=时晶体管单管放大电路的仿真三、实验设备万用表、DF1641函数信号发生器、示波器VP-5220D 20M、DAM-II数字模拟多功能试验箱、负反馈实验板、若干导线。四、实验原理双极型晶体管单管放大器实验电路双极型晶体管单管

8、放大器实验电路如图2.3所示。图2.3双极型晶体管单管放大器实验电路理论公式算法 五、实验内容和步骤照图用专用导线接好电路，实验电路如图所示。静态工作点的测试接通电源，并按实验电路提接好函数发生器和示波器，函数发生器调整为1KHz，4V左右。用实验法调好静态工作点（调节R w使波形上下尽量对称，逐渐加大输入信号的幅值，使波形最大且不失真），使Vi=0，测量并记录下VB,VE,VC,及VRb2+Rw,填入表2-1中。放大倍数测试。在上一步的基础上，用示波器或毫伏表分别测量RL=及RL=2.4K时输入电压Vi和输出电压Vo,并计算电压放大倍数，填入表中。观察工作点对输出波形Vo的影响。保持驶入信号

9、不变，增大和减小R w，观察Vo波形变化，测量并记录表中。表2-1实测测算VB(V)VC(V)VE(V)VRb2+Rw(V)IB(uA)IC(mA)计算值2.258.6161.5519.7501.41仿真值2.6777.5812.038/实测值2.727.572.099.238/表2-2条件仿真实测测算RLVi(mV)Vo(V)Vi(mV)Vo(V)AvRL=4108.23807.620RL=2.4K4104.13803.810 图2.3 RL=的波形图 图2.4RL=2.4K的波形图表2-3Rw1值VB(V)VC(V)VE(V)VCE(V)正常不失真2.6777.5812.0385.543明

10、显看到上半周失真1.7579.4261.1888.238明显看到下半周失真3.9624.9263.3031.623图2.5正常不失真图2.5上半周失真图2.6下半周失真 六、思考题家用电器内的放大电路出现非线性失真的原因是什么？如何消除失真？答：晶体管等特性的非线性；静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大。由于放大期间工作在非线性工作区而产生的非线性失真有4种：饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真。RL对放大电器电压放大倍数有何影响？为什么？答：RL对放大电器电压放大倍数有减小的影响，因为电阻是负载。七、实验体会通过这次实验，我学会了放大电路静态工作点的调试方法，分析了静态工作点对放大器

11、性能的影响。掌握放大器电压放大倍数的测量方法。进一步掌握了输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试。实验三 集成运算放大器的线性应用验证一、实验目的 （1）进一步理解典型集成运放线性运用的原理。 （2）掌握集成运放调零的方法。 （3）掌握用集成运算放大器组成的比例运算、加法等应用电路的参数测量。二、预习内容（1）复习教材中关于集成运放线性运用的相关内容。（2）根据反向比例运算电路如图3.1实验电路和所学过的理论知识预估、仿真该实验表3-1、表3-2的实验结果。图3.1反向比例运算电路仿真三、实验设备万用表、DF1641函数信号发生器、示波器VP-5220D 20M、DAM-II数字模拟多功

12、能试验箱、集成运放实验板、若干导线。四、实验原理1、反相比例运算电路 （1）理论算法公式对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：（2）实验电路图 反相比例运算实验电路图，如图3.3图3.3反相比例运算电路实验内容和步骤1、反相比例运算电路具体步骤（1)计算： 利用理论计算公式分别算出Ui=60mV、0.4V、0.3V、-50mV、-0.6mV时对应的Uo值，并填入表3-1中。2、仿真：利用Multisim软件对实验进行仿真，记录Ui=60mV、0.4V、0.3V、-50mV、-0.6mV时对应的Uo值，并填入表3-1中。3、实验（1）安照图一连接好电路，接通12V电源。（2）输入

