線性電子線路實驗

1、. .第一次實驗內(nèi)容：一常用電子儀器的使用一、實驗?zāi)康?1學(xué)習(xí)電子電路實驗中常用的電子儀器示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表、頻率計等的主要技術(shù)指標(biāo)、性能及正確使用方法。 2初步掌握用雙蹤示波器觀察正弦信號波形和讀取波形參數(shù)的方法。二、實驗原理在模擬電子電路實驗中，經(jīng)常使用的電子儀器有示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表及頻率計等。它們和萬用電表一起，可以完成對模擬電子電路的靜態(tài)和動態(tài)工作情況的測試。實驗中要對各種電子儀器進(jìn)展綜合使用，可按照信號流向，以連線簡捷，調(diào)節(jié)順手，觀察與讀數(shù)方便等原那么進(jìn)展合理布局，各儀器與被測實驗裝置之間的布局與連接如圖331所示。接線時應(yīng)

2、注意，為防止外界干擾，各儀器的共公接地端應(yīng)連接在一起，稱共地。信號源和交流毫伏表的引線通常用屏蔽線或?qū)Ｓ秒娎|線，示波器接線使用專用電纜線，直流電源的接線用普通導(dǎo)線。圖11 模擬電子電路中常用電子儀器布局圖1示波器示波器是一種用途很廣的電子測量儀器，它既能直接顯示電信號的波形，又能對電信號進(jìn)展各種參數(shù)的測量?，F(xiàn)著重指出以下幾點：1、尋找掃描光跡將示波器Y軸顯示方式置“Y1或“Y2，輸入耦合方式置“GND，開機(jī)預(yù)熱后，假設(shè)在顯示屏上不出現(xiàn)光點和掃描基線，可按以下操作去找到掃描線：適當(dāng)調(diào)節(jié)亮度旋鈕。觸發(fā)方式開關(guān)置“自動。適當(dāng)調(diào)節(jié)垂直、水平“位移旋鈕，使掃描光跡位于屏幕中央。假設(shè)示波器設(shè)有“尋跡按鍵，

3、可按下“尋跡按鍵，判斷光跡偏移基線的方向。2、雙蹤示波器一般有五種顯示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三種單蹤顯示方式和“交替“斷續(xù)二種雙蹤顯示方式?！敖惶骘@示一般適宜于輸入信號頻率較高時使用?！皵嗬m(xù)顯示一般適宜于輸入信號頻率較底時使用。3、為了顯示穩(wěn)定的被測信號波形，“觸發(fā)源選擇開關(guān)一般選為“內(nèi)觸發(fā)，使掃描觸發(fā)信號取自示波器內(nèi)部的Y通道。4、觸發(fā)方式開關(guān)通常先置于“自動調(diào)出波形后，假設(shè)被顯示的波形不穩(wěn)定，可置觸發(fā)方式開關(guān)于“常態(tài)，通過調(diào)節(jié)“觸發(fā)電平旋鈕找到適宜的觸發(fā)電壓，使被測試的波形穩(wěn)定地顯示在示波器屏幕上。有時，由于選擇了較慢的掃描速率，顯示屏上將會出現(xiàn)閃爍的光跡，但被測信號的波

4、形不在X軸方向左右移動，這樣的現(xiàn)象仍屬于穩(wěn)定顯示。5、適當(dāng)調(diào)節(jié)“掃描速率開關(guān)及“Y軸靈敏度開關(guān)使屏幕上顯示一二個周期的被測信號波形。在測量幅值時，應(yīng)注意將“Y軸靈敏度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)位置，即順時針旋到底，且聽到關(guān)的聲音。在測量周期時，應(yīng)注意將“X軸掃速微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)位置，即順時針旋到底，且聽到關(guān)的聲音。還要注意“擴(kuò)展旋鈕的位置。根據(jù)被測波形在屏幕坐標(biāo)刻度上垂直方向所占的格數(shù)div或cm與“Y軸靈敏度開關(guān)指示值v/div的乘積，即可算得信號幅值的實測值。根據(jù)被測信號波形一個周期在屏幕坐標(biāo)刻度水平方向所占的格數(shù)div或cm與“掃速開關(guān)指示值t/div的乘積，即可算得信號頻率的實測值。 2函數(shù)

