参考答案模拟电子核心技术试验指导书.doc

试验一 常见电子仪器使用

一、 试验目标
1． 熟悉示波器，低频信号发生器和晶体管毫伏表等常见电子仪器面板，控制旋钮名称，功效及使用方法。
2． 学习使用低频信号发生器和频率计。
3． 初步掌握用示波器观察波形和测量波形参数方法。
二、 试验原理
在电子电路试验中，常常使用电子仪器有示波器、低频信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起，能够完成对电子电路静态和动态工作情况测试。
试验中要对多种电子仪器进行综合使用，可根据信号流向，以连线简捷，调整顺手，观察和读数方便等标准进行合理布局，各仪器和被测试验装置之间布局和连接图1—1所表示。接线时应注意，为预防外界干扰，各仪器共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表引线通常见屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源接线用一般导线。

图1—1 模拟电子电路中常见电子仪器布局图
1． 低频信号发生器
低频信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20V（峰-峰值）。经过输出衰减开关和输出幅度调整旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调整。低频信号发生器输出信号频率能够经过频率分档开关进行调整。
低频信号发生器作为信号源，它输出端不许可短路。
2．交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压有效值。为了预防过载而损坏，测量前通常先把量程开关置于量程较大位置上，然后在测量中逐档减小量程。
3．示波器
示波器是一个用途极为广泛电子测量仪器，它能把电信号转换成可在荧光屏幕上直接观察图象。示波器种类很多，通常可分通用、多踪多线、记忆存贮、逻辑专用等类。
双踪示波器可同时观察两个电信号，需要对两个信号波形同时进行观察或比较时，选择双踪示波器比较适宜。
本试验要测量正弦波和方波脉冲电压波形参数，正弦信号波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号波形参数是幅值Um、周期T和脉宽TP。幅值Um、峰峰值UP-P和有效值全部可表示正弦量大小，但用示波器测UP-P较方便(用万用表交流电压档测得是正弦量有效值U=)。因为频率f=,所以测出周期T，即可算得频率。矩形脉冲电压，可用周期T，脉宽TP和幅值Um三个参数来描述。TP和T之比称为占空比。
三、 试验内容和步骤
1． 检验示波器
1） 扫描基线调整
接通交流电源（220V），开启示波器电源，输入耦合方法开关拨到接地端（GND端），进行光迹调整，协调地调整示波器面板上“辉度”、“聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使屏幕中心部分显示一条亮度适中、清楚扫描线。
2）校准“校正信号”波形幅度、频率
将示波器上方波“标准信号”（UP-P=2V, f=1000Hz）分别接到CH1或CH2端，调整垂直轴方向微调旋钮（V/div中心旋钮），使观察到波形幅度读数为2V。（通常情况V/div中心旋钮右旋到头即为校准状态）。然后调整扫描微调旋钮（在扫描开关旋钮右侧），使观察到T=1ms（通常情况扫描微调旋钮右旋到头即为校准状态，依据f=1000Hz,得T=1ms）。调整后，微调旋钮位置为标准“校准”位置，试验过程中不能再调整，不然波形读数不准。
2． 正弦波信号观察
1）频率测定
经过电缆线，将信号发生器正弦波输出口和示波器CH1插口相连，调整信号源频率旋钮，使输出频率分别为100Hz，1KHz和20KHz；电压幅值为1V，从荧光屏上读得波形周期，记入表1-1中。
频率读数
项目测定
正 弦 波 信 号 频 率 测 定
100Hz
1000Hz
0Hz
示波器“t/div”位置
5ms/div
0.2ms/div
20us/div
一个周期占有格数
2div
5div
2.5div
信号周期
10ms
1ms
50us
计算所得频率（Hz）
100
1000
0
表1-1