13、表3-1直流电压，用万用表直流档测量输出电压Uo，并填入表3-1。表3-1Ui60mV0.5V0.7V-50mV-0.6mV备注Ue136.4V303.5V424.8V-30.3V364.2V通过公式11计算的Av=-10Uo（计算）-600mv-5V-7V500mv6mvAv-10-10-10-10-10Uo(仿真）-600mv-5V-7V500mv6mvUo（实测）-588-4.9-7.05026.0输入f=1000KHz，Ui=0.5V的争先交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察Uo和Uo的相位关系，计入表3-2中。 表3-2（f=1000KHz，Ui=0.5V）项目参数Ui/Uo波形

14、AvUi（V）0.5V测算值计算值Uo（V）-4.95V-9.9-10反相加法器电路具体步骤（1)计算： 利用理论计算公式分别算出Ui1=60mV、0.4V、0.3V，Ui2=60mV、0.4V、0.3V时对应的Uo值，并填入表3-3中。3.实验（1）按照图二连接好电路。（2）输入信号采用直流信号，从简单直流信号源上引入，按表3-3进行设置，用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压Uo，计入表3-3中。表3-3Ui160mV0.4V0.3V备注Ui260mV0.4V0.3VUi1+Ui2120mV0.8V0.6VUo（计算）-1.2V-8V-6V通过公式计算得Av=-10Av-10-1

15、0-10Uo（仿真）-1.23V-8.0V-5.91VUo（实测）-1.23V-7.9V-5.9V六、思考题 实验中测量e1、e2点的电压的意义是什么？答：在理想状态下e1、e2点的电压是相等的，在实际实验中e1、e2两点是不相等的存在一定误差，所以测量这两点的电压值。七、实验体会经过本次试验，复习了教材中关于集成运放线性运用的相关内容，学习了集成运放电路的反相比例运算电路，并且进行了试验和仿真，掌握了集成运放线性运用原理。实验四 有源滤波器的验证实验目的 （1）进一步理解有源滤波器的工作原理。 （2）学习几种有源滤波器的调测方法和步骤。预习内容（1）预习教材中关于二阶有源滤波器的内容。 （2

16、）预测、仿真低通滤波器实验电路如图4.1所示。图4.1低通滤波器实验电路仿真实验设备万用表、DF1641函数信号发生器、示波器VP-5220D 20M、DAM-II数字模拟多功能试验箱、集成运放实验板、若干导线。实验原理 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其他频段信号的电路。1二阶有源低通滤波器(LPF)(1)原理图与实验电路图。二阶有源低通滤波器原理图，如图所示，实验电路图，如图所示。(2)二阶有源低通滤波器理论算法公式通带电压放大倍数=Vo/Vi通带截止频率五、实验内容和步骤 1.基本要求 （1）能对实验所用仪器、仪表及元器件的质量进行检验和判断。 （2）二阶有源低通滤波器调试与测量。

17、2.实验步骤 （1）首先将放大器调零。方法同基础实验部分。 （2）Vi=0.1V，频率按表4-1中的数值改变。找出各个滤波器的截止频率或范围。表4-1f（Hz）102050f120150180200250300350400Vo(V)30.85252.25683.28660143.454155.598154.439155.182151.205141.340130.668119.471六、思考题(1)带通滤波器的范围是不是越小越好？哪些因素决定带通范围？答：带通滤波器范围越小滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦开始出现吉布斯现象，即出现波纹。电阻和电容决定带

18、通范围。(2)有源高通滤波器的频率上限是多少？答：fp=1/(2cr1r2)(3)低通滤波器有没有频率下线?如果有是多少？答：fp=1/（2cr1r2c1c2）(4)有源滤波器同无源滤波器在指标上的最大区别是什么?答：无源滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路，第二部分课程设计实验五 指针式分立器件万用表的设计、仿真、安装、调试一 、常用万用表设计要求1 基本要求用已有的微安表设计一只万用表，功能要求如下：（1）能测量直流电流，档位为2.5A，250mA,25mA

