实验一比例求和运算电路

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费赖
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1 福建师范大学协和学院本科实验报告课程名称 : 学院 ( 系 ): 模拟电子技术实验信息技术系专业 : 班级 : 学号 : 学生姓名 : 2015 年 3 月 1 日

2 实验一常用电子仪器的使用实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验目的 1. 认识本学期实验中常用的仪器仪表 2. 初步掌握使用双踪示波器观察信号波形和测量波形参数的方法 3. 掌握几种典型信号的幅值, 有效值和周期的测量二实验仪器 1. 数字万用表 2. 示波器 3. 信号发生器三实验原理在模拟电子电路实验中, 经常使用的电子仪器有示波器函数信号发生器直流稳压电源交流毫伏表及频率计等它们和万用表一起, 可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试在实验中, 各种电子仪器要进行综合使用, 可按照信号流向, 以连线简捷, 调节顺手, 观察与读数方便等原则进行合理布局, 各仪器与被测实验装置之间的布局与连接通常如图 1-1 所示图 1-1 模拟电子技术实验中测量仪器连接示意图为防止外界干扰, 各仪器的公共接地端应连接在一起, 称共地信号发生器和交流毫伏表的连接线通常用屏蔽线或专用电缆线, 示波器的连接线使用专用电缆线, 直流电源的连接线用普通导线 1. 示波器示波器是一种用途很广的电子测量仪器, 它既能直接显示电信号的波形, 又能对电信号进行各种基本参数的测量, 其基本功能和主要使用方法如下 : 示波器的基本功能是将电信号转换为可以观察的视觉图形以便人们观测, 若利用传感器将各种物理参数转换为电信号后, 可利用示波器观测各种物理参数的数量和变化示波器可分为两大类 : 模拟式示波器和数字式示波器本实验使用的是数字式示波器数字示波器首 2

3 先将被测信号抽样和量化, 变为二进制信号存储起来, 再从存储器中取出信号的离散值, 通过算法将离散的被测信号以连续的形式在屏幕上显示出来示波器的基本操作方法 : 仪器通电后先预热几分钟, 为避免测量误差, 可在测量前按照下述方法对探头进行检验和校准 : 将探头与探头校准用的方波信号端子 PROBE ADJUST(0.5V/1kHz) 相连, 同时探头的接地导线与接地端子连接探头的特性为最佳状态时为输出正常方波信号, 否则用改锥调整探头上的频率补偿微调电容进行校准 1 迅速显示信号: (1). 将 CH1( 或 CH2) 菜单下的探头比例设为 1X (2). 用无衰减普通探头将电路被测点连接到 CH1( 或 CH2) 接口 (3). 按下 AUTO 按钮 ( 自动设置按钮 ) 示波器将自动设置使波形显示达到最佳在此基础上, 还可以进一步调节垂直水平档位, 调节每格代表的幅值周期, 直至波形的显示符合特定的要求 2 进行自动测量示波器可对一些信号参数进行自动测量 (20 种波形参数 ) 下述以测量峰峰值和周期为例列出步骤如下 : (1). 测量峰峰值按下 Measure 按钮以显示自动测量菜单按下 1 号菜单操作键以选择信源 : CH1 ( 默认通道 ) 按下 2 号菜单操作键选择测量类型 : 电压测量在电压测量弹出菜单中选择测量参数 : 峰峰值此时, 可在屏幕方格区域内看到峰峰值显示 (2). 测量周期按下 3 号菜单操作键选择测量类型 : 时间测量在时间测量弹出菜单中选择测量参数 : 周期此时, 可在屏幕方格区域内看到周期值显示注意 :1 测量结果的显示会随被测信号的变化而改变, 方格区域外状态栏的垂直档位水平档位等信息也同步变化 2 若按下 Cursor 键, 设定光标模式为自动测量, 则自动测量某参数时, 波形上显示相应的光标, 更为直观地揭示参数的物理意义 2. 函数信号发生器函数信号发生器通常用作电子电路中的信号源, 它的输出端严禁短路根据需要, 信号发生器可以输出正弦波方波三角波三种信号波形, 输出电压最大可达 20V(UP-P) 通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮, 可使输出电压在毫伏 (mv) 级到伏 (V) 级范围内连续调节输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节操作要领 : 1) 按下电源开关 2) 根据需要选定一个波形输出开关按下 3) 根据所需频率, 设置或调节频率范围在显示屏上显示所需频率即可 4) 根据所需幅度, 设置或调节幅度值, 在显示屏上显示所需幅度即可 5) 将信号输出端接入到实际电路中 6) 按下信号输出按键输出所设置的信号波形 3

