模擬電子技術(shù)實驗-電工電子國家級實驗教學示范-中國礦業(yè)大學

1、,,模擬電子技術(shù)實驗,中國礦業(yè)大學電工電子教學實驗中心,模擬電子技術(shù)實驗,實驗一 常用電子儀器的使用實驗二 單級放大器實驗三 放大電路的設(shè)計與仿真(Ⅰ)實驗四 放大電路的設(shè)計與仿真(Ⅱ)實驗五 運算放大器的線性應用實驗六 運算放大器的非線性應用綜合設(shè)計性實驗,概 述,《模擬電子技術(shù)實驗》課程是電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課之一，具有較強的實踐性，在通信、自動化及其它相關(guān)專業(yè)的課程中占有重要的地位。通過對本課程的學習，要求學生在

2、掌握基本實驗技能的基礎(chǔ)上，突出實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 根據(jù)課程的性質(zhì)、任務和要求，模擬電子技術(shù)實驗采用多層次教學方式。通過本課程學習應達到下列基本要求：1．正確使用常用的電子設(shè)備，掌握示波器、信號發(fā)生器、數(shù)字萬用表、穩(wěn)壓電源、毫伏表等儀器設(shè)備的使用方法。2．掌握基本的實驗測試技術(shù)以及電子電路的主要技術(shù)指標。能設(shè)計常用的電子系統(tǒng)，并進行組裝調(diào)試。具有查閱電子器件手冊的能力。3．具有一定分析問題和解決問題的能力，具有查找和排除電子

3、電路中常見故障的能力。4．能獨立寫出嚴謹、有理論分析、實事求是、文理通順、字跡端正的實驗報告。,實驗一 常用電子儀器的使用,一、實驗目的1、學習數(shù)字示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、多功能萬用表的使用方法；2、掌握模擬電子技術(shù)實驗訓練箱的使用；3、熟悉虛擬儀器HS801、晶體管圖示儀的使用方法。,二、實驗儀器,（一）.數(shù)字萬用表（二）.信號發(fā)生器（三）.數(shù)字示波器（四）.模擬電子技術(shù)實驗訓練箱（五）.虛擬儀器,（一）. GD

4、M－8145數(shù)字萬用表,（1）概述 GDM－8145型數(shù)字萬用表是一種性能穩(wěn)定、讀數(shù)精確、 位LED顯示的便攜式臺式儀表。該表可用于測量交直流電壓、交直流電流和電阻。,（2）面板介紹,PWR－電源開關(guān)按下此鍵，電源被打開,AC/DC－交流/直流按下此鍵，可以測交流 彈起此鍵，可以測直流,V－電壓按下此鍵，可以測電壓,mA－電流按下此鍵，可以測電流,kΩ－電阻按下此鍵，可以測電阻,,量程選擇按鈕（六個）

5、按下此鍵，可以選擇量程,LED顯示屏,測試筆插口,,（3）使用舉例 ①電壓測量,1）打開電源,2）選擇交流、直流,3）選擇測量電壓,4）選擇合適的量程,,5）連接表筆，觀察記錄讀數(shù),②電流測量,1）打開電源,2）選擇交流、直流,3）選擇測量電流,4）選擇合適的量程,5）連接表筆，觀察記錄讀數(shù),,20A沒有保險絲，測量時間應小于15秒,1）打開電源,2）保證AC/DC鍵彈起,3）選擇測量電阻,4）選擇合適的量程,,5）連接表筆，

6、觀察記錄讀數(shù),③電阻測量,（二）. SG1020信號發(fā)生器,（1）概述 本儀器采用大規(guī)模CMOS集成電路、超高速ECL、TTL電路、高速微處理器，內(nèi)部電路采取表面貼片工藝，大大提高了儀器的抗干擾性和使用壽命。 操作界面采用全中文化交互式菜單，并有效地利用按鍵資源，避免了用戶頻繁地按鍵操作，大大地增強了可操作性。,功能：?、佟【哂蠺TL波、正弦波、方波、三角波、調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相、FSK、ASK、