(2)幅值测定
调整信号输出幅值分别为有效值1V、2V、2.5V（由交流毫伏表读得），频率周期为1KHz，从荧光屏上读得波形幅值，记入表1-2中。
表1-2
交流毫伏表读数
项目测定
正 弦 波 信 号 幅 值 测 定
1V
2V
2.5V
示波器“V/div”位置
0.5V/DIV
1V/DIV
1V/DIV
峰—峰值波形格数（格）
5.6DIV
5.6DIV
7DIV
峰 值（V）
1.4V
2.8V
3.5V
计算所得有效值（V）
1V
2V
2.5V
四、 试验注意事项
1． 示波器辉度不要过亮。
2． 调整仪器旋钮时，动作不要过猛。
3． 调整示波器时，要注意触发开关和电平调整旋钮配合使用，以使显示波形稳定。
4． 作定量测定时，“t/div”和“V/div”微调旋钮应旋置“校准”位置。

试验二 晶体管单管共射放大器
一、试验目标
1．学习单管放大器静态工作点调试和测量方法，了解静态工作点对输出电压波形影响。
2．掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻测试方法，了解负载电阻对电压放大倍数影响。
3．熟悉常见电子仪器使用。
二、试验原理
对放大器基础要求是：有足够电压放大倍数；输出电压波形失真要小。放大器工作时，晶体管应工作在放大区，假如静态工作点选择不妥，或输入信号过大，全部会使输出电压波形产生非线性失真。
试验电路图2-1。

图2－1 共射极单管放大器试验电路
1、电压放大倍数 Av= 2、输入电阻
3、输出电阻
三、预习要求
1．熟悉试验原理电路图，了解各元件、测试点及开关位置和作用。
2．放大器静态、动态指标理论计算和测量方法。
3．依据电路参数估算相关待测数据指标。
4．常见电子仪器使用方法
四、试验内容和步骤
1．调整并测量静态工作点
接通＋12V电源、调整RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V）， 用直流电压表测量三极管3个电极对地电压及用万用表测量RB2值。记入表2－1。
表2-1 IC＝2.0 mA
测量值
计算值
UB（V）
UE（V）
UC（V）
RB2（KΩ）
UBE（V）
UCE（V）
IC（mA）
2.86
2.17
7.23
51.6
0.69
4.37
1.98
2.测量电压放大倍数、输入电阻、输出电阻
在放大器输入端A点和地之间加入频率为1KHz正弦信号uS，用示波器观察放大器输出电压uO波形，调整函数信号发生器输出旋钮，在输出波形不失真条件下用示波器测量3组US 、Ui 、UO数据，绘画uO和ui波形和相位关系，记入表2－2。
表2－2 Ic＝2.0mA
RL（KΩ）
US(峰峰值V)
Ui(峰峰值V)
UO(峰峰值V)
Au
Ri
R0
ui波形
uO波形
∞
0.22
0.074
1.60
21.6
5k
2.4k

2．4
0.22
0.074
0.80
10.8
5k
2.4k
∞
0.25
0.082
1.75
21.3
5k
2.37k
2．4
0.25
0.082
0.88
10.7
5k
2.37k
∞
0.70
0.235
4.90
20.8
5k
2.4k
2．4
0.70
0.235
2.45
10.4
5k
2.4k

3．观察静态工作点对输出电压波形影响
在第二步试验电路中，由直流电压表测出UCE值，统计输出波形。再逐步加大输入信号，使输出电压u0 足够大但不失真。 然后保持合适输入信号不变，分别增大和减小RW，改变静态工作点，直到输出电压波形出现较显著饱和或截止失真，绘出所观察到u0波形，并测出失真情况下IC和UCE值，记入表2－3中。每次测IC和UCE 值时全部要关闭信号源。
表2－3 RL＝∞
IC（mA）
UCE（V）
uO波形
失真情况
晶体管工作状态
0.73
9.45

顶部失真
工作在截止区域
2．0
4.8

正常放大
工作在放大区域
3.33
0.17

底部失真
工作在饱和区域

五、试验总结汇报
1．由表2-1所测数据讨论RB2对IC及UCE影响，取β=50，计算rbe1及Au1，并和实测Au1进行比较。
2．由表2-2所测数据讨论负载电阻对电压放大倍数影响。
3．由步骤3观察结果，讨论静态工作点对放大器输出波形影响。若放大器输出波形失真，应怎样处理?