4 注意 : 信号发生器的输出端不允许短路 3. 直流稳压电源直流稳压电源通常用来为电子电路提供工作电源电压, 其负极通常作为电路的共地端, 使用时注意接线方式, 严禁出现电源的短路情况四实验内容 1. 实验测试仪器表 1-1 仪器名称型号用途示波器信号发生器数字万用表 2. 用万用表测量交流电压直流电压及电阻 1) 打开模拟电路实验箱的箱盖, 熟悉实验箱的结构功能和使用方法 2) 将万用表放置在一平稳位置, 根据表格内容准备进行测量 3) 用交流电压档测量实验箱上的交流电源电压 0.5V 1V 和市电的有效值 ( 信号发生器可产生最大幅值为 0.5V 和 1V 的正弦波即为对应幅值的交流电, 市电 220V, 高压危险, 请注意切换量程 ); 用直流电压档测量实验箱上的直流电源电压 ±5V ± 12V; 用电阻档测量实验箱上的 10Ω 10KΩ 100KΩ 的电阻器, 将测量结果记入自拟表格 1-2 中表 1-2 交流电压 (V) 直流电压 (V) 电阻 (Ω) 标称值市电 K 100K 实测值测量仪表万用表万用表 V 万用表 Ω 档位 ( 量程 ) 3. 信号发生器及示波器的使用根据前文的信号发生器和示波器的使用方法, 将仪器按如图 1-2 所示电路连接, 并按照要求继续完成实验图 1-1 中的实验电路以图 1-2 同相比例放大器为例图 1-1 电路图 4

5 图 1-2 同相比例放大器 1)Vi 端先不接入信号源, 而接入可调直流电压源, 用万用表测量图 1-2 中各点的电位, 填入表 1-3 中表 1-3 直流输入电压 Vi(mV) A 各点电位 B Vo 2) 将函数发生器的输出端接入同相比例放大器的输入端 Vi; 示波器的探头检测输出端 Vo 的信号注意 : 为防止外界干扰, 各仪器的公共接地端应连接在一起, 即共地 3) 用函数信号发生器产生幅值 Vi=100mV f=1hz 的正弦波, 用示波器通道 CH1 观察输入信号 Vi, 通道 CH2 检测输出信号 Vo, 请分别画出输入和输出的波形, 并标出幅值频率 3) 用函数信号发生器产生幅值 Vi=500mV f=1000hz 的矩形波, 用示波器通道 CH1 观察输入信号 Vi, 通道 CH2 检测输出信号 Vo, 请分别画出输入和输出的波形, 并标出幅值频率 5

6 4) 用函数信号发生器产生幅值为 1V f=10khz 的三角波, 用示波器通道 CH1 观察输入信号 Vi, 通道 CH2 检测输出信号 Vo, 请分别画出输入和输出的波形, 并标出幅值频率五问题与思考 1. 使用数字万用表时, 如果已知被测参数的大致范围, 量程应如何选定? 6

7 实验二单级放大电路实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验目的 1. 熟悉电子元器件和模拟电路实验箱 2. 掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响 3. 学习测量放大器 Q 点,Av, ri, ro 的方法, 了解共射极电路特性 4. 学习放大器的动态性能二实验仪器 1. 示波器 2. 信号发生器 3. 数字万用表三预习要求 1. 三极管及单管放大器工作原理 2. 放大器动态及静态测量方法四实验内容及步骤 1. 装接电路图 2.1 单级放大电路 (1). 用万用表判断实验箱上三极管 V 的极性和好坏连接电路前, 需先检查三极管的极性及好坏该三极管为 NPN 型三极管, 若三极管是好的, 则其中的两个 PN 结正向导通, 反向截止根据此特性, 可用万用表来检测其好坏, 检测原理如下 : 将万用表打至档, 此时万用表相当于一个有一定内阻的电压源 ( 万用表内部有电池 ), 万用表的红表笔相当于电压源的正极, 黑表笔相当于电压源的负极若将两表笔接至被测器件的 PN 结上, 正向导通时会显示其导通电压 ; 反向截止时显示屏 7