7、PSK、線性頻率掃描、對數(shù)頻率掃描等信號的發(fā)生功能，并且可以實現(xiàn)函數(shù)信號任意個數(shù)發(fā)生功能。 主波信號頻率最高20MHz（SG1020），頻率分辨力可達10mHz。 ②　此外，還具有頻率測量、周期測量、正脈寬、負脈寬測量和計數(shù)的功能。,（2）使用說明,旋轉(zhuǎn)脈沖開關(guān),電壓輸出,60db小信號輸出,外測量輸入,TTL 同步輸出,數(shù)字鍵盤區(qū),方向鍵以及確認鍵區(qū),快捷鍵及功能鍵區(qū),信息顯示窗口,·,,,,電源

8、開關(guān),①液晶顯示介紹,輸出波形,輸出波形的衰減,輸出波形的偏置,輸出波形的幅值,輸出波形的頻率,,功能鍵說明區(qū)，用以指示在其下方的快捷鍵的功能,,,②開始設(shè)置,,,,按下“主波”功能鍵即可進入下一級設(shè)置菜單進行各種設(shè)置,進入的下一級菜單,③設(shè)置信號的波形,,,,,表明正在進行波形設(shè)置,可供選擇的信號的波形的列表,使用方向鍵“?”“?”和旋轉(zhuǎn)數(shù)字脈沖撥盤可以進行波形設(shè)置，選中的波形以反白的方式顯示,波形設(shè)置后的菜單顯示,④進入頻率

9、設(shè)置,,,設(shè)置波形后，要進一步設(shè)置頻率，按頻率功能鍵進入下一級設(shè)置菜單,,,按頻率功能鍵進入的頻率設(shè)置菜單,⑤設(shè)置頻率方法,,使用“?”和“?”可以實現(xiàn)顯示屏上”?“”?“在頻率顯示數(shù)值的各個數(shù)據(jù)位上的移動，以選中各個數(shù)據(jù)位。,使用”?“和”?”可以實現(xiàn)對被選中數(shù)據(jù)位的增和減。輸出信號可以根據(jù)設(shè)置實時改變輸出頻率,⑥衰減設(shè)置,,同樣按”衰減”功能鍵進入衰減設(shè)置菜單顯示屏顯示衰減為0dB，即沒有衰減,,,衰減設(shè)置為10dB即信號衰減10

10、dB后輸出,顯示屏,光標,測量,自動設(shè)置,運行/停止,位置（垂直）,通道1 菜單,伏/格（通道1）,通道1,通道2,外部觸發(fā),秒/格,位置（水平）,（1）面板介紹,（三）. 示波器,（2）應用舉例： 觀察電路中一方波信號，測量信號的周期、頻率及峰－峰值。 ①開啟電源，顯示“啟動自檢”字樣后按任一鍵即可進行自校正和測量。,耦合交流,探頭1X,CH1 MENU,②將被測信號從通道1加入，按下

11、CH1 MENU鍵，通過斜面按鈕設(shè)定耦合為“交流”，衰減系數(shù)為“1X”，使屏幕上出現(xiàn)掃描線。,③按下AUTOSET鍵，使屏幕上顯示的波形清晰，高度適中。否則調(diào)節(jié)“伏/格”、“秒/格”旋鈕。,AUTOSET,伏/格（通道1）,秒/格,④按下MEASURE鍵，在選取“信源”為CH1后，再選擇測量類型：周期、頻率及峰－峰值。,MEASURE,CH1頻率,CH1周期,CH1峰－峰值,,電源區(qū),,電位器區(qū),,分離器件區(qū),,擴展區(qū)

12、,,集成器件區(qū),模擬電子實驗訓練箱,,電平指示,（四） 模擬電子技術(shù)實驗箱,（1）概述 HS801是一款最高采樣100MHz/s綜合測試儀，包括數(shù)字表, 數(shù)字存儲示波器, 頻譜分析儀，瞬態(tài)波形記錄儀，任意波形發(fā)生器等五種虛擬儀器。這款最新推出計算機并口連接、便攜式的綜合儀器。 這款儀器是最大采樣速率100MHz/s，具有8 位的分辨率，輸入范圍是 0.1 伏（滿刻度）到80伏（滿刻度），存儲深度為 32K或64K

13、每通道，任意波形發(fā)生器有10位的分辨率和每秒25 MHz的采樣速率。,（五）虛擬儀器 HS801,（2）數(shù)字存儲示波器 數(shù)字存儲示波器的存儲深度可設(shè)置從10到32768個采樣點，可在屏幕上顯示32K采樣點的數(shù)據(jù)。該儀器的預觸發(fā)位置可從0 到 100%自由設(shè)定，采樣頻率可自由調(diào)節(jié)。用戶可移動的圖形和縮放軸調(diào)節(jié)垂直偏移和增益，可通過拖動垂直軸的標記和水平滑動頭來改變垂直方向和水平方向的偏移。,數(shù)字存儲示波器軟件界面：,

