模电实验指导书WORD
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实验指导书电工电子实验教学中心实验一口袋实验平台实验二 Multisim 软件应用实验三 仪器仪表和元器件介绍实验目的:1、掌握台式万用表、函数信号发生器,示波器的基本使用方法。2、理解电平的概念。3、掌握用示波器测量信号的幅度、周期、频率的基本方法。4*、学会用双迹法测量两个周期信号相位差的方法。实验设备:1、函数信号发生器2、示波器3、台式万用表4、面包板(正确使用面包板)实验任务:1、用直流稳压源输出5V电压,用示波器观测该直流信号。测量电路如图3.1所示。用自动测量方法测量该直流信号的幅值。画出该信号的波形。2、函数信号发生器输出频率为1000Hz ,峰峰值为0.5V的方波信号,用示波器观测该信号,测量电路如图3.2所示。调节示波器Volts/Div旋钮,使波形高度大于 3格,调节示波器Sec/Div旋钮,使示波器屏幕上只显示1-2个信号周期,记录此时Volts/Div和Sec/Div的值。用光标手动测量该信号的周期T=_ms,脉宽 =_ms。峰峰值= ,占空比= ,画出该信号的波形图。3、函数信号发生器输出频率为 10 KHz,峰峰值为 1V,的三角波信号,用示波器观测该信号,测量电路如图 3.2 所示。调节示波器 Volts/Div 旋钮,使波形高度大于 3 格,调节示波器 Sec/dDiv 旋钮,使示波器屏幕上只显示 1-2 个信号周期,记录此时 Volts/Div 和Sec/Div 的值。用自动测量方法测量该信号的频率 f=_Hz,周期 T=_ms,峰峰值= V.。画出该信号的波形图。 4、函数信号发生器输出脉冲信号,频率为1MHz,高电平为 5V,低电平为0V,占空比为50%,用示波器观测该信号,测量电路如图3.2所示。调节示波器Volts/Div旋钮,使波形高度大图3.1示波器观测直流信号 图3.2示波器观测交流信号 图3.3 示波器测量脉冲上升时间于3格,调节示波器Sec/Div旋钮,使示波器屏幕上只显示0.5个信号周期,如图3.3所示。脉冲波形上升时间是指从脉冲幅值的10%上升到幅值的90%所经历的时间。根据脉冲波形上升时间的定义,用光标手动或光标追踪测量该脉冲信号的上升时间。5、函数信号发生器输出频率 f 为 0.5KHz、峰峰值为 20V的正弦波,用台式万用表测量该信号的电压有效值和电平值;用示波器测量该信号的电压峰峰值、有效值(均方根值) ;用万用表测量该信号得电压有效值。按表 3.1中要求,调整函数信号发生器输出电压的频率和峰峰值,重复上述步骤,将数据记入表 3.1中。 (表格中的频率可以自行增加。 )表 3.1 数据表格函数信号发生器频率(KHz) 0.5 1 10 20函数信号发生器输出幅度指示值(V) 20 20 2 0.2台式万用表测量电压值(V)台式万用表测量电平值(db)示波器测量电压峰峰值(V)示波器测量电压有效值 (mV)万用表测量电压有效值(V)6、用函数信号发生器输出一个信号,该信号是:电压最大值为2V、最小值为0V 、频率为10kHz、占空比/=20% 的矩形脉冲信号,在示波器上显示该信号。写出各仪器的调试步骤,画出波形图,图上标出幅度、周期、占空比。7、认识电阻、电容、电感等。任意取5个色环电阻,将色环和电阻值、误差记录下来。任意取3个电容,将电容值及耐压记录下来。7*、设计一个一阶RC电路,输入正弦信号,输出为相位超前但不失真的正弦信号,用双迹法测量输入和输出信号的相位差。实验报告要求:1、按照实验任务,完成数据记录和波形图等。2、写出双迹法测量相位差的实验电路以及测试步骤和测试结果。课后思考题:1、根据表 3.1 分析用台式万用表、示波器和万用表交流档测量交流信号的适用范围。2、示波器荧光屏上的波形不断移动不能稳定,试分析其原因。调节哪些旋钮才能使波形稳定不变。实验四 串联谐振电路实验目的:1、学习测量 RLC 串联谐振电路的幅频特性。2、通过幅频特性曲线,加深理解电路的“选频”特性。3、加深理解品质因数 Q 的意义。实验设备:1、函数信号发生器2、示波器3、台式万用表实验任务:1、电路如图 4-1 所示,请计算该电路的谐振频率点和半功率点频率,并用 multisim 软件仿真该电路,画出电路的幅频和相频特性曲线,注意标出谐振点和半功率点。