8 无变化, 显示 1. ; 短路时显示的数据会远小于 PN 结的正常导通电压, 且蜂鸣器会发出嘀的声音根据上述原理, 可按如下步骤 : (a) 把万用表打至档 (b) 红表笔接三极管的 b 极, 黑表笔接三极管的 c 极, 集电结正偏导通, 应显示导通电压 0.6 几 V 然后对调两表笔, 集电结反偏截止, 应显示 1. (c) 红表笔接三极管的 b 极, 黑表笔接三极管的 e 极, 发射结正偏导通, 应显示导通电压 0.6 几 V 然后对调两表笔, 发射结反偏截止, 应显示 1. 若 (b)(c) 两步所测的结果必须与上述情况完全相符, 才能确定三极管没有损坏 (2). 按图 1.1 所示, 连接电路 ( 注意 : 接线前先测量 +l2v 电源, 关断电源后再连线 ), 将 Rp 的阻值调到最大位置 (3 ). 接线完毕仔细检查, 确定无误后接通电源 2. 静态调整调整 Rp 使 VE=2.2V, 计算并填表 2.1 表 2.1 实测 VBE(V) VCE(V) Rb(KΩ) 3. 动态研究 (1). 将信号发生器调到 f=1khz, 幅值为 0.3V( 即 Vs 幅值 0.3V,Vi 幅值 3mV), 接到放大器输入端, 观察 Vs 和 Vo 端波形并记录波形如下 ( 注意 : 标出幅值 ) Vs 波形 : Vo 波形 : (2). 信号源频率不变, 逐渐加大幅度, 观察 Vo 不失真时的最大值并填表 2.2 表 2.2 实测 ( 幅值 ) 实测计算 Vi(mV) Vo(V) Av 8

9 (3). 保持 Vi=3mV 不变, 放大器接入负载 RL, 在改变 RC 数值情况下测量, 并将计算结果填表 2.3 表 2.3 给定参数实测 ( 幅值 ) 实测计算 RC RL Vi(mV) Vo(V) Av 2K 5K1 5K1 5K1 (4). 保持 Vi=3mV 不变, 增大和减小 RP, 观察 Vo 波形变化, 测量并填入表 2.4 表 2.4 RP5 值 Vb Vc Ve 输出波形情况最大合适最小注意 : 若失真观察不明显可增大或减小 V i 幅值重测 4. 测放大器输入, 输出电阻 (1). 输入电阻测量在输人端串接一个 5KI 电阻如图 2.2, 测量 V s 与 V i, 即可计算 r i (2). 输出电阻测量图 2.2 输入电阻测量图 2.3 输出电阻测量在输出端接可调电阻作为负载 R L, 选择合适的负载 R L 值使放大器输出不失真 ( 接示波器监视 ), 测量有负载和空载时的 Vo, 即可计算 r 0 将上述测量及计算结果填人表 2.5 中表 2.5 9

10 测输入电阻 Rs = 5KI 测输出电阻实测测算实测测算 Vs(mV) Vi(mV) ri Vo RL= Vo RL= Vo(KΩ) 五实验结果分析 1. 分析实验结果误差的原因六思考题 (1) 该单级放大电路是什么组态? 其输入输出波形的相位关系如何? (2) 断开发射级旁路电容 Ce 对放大器的电压增益和输入电阻有何影响? 10

11 实验三差动放大电路实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验目的 1. 熟悉差动放大器工作原理 2. 掌握差动放大器的基本测试方法二实验仪器 1. 双踪示波器 2. 数字万用表 3. 信号源三预习要求 1. 计算图 3.1 的静态工作点 ( 设 rbc=3k,β=100) 及电压放大倍数 2. 在图 3.1 基础上画出单端输入和共模输入的电路四实验内容及步骤 : 图 3.1 差动放大器原理图实验电路如图 3.1 所示 1. 测量静态工作点 (1). 调零将输入端短路并接地, 接通直流电源调节电位器 RP1 使双端输出电压 Vo=0 (2). 测量静态工作点按表 3.1 测量并记录 11

