西工大模电实验报告

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业2014模拟电子实验总结报告计算机学院班号：学号：姓名：刘凯目录实验一：晶体管单级放大器........................................................................................................3一、实验目的........................................................................................................................3二、实验原理........................................................................................................................3三、实验内容........................................................................................................................4四、实验结果........................................................................................................................5实验二：多级负反馈放大器的研究............................................................................................6一、实验目的........................................................................................................................6二、实验原理........................................................................................................................6三、实验内容......................................................................................................................10四、实验结果......................................................................................................................11实验三：功率放大器..................................................................................................................17一、实验目的......................................................................................................................17二、实验原理......................................................................................................................17三、实验内容......................................................................................................................18四、实验结果......................................................................................................................19实验四：RC文氏电桥振荡器....................................................................................................23一、实验目的......................................................................................................................23二、实验原理......................................................................................................................23三、实验内容......................................................................................................................24四、实验结果......................................................................................................................25实验五：有源滤波器..................................................................................................................26一、实验目的......................................................................................................................26二、实验原理......................................................................................................................26三、实验内容......................................................................................................................27四、实验结果......................................................................................................................28实验六：电压比较器与矩形波发生器......................................................................................29一、实验目的......................................................................................................................29二、实验原理......................................................................................................................29三、实验内容......................................................................................................................31四、实验结果......................................................................................................................32实验七：......................................................................................................................................35一、实验目的......................................................................................................................35二、设计要求......................................................................................................................35三、实验原理......................................................................................................................35四、电路设计......................................................................................................................39五、电路元器件选择..........................................................................................................39六、实验结果......................................................................................................................40七、注意事项......................................................................................................................41实验一：晶体管单级放大器实验目的（1）掌握晶体管放大器静态工作点的测试和调整方法，观察静态工作点的对放大器输出的影响（2）测量放大器的放大倍数、输出电阻，输入电阻二、实验原理实验电路如图所示，采用基极固定分压式偏置电路。电路在接通直流电源Vcc而未加入信号（Vi=0）时，三极管三个极电压和电流称为静态工作点即1、放大器静态工作点的选择和测量放大器的基本任务是不失真的放大小信号。为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选的太高，则容易引起饱和失真，而选的太低，又易引起截止失真。静态工作点的测量是指在接通电源电压后放大器输入端不加信号时，测量晶体管的集电极电流ICQ和管压降VCEQ。其中VCEQ可直接用万用表直流电压档测C-E，极间的电压既得，而ICQ的测量则有直接法和间接法两种：直接法：将万用表电流档串入集电极电路直接测量。此法精度高，但要断开集电极回路，比较麻烦。间接法：用万用表直流电压档先测出R5上的压降，然后根据已知R5算出ICQ，此法简单，在实验中常用，但其测量精度差。为了减小测量误差，应选用内阻较高的电压表。当按照上述要求搭好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调节步骤如下现象：现象出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现无失真动作减小Rw增大Rw减小输入信号加大输入信号根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。当加大输入信号，两种失真都出现，减小输入信号，两种失真同时消失，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。去掉输入信号，测量此时的VCQ,就得到了静态工作点。2、电压放大倍数的测量电压放大倍数是指放大器的输入电压Ui输出电压Uo之比用示波器分别测出UO和Ui，便可按式求得放大倍数，电压放大倍数与负载R6有关。3、输入电阻和输出电阻的测量(1)输入电阻Ri用电流电压法测得，电路如图所示。在输入回路中，串接电阻R=1kΩ，用示波器分别测出电阻两端电压Vi和Vs，则可求得输入电阻Ri为电阻R不宜过大，否则引入干扰，也不宜过小，否则误差太大。通常取与Ri同一数量级。输出电阻Ro可通过测量输出端开路时的输出电压Vo’，带上负载R6后的输出电压Vo。