第2章模拟电子技术的基本实验

第2章模拟电子技术的基本实验实验一单极性晶体管放大器一、实验目的1、掌握晶体管的基本测试方法。2、掌握晶体管放大电路参数的测试方法。3、了解晶体管放大电路的失真问题，分析失真的产生原因及其克服方法。二、实验预备知识：晶体管共射极放大电路的电路和动态指标晶体管共射极放大电路如图2-1所示。图2-1晶体管共射极固定偏置式放大电路这是一个固定偏置式电路，通过调整RB的阻值，就可以改变该放大电路的静态工作点:IBQ、ICQ、UCEQ。给电路加上交流输入信号uI后，得到输出电压u0，则电路的电压放大倍数Au为：Au=U0/UI(2-1)保持电路的输入信号uI不变，将信号加到电路的Us端，则可得到该电路的输入电阻RI为：sisiiRUUUR(2-2)该放大电路的输出电压为U0,断开负载电阻RL后,输出电压变为U0΄，则该电路的输出电阻RO为：R0=LRUU)1(00'(2-3)三、实验器材1、不同类型的晶体管和电阻：若干个。2、晶体管共射极固定偏置式放大电路实验电路：参照图2-1选择元件，在万能电路板上焊接而成。3、万用表、示波器、毫伏表、信号发生器、可调稳压电源：各一台。四、实验步骤1、晶体管引脚极性的测试2、放大电路的测量○1放大电路静态工作点的测试如图2-1所示完成电路连接，使uI=0，调节电位器Rp使UCEQ=6V，测试出UCEQ，计算出ICQ，将结果填入表2-2中。表2-1晶体管的测试晶体管外型晶体管型号晶体管类型基极集电极发射极表2-2固定偏置式放大电路的静态工作点测试RB为合适值VCCUCEQ（测试值）ICQ（计算值）○2放大电路动态指标的测试开通信号发生器，先测试其输出信号，使加在放大器的输入端信号uI=5mV，f=1kHz，用毫伏表测试出放大器的u0、u0′、us，将测试结果填入表2-3中，计算出Au、RI、R0。表2-3晶体管固定偏置式放大电路动态参数的测试uI=5mVf=1kHz测量值计算值VCCu0u0′AuRIR0○3用示波器观察uI和u0的波形，读出其幅度和频率。○4调节RB使其值最大，测试出此时UCEQ、UBEQ的值,观察u0的波形,并将结果填入表2-4中。○5调节RB使其值最小，测试出此时UCEQ、UBEQ的值,观察u0的波形,并将结果填入表2-4中。表2-4放大电路的失真分析UBEQUCEQUo波形RB值最大RB值最小说明：当调节RB至最大值或最小值时，若u0波形不出现失真，可适当增加输入信号uI的值。五、实验报告(1)简单说明测试RI、R0的方法。(2)简单分析RL对放大电路工作状态的影响。(3)分析电路出现截止失真的原因，讨论克服截止失真的方法。(4)分析电路出现饱和失真的原因，讨论克服饱和失真的方法。(5)若电路的输出波形正、负半周都同时出现失真，讨论该种失真的原因及克服方法。实验二负反馈放大器一、实验目的1.熟悉与掌握带有负反馈的放大电路的静态和动态的测试与调整。2.了解负反馈对放大电路性能的影响。二、实验预备知识1、分压式电流串联负反馈放大电路静态工作点的求法分压式电流串联负反馈放大电路如图2-2所示。图2-2分压式电流串联负反馈放大电路这个电路的静态工作点可由下列公式求出：UB=CC21P2VRRRR(2-4)ICQ≈IEQ=4BR7.0U(2-5)UCEQ=VCC-ICQ（R3+R4）(2-6)可以看出，调节RP的阻值，就可以调整该电路的静态工作点ICQ、UCEQ。2、分压式电流串联负反馈放大电路的动态指标电路的电压放大倍数Au为：Au=U0/UI该电路的输入电阻RI为:RI=SISIRUUU(2-7)设有负载时放大电路的输出电压为U0，断开负载电阻RL后，输出电压为U0′，则该电路的输出电阻R0为：R0=S00R)1UU((2-8)三、实验器材1、在万能电路板上焊接好的分压式电流串联负反馈放大电路。2、万用表、稳压源、毫伏表、示波器、信号发生器各一台。四、实验步骤1、测试分压式电流串联负反馈放大电路的静态工作点使Us=0，调节RP使UCEQ=3V，测量此时的UBEQ，计算出ICQ。