2、用虚拟仪表中的扫频仪,测出该电路的幅频特性曲线,注意标注关键点。3、用实际仪表采用点测法绘出该电路的幅频(I-f)和相频(-f)特性曲线。实验报告要求:1、根据实验任务,分别画出图 4-1 电路的幅频和相频特性曲线。2、自行设计表格,记录任务 3 中的相关数据。3、用两种方法计算该电路的品质因数 Q,并比较。4*、改变电路相关参数,画出 3 种不同 Q 值的幅频特性曲线,研究不同品质因数 Q 对电路的影响。5*、举例说明该电路的实际应用。实验五 晶体管放大电路实验目的:1、 掌握晶体管放大电路直流、交流参数的调测方法;2、 研究静态工作点对输出波形的影响及静态工作点的调整方法;3、 掌握运用 Multisim 软件对晶体管放大电路进行仿真和分析的方法;4、 通过对理论计算值与实测值的对比分析,初步了解模拟电路理论的工程性;5、 掌握晶体管放大电路的设计方法。实验设备:1、函数信号发生器2、数字示波器3、台式数字万用表4、直流稳压电源实验任务:A、晶体管放大电路如图 5.1 所示。图 5.1 晶体管放大电路A1、按照图 5.1 所示,搭建一级放大电路。调整并测量各级静态工作点。(集电极电流 ICQ=1-2mA)2、测量晶体管放大器各级放大倍数 , 输入阻抗 Ri1,输出阻抗 Ro1;1uA3*、按照图 5.1 搭建完整电路,测量各级放大倍数 、 和总的放大倍数 ;2uA3uA4*、测量第三级电路的输出电阻 ;oB*、1、设计一个晶体管放大电路,电路指标如下:电压增益 uA=200输入电阻 iR1K输出电阻 o100输出电压峰峰值 pU2V幅频特性 300Hz ; 200KHzLfHf2设计条件电源电压:+12V。负载阻抗:5.1K实验报告要求:1、 整理各项测试内容的实验数据与波形。2、 分析实验结果,并与理论值进行比较,分析误差原因。3、 在实验过程中遇到的问题及解决方法。课后思考题:1、 当电路出现饱和或截止失真时,应如何调整电路参数?2、 晶体管三种组态基本放大电路的输入、输出电阻、放大倍数等有何特点?分别适用哪些场合?3、 单级放大电路和多级放大电路有何区别?4、 能否用一级放大电路设计一个电压增益放大几百倍的放大电路?实验六 晶体管放大电路频率响应研究实验目的:1、学习测量晶体管放大电路的频率响应。2、研究单级和多级放大电路频率响应的区别,掌握放大电路频率特性的设计需求。实验设备:1、函数信号发生器2、示波器3、台式万用表4、直流稳压电源实验任务:1、电路如图 5-1 所示,搭建第一级放大电路,测量该电路的上、下截止频率,并用不少于2 种方法,画出其幅频特性曲线。2*、测量图 5-1 所示完整电路的幅频特性曲线,请与上述电路进行比较,得出结论。3*、测量实验五中自行设计放大电路的幅频特性曲线。实验报告要求:1、画出实验任务中电路的幅频特性曲线,并标注上、下截止频率。2、分析单级放大电路和多级放大电路的频率响应的不同,以及在实际中的应用。实验七 运放特性研究、恒流源的研究一、实验目的1、掌握运算放大器主要特性指标及相关测试方法。2、通过对运算放大器A741 指标的测试,了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。3、 了解镜像恒流源的工作原理及特点。4、 了解比例恒流源的工作原理及减少测量误差的原因。二、实验设备1、函数信号发生器2、数字示波器3、台式数字万用表4、直流稳压电源(双电源的接法 )三、运放特性研究(一)实验原理集成运算放大器是一种线性集成电路,可是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。为了正确使用集成运放,就必须了解它的主要参数指标。本实验采用的集成运放型号为A741(或 F007) ,引脚排列如图 7.1 所示,为八脚双列直插式组件,脚和 脚为反相和同相输入端, 脚为输出端,脚和脚为正、负电源端, 脚和 脚为失调调零端, 脚之间可接入一只几十 K的电位器并将滑动触头接到负电源端。 脚为空脚。1、A741 主要指标测试(1)输入失调电压 U0S: ,如图 7.2 所示。 011URFOS(2)输入失调电流 I0S: ,如图 7.2 所示。 BFoR1I212B(3)开环差模放大倍数 Aud : ,如图 7.3 所示。i02id0u)((4)共模抑制比 CMRR: ,如图 7.4 所示。 