1、目錄實驗一常用儀器儀表的使用 (1實驗二信號運算電路 (3實驗三單級共射放大電路 (7實驗四電壓比較器 (11實驗五RC正弦波振蕩器 (15實驗要求1、實驗前必須充分預習,完成指定的預習任務。預習要求如下:(1認真閱讀實驗指導書,分析、掌握實驗電路的工作原理,并進行必要的估算。(2完成各實驗“預習要求”中指定的內容。(3熟悉實驗任務。(4復習實驗中所用各儀器的使用方法及注意事項。2、使用儀器前必須了解其性能、操作方法及注意事項,在使用時應嚴格遵守。3、每人一臺實驗箱,獨立完成實驗。4、實驗時接線要認真,相互仔細檢查,確定無誤才能接通電源,初學或沒有把握應經指導教師審查同意后再接通電源。5、實驗

2、時應注意觀察,若發現有破壞性異常現象(例如有元件冒煙、發燙或有異味應立即關斷電源,保持現場,報告指導教師。找出原因、排除故障,經指導教師同意再繼續實驗。6、實驗過程中需要改接線時,應關斷電源后才能拆、接線。7、實驗過程中應仔細觀察實驗現象,認真記錄實驗結果(數據、波形、現象 。所記錄的實驗結果經指導教師審閱后再拆除實驗線路。8、實驗結束后,必須關斷電源,并將儀器、設備、工具、導線等按規定進行整理。9、實驗后每個同學必須按要求獨立完成實驗報告。撰寫三份實驗報告:第一份包括實驗一、二,第二份為實驗三,第三份包括實驗四、五。實驗一常用儀器儀表的使用一、實驗目的1、學習電子電路實驗中常用的電子儀器數字

3、示波器、函數信號發生器、數字萬用表的使用方法。2、掌握用雙蹤示波器觀察正弦信號波形和讀取波形參數的方法。二、預習要求閱讀實驗原理部分,掌握示波器、函數信號發生器、數字萬用表的使用方法,及模擬電子電路實驗中常用儀器、儀表的連接方法。二、實驗原理在模擬電子電路實驗中,經常使用的儀器儀表有示波器、函數信號發生器、直流穩壓電源等。它們和萬用電表一起,可以完成對模擬電子電路的靜態和動態工作情況的測試。實驗中要對各種電子儀器進行綜合使用,可按照信號流向,以連線簡捷,調節順手,觀察與讀數方便等原則進行合理布局,各儀器與被測實驗裝置之間的布局與連接如圖1-1所示。 圖1-1 模擬電子電路中常用電子儀器布局圖1

4、、數字示波器示波器是一種用途很廣的電子測量儀器,它既能直接顯示電信號的波形,又能對電信號進行各種參數的測量。數字示波器使用操作要點如下:(1將示波器探頭與待測信號相連。(2按下AUTO按鈕,示波器將自動設置垂直、水平和觸發控制。如需要,可手動調整這些控制使波形顯示達到最佳。(3按下MEASURE自動測量功能鍵,系統顯示自動測量操作菜單。本示波器具有多種自動測量功能,包括峰峰值、幅值、平均值、周期、頻率等。(4記錄波形參數。2、函數信號發生器函數信號發生器能產生某些特定的周期性時間函數波形(正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等信號,頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫,在電子電路實驗和設備檢測中具有

5、十分廣泛的用途。函數信號輸出操作方法選擇輸出通道;選定輸出信號的波形,分別獲得正弦波、三角波、脈沖波;頻率設定,可用數字鍵或調節旋鈕輸入頻率值;幅度設定,可用數字鍵或調節旋鈕輸入幅度值。3、數字萬用表數字萬用表可測量直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、電阻、電容、晶體管直流電流放大倍數等。為了防止過載而損壞,測量前一般先把量程開關置于量程較大位置上,然后在測量中逐檔減小量程。四、實驗內容1、掌握儀器、儀表的操作方法按照實驗原理中給出的操作方法,熟悉、掌握示波器、函數信號發生器和萬用表的使用方法。2、用示波器測量信號把函數信號發生器和示波器相連,調節函數信號發生器,使輸出10KHz、10V