14、（3）伏特計 伏特計可以測量溫度、壓力、功率、電流、電壓，以及自定義的物理量等。在模擬電子技術(shù)實驗中，一般用來測量電壓。對于所測量的數(shù)據(jù)，每一個顯示欄可提供均方根、峰峰值、平均值、最大值、最小值、dBm、功率值、Crest factor、頻率、周期、瞬態(tài)值等11種不同的測量內(nèi)容。對每一種顯示可以提供Ch1、Ch2、Ch1 + Ch2、Ch1 - Ch2、Ch2 - Ch1、Ch1 * Ch2、Ch1 / Ch2、C

15、h2 / Ch1、最小值、最大值等不同的顯示方式。測量的數(shù)據(jù)是可調(diào)整的時間間隔，記錄數(shù)據(jù)能保存或打印。,伏特計軟件界面：,（4）任意波形發(fā)生器 任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生五種信號：正弦波、三角波、方波、DC、白噪聲以及文件波形。信號的振幅可自由在0V和12V之間設(shè)置，信號的頻率范圍為0到2MHz。此外，任意波形發(fā)生器還提供了掃頻功能。,任意波形發(fā)生器軟件界面：,實驗二 單級放大器,一、實驗目的1．測定放大器的靜態(tài)工作點

16、和電壓放大倍數(shù)。 2．測定放大器的動態(tài)范圍，觀察非線性失真。3．熟悉晶體管偏置對工作點及動態(tài)范圍的影響。4．學習放大器輸入電阻、輸出電阻的測試方法。5．研究負載對非線性失真和放大倍數(shù)的影響。,二、實驗儀器模擬電子技術(shù)實驗訓練箱 1臺晶體管圖示儀 1臺數(shù)字萬用電表 1臺數(shù)字示波器

17、 1臺函數(shù)發(fā)生器 1臺,三、實驗原理1、實驗參考電路如圖所示,2、工作原理 任何組態(tài)（共射、共基、共集）的放大電路的主要任務都是不失真地放大信號，而完成這一任務的首要條件，就是合理地選擇靜態(tài)工作點。為了保證輸出的最大動態(tài)范圍而又不失真，往往把靜態(tài)工作點設(shè)置在交流負載線的中點，靜態(tài)工作點設(shè)置得偏

18、高或偏低,在輸入信號比較大時會造成輸出信號的飽和失真或截止失真。,（1）靜態(tài)工作點,,,,,（2）動態(tài)參數(shù) 電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 其中 輸出電阻 測量方法：輸入電阻測量用串聯(lián)法，輸出電阻測量用帶載與無載法。 輸入電阻 輸出電阻,,,,,,,（3）動態(tài)范圍 為使負載

19、得到最大幅度的不失真輸出電壓，靜態(tài)工作點應設(shè)在交流負載線的中點。靜態(tài)工作點滿足下列條件： 為了使電路不產(chǎn)生飽和失真，電路應滿足 為了使電路不產(chǎn)生截止失真，電路應滿足,,,,若靜態(tài)工作點不在交流負載線的中點，取上二式中較小者為最大不失真輸出電壓幅值。本實驗輸入端加入一個

20、分壓器，這是為了檢測時可以用毫伏表同一量程測取輸入、輸出信號，以減少由于量程不同而造成的誤差。電阻5.1K和51Ω，應選用精密電阻。,四、實驗內(nèi)容和步驟靜態(tài)工作點的調(diào)試電壓放大倍數(shù)的測試 放大器輸入電阻的測量輸出電阻的測量 動態(tài)范圍的調(diào)試 觀察改變工作點對輸出波形的影響 觀察改變負載電阻RL對輸出波形和放大倍數(shù)的影響,五、實驗預習要求1．復習有關(guān)課程內(nèi)容，熟悉實驗目的、原理、內(nèi)容和步驟。2．根據(jù)給定的電路參數(shù)：。估算實