三、实验内容1、静态工作点的调整和测量(1)按照实验电路在面包板上连接好，布线要整齐、均匀，便于检查，经检查无误接通12V直流电源。在放大电路输入端加入1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端接示波器，调节电位器，使示波器所显示的输出波形不失真，然后关掉信号发生器的电源，使输入电压Vi=0用万用表测量三极管三个极分别对地电压，VE，VB，VC，VCEQ，ICQ,根据I=V/R算出I=I。记录测量值，并与估算值进行比较。理论估算值实际测量值VBVCVEVCEICVBVCVEVCEIC电压放大倍数的测量(1)打开信号发生器的电源，输入信号频率为1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端开路时，用示波器分别测出Vi,Vo’的大小，然后根据式算出电压放大倍数。(2)放大器输入端接入2kΩ的负载电阻R6，保持输入电压Vi不变，测出此时的输出电压Vo，并算出此时的电压放大倍数，分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。(3)用示波器双踪观察Vo和Vi的波形，比较它们之间的相位关系。3、输入电阻和输出电阻的测量(1)用示波器分别测出电阻两端的电压Vs和Vi利用式便可算出放大电路的输入电阻Ri的大小。(2)根据测得的负载开路时输出电压Vo’和接上负载时的输出电压Vo,利用式便可算出放大电路的输出电阻Ro。记录实验数据。理论估算值实际测量值参数ViVoAvRiRoViVoAvRiRo负载开路Rl=2Ω实验结果静态工作点实际测量值2.75V7.811V2.104V5.707V2.09mA放大电路动态指标实际测量值参数ViVoAvRiRo负载开路14.14mV1840mV1307.754mV1217ΩRl=2Ω14.14mV932.1mV667.794mV1180Ω下图为本次试验所拍摄照片：放大后的电压示数电路连接图放大后的电压示数放大前的电压示数实验二：多级负反馈放大器的研究一、实验目的1、学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。2、研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。(1)测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带(2)比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别(3)观察负反馈对非线性失真的改善。二、实验原理及电路1、基本概念在电子电路中，将输出量，输出电压或输出电流，的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量，放大电路的输入电压或输入电流的措施称为反馈。若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈，反之，称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈，若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈，若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加，称为串联反馈，以电流形式相叠加，称为并联反馈。在分析反馈放大电路时“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为正反馈“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，否则为串联反馈。引入交流负反馈后，可以改善放大电路多方面的性能，提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1，构成了交流电压串联负反馈电路。（本图片来自网络，仅供参考）2、放大器的基本参数(1)开环参数将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW，即式中：VN为N点对地的交流电压，Vo’为负载RL开路时的输出电压，Vf为B点对地的交流电压fH和fL分别为放大器的上、下限频率，其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的时的频率值，即(2)闭环参数通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值，即测量放大电路的闭环特性时应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连，以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi，使输出电压Vo（接入负载RL时的测量值）达到开环时的测量值然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’（负载RL开路时的测量的大小）并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等否则应找出原因后重新测量。在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量。实验内容负反馈放大器开环和闭环基本参数的测试开环基本参数的测量：=1\*GB3①按图所示连接电路，镜检查无误后接通正、负电源（注意极性不能接反，以免损坏集成芯片）。=2\*GB3②将A点与P点断开、与B点相连，使放大电路处于开环状态，将信号发生器输出调为1kHz，20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，用示波器观察输入和输出的波形。=3\*GB3③接入负载RL，用示波器分别测出Vi，VN，Vf，Vo，记入表中。=4\*GB3④将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器测出输出电压Vo’，记入表中。=5\*GB3⑤保持输入信号幅度不变，逐渐增加输入信号频率，知道输出波形减小为原来的1/√2（即0.707倍），此时信号频率即为放大器的上限频率fH，然后逐渐减小输入信号频率，测得放大器的下限频率fL。记入表中。=6\*GB3⑥由上述测试结果，根据式算出放大电路开环时的Av，Ri，Ro，BW和Fv的值，并由式计算出放大器闭环时Avf，Rif，Rof和BW的理论值，记入表中。闭环基本参数的测量：=1\*GB3①将图中的A点与B点断开、与P点相连，使放大电路处于闭环状态（注意调整信号发生器输出为1kHz正弦波的幅值）。