数模综合实验讲义

1实验一常用仪器的使用一、实验目的1.学习示波器，信号源，直流稳压源，交流毫伏表，万用表的使用方法。2.通过实验基本掌握常用仪器的使用及电信号定量测量。二、预习要求1.认真阅读实验指导书常用仪器介绍部分，初步了解仪器面板主要旋钮的功能，及其主要用途。2.明确实验内容与实验步骤三、实验原理在电子技术实验中，常用仪器常用来定性定量地测量和分析电信号的波形和值，从中掌握电路的性能及工作情况，它们在测试电路中的相互关系如图1.1.1所示。接线时应注意，因大多数电子仪器的两个测量端点是不对称的，为了防止外界干扰，各仪器的公共地端应连接在一起，称为“共地”。图1.1.1常用电子仪器在实验电路中的互相关系直流稳压电源测试电路信号源示波器万用表毫伏表静态测量动态测量实验信号输出波形仪器的主要用途：1）直流稳压电源：为测试电路提供能源；2）信号源：为测试电路提供各种频率与幅度的输入信号供放大用；3）示波器：测试观察电路个点的波形，监视电路的工作状态，定量测定波形的周期、幅值、相位等；4）毫伏表：用来测定电路输入、输出等处正弦信号有效值；5）万用表：用来测量电路静态工作点及直流信号的值，还可用来测量电子元器件的好坏、电阻值和电路及导线的通断等。四、实验仪器1.数字存储示波器DST1102B一台2.低频信号源SG1020P一台3.交流毫伏表YB2173一台4.双路直流稳压电源DH1718一台5.万用表MF—47一块2五、实验内容及步骤1.示波器操作1）垂直设置（以CH1为例）“垂直位置”旋钮：旋转该按钮在屏幕上下移动通道波形。按下该按钮，波形回到屏幕垂直位置中间。按动一次“CH1MENU”按钮，可显示波形和MENU菜单；再按动一次“CH1MENU”按钮，可删除波形显示。注意：只有将“伏/格”设定为粗调，才会有效控制波形的显示高度2）水平设置“水平位置”旋钮：旋转该按钮在屏幕左右移动通道波形。按下该旋钮，波形回到屏幕水平位置中间。“秒/格”时基旋钮：用来改变水平时间刻度，水平放大或压缩波形。注意：“秒/格”的控制就会扩展或压缩波形。3）触发设置按下“TRIGMENU”键，显示触发菜单，常采用边沿触发，注意选择触发信号源等，然后调节触发电平到最佳位置，就可以定量地显示出稳定单一的波形。4）使用“自动设置”按“自动设置”按钮，自动设置功能都会自动获得显示稳定单一波形，它可以自动调整垂直刻度、水平刻度和触发设置。自动设置也可在刻度区域显示几个自动测量结果，这取决于信号类型。2.低频信号源操作1）信号源幅值的调整与测定将信号频率f调定在1KHZ，然后调节幅度，使输出有效值（毫伏表测量值）按表1.1.1变化的正弦波波形，同时用示波器定量测定其输出电压对应的峰—峰值，填表记录测量结果。表1.1.1输入Vipp（V)峰—峰波形高度输出Vopp（V）有效值电压Vo（V）伏/格格数50.50.052）信号源频率的调整与测定调整信号源幅度用示波器观察使输出峰—峰值为5V，并保持不变，按表1.1.2调定信号源频率，用示波器定量测定其频率并与调定值进行比较。表1.1.2信号频率（KHZ）秒/格（每格时间）一个周期占水平格数频率f=1/T11010033.稳压电源操作（画出示意图）DH1718型双路直流稳压电源，具有稳压恒流工作状态，且可随负载自动切换，两路电源具有串联主从工作功能，左电源为主，右电源为从工作，输出电压0~32伏，电流0~3安培，此功能在输出正、负对称电源时使用，除此之外也可作单电源使用仪器，配有两块能指示电压，电流的双功能表，由“VOLTS”、“AMPS”作功能切换。a.单电源输出的调整与测量输出+6V为例，抬起左路（VOLTS）（AMPS）键，此时表头被切换为指示该路输出电压，按下则指示电流（空载时电流表指示为零），调节（VOLTAGE）观察表头指示值，使其输出指示6V，用万用表“直流电压”挡测定输出接线柱正负端电压值。（GND端为机壳，使用时可不接）。b.