6、P-P正弦信號到示波器輸入端。調節示波器,使顯示穩定的波形,測出V P-P和信號頻率,畫出信號波形。五、實驗思考題1、示波器顯示屏上的波形很密,是否就說明所測信號的頻率很高?2、示波器顯示的波形不穩定,應調節哪個旋鈕?實驗二 信號運算電路一、實驗目的1、掌握由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的工作原理、特點和功能。2、學會上述電路的測試和分析方法。二、預習要求估算各表中的理論值。三、實驗原理集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時,可以靈活地實現各種特定的函數關系。在線性應用方面,可組成比例、

7、加法、減法、積分、微分、對數等模擬運算電路。1、反相比例運算電路電路如圖2-1所示。對于理想運放, 該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為圖2-1 反相比例運算電路 圖2-2 求和電路2、求和電路電路如圖2-2所示,輸出電壓與輸入電壓之間的關系為U R R U R R (U i22F i11F O +-= R 3=R 1 / R 2 / R F 3、同相比例運算電路圖2-3(a是同相比例運算電路,它的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為i 1F O U R R (1U += 當R 1時,U O =U i ,即得到如圖2-3(b所示的電壓跟隨器。圖中R 2=R F ,用以減小漂移和起保護作用。一般R

8、F 取10K, R F 太小起不到保護作用,太大則影響跟隨性。 i 1F O U R R U -= (a 同相比例運算電路 (b 電壓跟隨器圖2-3 同相比例運算電路4、求差電路對于圖2-4所示的減法運算電路,當R 1=R 2,R 3=R F 時, 有如下關系式U (U R R U i1i21FO -=V F V圖2-4 求差電路圖四、實驗內容1、反相比例運算電路(1按圖2-1連接實驗電路,接通±12V 電源,并連接好GND 。 (2按表2-1內容進行實驗并測量記錄數據。 (2輸入f =100Hz ,U im =0.5V 的正弦交流信號,用示波器測量相應的U om ,并觀察u O 和

9、ui 的相位關系,記入表2-2。 2、同相比例運算電路(1按圖2-3(a連接實驗電路。(2按表2-3內容進行實驗并測量記錄數據。 (3輸入f =100Hz ,U im =0.5V 的正弦交流信號,用示波器測量相應的U om ,并觀察u O 和ui 的相位關系,記入表2-4。 (4按圖2-3(b連接實驗電路,重復內容(3,結果記入表2-5。 3、求和電路(1按圖2-2連接實驗電路。(2按表2-6內容進行實驗并測量記錄數據。 4、求差電路(1按圖2-4連接實驗電路。(2按表2-7內容進行實驗并測量記錄數據。 五、實驗報告要求1、整理實驗數據,畫出波形圖(注意波形間的相位關系。2、將理論計算結果和實

10、測數據相比較,分析產生誤差的原因。3、分析討論實驗中出現的現象和問題。實驗三 單級共射放大電路一、實驗目的1、學會放大器靜態工作點的測量和調整方法,分析靜態工作點對放大器性能的影響。2、掌握放大器動態性能指標的測試方法。3、熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設備的使用。二、預習要求1、閱讀教材中有關分壓式偏置共射放大電路的內容并估算實驗電路的性能指標(設=50。估算放大器的靜態工作點,電壓放大倍數A u ,輸入電阻R i 和輸出電阻R O 。2、當調節偏置電阻R P ,使放大器輸出波形出現飽和或截止失真時,晶體管的管壓降U CE 怎樣變化?3、改變靜態工作點對放大器的輸入電阻R i 有否影響?改變

11、外接電阻R L 對輸出電阻R O 有否影響?4、在測試A u ,R i 和R O 時怎樣選擇輸入信號的幅值和頻率?為什么信號頻率一般選1KHz ,而不選100KHz 或更高?三、實驗原理 圖3-1 單級共射極放大電路實驗電路圖3-1為電阻分壓式工作點穩定單管放大器實驗電路圖。 1、靜態工作點的測量與調整CCv o+(1 靜態工作點的測量放大電路直流電壓+12V ,不加交流輸入信號(輸入端與接地端短接。選用萬用表的直流電壓檔,測量直流電壓V B 、V C 、V E 。然后利用公式計算E E EQ CQ /R V I I =或C C CC CQ /(R V V I -=。測量靜態工作點的目的是為了