21、驗電路的靜態(tài)工作點、RW1電阻值、電壓放大倍數(shù)AV及放大器的動態(tài)范圍。3.設(shè)計一共射極放大電路：要求：β=100 ，Vbe=0.7V ,Vcc=12V ,RL=20K，IE=1.5mA ，VEQ=2.5V ,Av=150，Ce=C1=C2=50uF。選取Rc、Re、Rb1、Rb2。計算并測量輸入電阻Ri；輸出電阻Ro；放大倍數(shù)Av。,六、實驗報告要求1．實測靜態(tài)工作點參數(shù)與估算工作點參數(shù)的比較、分析。 2．分別討論RW1、R

22、L改變對放大器輸出波形、放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、動態(tài)范圍的影響。3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)算出電壓放大倍數(shù)AV，與計算值比較，如有誤差，分析其原因。,實驗三 放大電路的設(shè)計與仿真(Ⅰ),一、實驗目的1. 熟悉電子電路仿真軟件的使用方法。2. 掌握利用EWB軟件進行放大電路性能指標的測試方法。二、實驗儀器計算機（要求安裝EWB仿真軟件）,三、實驗內(nèi)容和步驟利用EWB進行放大電路的設(shè)計及仿真。學生可自選實驗電路，也可選用實驗參考電路

23、如下圖完成實驗。,1.調(diào)試靜態(tài)工作點打開EWB軟件，按照實驗原理圖連接線路，在交流輸入為零時，調(diào)整各級靜態(tài)工作點。即 =1.3mA， =4mA。測量并記錄 ， 的各極電壓值，記入下表：,2.測量放大器的性能指標輸入f=1kHz的正弦信號，用示波器觀察，在輸出波形不失真的條件下，進行動態(tài)測量。（1）測量帶載及空載情況下的放大倍數(shù)：（2）測量輸出電阻方法：輸入端串聯(lián)接入電流表（交流），并聯(lián)接入電壓表（交

24、流），可以測量電路輸入電阻：,（3）測量輸出電阻R。方法：用帶載和空載法。（4）測量幅頻特性曲線、上限頻率 和下限頻率 。方法：選擇虛擬波特儀，進行正確連線、運行，調(diào)出幅頻特性曲線，測量上限頻率 和下限頻率 。,四．實驗預習要求1．熟悉EWB軟件的使用；2．按實驗電路給定的參數(shù)：計算放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。五．實驗報告要求1．對放大倍數(shù)的計算值與實測值進行比較分析。2．對放大器輸入電阻和輸

25、出電阻的計算值與實測值進行比較。3．計算放大器的帶寬。,,實驗四 放大電路的設(shè)計與仿真(Ⅱ),一、實驗目的1. 進一步熟悉電子電路仿真軟件的使用方法。2. 掌握利用EWB軟件進行放大電路性能指標的測試方法。二、實驗儀器計算機（要求安裝EWB仿真軟件）,三、實驗內(nèi)容和步驟利用EWB進行放大電路的設(shè)計及仿真。學生可自選實驗電路，也可選用實驗參考電路如下圖完成實驗。,1.調(diào)試靜態(tài)工作點按照實驗原理圖連接線路，將開關(guān)K2打至“1”

26、，在交流輸入為零時，調(diào)整各級靜態(tài)工作點。即 =1.3mA， =4mA。測量并記錄 ， 的各極電壓值，記入下表：,2.測量放大器的性能指標將開關(guān)K2打至“1”，輸入f=1kHz的正弦信號，用示波器觀察，在輸出波形不失真的條件下，進行動態(tài)測量。（1）測量帶載及空載情況下的放大倍數(shù)：（2）測量輸出電阻方法：輸入端串聯(lián)接入電流表（交流），并聯(lián)接入電壓表（交流），可以測量電路輸入電阻：,（3）測量輸出電阻R。

27、方法：用帶載和空載法。（4）測量幅頻特性曲線、上限頻率 和下限頻率 。方法：選擇虛擬波特儀，進行正確連線、運行，調(diào)出幅頻特性曲線，測量上限頻率 和下限頻率 。,3．測量負反饋放大器的性能參數(shù) (1) 測量放大倍數(shù)（帶載及不帶載） (2) 測量輸入電阻 (3) 測量輸出電阻 (4) 測量幅頻特性曲線、上限頻率和下限頻率 (5) 測量反饋深度 方法：對電壓串聯(lián)