试验三 差动放大器
一、 试验目标
1．加深对差动放大器性能及特点了解
2．学习差动放大器关键性能指标测试方法
二、试验原理
图4-1是差动放大器基础结构。它由两个元件参数相同基础共射放大电路组成。当开关K拨向左边时，组成经典差动放大器。调零电位器RP用来调整T1、T2管静态工作点，使得输入信号Ui=0时，双端输出电压Uo=0。RE为两管共用发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，所以不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有加强负反馈作用，故能够有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
当开关K拨向右边时,组成含有恒流源差动放大器。它用晶体管恒流源替换发射极电阻RE,能够深入提升差动放大器抑制共模信号能力。

图3-1差动放大器试验电路
1．差动输入、双端输出
在图3-1中，输入信号Ui加于A、B两端，则Ui1=Ui, Ui2=-Ui,其差模放大倍数为
Ad=≈-β （1.3.1）
Ad等于单管时放大倍数。
2．单端输入、双端输出
在图3-1中，若输入信号Ui加于A、B两端，B接地，则电路为单端输入、双端输出。其差模放大倍数和式（1.3.1）相同。
差模电压放大倍数Ad由输出端方法决定，而和输入方法无关。单端输出差模放大倍数Ad1是双端输出差模放大倍数Ad二分之一。
3.共模抑制比KCMR
在图3-1中，A、B两点相连，共模信号加到A和地之间。
若为双端输出，在理想情况下，则共模放大倍数
AC=0
实际上因为元件不可能完全对称，所以AC也不会绝对等于零。
若为单端输出，则共模放大倍数AC≈-。
从式KCMR=∣∣可知，欲使大KCMR，就要求Ad大，Ac小；欲要Ac小，就要求RE阻值
大。当图3-1中开关K拨向右边时，因为T3恒流作用，等效RE极大，显然，KCMR很大。
三、预习要求
1．依据试验电路参数，估算经典差动放大器和含有恒流源差大器静态工作点及差模电压放大倍数（取β1＝β2＝50）。
2．测量静态工作点时，放大器输入端A、B和地应怎样连接？
3．试验中怎样取得双端差模信号？怎样取得共模信号？画出A、B端和信号源之间连接图。
4. 怎样进行静态调零点？用什么仪表测Uo？
四、试验内容
1.按图3-1连接试验电路,开关K拨向左边组成经典差动放大器。
1) 测量静态工作点
① 调整放大器零点
信号源不接入。将放大器输入端A、B和地短接，接通±12V直流电源，用直流电压表测量输出电压Uo,调整调零电位器RP,使Uo=0。调整要仔细,努力争取正确。
② 测量静态工作点
零点调好以后,用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端电压URE,记入表3-1。
表3-1
测量值
UC1(V)
UB1(V)
UE1(V)
UC2(V)
UB2(V)
UE2(V)
URE(V)
6.75
-0.09
-0.78
6.74
-0.09
-0.79
10.8
计算值
IC(mA)
IB(mA)
UCE(V)
0.525
0.009
7.52
2） 测量差模电压放大倍数
接通±12V直流电源，在放大器输入端A、B之间加入频率f＝1KHz正弦信号约100mv，在输出波形无失真情况下，用示波器测量 Ui、UC1、UC2、Uo，记入表3－2中，并观察ui、uc1、uc2之间相位关系及URE随Ui改变而改变情况。
表3-2

经典差动放大电路
含有恒流源差动放大电路
差动输入
共模输入

差动输入
共模输入
Ui(V)
0.33
0.21
0.60
1.2
5.5
3.7
0.33
0.21
0.60
1.2
5.5
3.7
UC1(V)
3.7
2.4
6.6
0.58
3
1.7
3.7
2.4
6.6
5mv
10mv
8mv
UC2(V)
3.7
2.4
6.6
0.60
3
1.7
3.7
2.4
6.6
5mv
10mv
8mv
Uo(V)
7.4
4.8
13.2
50mv
50mv
50mv
7.4
4.8
13.2
0
0
0
Ad1=
11.2
11.4
11.0