12 表 3.1 对地电压 Vc1 Vc2 Vc3 Vb1 Vb2 Vb3 Ve1 Ve2 Ve3 测量值 (V) 2. 测量差模电压放大倍数在输入端加入直流电压信号 Vid=±0.1V( 差模输入 ) 按表 3.2 要求测量并记录, 由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数注意先调好 DC 信号的 OUT1 和 OUT2, 使其分别为 +0.1V 和一 0.1V 再接人 Vi1 和 Vi2 3. 测量共模电压放大倍数将输入端 bl b2 短接, 接到信号源的输人端 ( 共模输入 ), 信号源另一端接地,DC 信号分先后接 OUT1 和 OUT2, 分别测量并填入表 3.2 由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数进一步算出共模抑制比 CMRR= A d A c 表 3.2 测量及差模输入共模输入共模抑制比计算值测量值 (V) 计算值测量值 (V) 计算值计算值输入 Vo 信号 Vi Ad1 Ad2 Ad 双 Vc1 Vc2 Vo 双 Ac1 Ac2 Ac 双 CMRR +0.1V -0.1V Vc1 Vc2 双五实验结果分析 1. 根据实测数据计算图 3.1 电路的静态工作点, 与预习计算结果相比较 2. 计算实验步骤 3 中 Ac 和 CMRR 值 12

13 实验四比例求和运算电路实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验目的 1. 掌捉用集成运算放大器组成比例求和电路的特点及性能 2. 学会上述电路的测试和分析方法二实验仪器 1. 数字万用表 2. 示波器 3. 信号发生器三预习要求 1. 计算表 4.1 中的 Vo 和 A1 2. 估算表 4.3 的理论值 3. 估算表 4.4 表 4.5 中的理论值 4. 计算表 4.6 中的 Vo 值 5. 计算表 4.7 中的 Vo 值四实验内容 1. 电压跟随器实验电路如图 4.1 所示按表 4.1 内容实验并测量记录图 4.1 电压跟随器表 4.1 Vi(V) Vo(V) R L= RL=5K1 13

14 2. 反相比例放大器实验电路如图 4.2 所示图 4.2 反相比例放大器 (l). 按表 4.2 内容实验并测量记录表 4.2 直流输入电压 Vi(mV) 输出 Vo 电压理论估算 (mv) 实算值 (mv) 误差 (2). 按表 4.3 要求实验并测量记录表 4.3 测试条件理论估算值实测值 Vo VAB VR2 RL 开路, 直流输入信号 Vi 由 0 变为 800 mv VR1 VoL Vi =800 Mv RL 由开路变为 5K1 3. 同相比例放大器电路如图 4.3 所示 (1). 按表 4.4 和 4.5 实验测量并记录图 4.3 同相比例放大器 14

15 表 4.4 直流输入电压 Vi(mV) 输出 Vo 电压理论估算 (mv) 实算值 (mv) 误差表 4.5 测试条件理论估算值实测值 Vo VAB VR2 RL 开路, 直流输入信号 Vi 由 0 变为 800 mv VR1 VoL Vi =800 mv RL 由开路变为 5K1 (2). 测出电路的上限截止频率 4. 反相求和放大电路实验电路如图 4.4 所示图 4.4 反相求和放大电路按表 4.6 内容进行实验测量, 并与预习计算比较表 4.6 Vil(V) Vi2(V) Vo(V) 15

16 5. 双端输入求和放大电路实验电路为图 4.5 所示图 4.5 双端输入求和放大电路按表 4.7 要求实验并测量记录表 4.7 Vil(V) Vi2(V) Vo(V) 五实验结果分析 1. 总结集成运算基本应用电路的特点及性能 (1) 电压跟随器 (2) 反相比例放大器 (3) 同相比例放大器 16

17 (4) 反相求和放大电路 (5) 双端输入求和放大电路 2. 分析理论估算分析与实验结果误差的原因 17

18 实验五负反馈放大电路实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验目的 1. 研究负反馈对放大器性能的影响 2. 掌握反馈放大器性能的测试方法二实验仪器 1. 双踪示波器 2. 音频信号发生器 3. 数字万用表三预习要求 1. 认真阅读实验内容要求, 估计待测量内容的变化趋势 2. 图 5-l 电路中晶体管 β 值为 120, 计算该放大器开环和闭环电压放大倍数四实验内容 1. 负反馈放大器开环和闭环放大倍数的测试 (1). 开环电路图 5.1 负反馈放大器 1 按图接线,R F 先不接入 2 输入端接入 Vs 幅值 0.1V, 即 Vi 幅值 1mV,f=1KHz 的正弦波调整接线和参数使愉出不失真且无振荡 ( 参考实验二方法 ) 3 按表 5.1 要求进行测量并填表. 4 根据实测值计算开环放大倍数和输出电限 r0 18