再将C3断开，测量此时的UBEQ，计算出ICQ，将结果填入表2-5中。2、测试分压式电流串联负反馈放大电路的动态指标使信号发生器的输出信号为UI=300mV，f=1kHz，加入信号输入端Us，测试Us、U0。断开RL后，再测试U0′。3、断开C2，重复上述过程，并将测试结果填入表2-6中。表2-5静态工作点的测试结果UCEQUBEQ（测试值）ICQ（计算值）C2接入（无交流负反馈）3VC2断开（有交流负反馈）3V表2-6动态指标的测试结果UI=300mVf=1kHzUsU0U0′AuRIR0C2接入（无交流负反馈）C2断开（有交流负反馈）五、实验报告1、完成表格中的各项内容。2、分析在电路中引入电流串联负反馈后电路参数受到的影响。实验三集成运放的线性应用一、实验目的1、了解集成运算放大器的组成和特点，熟悉其主要性能参数及检测、使用方法。2、掌握集成运算放大器线性应用的条件，熟悉运算放大器电路的组成和调试方法。3、学会用基本集成运算放大器组成简单的实用电路。二、实验预习知识1、集成运放的符号识别集成运算放大器有两个输入端和一个输出端，其中：标有“-”端称为反相输入端，表示输出电压u0与该输入端电压un相反；标有“+”端称为同向输入端，表示输出电压u0与该输入端电压uP相同。2、集成运算放大器的选用在没有特殊要求的场合下，要尽量选用通用型集成运放，如μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）等。当在一个系统中需要使用多个放大器时，要尽量选用多运放集成电路，例如LM324、LF347等四个运放封装在一起的集成电路。3、集成运放的电源和调零集成运算放大器的电源供给方式有对称双电源供电方式和单电源供电方式。集成运放的调零是保证运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出也是零，是对失调电压和失调电流进行的补偿。常用的调零方法有内部调零和外部调零。4、集成运放μA741μA741系美国仙童公司的产品,国产型号为CF741。该器件具有高增益、宽共模和差模电压范围、无须外接补偿元件、无锁定现象、具有输出短路保护和失调电压能调到零的能力。μA741（CF741）器件有圆形金属壳和双列直插两种封装形式。图2-3（a）所示即为常用双列直插封装的集成运放μA741的外形引线图。μA741管脚的功能为：2脚为“反相输入端”，3脚为“同相输入端”，7脚为“电源电压正极端”，4脚为“电源电压负极端”，6脚为“输出端”，1脚和5脚为“调零端”。图2-3集成运放μA741的外形和引线图三、实验器材1、万用表1只2、集成运放器件（μA741）1片和阻容器件若干3、音频信号发生器1台4、示波器1台四、实验步骤1．器件检测(1)集成运放器件好坏的简单检测○1将集成运放器件μA741，接上正负电源，注意用电压表分别测量两路电源为±15V。电路接好后，经检查无误方可接通±15V电源。正电源VCC接+15V、负电源VEE接-15V。○2分别将同相输入端和反相输入端接地，检测输出U0是否为U0max值（电源±15V时），若是，则该器件基本良好，否则器件已损坏。(2)输入失调电压UIO的测试输入失调电压是指为了使输出电压为零，在输入端加的补偿电压，它反映电路的不对称程度和调零的难易，其值越小越好。○1按图2-4所示完成连线。○2调整调零电位器RP，使输出电压UO=0。○3用万用表测试A点的电压UI。○4计算UIO的值：UI0=UId=100UI(3)电压传输特性的测试○1仍以图2-4构成测试电路。○2调整RP，改变集成运放输入电压的大小和正负，使UI变化，分别观测对应UO电压数值，填入表2-7中；去掉反馈电阻RF后，测试开环电压传输特性。○3用逐点描绘法，分别画出闭环和开环电压传输特性曲线图。图2-4集成运放器件的参数检测电路表2-7集成运放电压传输特性的测试结果UI（MV）UO（V）2．