输出正负对称电源的调整与测量输出±12V为例：按下（TRACKING）跟踪键，使左右两路电源处于主从跟踪状态，调左电源（VOLTAGE）为12V，右路电源将以“从”的方式同步跟踪至12V（即主从工作方式），此时左右两顶端点接线柱分别为电源的正负电源输出端，串接点位公共地。c.大于32V电源的调整输出+45V为例：抬起跟踪键（TRACKING），此时为非跟踪状态（INDEPENDENT）调节左路钮（VOLTAGE）使左表头输出指示为20V，再调节右路（VOLTAGE）使右表头指示25V，将左右两路正、负极短接（串接），从左路“正极”“右路”负极输出，此时输出电压VO=V左+V右。即VO=20V+25V=45V。4.万用表的使用万用表是电子技术实验中必不可少的工具，应用范围及其广泛，除用来测量电压、电流、电阻外还可用来对器件好坏、优劣的判别，本实验在此不作一一介绍，只对常用二、三极管的性能好坏的判断作一简单的介绍，根据常用普通的二、三极管材料的不同有硅、锗之分，根据二极管的单向导电性及正反电阻的差异，通过正反向电阻的测量即可判别其好坏。5.组装电路原则：应尽量按照电路的形式和顺序布线。六、思考题1.在实验中均要求用单线连接电源，用屏蔽电缆线连接信号，屏蔽网络状线应接试验系统的地，芯线接信号，对于交流信号能颠倒吗？为什么？2.测量中示波器测得的正弦波峰—峰值大于交流毫伏表测得的示值，你知道为什么吗？3.交流毫伏表能测量直流电压吗？它在其工作频率范围内用来测量正弦交流信号的什么数值？万用表交流电压档能测量任何频率的交流信号吗？4.若某实验电路要求信号源提供50mV，频率为1kHz的交流正弦输入信号，请说出信号源各电压调节钮的正确调整方法。5.用示波器观察信号波形时，为了使（1）波形清晰，（2）亮度适中，（3）波形稳定，（4）移动波形位置，（5）改变波形个数，（6）改变波形高度，（7）同时可显示两个信号波形，需要分别调整哪些旋钮？4实验二基本放大电路一、实验目的1.学习基本放大电路静态工作点及电压放大倍数的调整与测试方法。2.观察静态工作点和负载电阻改变对电路工作状态、输出波形及AV的影响。二、预习要求1.复习放大电路有关内容，掌握静态工作点调整原理。2.预读实验指导书明确实验内容及要求。三、实验原理及电路实验电路如图2.1所示，电路中静态值是通过调节可变电阻RW来获得，由我们已学过的知识可知要使放大电路输入动态信号后具有良好的线性电压放大倍数和放大的动态范围输出，必须将静态工作点Q调定在如图2.2所示输出特性的中间位置，若将工作点设置过高或过低，将可能影响输出波形的形状而出现削顶或削底现象。BRWRk500bRk200CRk4.2+2CF10+1CF10+-+-iVQCEvCi203CF01.0ERoVV10CCVbRVCRV2N2222A图2.1共射基本放大电路图2.2放大器输出特性四、实验仪器及器件1.数字存储示波器DST1102B一台2.低频信号源SG1020P一台3.交流毫伏表YB2173一台4.双路直流稳压电源DH1718一台5.万用表MF—47一块6.2N2222A三极管一个、10uF电容2个，0.01uF电容1个，500kΩ变阻器一个，200kΩ电阻1个，2.4kΩ电阻1个，20Ω电阻1个，1kΩ电阻1个，1.5kΩ电阻1个五、实验内容及步骤1.静态工作点调整与测试1）调整双路直流稳压电源VCC=10V，并接入电路。2）调节滑动变阻器RW使得Q点处在不同的位置，按表2.1测量与计算相应的数值，并最终调至最佳位置，记录相应电压值。选用内阻较高的直流电压表，不加输入信号情况下测试如下：5表2.1RW(kΩ)静态工作点失真波形失真性质（增大、减小）测量值VCEQ=(1V),VBEQ=(),bRV=(),CRV=()计算值ICQ=(),IBQ=(),=()最佳工作点测量值VCEQ=(),VBEQ=(),bRV=(),CRV=()计算值ICQ=(),IBQ=(),()（增大、减小）测量值VCEQ=(6V),VBEQ=(),bRV=(),CRV()计算值ICQ=(),IBQ=(),()2.