19 (2). 闭环电路 1 接通 RF 按 ( 一 ) 的要求调整电路 2 按表 5.1 要求测量并填表, 计算 Avf 表 5. 1 RL(KΩ) Vi(mV) Vo(mV) AV(AVf) 开环闭环 1 1K K 负反馈对失真的改善作用 (l). 将图 5.1 电路开环, 逐步加大 Vi 的幅度, 使输出信号出现失真 ( 注意不要过份失真 ) 记录失真波形幅度 ( 注意 : 标出幅值 ) Vs 波形 : Vo 波形 : (2). 将电路闭环, 观察输出情况, 并适当增加 Vi 的幅度, 使输出幅度接近开环时失真波形幅度 ( 注意 : 标出幅值 ) Vs 波形 : Vo 波形 : (3). 若 RF=3KΩ 不变, 但 RF 接入三极管 V1 的基极, 会出现什么情况? 实验验证之答 : 五实验结果分析 1. 将实验值与理论值比较, 分析误差原因 19

20 2. 根据实验内容总结负反馈对放大电路的影响 20

21 实验六互补对称功率放大器实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验电路二预习要求图 6.1 互补对称功率放大器 1. 分析图 6.1 电路中各三极管工作状态及交越失真情况 2. 电路中若不加输入信号,V 2 V 3 管的功耗是多少? 三实验仪器及材料 1. 信号发生器 2. 示波器

22 四实验内容 1. 调整直流工作点, 使 M 点电压为 0.5V cc 2. 测量最大不失真输出功率与效率 3. 改变电源电压 ( 例如由 +l2v 变为 +6V), 测量并比较输出功率和效率 4. 比较放大器在带 5K1 和 8Ω 负载 ( 扬声器 ) 时的功耗和效率五实验结果分析 1. 总结功率放大电路特点及测量方法 2. 电阻 R 4,R 5 的作用是什么? 22

23 实验七集成稳压器实验台 : 组员姓名 : 指导教师签字 : 成绩 : 一实验目的 1. 了解集成稳压器特性和使用方法 2. 掌握直流稳压电源主要参数测试方法二实验仪器 1. 示波器 2. 数字万用表三预习要求 1. 复习教材直流稳压电源部分关于电源主要参数及测试方法 2. 查阅手册, 了解本实验使用稳压器的技术参数 3. 计算图 7.5 电路中 1RP 的值估算图 7.3 电路输出电压范围四实验内容 1. 稳压器的测试实验电路如图 7.1 所示 78L05 图 7.1 三端稳压器参数测试

24 测试内容 : (1). 稳定输出电压 (2). 电压调整率 (3). 电流调整率 (4). 纹波电压 ( 有效值或峰值 ) 2. 稳压器性能测试仍用图 7.1 的电路, 实验直流稳压电源性能 (1). 保持稳定输出电压的最小输人电压 (2). 输出电流最大值及过流保护性能 3.* 三端稳压器灵活应用 ( 选做 ) (1). 改变输出电压实验电路如图所示按图接线, 测量上述电路输出电压及变化范围图 7.2 图 7.3 (2). 组成恒流源实验电路如图 7.4 所示按图接线, 并测试电路恒流作用 24

25 图 7.4 图 7.5 (3). 可调稳压器实验电路如图 7.5 所示,LM317L 最大输入电压 40V, 输出 1.25V ~37V 可调最大输出电流 l00ma ( 本实验只加 15V 输入电压 ) 按图接线, 并测试 : I. 电压输出范围 Ⅱ. 按实验内容 1 测试各项指标测试时将输出电压调到最高输出电压五实验报告 1. 整理实验报告, 计算内容 1 的各项参数 2. 画出实验内容 2 的输出保护特性曲线 3. 总结本实验所用两种三端稳压器的应用方法 25

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B 直流稳压电源第 4 章 4.1 整流电路及其应用学习目标 1. 熟悉单相整流电路的组成, 了解整流电路的工作原理. 掌握单相整流电路的输出电压和电流的计算方法, 并能通过示波器观察整流电路输出电压的波形 3. 能从实际电路中识读整流电路, 通过估算, 能合理选用整流元器件 4.1.1 认识整流电路 1. 图解单相半波整流电路 ( 图 4-1-1) 电路名称电路原理图波形图 4-1-1. 图解单相全波整流电路

实验一 比例求和运算电路

实验一比例求和运算电路