C0i1FU CMR(二)实验任务实验前查阅A741 典型指标数据及管脚功能。看清运放管脚排列及电源电压极性及数值,切忌正、负电源接反。1、 测量输入失调电压 U0S 按图 7.2 连接实验电路,闭合开关 K1、K2 ,用直流电压表测量输出端电压 U01 (由于失调电压引起的) ,并计算 U0S 。记入表 7.1。2、 测量输入失调电流 I0S实验电路如图 7.2,打开开关 K1、K2 ,用直流电压表测量 U02(由于失调电压引起的) ,并计算 I0S 。记入表 7.1。由于 IB1和 IB2很小,通常很小(nA 级) ,它们的差值不直接测量,将 K1、K2 开关闭合,在低输入阻抗下测试输出电压 Uo1,这是由于失调电压引起的;断开 K1、K2,将输入电阻RB接入,由于 RB较大,流经它们电流的差异将变成电压的差异,影响输出电压,测量此时的输出电压 Uo2,扣除失调电压的影响 Uo1,则失调电流为上述计算公式。表 7.18 0 - 8 6 1 0 0 - 1 0 65 0 - 1 0 0 1 0 典 型 值实 测 值典 型 值实 测 值典 型 值实 测 值典 型 值实 测 值C M R R ( d b )A u d ( d b )IO S( n A )UO S( m V )2-3、测量开环差模电压放大倍数 Aud 按图 7.3 连接实验电路,运放输入端加频率 100Hz ,大小约 3050mV 正弦信号,用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量 U0和 Ui,并计算 Aud =Uo/U-=Uo/Ui(R2/R1+R2)。记入表 7.1。4、测量共模抑制比 CMRR 自拟实验步骤及方法,测试 CMRR。写出具体测试原理及测试步骤,记录测试数据。闭环差模增益 Ad=-RF/R1,共模增益可以通过电路测试 Ac=Uoc/Uic,所以 CMRR=Ad/Ac=上述计算公式。5*、自拟实验步骤及方法,测量共模输入电压范围 Uicm 及输出电压最大动态范围 UOPP。写出具体测试原理及测试步骤,记录测试数据。实验注意事项:1、测量输入失调参数时,应选运放反相及同相输入端的电阻,以保证严格对称。2、测量输入失调参数时,应将运放调零端开路, 而在进行其它测试时,则要求对输出电压进行调零。(三)预习与思考1、测试信号的频率选取的原则是什么?四、恒流源电路的研究在各类放大器中,为使放大器能正常工作,必须设置正常的静态工作点,这就需要偏置电路向放大电路提供合适的偏置电流,而且要求工作电流比较稳定。在集成电路中,镜像恒流源电路和比例恒流源电路是最基本、最典型的两种恒流源电路。(一)实验任务1、镜像电流源(1)按图 7.5 连接电路,检查线路,接通+9V 直流电源。图 7.5(2)调整 Rw 为某一数值时,用万用表分别测量 IR 及 IO,再把 Rw 调为另一值,重复测量 IR 及 IO 将数据填入表 7.2 中。表 7.2R1 RW IR/mA I0/mA1K 1K 510 (3)固定 Rw,改变三极管 T1集电极电阻 R1 的阻值,如令 R1由 1K 改为 510 ,测量此时的 IR 及 IO,将数据记入数据表 7.2 中。(4) 在镜像恒流源实验电路中,使 RW 值固定,改变三极管 T1 集电极电阻 R1 的阻值,用万用表分别测量 UCE1 和 IO 。(5) 将测量数据记入表 7.3 中,计算镜像恒流源交流输出电阻 R0和直流输出电阻 R0,并比较之。 表 7.3RW R1 UCE1 I0 UCE1 I0 R0 R0470 1K 3K 510 外界因素变化对恒流源输出电流 IO 的影响(6)在连接的镜像恒流源电路中,电源电压 UCC=+9V 时,调节使 IR=+3mA,测量对应的 IO 和 RW。(7)改变电源电压,使 UCC=+7.5V ,保持不变,分别测量 IR 和 IO;(8)将以上结果天入表 7.4 中,观察电源电压 UCC 的变化对输出电流 IO 的影响。表 7.4UCC RW IR IO+9V 3mA+7.5V2、比例恒流源(1) 按图 7.6 接好比例恒流源电路。调解 RW,使 RW/RE 为某一数值,测量此时的 IR 和Io。图 7.6(2) 调节 RW 使 R /RE 为另一数值,重复上述测量。(3) 将测量结果填入表 7.5,并分析比较测量结果与理论值的差异。