11.2
11.4
11.0

Ad=
22.4
22.9
22.0

22.4
22.9
22.0

AC1=

0.48
0.55
0.46

0.004
0.002
0.002
AC=

0.04
0.009
0.014

∞
∞
∞
3)　测量共模电压放大倍数
将放大器A、B短接，信号源接A端和地之间，组成共模输入方法， 调整输入信号f=1kHz，约1V，在单端输出电压无失真情况下，测量Ui、UC1、UC2、Uo之值记入表3－2，并观察ui、uc1、uc2之间相位关系及URE随Ui改变而改变情况。
2.含有恒流源差动放大电路性能测试
将图3-1电路中开关K拨向右边，组成含有恒流源差动放大电路。反复内容1-2)、1-3）要求，记入表3-2。
五、试验汇报
1．整理试验数据，列表比较试验结果和理论估算值，分析误差原因。
1）静态工作点和差模电压放大倍数。
2）经典差动放大电路单端输出时KCMR实测值和理论值比较。
3）经典差动放大电路单端输出时KCMR实测值和含有恒流源差动放大器KCMR实测值比较。
2．比较Ui, UC1和UC2之间相位关系。
3． 依据试验结果，总结电阻RE和恒流源作用。

试验四/五 多级放大器/负反馈放大器
一、 试验目标
加深了解放大电路中引入负反馈方法和负反馈对放大器各项性能指标影响。
二、试验原理
负反馈在电子电路中有着很广泛应用。即使它使放大器放大倍数降低，但能在多方面改善放大器动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。所以，几乎全部实用放大器全部带有负反馈。
负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。本试验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标影响。
1．图5-1为带有负反馈两级阻容耦合放大电路，在电路中经过Rf把输出电压Uo引回到输入端，加在晶体管T1发射极上。依据反馈判定法可知，它属于电压串联负反馈。
关键性能指标以下
1） 闭环电压放大倍数Auf
Auf= 其中 Au=Uo∕Ui—–基础放大器（无反馈）电压放大倍数，即开环电压放大倍数。1+AuFu—–反馈深度，它大小决定了负反馈对放大器性能改善程度。
2） 反馈系数 Fu= 3）输入电阻 Rif=(1+AuFu)Ri′ Ri′—–基础放大器输入电阻（不包含偏置电阻）

图5－1带有电压串联负反馈两级阻容耦合放大器

3） 输出电阻 Rof=
Ro—–基础放大器输出电阻
Auo—–基础放大器RL=∞时电压放大倍数
2、本试验还需要测量基础放大器动态参数，怎样实现无反馈而得到基础放大器呢？不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络影响（负载效应）考虑到基础放大器中去。为此:
1)在画基础放大器输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器输出端交流短路，即令uo＝0，此时 Rf相当于并联在RF1上。
2)在画基础放大器输出回路时，因为输入端是串联负反馈，所以需将反馈放大器输入端（T1 管射极）开路，此时（Rf＋RF1）相当于并接在输出端。可近似认为Rf并接在输出端。
依据上述规律，就可得到所要求图5-2所表示基础放大器。

图5－2 基础放大器
三、预习要求
1.复习教材中相关负反馈放大器内容。
1． 按试验电路5-1估算放大器静态工作点（β1=β2=50）。
3. 怎样把负反馈放大器改接成基础放大器？为何要把Rf并接在输入和输入端？
4．估算基础放大器Au,Ri和Ro；估算负反馈放大器Auf、Rif和Rof，并验算它们之间关系。
5．如按深度负反馈估算，则闭环电压放大倍数Auf=？和测量值是否一致？为何？
6. 如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？
四、试验内容
1.测量状态工作点
按图5-1连接试验电路，取Vcc=+12V,Ui=0，调整Rw1,Rw2,使得UE1=UE2=2.3V。用直流电压表分别测量第一级、第二级静态工作点，记入表5-1。
表5-1