12、了解靜態工作點的設置是否合適。如果測出V CEQ <0.5V,說明三極管已經進入了飽和區;如果V CE V CC ,則說明三極管工作在截止狀態。對于一個放大電路來說,這兩種情況下靜態偏置都不能使電路正常工作。如遇到這兩種情況,或測量值與選定的靜態工作點不一致,就需要對靜態工作點進行調整。一般是通過調整偏置電阻R B1或R B2來實現。(2 靜態工作點的調整靜態工作點是否合適,對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高,放大器在加入交流信號以后易產生飽和失真,此時v O 的負半周將被削底,如圖3-2(a所示;如工作點偏低則易產生截止失真,即v O 的正半周被縮頂(一般截止失真不如飽

13、和失真明顯,如圖3-2(b所示。這些情況都不符合不失真放大的要求,應調節靜態工作點的位置。 (a (b圖3-2 靜態工作點對u O 波形失真的影響改變電路參數U CC 、R C 、R B (R B1、R B2都會引起靜態工作點的變化,如圖3-3所示。但通常多采用調節偏置電阻R p 的方法來改變靜態工作點,如減小R p ,則可使靜態工作點提高等。最后還要說明的是,上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的,應該是相對信號的幅度而言,如輸入信號幅度很小,即使工作點較高或較低也不一定會出現失真。所以確切地說,產生波形失真是信號幅度與靜態工作點設置配合不當所致。如需滿足較大信號幅度的要求,靜態工作點

14、最好盡量靠近交流負載線的中點。靜態工作點的調整即I CQ 的調整,可分為兩個步驟: 靜態調整。放大電路加直流電壓+12V ,不加交流輸入信號。用萬用表測量直流電壓V B 、V C 、V E 的值是否合適,若不合適,調節電位器。 動態調整。從信號發生器輸出f = 1kHz , V P-P = 100mV 的正弦信號接到放大電路的輸入端,用示波器觀察輸出電壓波形。如果發現輸出波形的正半周或負半周出現削波失真,在表明靜態工作點的設置不合適,需要重新調整。調節電位器阻值,直到輸出波形不失真為止。2、放大器動態指標測試 (1 測量電壓放大倍數由函數發生器輸出1KHz 、峰峰值約100mV 的正弦交流信號

15、到放大電路的輸入端。用示波器觀察放大電路輸入、輸出電壓的波形,在輸出信號沒有明顯失真的情況下,讀出V O 和V i 的大小,于是可得i o V V A /u 。 (2測量幅頻特性及通頻帶帶寬通常采用逐點法來測量幅頻特性。將一個頻率可調的正弦信號加到放大電路的輸入端,保持輸入信號的大小不變,逐點改變信號的頻率,用示波器測出對應的輸出電壓值,計算出各頻率點的對應增益,將其整理到半對數坐標紙上,將所測各頻率點的電壓增益連成曲線,即可得該放大電路的幅頻特性曲線。幅頻特性曲線上電壓增益下降到中頻區電壓增益的0.707倍(即-3dB時所對應的頻率即為該放大電路的上限頻率f H 和下限頻率f L ,放大電路

16、的帶寬BW = f H f L 。四、實驗內容實驗電路如圖3-1所示。各電子儀器可按實驗一中圖1-1所示方式連接。 1、調整、測試靜態工作點調整電位器阻值,改變放大電路靜態工作點,觀察輸出電壓波形。用萬用表測量放大電路的靜態值,填入表3-1。 2、測中頻電壓增益由函數發生器輸出1KHz 、峰峰值約100mV 的正弦交流信號到放大電路的輸入端。用示波器觀察放大電路輸入、輸出電壓的波形。在輸出波形無失真的情況下,讀出電壓幅值,并計算出電壓增益i o V V A /u 。 3、采用“逐點法”來測量幅頻特性。由函數發生器輸出峰峰值約100mV 的正弦交流信號到放大電路的輸入端。保持輸入信號的幅值大小不