19、,2.5mA,及0.25mA（2）能测量直流电压，档位为2.5v,10v,50v,250v及1000v（3）能测量交流电流，档位为2.5mv和0.25mv（4）能测量交流电压，档位为10v,50v,250v及1000v（5）能测量电阻，10、100、1k、10k（6）能测量三极管的放大倍数2 扩展要求（1）能测量一定范围F电容（2）能测量一定范围mH电感二 万用表功能设计1 认识指针式万用表的表头万用表头是由永久磁铁、圆弧形极掌、圆柱形软铁和动圈绕组组成。动圈绕组处在圆弧形极掌和圆柱形软铁在空气隙中形成的均匀辐射磁场中，这个均匀辐射磁场与通过动圈绕组的电流形成的磁场相互作用，从而产生转动力矩F

20、，使动圈绕组带动指针发生转动。指针式万用表的表头是一支灵敏度较高的磁电式微安表.它的直流灵敏度Ig,一般为几十到几百微安.设计选用的微安表头满偏电流为Ig=83.3微安.当直流电流I流经表头时,产生的电磁力矩Mt=NIBS,此时游丝因扭转而产生反向力矩MT=a,当两力矩平衡时,指针偏角为,则流经电流与偏角之间的关系如下:万用表的表头有一定直流电阻Rg,一般为几百欧至几千欧.为了设计计算及调试方便,因此在表头上串联一个与表头内阻Rg接近相等的可调内阻Ro,使表头支路电阻为(Rg+Ro)调为一个简单整数。比如：目前设计我们选用的表头，Rg（9501050）之间，故Rg选择1000可调电阻，使(Rg

21、+Ro)=1900，称为表头支路电阻。而在仿真软件中，表头的内阻为零，因此我们为之串联一个1.5K欧姆的电阻，同时将表头的满偏电流设为100微安，如下图所示。2 直流电流的测量（1）表头量程扩展电路选择（2）表头扩展量程并联电路的算法。由并联分流公式:根据KVL方案列出的表头扩展量程并联电阻的计算方法如下：Rs(+Ig)Ig =0 则注释：Ig=83.3微安 =100微安对于本实验所选的表头：Rs=83.3x1.9k/(100-83.3) 9.5k为了获得不同的电流量程，可以用若干电阻R1R2R3Rn串联，使得R1+R2+R3+Rn= Rs，从这些串联电阻之间抽头，可获得不同的量程In。设计为

22、5挡，档位为2.5A，250mA,25mA,2.5mA,及0.25Ma.Rs的串联电阻：R2=0.38R3=-R2=-0.38=3.41R4=-R2-R3=-3.41-0.38=34.12R5=-R2-R3-R4=-37.91=341.18R6=-R2-R3-R4-R5=-379.09=6065.44Rn=-（R2+R3+R4+Rn）3 直流电压的测量改装后的综合表头所测最大电流很低，根据可知，必须根据最小电流量程串入不同降压电阻，电压量程采用开路转换形式。综合表头直流电压灵敏度=1/ 其单位为1/v本实验用万用表综合表头的直流电压灵敏度=1/100a=10k/v综合表头内阻=1.99.5=1

23、.58k设计为5挡，档位为2.5v,10v,50v,250v及1000v故各挡降压电阻分别为R11 、R12 、R13 、R14 、R15计算结果如下：R8=10K2.5-1.58=23.42kR9=10K(10-2.5)=75 kR10=10K(50-10)=400 kR11=10K(250-50)=2M R12=10K(1000-250)=7.5M设计图纸如下4 交流电流与交流电压测量 (1)交流电流测量电路设计。由上面讨知磁电式仪表可以测量周期电流的整流平均值，对于正弦电流，全波整流平均值与正弦电流有效值关系为而半波整流时，其中，为正弦交流电流的平均值，即正弦电流半波整流平均值为其有效值