UB(V)
UE(V)
UC(V)
第一级
3.0
2.3
7.1
第二级
3.0
2.3
6.5
2.测无级间负反馈放大器各项性能指标
将试验电路按图5-2改接，（在试验电路板上只要断开负反馈支路开关即组成基础放大器）。
(1)测量中频电压放大倍数Au，输入电阻Ri和输出电阻Ro。
①输入f=1000Hz,US约5mv正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形Uo,在Uo不失真情况下，用用示波器测量US、Ui、UL、Uo,记入表5-2。
表5-2

US(mV)峰峰值
Ui(mV) 峰峰值
UL(V) 峰峰值
Uo(V) 峰峰值
Au
Ri(KΩ)
Ro(KΩ)
无反馈放大器
32
10
4.2
7.0
700
4.5
1.6
20
7
2.8
4.9
700
5．0
1.8
8
2.8
1.16
2.0
714
5.3
1.7
负反馈放大器
150
80
5.2
6
75
11.4
0.36
110
60
4.0
4.4
73.3
12.0
0.24
60
30
2.1
2.3
76
10.0
0.23
无反馈放大器平均 Ri=4.9k Ro=1.7k；Au =704.7
反馈放大器平均 Ri=11.1k Ro=0.27k；Au =74.8

(2)测量通频带
接上RL,保持（1）中US不变，然后增加和减小输入信号频率，使输出电压为中频（即1000Hz时）输出电压0.707倍，得出上、下限频率fH和fL,记入表5-3。
表5-3

fL(Hz)
fH(KHz)
△f(KHz)
无反馈放大器
80
350
350
负反馈放大器
22
1840
1840

3.测试负反馈放大器各项性能指标
将试验电路恢复为图5－1负反馈放大电路。 合适加大US（约10mV），在输出波形不失真条件下，测量负反馈放大器Auf、Rif和Rof,记入表5-2；测量fHf和fLf,记入表5-3。
四、 试验汇报
1．将基础放大器和负反馈放大器动态参数实测值和理论估算值列表进行比较。
2． 依据试验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能影响。

试验六 集成运算放大器基础应用
——模拟运算电路
一、 试验目标
1．研究由集成运算放大器组成百分比、加法、减法和积分等基础运算电路功效。
2．了解运算放大器在实际应用时应考虑部分问题。

二、试验原理
集成运算放大器是一个含有高电压放大倍数直接耦合多级放大电路。当外部进入不

图6-1
同线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，能够灵活地实现多种特定函数关系。在线性应用方面，可组成百分比、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基础运算电路
1） 反相百分比运算电路
电路图6-1所表示。对于理想运放，该电路输出电压和输入电压之间关系为
Uo= -Ui
为了减小输入级偏置电流引发运算误差，接入平衡电阻R`=R1∥Rf。
2） 同相百分比运算电路
图6-2是同相百分比运算电路，它输出电压和输入电压之间关系为Uo=(1+)Ui
R’=R1∥Rf

图6-2

图6-2

3） 反相加法电路
电路图6-3所表示，输出电压和输入电压之间关系为
Uo= -(Ua+Ub) R`=R1∥R2∥Rf
4） 差动放大电路（减法器）
对于图6-4所表示减法运算电路，当R1=R2，R3=Rf时，有以下关系式
Uo=(Ub-Ua)

图6-3 图6-4
三、预习要求
1．复习集成运放线性应用部分内容，并依据试验电路参数计算各电路输出电压理论值。
2．在反相加法器中，如Ui1和Ui2均采取直流信号，并选定Ui2=﹣1V，当考虑到运算放大器最大输出幅度（±12V）时，∣Ui1∣大小不应超出多少伏？
3．为了不损坏集成块，试验中应注意什么问题？

