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1、模拟/数字电子技术实验指导书通信与控制工程系2012年3月付又香目 录实验一晶体管单级放大电路1实验二模拟运算电路7实验三直流稳压电源16实验四门电路21实验五 半加器、全加器及数据选择器、译码器26实验六 计数器32实验一晶体管单级放大电路一、实验目的 1、了解示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、频率计等常用仪器的主要技术指标、性能及正确使用方法。2、初步掌握用双踪示波器、函数信号发生器等仪器测试晶体管放大电路的特性及方法。3、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。4、 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。二、实验原理在模拟电
2、子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、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，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。 1、示波器：示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。现着重指出下列几点：1）、寻找扫描光迹将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：适当调节亮度旋钮。触发方式开关置“自动”。适当调节垂直（）、水平（）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。（若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”
3、按键，判断光迹偏移基线的方向。） 2）、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。3）、为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。4）、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，
4、但被测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。5）、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一二个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。还要注意“扩展”旋钮的位置。根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或cm）与“扫速”开关指示值（t/
5、div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。 2、函数信号发生器函数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20VPP。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压从毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。使用函数信号发生器时要注意输出的信号要由小到大，缓慢调节。每次变换频率及波形时，要把输出信号关到最小处。 使用直流稳压电源时应注意输出的电压及电流是否带起负载并有一定的余量，接线时注意正负极性不要短路3、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
6、压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前一般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。4、晶体管放大电路的测试：图13为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端用信号发生器加输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。图13 共射极单管放大器实验电路在图13电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2 的电流远大于晶体管T 的 基极电流IB时（一般510倍），则它的静态工作点可用下式估算 UCEUCCIC（R
7、CRE） 电压放大倍数 输入电阻 RiRB1 / RB2 / rbe输出电阻 RORC放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1） 放大器静态工作点的测量与调试（1）静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui0的情况下进行， 即将信号源断开，把放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用算出IC（也可根据，由UC确
8、定IC），同时也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。（2)静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图14(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图14(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO
9、的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。 (a) 饱和失真 (b) 截止失真图14 静态工作点对uO波形失真的影响改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图15所示。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。图15 电路参数对静态工作点的影响最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工
10、作点最好尽量靠近交流负载线的中点。2）、放大器动态指标测试放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。（1)电压放大倍数AV的测量调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则 （2)输入电阻Ri的测量为了测量放大器的输入电阻，按图16 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得 图16 输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点: 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以
11、测量R两端电压 UR时必须分别测出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R12K。（3)输出电阻R0的测量按图2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据 即可求出 在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。（4)最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波
12、器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图17）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出UOPP来。图 17 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真（5)放大器幅频特性的测量放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数AU与输入信号频率f 之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图18所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带fBWfHf
13、L图 18 幅频特性曲线放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。为此，可采用前述测AU的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。三、实验设备与器件 函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、电子元器件：电阻、电容、三极管等四、实验内容1、用机内校正信号对示波器功能检测，来验证示波器功能是否正常。 1）、打开示波器电源，示波器执行所有自检项目，按下“DEFAULT SETUP”按钮，探头选项默认的衰减设置为1X。2）、将示波器探头
14、上的开关设置为1X，并将探头的一端与示波器的通道或通道2连接，另一端与示波器的探头元件连接。3）、按下“AUTO” 按钮，你能看到频率为1KHZ电压约为3V峰峰值的方波信号。读数的操作方法可参考ADS1000系列数字存储示波器的简单使用举例说明，并将测量结果记入表11。 表11标 准 值实 测 值幅 度Up-p(V)频 率f(KHz)上升沿时间S下降沿时间S 注：不同型号示波器标准值有所不同，请按所使用示波器将标准值填入表格中。 2、用示波器和交流毫伏表测量信号参数按图19所示连接，调节函数信号发生器有关旋钮，使函数信号发生器输出频率分别为1KHz、10KHz，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。 图19 用示波器和交流毫伏表测量信号测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表12。表12信号电压频率示波器测量值信号电压毫伏表读数（V）示波器测量值周期（ms）频率（Hz）峰峰值（V）有效值（V）1KHz10KH