17、變,逐點改變信號的頻率,用示波器測出對應的輸出電壓值,填入下表,并計算出各頻率點的對應增益。將其整理到半對數坐標紙上,將所測各頻率點的電壓增益連成曲線,即可得該放大電路的幅頻特性曲線。由幅頻特性曲線讀出放大電路的上限頻率 五、實驗思考題1、加大輸入信號幅值時,輸出波形可能會出現哪些失真?分別是由什么原因引起的?2、電路中上偏置電阻R B1起何作用?可否不要R B1?3、影響放大電路的上限頻率和下限頻率的因素有哪些?可以采用什么措施來降低下限頻率?六、實驗報告要求1、列出各實驗項目的有關數據,相關的計算公式及計算結果。2、在半對數坐標紙上精細畫出放大電路的幅頻特性曲線。3、回答實驗思考題。實驗四

18、 電壓比較器一、實驗目的1.掌握比較器的電路構成及特點。2.學會測試比較器的方法。 二、預習要求1.復習單門限電壓比較器的電路組成及工作原理。2.掌握單限比較器、遲滯比較器門限電壓、回差電壓、輸出高電平、輸出低電平等參數的估算方法。3.電壓比較器中的運放通常工作在什么狀態(負反饋、正反饋或開環?一般它的輸出電壓是否只有高電平和低電平兩個穩定狀態? 三、實驗原理1.單門限電壓比較器電壓比較器是用來比較兩個輸 入電壓的大小,據此決定其輸出是高電平還是低電平。以圖10-1所示的同相電壓比較器電路為例,參考電壓V REF 加于運放的反相端,V REF 可以是正值或負值。而輸入信號v I 加于運放的同相

19、端。 REFV OV (a電路圖(b傳輸特性圖4-1 單門限電壓比較器由于比較器的開環電壓增益很大,當輸入信號v I 小于參考電壓V REF ,即時,運放處于負飽和狀態;v o 為低電平V OL ;反之,當v I 升高到略大于 V REF ,即時,v o 轉入正飽和狀態,vo 為高電平V OH。 以圖10-1所示的同相電壓比較器電路為例分析可知,比較器輸出v o 的臨界轉換條件是集成運放的差動輸入電壓,即。由此可求出圖1a 電路的電壓傳輸特性, 如圖10-1b 所示。當v I 由低變高經過V REF 時,v o 由V OL 變為V OH ;反之,當v I 由高變低經過V REF 時,v o 由

20、V OH 變為V OL。我們把比較器輸出電壓v o 從一個電平跳變到另一個電平時相應的輸入電壓v I 值稱為門限電壓或閾值電壓V th ,對于圖10-1a 所示電路,。 由于v I 從同相輸入且只有一個門限電壓,故稱為同相輸入單門限電壓比較器。反之當v I 從反相端輸入,V REF改接到同相端,則稱為反相輸入單門限電壓比較器。其相應傳輸特性如圖10-1b中的虛線所示。2.過零比較器 對于圖4-1a所示電路,當,則輸出電壓每次過零時,輸出電壓就產生跳變。這種比較器稱為過零比較器。 圖4-2 過零比較器如果希望減小比較器的輸出電壓幅值,可外加雙向穩壓管D z,如圖4-2所示。這時,輸出電壓的幅值受

21、D z的穩壓值V Z限制,電路的正向輸出幅度與負向輸出幅度基本相等。 或。電阻R起限流作用,保護穩壓管。3.遲滯比較器單門限電壓比較器雖然有電路簡單、靈敏度高等特點,但其抗干擾能力差。例如,在單門限電壓比較器輸入v I中含有噪聲或干擾電壓時,其輸入和輸出電壓波形如圖4-3所示,由于在v I=V th=V REF附近出現干擾,v O將時而為V OH,時而為V OL,導致比較器輸出不穩定。如果用這個輸出電壓v O去控制電機,將出現頻繁的起停現象,這種情況是不允許的。提高抗干擾能力的一種方案是采用遲滯比較器。 圖4-3 OV (a電路圖 (b傳輸特性圖4-4 遲滯比較器遲滯比較器是一個具有遲滯回環特