28、負反饋電路，保證基本放大器和負反饋放大器的輸出電壓為同一數(shù)分別測取基本放大器和負反饋放大器的輸入電壓 和 ，則反饋深度,,,,四、實驗預習要求 1．判斷此電路的反饋類型，并分析此負反饋對放大器性能的影響。 2．已知 ，分別計算基本放大器靜態(tài)工作點Q及電壓放大倍數(shù)，輸入、輸出電阻；估算負反饋放大

29、器的電壓放大倍數(shù)，輸入、輸出電阻、反饋深度及反饋電阻改變時的反饋深度。,五、實驗報告要求 1．將基本放大器的放大倍數(shù)計算值與實測值進行比較，并討論產(chǎn)生誤差的原因。 2．利用深度負反饋條件下的近似公式，計算負反饋放大器的放大倍數(shù)，與實測值比較，討論誤差原因。,實驗五 運算放大器的線性應用,一、實驗目的1．掌握集成運放的正確使用方法。2．進一步掌握集成運放的線性應用：反相放大器、同相放大器、加法器、減法器、積分器、微分器

30、、線性整流器、正弦波信號發(fā)生器、單電源供電的交流放大器。二、實驗儀器1．模擬電子技術(shù)實驗訓練箱 1臺2．數(shù)字萬用電表 1臺4．數(shù)字示波器 1臺5．函數(shù)發(fā)生器 1臺,三、實驗原理集成運放是高增益的直流放大器。若在它的輸出端和輸入端

31、之間加上反饋網(wǎng)絡，則可以實現(xiàn)不同的電路功能。例如，施加線性負反饋，可以實現(xiàn)放大功能以及加減、微分、積分等模擬運算功能，施加非線性負反饋，可以實現(xiàn)對數(shù)、乘除等模擬運算功能以及非線性變換功能；施加線性或非線性反饋，或?qū)⒄?、負兩反饋結(jié)合，可以實現(xiàn)產(chǎn)生各種模擬信號的功能。,在使用集成運放時，要特別注意下列兩個共性問題。首先，在輸出信號中含有直流分量的應用場合下，必須考慮“調(diào)零”問題。第二，是相位補償問題，不能讓運放產(chǎn)生自激現(xiàn)象，保證運放的穩(wěn)定正

32、常工作。此外，為了減小輸入級偏置電流引起的誤差，一般要求同相端和反相端到地直流電阻相等——保持輸入端直流平衡。,四、實驗內(nèi)容1．電壓跟隨器按圖電路接線，輸入信號由反相端引入，測取 、 ，看其有什么關(guān)系。,2．反相電壓放大器按圖電路接線，輸入信號由反相端引入，測取 、 ，看其有什么關(guān)系。,,,3．同相電壓放大器按圖接線。接通電源，輸入信號由同相端輸入，測取 及 ，分析其關(guān)系。,4．加法器按如圖電路接線。給上

33、電源、調(diào)零。然后分別給 、 兩個電壓值，并測 、 、 ，分析其關(guān)系。,,,5．減法器按如圖電路接線。給上電源、調(diào)零。然后分別給 、 兩個電壓值，并測 、 、 ，分析其關(guān)系。,,6．積分器按電路接線。輸入方波信號， ，用示波器觀察 ，并記錄之。,,,7．微分器按電路接線。輸入方波信號， ，用示波器觀察 ，并記錄之。,,,8．絕對值

34、按圖接線。輸入信號為正弦波，用示波器觀察 的波形，并記錄之。,9．正弦波信號發(fā)生器按圖接線，用示波器觀察 的波形。改變47kΩ電位器中間滑動頭位置，看波形變化。,,實驗六 運算放大器的非線性應用,一、實驗目的學習用集成運放構(gòu)成非正弦信號發(fā)生器：矩形波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器和施密行觸發(fā)器。二、實驗儀器1．模擬電子技術(shù)實驗訓練箱 1臺2．數(shù)字萬用電表

35、 1臺4．數(shù)字示波器 1臺5．函數(shù)發(fā)生器 1臺,三、實驗內(nèi)容和步驟1．方波發(fā)生器⑴設(shè)計電路，對照電路板核對好后，接通電源，用示波器觀察、波形，并記錄之。⑵改變100kΩ電位器中間觸點位置，觀察波形變化。并測試其頻率變化范圍。,2．方波－三角波發(fā)生器⑴按圖示電路核對電路板參數(shù)后，接