=2\*GB3②接入负载Rl，逐渐增大输入信号Vi，使输出电压Vo达到开环时的测量值，然后用示波器分别测出Vi，VN，和Vf的值，记入表中。=3\*GB3③将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器分别测出Vo’的值，记入表中。=4\*GB3④闭环时放大器的频率特性测试同开环时的测试，即重复开环测试=5\*GB3⑤步。=5\*GB3⑤由上述结果并根据式计算出闭环时的Avf，Rif，Rof和Fv的实际值，记入表中。=6\*GB3⑥计算通频带BW。实验结果Vi/mVVN/mVVf/mVV’0/VV0/VA’vA’vfAvAvfRiRif/ΩROROf/ΩFVFL/HzFh/KHZ开环测试9.9930.87121.0871.9901.648199.1164.911K9750.0121.52541.246理论计算-------------------------------58.755.332.7K287-------0.512122.86闭环测试33.48721.70022.4601.7491.65552.249.428.4K2670.0130.549151.18负反馈放大电路仿真测试数据开环时BW==41.25kHz闭环时BW==151.18kHz所附拍摄照片：实验三：功率放大电路一、实验目的熟悉集成功放的工作原理，掌握测试其性能指标的方法，体会功率放大器的作用。实验原理1、基本概念：在放大器的输出端，电压、电流和功率三者都是相互伴随的，以提供负载足够大的功率为主要目的的放大器，称为功率放大器。其作用是把信号进行功率放大，提供一定功率的不失真信号，当负载一定时，要求功放输出功率尽可能大输出非线性失真尽可能小。2、基本参数(1)直流电源供给功率。直流电源供给功率是指在功放中直流电源实际输出功率。在实际应用中,直流电源的输出电流I随输入信号的幅度变化。因此,通常可以在输入端施加一个幅值稳定的信号进行测量。最大不失真输出功率。最大不失真输出功率,是指在加大输入信号,直至输出电压波形临界失真为止时的输出功率。电路的最大效率η功放的增益Av(dB)功放的带宽。对于一般的交流放大电路,输出幅值随输入信号频率的变化成为幅频特性。保持输入的幅值不变,降低其频率,当输出电压降至平坦部分的0.707倍的输入频率称为下限频率记为fL。保持输入幅值不变,升高频率,当输出电压降至平坦部分的0.707倍的输入频率称为上限频率记为fH。二者之间的频率范围成为放大器的通频带或带宽BW。（本图片来自网络，仅供参考）三、实验内容（本图片来自网络，仅供参考）1、在输入端加1kHz，峰值为200mV的正弦波，调节滑动变阻器，逐渐加大输入的幅值，直至示波器观察到Vo的临界失真为止。用示波器测出Vi和Vo读出此时稳压电源的电压和电流算出Av、PE、Pom和η将结果填入表中。2、用波特图绘制仪绘出网络的波特图读出功放的fH/fL,记入表中。四、实验结果功率放大器测试数据记录fH=16.173KHzfL=20.309HzVCC(V)I(mA)ηR=8.2Ω125.6044.07030.211260.20.7220.47866.2%796实验四：RC文氏电桥振荡器实验目的(1)学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件。(2)学会测量、调试振荡器。二、实验原理文氏电桥振荡器是一种较好的正弦波产生电路，适用于产生频率小于1MHz频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。因为没有输入信号，为了产生正弦波必须在电路里加入正反馈。下图是用运算放大器组成的电路，图中R3,R4构成负反馈支路，R1，R2，C1，C2的串并联选频网络构成正反馈支路并兼作选频网络，二极管构成稳幅电路。调节电位器Rp可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D1，D2要求温度稳定性好且特性匹配，这样才能保证输出波形正负半周对称，同时接入R4以消除二极管的非线性影响。若R1=R2，C1=C2，则振荡频率为f0=1/2πRC，正反馈的电压与输出电压同相位，且正反馈系数为1/3。为满足电路的起振条件放大器的电压放大倍数AV>3，其中AV=1+R5/=Rp+R4。由此可得出当R5>2R3时可满足电路的自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R5应略大于R3这样既可以满足起振条件又不会因其过大而引起波形严重失真。此外，为了输出单一的正弦波，还必须进行选频。由于振荡频率为f0=1/2πRC，故在电路中可变换电容来进行振荡频率的粗调，可用电位器代替R1，R2来进行频率的细调。电路起振后，由于元件参数的不稳定性，如果电路增益增大，输出幅度将越来越大，最后由于二极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果增益不足，则输出幅度减小，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中两个二极管主要是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，来自动调节负反馈深度。实验内容按图连接好电路，并仔细检查确保电路无误。接通电源用示波器观测有无正弦波输出。调节Rp，使输出波形从无到有直至不失真。绘出Vo的波形，并记录临界起振、正弦波输出及出现失真情况下的Rp值。将将结果记录至表中并分析负反馈强弱对起振条件和输出波形的影响。调节电位器Rp使输出波形幅值最大且不失真，分别测出输出电压Vo并将结果记录表中，分析振荡的幅值条件。观察R1=R2=10kΩ，C1=C2=0.01μF和R1=R2=10kΩ，C1=C2=0.02μF两种情况下（输出波形不失真），分别测量Vo的幅值和反馈电压Vf，填入表中，兵与计算结果相比较。断开二极管D1，D2，重复步骤3的内容，将结果与步骤3的结果进行比较。实验结果实验五：有源滤波器一、实验目的1、掌握在仿真情况下测试滤波器的波特图与上限频率。2、掌握滤波器上限频率的测试方法，了解滤波器在实际中的应用。二、实验原理滤波器是具有频率选择功能的电路，它允许一定频率范围内的信号通过，而对不需要传送的频率范围的信号实现有效的抑制，从而“过滤”掉不需要的频率信号，理想的滤波器通带内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。根据滤波器通带和阻带的不同，滤波器可以分为低通、高通、带通、带阻和全通等类型。由于引入反馈程度的不同，即使是同一类型的滤波器，其幅频响应曲线和相频曲线也会有较大的差别。滤波器的主要技术指标由通带和阻带以及相应的带宽，通带指标有上限频率一般为3dB截止频率和通带传输系数。