24、的倍。常用万用表通常利用测量半波整流平均值，对应测量正弦电流值为了减少挡位，一般用万用表均不设使用很少的交流电流测量挡。本万用表综合表头最小量限为100A，则 为了设计方便，其交流表头电流灵敏度J250yA，电压灵敏度氓；4k6yv，由十二极管半波整流时，二极管反向穿透电流的泄漏，整流效率对于锗管为0.98，硅管为0.99。公式 如图2-3-7-4所示的本列表内 故在RS电阻上抽头位置为 本例表取 考虑二极管整流效率的差异，表头满偏电流的误差，应有（）的可调范围。 时 故设电位器用于调试作用。 (中也包含了1/2) 取标称值电阻 时，交流电压灵敏度交流表头内阻 故本设计所用交流表头内阻 设计图

25、如下：有效电流档位： Irect=I 3.536=2.5 0.3536=0.25 (2) 交流电压测量电路设计。 流经交流表头的半波电流有效值为。其有效值电压 二极管正向压降0.7V，交流电压测量共分为10V，50V，250V，1kV四挡，如图2-3-7-5所示，各降压电阻 上述电阻是针对电压灵敏度为设计的，故直流电压仍可利用此电阻总电阻值，保持直流电压灵敏度为的条件下，实现1000V挡的测量，如图2-3-7-6所示，其满偏电流，则 表头内阻变为 应串分压电阻为。即，该电阻应用于交流1000V挡得降压电阻时，测量电压误差仅为万分之五。5 电阻的测量 从上各电阻间仟意插头，串入一个电阻和电池，即

26、可以十洲量电阻阻值，如同所示。当外路电阻短路（即负载电阻RX=0）时，对于一定的电池电动势，调整串联电阻RS上的抽头点，使表头指针满偏，总电流为Ia，此时闭合电路的总电阻称为中心值电阻Ra，当外电路被测电阻RX=Ra时，闭合电路中电流为Ia，当然表头指针偏角为最大偏角的一半。当RX=0 指针偏角 M RX=Ra 指针偏角 1/3M RX=2Ra 指针偏角 1/3MRX=NRa 指针偏角 M 指针标盘上非线性地标出指针不同偏角所对应的外侧电阻 的阳值,偏角越大，示数越稀，偏角越小，不数越密。常用电阻档电路有三种，如图所示其中a图电路，在电流电压变化时，调整可调电阻，则中心值变化太大，图b电阻在调

27、整可调电阻使，表头灵敏度太大，都会产生较大的误差，为有图c电路当电流电压从1.8V1.2V之间变化时，其测量误差均减小，在RS的串联电路上，各店抽头时的满偏电流如图所示，电阻档抽头宜选用在（RG+RS）/2的N点附近。此时，综合表头为2xIA=166.6A。为了计算方便，取IN=150A图1.5V的电池时，中心值电阻Ra=10kRS支路上抽头点与A点间电阻RAN=( RG+RS)/ 150A*Ig=4.998 k5 k综合表头内阻为2.22，则应串入电阻 R19=RA-2.22=7.78 k当电池电动势1.5V时，N点左移。电池电动势Ea=1.8V时， =1.8V=Ig代入数值可求得=4.15

28、 k 电池电动势Ea=1.2V时， =1.8V =Ig代入值求得 =6.07 k 故 RGB=R7=6.07 k因此用电位器代替R7 故R6=4.15 k-（R1+R2+R3+R4+R5）=1.15 kR8=7.5 k-（R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R9+R10=7.5-（4.15+2+0.65+0.51）=190 上述情况，电阻档中心值电阻分别为 +7.7 8=10.02 k+7.78=9.73 k其误差大小为0.26 k，相对误差为2.95。符合电阻档5的误差要求。 测量较小的电阻时，应将中心值电阻降低，故采用并联电阻的办法，如图所示图中心值为10*100=1k时，需要并联电阻R20中心值为10*10=100时，需要并联电阻R21中心值为10*1=10时，需要并联电阻R22由于R20/10k=1 k,则R20=1.11 k由于R21/10k=100，则R21=101由于R22/10k=1