电子科技大学 模拟电路实验报告01

模拟电路实验报告

实验一 常用电子测量仪器的使用

1. 实验目的

(1)   了解双踪示波器、函数信号发生器、晶体管毫伏表、直流稳压电源的工作原理和主要技术指标。

(2)   掌握双踪示波器、晶体管毫伏表、直流稳压电源的正确使用方法。

2. 实验原理

 示波器是电子测量中最常用的一种电子仪器,可以用它来测试和分析时域信号。示波器通常由信号波形显示部分、垂直信道（Y通道）、水平信道（X通道）三部分组成。YB4320G是具有双路的通用示波器，其频率响应为0～20MHz。

  为了保证示波器测量的准确性，示波器内部均带有校准信号，其频率一般为1KHz，即周期为1ms，其幅度是恒定的或可以步级调整，其波形一般为矩形波。在使用示波器测量波形参数之前，应把校准信号接入Y轴，以校正示波器的Y轴偏转灵敏度刻度以及扫描速度刻度是否正确，然后再来测量被测信号。

  函数信号发生器能产生正弦波、三角波、方波、斜波、脉冲波以及扫描波等信号。由于用数字LED显示输出频率，读数方便且精确。

  晶体管毫伏表是测量正弦信号有效值比较理想的仪器，其表盘用正弦有效值刻度，因此只有当测量正弦电压有效值时读数才是正确的。晶体管毫伏表在小量程档位（小于1V）时，打开电源开关后，输入端不允许开路，以免外界干扰电压从输入端进入造成打表针的现象，且易损坏仪表。在使用完毕将仪表复位时，应将量程开关放在300V挡，当电缆的两个测试端接地，将表垂直放置。

  直流稳压电源是给电路提供能源的设备，通常直流电源是把市电220V的交流电转换成各种电路所需要的直流电压或直流电流。一般一个直流稳压电源可输出两组直流电压，电压是可调的，通常为0～30V，最大输出直流电流通常为2A。

输出电压或电流值的大小，可通过电源表面旋钮进行调整，并由表面上的表头或LED显示。每组电源有3个端子，即正极、负极和机壳接地。正极和负极就像我们平时使用的干电池一样，机壳接地是为了防止外部干扰而设置的。

  如果某一电路使用的是正、负电源，即双电源，此时要注意的是双电源共地的接法，以免造成短路现象。

  数字万用表可用于交、直流电压测量、交、直流电流测量，电阻测量，一般晶体管的测量等。一般的数字万用表交流电压挡的频率相应范围为45Hz～500Hz，用其对正弦交流信号进行测量时，应先了解被测信号的频率，再正确选择使用。

3. 实验内容

1）示波器CAL（校准）信号的测试

示波器器在使用前应进行检查和校准。正确设置示波器各开关及旋钮，用测试电缆将CAL（校准）信号输出端与双踪示波器垂直通道的一个输入端相连接，适当选择偏转灵敏度和扫描速度，使波形清晰、稳定的显示。记录相关参数，绘出波形图，填于表1中。

表1 示波器校准信号测试

2）电子测量仪器的频率响应特性

 了解仪器的频率响应指标，用实验的方法对各仪器的工作频率范围进行测试。用函数发生器输出正弦信号，以示波器为标准，使信号峰峰值U_p－p=10V同时接入其他仪器，改变频率，并测量相应电压值，填入表2中。