测交流电压放大倍数1）调低频信号源频率ƒ=1kHz，调节信号源幅度。2）将低频信号源输出接入实验电路输入端，按表2.2调定输入信号Vi测出对应Vo值，填表记录测量结果（括号内为最大且不失真输出幅值时所对应的输入电压值）。表2.2Vi(mV)Vo(mV)AV=Vo/Vi输出波形（定性）101520（）最大不失真输出3.测量输入Ri输入阻抗的测量原理如图2.3，输入端串联电阻R=1kΩ，将信号源移至新输入端，调输入电压Vi`使得Vi为10mV（有效值）左右，记录Vi、Vi`，代式求出Ri。放大器`iV+-iV+-iRk1RoRLRk5.1放大器Lo`RVk5.1LoRVV图2.3Ri测量原理图2.4Ro测量原理表2.3输入阻抗Ri输出阻抗RoRL=∞ViRL=∞RL=1.5kΩVi`=Vi=调节ViVo`=Vo=Ri=Ro=输入阻抗：RVVVRVVVIVRi'iii'iibii64.测量输出阻抗Ro输出阻抗Ro的测量原理如图2.4，去除步骤3中的串联电阻R，输入端加信号源，调输入电压Vi使得当RL=∞时V`o为1V（有效值）左右，然后加RL=1.5kΩ负载，测量此时输出电压Vo值，代式求出Ro（若Vo的变化不明显可适当减少Vi的值）。输出阻抗：LooooRVVVR'六、思考题1、请分析电路中RE的作用。2、请分析输出端电容C3的作用。3、请问测量输出电阻还有其他的方法吗？4、请总结静态工作点调节的方法。七、实验报告要求：1、实验名称2、实验目的3、实验原理及电路4、实验器件与仪器5、实验内容及步骤6、对实验中测量的电路参数进行理论计算，并和实验结果比较，分析误差产生的原因7、回答思考题7实验三集成运算放大器应用一、实验目的1.掌握LM741（F007）集成运放功能和使用方法。2.掌握反相放大电路、反相加法器、正弦波振荡电路、积分电路的测试和计算方法。3.掌握集成运放在模拟运算方面的应用。4.掌握运算电路的组成及计算测试方法。二、实验原理及电路1.通用运放——LM741本实验采用通用型集成运算放大器LM741作为实验基本元件，它具有高放大倍数（105~108）、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合放大电路。芯片引脚图如图3.1所示。741LM12348765NCVOUT2OA1OAININCCVCC输出端v12输出端v12v12v12公共零电位图3.1LM741芯片引脚图图3.2±12V电源连接示意图2.实验电路+--+VVRK1RK123-++R63Foi447-12v+12v图3.3反相放大电路+-VRK1023-++6K15K10RRCF01.0RK10RK10CF01.0fF1F21122o47-12v+12v+-VRK10RK1023-++RK100CF01.061FF2o47-12v+12v图3.5正弦振荡电路图3.6积分电路三、实验仪器1.数字存储示波器DST1102B一台2.低频信号源SG1020P一台3.交流毫伏表YB2173一台4.双路直流稳压电源DH1718一台5.万用表MF—47一块四、实验内容及步骤81.测量反相放大倍数按图3.3连线经仔细检查确认无误后，接入±Vcc=±12V，调信号源频率fi=1kHz，Vi调到最小，接入电路后，逐渐增大Vi，使输出电压Vo=2V，按表3.1测定在不同RF的Vi值。反相放大电压增益表达式：3RRVVAFioV表3.1RF（KΩ）Vo（V）Vi（mV）AV=Vo/ViAV`=－RF/R3（|AV`|－|AV|）/|AV`|%5.1251210022.测量正弦振荡频率f0；反馈系数F；反馈电压Vf及振幅Vo按图3.5连线在电路振荡条件下测量表3.3中电路的各参数值。验证起振条件采用“替代法”：当振荡电路产生了一个稳定