表 7.5RW RE RW/RE IR IO IO/IR(二)思考题1.用分立元件模拟集成电路内部电路进行实验会存在哪些问题?2.测 IR,I o时能否先测电压,再求电流?3.镜像恒流源电路中,改变 Rw 时,I R,I O 会有什么变化?改变 R1 时,I R,I O 又会有什么变化?4、比较镜像恒流源与比例恒流源电路所得实验结果的误差,并分析其原因。实验八 负反馈电路、功率放大器实验目的:1、掌握负反馈电路的特点,及其在实际中的应用。2、掌握甲乙类功放的工作原理,学会设计调试功放。实验设备:1、函数信号发生器2、示波器3、台式万用表4、直流稳压电源实验任务:1、实验电路如图 8-1 所示,测试 Q1 的直流工作点。2、输入如图交流小信号,适当调节 R1,使输出不失真。用示波器观测输入、A、B、C 、D 的波形。计算电路放大倍数 Au。图 8-1 三极管推挽放大电路3、加上反馈电阻 R4,去掉 R2,测量 Au。4、改变负载 R8 为 51 欧姆,测量 Au。5、将 R3 短路,输出波形会发生什么变化。6*、自己制作一个音频线转杜邦线的转接头,将手机音乐通过音频输出,负载接小喇叭,比较声音在上述各种不同的设置下的区别。实验报告要求:1、整理各项测试内容的实验数据与波形。数据应有计算值、仿真值、实测值,误差。2、分析实验结果,并与理论值进行比较,分析误差原因。3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。课后思考题:1、D1 和 D2 起什么作用,没有会怎样。通过仿真说明。2、计算输出最大功率。实验九 交流信号幅度判别电路实验目的:1、掌握用集成运算放大器构成电压放大电路的设计方法。2、掌握电压比较器的原理和应用方法。3、熟悉集成运放构成精密整流电路的原理和方法。实验设备:1、函数信号发生器2、示波器3、台式万用表4、直流稳压电源实验任务:1、全波精密整流电路如图 9.1 所示,请分析该电路,并画出 Ui、Uo1、Uo2 、Uo 的理论波形。图 9.1 全波精密整流电路2、自行设计电路中的电阻、电容,二极管用 1N4148,输入 1kHz 的正弦信号,测试Ui、Uo1、Uo2、Uo 的信号波形。3、自行设计一个电压幅度判别电路,输入信号是频率为 1kHz 的正弦信号。当:电路输入信号幅度 Ui0.5V 时,红、绿、黄三种色指示灯均灭;电路输入信号幅度 0.5Ui1V 时,红灯亮,其余灯灭;电路输入信号幅度 1Ui1.5V 时,红灯、绿灯亮,黄灯灭;电路输入信号幅度 1.5Ui 时,所有灯亮。实验报告要求:1、写出设计过程并画出原理图,整理各项测试内容的实验数据与波形。数据应有计算值、仿真值、实测值,误差。2、分析实验结果,并与理论值进行比较,分析误差原因。3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。思考题:1、该电路的频率特性如何?实验十 交流数字电压表实验目的:1、掌握用模拟集成电路的设计与制作。2、掌握 A/D 转换的电路设计。3、掌握单片机对模拟电路的控制。实验设备:1、函数信号发生器2、示波器3、台式万用表4、直流稳压电源5、430 单片机实验任务:1 、整体功能要求交流数字电压表的功能是,测量正弦电压有效值,以液晶屏显示测量结果。2、系统结构交流数字电压表的系统结构方框图如图 10.1 所示。图 10.1 交流数字电压表的系统结构框图3、电气指标1)被测信号频率范围:1O Hz 一 10 kHz 。2)被测信号波形:正弦波。3)显示数字含义:有效值。4)档位:分三档:1.OV9.9V ; 0.10V 一 0.99V ; 0.01OV 一 0.O99V 。5)显示方式:液晶显示。4* 、可自动换档。5 、设计条件1)电源条件:直流稳压电源提供 0V -士 15V 电压。实验报告要求:1、写出设计过程并画出原理图,整理各项测试内容的实验数据与波形。数据应有计算值、仿真值、实测值,误差。2、分析实验结果,并与理论值进行比较,分析误差原因。3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。- 配套讲稿:
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