五、试验内容
试验前要看清运放组件各管脚位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，不然将会损坏集成块。
1．反相百分比运算电路
按图6-1连接试验电路，接通±12V电源。在反相端加直流信号Ui，测出表6-1中所指定各电压，计算放大倍数。
表 6-1
Ui
0.2V
0.4V
0.7V
-0.3V
-0.5V
Uo实测值
-2.07
-4.1
-7.1
3.08
5.1
Af
-10.4
-10.3
-10.1
-10.3
-10.2
Uo计算值
-2
-4
-7
3
5
2．同相百分比运算电路
按图6-2连接试验电路。试验步骤同上，将结果记入表6-2.
表 6-2
Ui
0.2V
0.4V
0.7V
-0.3V
-0.5V
Uo实测值
2.2
4.4
7.7
-3.3
-5.5
Af
11
11
11
11
11
Uo计算值
2.2
4.4
7.7
-3.3
-5.5

3.反相加法运算电路
按图6-3连接试验电路。试验步骤同上，将结果记入表6-3
表 6-3
Ua
0.2V
0.4V
0.7V
-0.3V
-0.5V
Ub
0.3V
-0.8V
-0.1V
0.8V
-0.1V
Uo实测值
-5
4
6
5
6
Af

Uo计算值
-5
4
6
5
6
4.减法运算电路
按图6-4连接试验电路。试验步骤同上，将结果记入表6-4
表 6-4
Ua
-0.2V
0.4V
0.7V
0.3V
-0.5V
Ub
0.3V
0.8V
-0.1V
0.8V
-0.1V
Uo实测值
5
4
-8
5
4
Af

Uo计算值
5
4
-8
5
4

六、试验汇报
1．将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差原因。
2．分析讨论试验中出现现象和问题。

试验七 由集成运算放大器组成
文氏电桥振荡器

一、 试验目标
1．了解集成运放具体应用。
2．掌握文氏电桥振荡器工作原理。
3．学习文氏电桥振荡器调整和关键性能指标测试方法。

图7-1
C1=C2=0.1uf
二、试验原理
图7-1为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路组成正反馈支路，同时兼作选频网络，R3、RW及二极管等元件组成负反馈和稳幅步骤。调整电位器RW,能够改变负反馈深度，以满足振荡振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻非线性特征来实现稳幅。D1、D2采取硅管（温度稳定性好），且要求特征匹配，才能确保输出波形正、负半周对称。
电路振荡频率 fo=
起振幅值条件
式中RF=R4+R3
调整反馈电阻RF（调RW），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应合适加大RF（负反馈较弱，有利于起振）。如波形失真严重，则应合适减小RF。
改变选频网络参数C或R，即可调整振荡频率。通常采取改变电容C作频率量程切换，而调整R作量程内频率细调。
三、预习要求
1．阅读教材中相关文氏电桥振荡器工作原理部分。
2．熟悉所用集成运放参数及管脚排列。
3．按图7-1中参数计算振荡器频率，欲使振荡器能正常工作，电位器RW应调在何处，即R4，R5，各为何值？
4．设计试验表格。

四、试验内容及步骤
按图7－1连接试验电路。
1． 接通电源，调整RW，观察输出波形从无到有，从正弦波到出现波形失真。描绘临界起振、正弦波输出及失真情况下uo波形。
2． 调整RW，使输出电压uo幅值最大且不失真，测量正弦波振荡频率fo，并和理论值比较。
uo峰峰值22v 试验值 fo =1863Hz f理论=1592Hz

3． 测量输出电压UO、正反馈电压U+，说明正弦波振荡幅值条件。
UO（峰峰值）
U+（峰峰值）
fo
21.6V
6.8V
1863Hz
11.6V
3.8V
1785Hz
6.2V
2V
1775Hz

六、试验汇报
1．列表整理试验数据，画出波形，把实测频率和理论值进行比较
2．依据试验分析RC振荡器振幅条件