.表2 仪器频率响应测试

由上表可知，数字万用表对低频信号响应较好，对高频信号响应较差。

注：因为实验时缺少晶体管毫伏表仪器，故未进行测量。

4、实验器材（设备及元器件）

双踪示波器、函数信号发生器、直流稳压电源

5、实验方案与步骤

利用双波示踪器，我们得出示波器校准信号测试的结果，用实验的方法对各仪器的工作频率范围进行测试。

6、实验数据及结果分析（包括处理的数据）

数据如上表所示，说明在电压的输出过程中，出现了一定的偏差，对低频号响应较好，对高频信号响应较差。

7、实验结论

我们明白了双踪示波器、函数信号发生器、直流稳压电源的基本原理，并且学会了它们的使用方法。

8、总结及心得体会

通过示波器校准信号的测试和电子测量仪器频率响应特性的实验，我们了解了一些仪器的使用方法及其使用条件。同时，在测试的过程中，正确地调节仪器的各调节按键，才能得到我们需要的结果。这在仪器的学习中尤为重要，只有掌握了仪器的使用规则才能在以后跟深入的实验中运用。虽然本次实验难度不大，但是对于这些基本的元器件的使用方法是一定要掌握，我们首先使用模拟示波器进行试验，虽然之前知道使用方法，但实验开始的时候并不是很成功，但最后在我们的努力下顺利完成实验内容。做这个实验最大的体会就是再简单的事，都要认真对待

实验二 单管放大器的研究与测试

一、   实验目的

1.      进一步熟悉常用电子仪器的使用。

2.      掌握直流电压、电流及正弦信号的测试方法。

3.      学习放大器静态工作点、放大倍数及其输入电阻的测量。

二、   实验原理

   1.单级放大电路是放大器的基本电路。静态工作点（Q点）是放大器在没有输入信号时，晶体管的I_BQ、I_CQ、U_CEQ、U_BEQ，也称为Q值。为了保证放大电路不失真的输出电压，Q值选择在交流负载线的中点附近。实际放大器的参数一旦确定，通过调整偏置电阻对静态工作点进行调节和测试。测量静态工作电压时，应正确选择电表量程，考虑电表内阻对被测电压的影响；测量静态工作电流时，往往采用间接测量法，即通过对已知电阻两端的电压的测量来计算电流。

2.电压放大倍数是放大电路交流输出信号电压与输入信号电压之比，运用正弦测试方法对其进行测量。

3.对于放大器输入电阻、输出电阻的测量，可运用两次电压法间接测量，测试原理如图1所示。

 

图1 放大器输入、输出电阻测试原理

输入电阻

输出电阻

三、   实验内容

本实验测试电路由硅NPN型晶体管组成的共射单管放大电路，电原理图如图2所示，实验电路如图3所示。

 

图2 阻容耦合共射放大器

 