集成运算放大电路组成的运算电路及其测试（1）反相比例运算电路在反相比例运算电路中，输入信号从运放的反相输入端输入，其输出为：U0=iIfURR(2.9)(负号表示输出信号与输入信号极性相反)（2）加法运算电路在反相加法运算电路中，输入信号UIl、UI2、UI3分别加到运放的反相输入端，则运放的输出为：U0=)URRURRURR(3i3f2i2f1i1f(2.10)当R1=R2=R3=R时，有：U0=)UUU(RR3i2i1iRf(2.11)反相加法运算电路的输入电阻比较小，对前级信号源索取的电流比较大，对强度比较微弱的信号不太合适。同相加法运算电路的输入阻抗特别大，对信号源索取的电流特别小，所以在仪器仪表电路中应用的比较广泛。（3）反向比例运算电路的测试按反向比例运算电路连线，在输入端UI加直流电压，按表2-8所给的数值进行测试，并计算出电压增益；改变阻值后再进行测量，将测量结果填入表2-8中。将UI改换为音频信号，取其频率为1kHz，幅度为100mV，按表2-9所给的数值，用示波器进行观测，记录波形，用毫伏表测定信号的大小并计算相应电压增益；改变阻值后再测量，并将结果填入表2-9中。注意：在测量时，每次改变电阻R1的阻值时应同时变化平衡电阻的阻值，保证R=Rl//Rf。表2-8反相比例运算电路加直流电压的测试结果UI（mV）100200300-300-200-100R1=100kΩU0(计算值)U0(测量值)Af(计算值)R1=51kΩU0(计算值)U0(测量值)Af(计算值)R1=510kΩU0(计算值)U0(测量值)Af(计算值)表2-9反向比例运算电路加音频信号的测试结果电阻UIU0AfR1=10kΩ波形：UI（mV）波形：U0（mV）R1=51kΩ波形：UI（mV）波形：U0(mV)R1=510kΩ波形：UI（mV）波形：U0（mV）(4)反相加法运算电路的测试按照反相加法运算电路接线，R1、R2、R3取10kΩ，Rf取100kΩ，R‘取3.3kΩ，输入信号UI1、UI2、UI3的获取可按照图2-5所示的电路进行连线得到，电位器RP的下端接负电源，可以得到所需要的负电压。将输入信号UI1、UI2、UI3接入图2-5所示电路中，按照表2-10的数据进行测试输出电压，并计算电压增益，将测量结果填入表2-10中。图2-5加法运算各输入端电压的获取电路表2-10反相加法运算电路加直流电压的测试结果UIl/mV4080100200300UI2/mV206080100200UI3/mV10406080100U0(计算值)UO(测量值)Af(计算值)五、实验报告1．整理实验数据，填入对应的数据表格中。2．将实测数值与理论计算值相比较，分析产生误差的原因。3．画出输入信号、输出信号对应的波形,并标明幅值和频率。4．记录实验中出现的不正常现象，说明解决问题的过程。实验四集成运放的非线性应用：电压比较电路一、实验目的1、掌握集成运算放大器的非线性特性2、通过做电压比较器的实验，进一步掌握电压比较器的电路组成及其特点3、掌握用集成运放组成电压比较电路的应用和测试方法二、实验预习知识1．集成运算放大器的非线性特性当集成运放电路为开环或正反馈状态时，集成运放就工作在非线性区域，当输入电压有微小的变化，就将使电路的输出电压进入饱和区。当uIVREF时：u0=u0L当uIVREF时,u0=u0H。2、电压比较器电压比较器中使用的集成运放都工作在非线性区，当电压比较器一个输入端接参考电压VREF，另一个输入端接连变化的模拟信号时，当uIVREF或uIVREF时，比较器的输出将在正、负两个饱和电平u0H和u0L之间跳变，即输出信号是数字量“1”或“0”。（1）简单电压比较器如图2-6所示，参考电压VREF和输入信号uI分别连接至集成运放的同相输入端和反相输入端，就组成了简单的电压比较器。图2-6（a）为同相电压比较器，图2-6（b）为反相电压比较器，当输入电压从低逐渐升高经过VREF时，电路的输出电压就会发生跳变。图2-6简