阻带指标通常为对外带传输系数的衰减速度，即带沿的陡变。通带的上限频率fH’为滤波器增益比通带增益下降3dB时的频率。增益AV：传输系数：自然频率本实验中传输系数为本实验中阻尼系数为本实验选取C1=0.039μF，C2=0.01μF，R1=10kΩ，R2=51kΩ，R3=510kΩ，R4=33Ω。本实验电路图如下（本图片来自网络，仅供参考）实验内容调整信号源输出电压为20mV（峰峰值）正弦波，调整信号源的频率，分别测量出输入频率在100Hz，150Hz，200Hz等处的输出电压，记入表中。根据所记录的数据，由式计算出其增益，填入表中。根据所计算得增益，作出其频率特性图（Av-f图），并根据频率特性图，估算出滤波器的上限频率fH’。固定信号源的输出电压的峰峰值不变（20mV），调节频率，观察波形，直到波形的峰峰值的0.707倍时，记录下此时示波器所示信号的频率fH’。用信号源产生两个不同频率，相同幅值的正弦波信号——f1=100Hz，f2=1000Hz，Vpp=20mV。将两信号分别直接加到示波器的输入端，观察并记录波形。将两信号同时直接加到示波器的同一个输入端，观察并记录波形。将两信号同时加到滤波网络的输入端，通过示波器观察信号通过滤波网络之后的输出波形，并记录波形，分析产生以上现象的原因。实验结果本次试验忘记拍摄照片，故无法展示。实验六：电压比较器与矩形波发生器实验目的了解电压比较器的工作原理并熟悉迟滞比较器的原理和功能。学习用集成运算放大器组成矩形波发生器的工作原理。掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。实验原理在熟悉放大器的基本运算的基础上了解由运放组成的电压比较器和占空比可调的矩形波发生器。电压比较器电压比较器是用来比较两个电压大小的电路，输入信号为模拟信号，输出信号一般只有高电平和低电平连个稳定状态的电压。利用电压比较器可将各种周期性信号转换为矩形波，通常用于越线报警，模数转换和波形变换等场合。比较器电路中的运放一般工作在开环或正反馈条件下，运放的输出电压只有正负两种饱和值，即运放工作在非线性状态。在这种状态下，运放输入端“虚短”的结论不再适用，但“虚断”的结论仍然可用（由于运放的输入电阻很大）。其满足如下关系：当V->V+时，Vo=Vol（低电平）当V-<V+时，Vo=VoH（低电平）常用的幅度比较器有过零比较器，具有滞回特性的过零比较器和双线比较器（又称窗口比较器）。具有迟滞特性的过零比较器的传输特性常用的幅度比较器有过零比较器（如上图），具有滞回特性的过零比较器和双线比较器（又称窗口比较器）。这里主要认识一下迟滞比较器。反相迟滞比较器电路如下图所示，其中将反馈到运放的同相端与一起构成正反馈。其工作原理为：当幅度改变时，A点的电压也将随之改变。若为正则当后，即，即由正变负。此时A点的电压也变为负值，为一，只有当下降到此值以下时。才能使再度回到高电平。于是可得图（b）所示的迟滞特性。与的差值称为回差，改变即可以改变回差的大小。波形产生电路设接通电源后输出电压Vo=+Vz二极管D1导通，D2截止，Vo经R3向C充电，充电时间常数为R3C。当电容两端电压VC略大于同相输入端电压Vp时，输入电压Vo跳变为-Vz，二极管D1截止，D2导通，电容两端电压VC略大于同相输入端电压Vp时，输出电压Vo，又跳变为+Vz。如此周而复始进行，随着电容的充放电，输出电压Vo不断翻转，形成矩形波。输出脉冲高电平Vo=+Vz的时间为输出低电平Vo=-Vz的时间为振荡频率为占空比可见，调节电位器Rp，改变R3的大小，即可调节输出脉冲的宽度。但由于收到运算放大器上升速率的限制，不能得到太窄的矩形波。实验内容按图所示连接电路，检查无误后接通直流电源。用示波器观察Vo，Vc的波形，画下波形，比较他们的相位关系。用示波器观察Vo，Vc的幅值和频率。调节电位器Rp，用示波器观察输出电压Vo的变化，当T1=T2时（占空比D=50%），测量电阻R3的大小，分析实测值与理论值的误差。实验结果实验七：用运算放大器组成万用电表的设计实验目的1、综合利用所学知识，根据设计要求设计由运算放大器、二极管整流电路及电流表组成万用表电路图，搭出时基电路并组装调试，提高实验综合能力与实际动手能力。2、熟悉万用表各常见功能的测试电路原理与方法。3、进一步体会运算放大器的应用，了解其优势。二、设计要求1、直流电压表 满量程 +30V2、直流电流表 满量程 50mV3、交流电压表 满量程 30V，50Hz~1kHz4、交流电流表 满量程 50mA5、欧姆表 满量程分别为 1kΩ，10kΩ,100kΩ三、实验原理在测量中，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的内阻应为零。但实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100μA的表头，其内阻约为1KΩ，用它进行测量时将影响被测量引起误差。此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用电表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。直流电压表图为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的反馈回路中，这时，流经表头的电流与表头的参数无关，只要改变R1一个电阻，就可进行量程的切换。表头电流I与被测电压Ui的关系为应当指出，图适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。直流电流表图是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的，例如，若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动，按此种方式构成的电流表就可象常规电流表那样串联在任何电流通路中测量电流。表头电流I与被测电流I1间关系为可见，改变电阻比（R1/R2)可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。交流电压表由运算放大器、二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图所示。被测交流电压ui加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗，又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响，故把二极管桥路和表头置于运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。表头电流I与被测电压ui的关系为电流I全部流过桥路，其值仅与Ui/R1有关，与桥