图3 共射单管放大器实验电路

其中选择、，旁路电容取，下偏置电阻取，上偏置电阻适当选择，负载电阻。

1.      静态工作点的测量

令Vcc＝＋12V，调节电位器R_W，使U_E＝1.5V。用万用表测量U_E、U_B、Uc，计算U_BE、I_EQ、U_CE，数据记入表1中。

表1 静态工作点的测量

2.      放大倍数的测量

在正常状态下测量放大器的电压放大倍数。设置信号频率，

，测量U_o，计算放大器的电压放大倍数（增益）A_u。数据填入表2中，用坐标纸定量描绘输入、输出波形。

表2 放大倍数的测量

3.      输入电阻、输出电阻的测量

使放大器处于正常工作状态，分别用“两次电压法”测量该放大器的输入电阻R_i和输出电阻R_o，数据填入表3中。

表3 输入电阻、输出电阻的测量

4.      放大器带宽的研究

使放大器处于正常工作状态，用“逐点测试法”测量该放大器的通频带，数据填入表4中。

表4 放大器通频带的测量

四．实验器材（设备及元器件）

三极管，示波器，信号发生器

五．实验方案与步骤

利用所给的元器件和电路图，搭出所需要的电路，然后依次测量静态工作点放大倍数输入输出的电阻，放大通频带的示数。

六．实验数据及结果分析（包括处理的数据）

数据如上表所示，我们可以看出，数据基本符合三极管的特性，然而由于元器件的误差和其他一些原因，测量倍数和放大倍数有一定的差距。

七．实验结论

  我们测出三极管的静态工作点以及其放大倍数，我们得出三极管在放大区工作时可以放大电路的某些参数。

八．总结及心得体会

通过这次实验的进行，我们了解了三极管的工作方式和使用方法，并且得出了放大区，能利用三极管做一些简单的电路来实现一些功能。

九．对本实验过程及方法，手段的改进意见

希望提供场效应管或其他特殊三极管，和其配套的使用说明，让我们对三极管有更多的了解和认识。

实验（三）   集成运放的运算应用研究

一、实验目的

二、加深对集成运放基本特性的理解；

三、掌握集成运放的正确使用方法；

四、学习集成运放在基本运算电路中的应用方法；

五、掌握用正弦测试方法对运放应用电路进行性能测试的方法。

二、实验设备

a)  集成运放一只

b)  直流稳压电源一台

c)  信号发生器一台

d)  数字三用表一只

e)  双踪示波器一台

f)  实验面包板一块

g)  连接电阻/导线若干

三、实验原理

     集成运放是人们对“理想放大器”的一种实现。一般在分析集成运放的实用性能时，为了方便，通常认为运放是理想的，即具有如下特性：

1.  开环电压增益无穷大，；

2.  差模和共模输入电阻均为无限大，，；

3.  输出电阻为零，；

3.  开环带宽无限大，放大器本身不引入额外相移，信号传递无延时；

4.  共模抑制比无限大，;

5.  放大器无失调误差，，。

共模电压增益无限大的含义是要求差模信号要无限小，也就是认为理想运放两个输入端（同相端和反相端）之间的电位差为零。差模输入电阻，则表明在有限的输入信号时输入电流等于零，即两个差分输入端的电流为零。这就是运放的两条重要规律即：

             I_入＝0，V_＋＝V_－

因为总是有限的，故必然有，但要注意，这一重要规律只有在线性应用时才是正确的。而在实际应用时，因为很高，只有在加负反馈条件下才能使运放工作在线性放大区。

由于集成运放有两个输入端，因此按输入接入方式不同，可以有三种基本放大组态。它们是构成集成运放系统的基本单元。

  1).反相放大器

反相放大器组态电路如图1所示。

 

   

图1 反相放大器

        

此组态电路中：

输出输入关系：

增益：

输入电阻：

输出电阻：

2)同相放大器

   同相放大器组态电路如图2所示：

 

                                  

图2 同相放大器

      

       此组态电路中： ，

输出输入关系：

      增益：

      输入电阻：

输出电阻：

3)差分放大器

差分放大器组态电路如图3所示：

 

图3 差分放大器

此组态电路中： ，

输出输入关系：

增益：

输入电阻： 

输出电阻：

由上面三种运放组态看出，理想运放的闭环特性完全由外接元件决定。

实际运放的主要参数比较接近理想运放，但总不能达到理想特性，所以，用实际运放来构成电路时，则要考虑到非理想特性对电路性能的影响，通过实践加深对实际运放各种性能的认识，真正掌握集成运放的使用方法。

四、实验内容

(一)反相比例放大器特性研究

 1.直流反相比例运算

按图1连接电路，取，，

 完成表1测试计算，并分析结果。

表1

结果分析：可知，实验测量求出的电压放大倍数基本上都与理论值有一定的偏差，这是因为实际中电阻、运放等器材并不是理想的，而是由一定的误差的。因此，对于一些实验就应根据其使用范围而选取不同精度的器材。

2.交流反相比例运算

实现：，

观测记录输入、输出波形，分析结果。

答：图像如下：

观察输出信号的波形，发现其为一个近似正弦的信号，使用万用表测得其有效值为4.675V。可见其放大倍数为9.35，与理论值(10)很接近。其近似图像如下：

 

           理论图像                             实际图像

结果分析：图为输入信号与输出信号峰谷相同，这是由于两个通道水平坐标的初始选取不同引起的，若两个通道调整为统一出事刻度可以观察到股峰相对，从而证明实现了反向放大功能。

(二)反相加法器特性研究

按照图4连接电路 ,       

 

图4 反相加法器

取,,.完成表2测试及计算,分析结果。

表2

用示波器Y轴DC和AC输入方式分别观察波形,并比较有何异同。

答：用DC输入方式时，则看到的波形为一直线，而用AC输入方式时可以看到一个交变信号加载在直流信号之上。

(三)交流同相比例放大器特性研究

1.按图2连接电路

2.取,,,伏,完成表3测试,记录波形,分析结果。

表3

3.完成运算

取,,

计算的值,实测结果并分析.

解：理论上RF=20KΩ，实测结果是RF=18.8KΩ，比理论值要小，这是由于在使用数字万用表的不稳定性及集成运放的温度不稳定性及其制作工艺的误差等造成的。