22、性的比較器。以圖4-4a所示為反相輸入遲滯比較器原理電路,它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎上引入了正反饋網絡,其傳輸特性如圖 2b所示。如將v I與V REF位置互換,就可組成同相輸入遲滯比較器。以反相輸入遲滯比較器原理電路為例,由于比較器中的運放處于開環狀態或正反饋狀 態,因此一般情況下,輸出電壓v O與輸入電壓v I不成線性關系,只有在輸出電壓發生跳變瞬間,集成運放兩個輸入端之間的電壓才可近似認為等于零,即或(1設運放是理想的并利用疊加原理,則有( 2根據輸出電壓v O的不同值(V OH或V OL ,可求出上門限電壓V T+和下門限電壓V T分別為 (3( 4 門限寬度或回差電壓為 (

23、5設電路參數如圖 10-4a所示,且 ,則由式 (3(5可求得, 和。 設從,和 開始討論。當v I由零向正方向增加到接近前,v O一直保持不變。當 v I增加到略大于,則v O 由V OH下跳到V OL,同時使v P下跳到。v I再增加,v O保持不變。 若減小 vI，只要 ，則 vo 將始終保持 不變，只有當 時， vo 才由 圖 4-4 跳到 VOH。其傳輸特性如圖 10-4b 所示。 由以上分析可以看出，遲滯比較器的門限電壓是隨輸出電壓 vo 的變化而改變的。它的 靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。 四、實驗內容 1過零比較器 實驗參考電路如圖 4-5 所示。 R1 Vi 10k

24、 A R2 5.1k 6V Vo 圖 4-5 過零比較器 (1 將信號發生器接入 Vi，使輸出頻率 f500Hz，幅值為 1.5v 的正弦波信號，用示波 器觀察 ViVo 波形并記錄。 (2 根據 ViVo 波形，畫出電壓傳輸特性曲線，得出閾值電壓 VT，將 VT 的實測值和 理論值進行比較。 2反相滯回比較器 (1 按圖 4-6 連接好實驗電路，并將 RF 調整為 100k 。將信號發生器接入 Vi，并使之 輸出頻率為 500Hz，電壓幅值為 1.5v 的正弦信號，用示波器觀察 ViVo 波形并記錄。測 出正向閾值電壓和負向閾值電壓。 (2 將電路中 RF 調為 50k ，重復上述實驗。 R

25、1 Vi 10k A R3 5.1k Vo R2 10k RF 680k 圖 4-6 反相滯回比較器 6V 五、實驗報告要求 1整理實驗數據及相關波形，與理論預算值相比較。 2總結幾種比較器的特點。 14 實驗五 RC 正弦波振蕩器 一、實驗目的 1掌握橋式 RC 正弦波振蕩器的電路構成原理。 2熟悉正弦波振蕩器的測試方法。 二、預習要求 1復習 RC 橋式振蕩器的工作原理。 2圖 5-2 所示電路中，調節 R1 起什么作用，兩個二極管起什么作用？ 三、實驗原理與參考電路 1基本 RC 橋式振蕩 電路如圖 5-1 所示，它由兩部分組成，即放大電路 & 。由圖中可知由于 和選頻網絡 F

26、V Z1、Z2 和 R1、Rf 正好形成一個四臂電橋，因此這種振蕩電路常稱為 RC 橋式振蕩電路。 R Z1 C Rf & A V A Z2 R C & Vi = V f & V O R1 圖 5-1 RC 橋式振蕩電路 由圖可知， 在 相，即有 和 時， 經 RC 反饋網絡傳輸到運放同相端的電壓 與 同 。這樣，放大電路和由 Z1、Z2 組成的反饋網絡剛好形成 正反饋系統，可以滿足相位平衡條件，因而有可能振蕩。 實現穩幅的方法是使電路的 Rf/R1 值隨輸出電壓幅度增大而減小。 起振時要求放大器的 增益 >3,例如， Rf 用一個具有負溫度系數的熱敏電阻代替， 當輸出電壓 增 加使 Rf 的功耗增大時，熱敏電阻 Rf