5、信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器按需要輸出正弦波、方波、三角波三種信號波形。輸出電壓最大可達(dá)20VPP。通過輸出衰減開關(guān)和輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕，可使輸出電壓在毫伏級到伏級范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。函數(shù)信號發(fā)生器的輸出信號頻率可以通過頻率分檔開關(guān)進(jìn)展調(diào)節(jié)。函數(shù)信號發(fā)生器作為信號源，它的輸出端不允許短路。3交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作頻率范圍之內(nèi)，用來測量正弦交流電壓的有效值。為了防止過載而損壞，測量前一般先把量程開關(guān)置于量程較大位置上，然后在測量中逐檔減小量程。三、實驗設(shè)備與器件 1函數(shù)信號發(fā)生器 2.雙蹤示波器3交流毫伏表四、實驗內(nèi)容1用機(jī)內(nèi)校正信號對示波器進(jìn)展自檢。 1) 掃描基線調(diào)節(jié)將示波器的顯示方式開關(guān)置

6、于“單蹤顯示Y1或Y2，輸入耦合方式開關(guān)置“GND，觸發(fā)方式開關(guān)置于“自動。開啟電源開關(guān)后，調(diào)節(jié)“輝度、“聚焦、“輔助聚焦等旋鈕，使熒光屏上顯示一條細(xì)而且亮度適中的掃描基線。然后調(diào)節(jié)“X軸位移和“Y軸位移( )旋鈕，使掃描線位于屏幕中央，并且能上下左右移動自如。2測試“校正信號波形的幅度、頻率將示波器的“校正信號通過專用電纜線引入選定的Y通道Y1或Y2，將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“AC或“DC，觸發(fā)源選擇開關(guān)置“內(nèi)，內(nèi)觸發(fā)源選擇開關(guān)置“Y1或“Y2。調(diào)節(jié)X軸“掃描速率開關(guān)t/div和Y軸“輸入靈敏度開關(guān)V/div，使示波器顯示屏上顯示出一個或數(shù)個周期穩(wěn)定的方波波形。a. 校準(zhǔn)“校正信號幅度將“

7、y軸靈敏度微調(diào)旋鈕置“校準(zhǔn)位置，“y軸靈敏度開關(guān)置適當(dāng)位置，讀取校正信號幅度，記入表11。 表11標(biāo) 準(zhǔn) 值實 測 值幅度Up-p(V)頻 率f(KHz)注：不同型號示波器標(biāo)準(zhǔn)值有所不同，請按所使用示波器將標(biāo)準(zhǔn)值填入表格中。b.校準(zhǔn)“校正信號頻率將“掃速微調(diào)旋鈕置“校準(zhǔn)位置，“掃速開關(guān)置適當(dāng)位置，讀取校正信號周期，記入表11。 2、用示波器和交流毫伏表測量信號參數(shù)調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器有關(guān)旋鈕，使輸出頻率分別為100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均為1V交流毫伏表測量值的正弦波信號。改變示波器“掃速開關(guān)及“Y軸靈敏度開關(guān)等位置，測量信號源輸出電壓頻率及峰峰值，記入表12。表12信

8、號電壓頻率示波器測量值信號電壓毫伏表讀數(shù)V示波器測量值周期ms頻率Hz峰峰值V有效值V100Hz1KHz10KHz100KHz3、測量兩波形間相位差1) 觀察雙蹤顯示波形“交替與“斷續(xù)兩種顯示方式的特點Y1、Y2均不加輸入信號，輸入耦合方式置“GND，掃速開關(guān)置掃速較低擋位如0.5sdiv擋和掃速較高擋位如5Sdiv擋，把顯示方式開關(guān)分別置“交替和“斷續(xù)位置，觀察兩條掃描基線的顯示特點，記錄之。2) 用雙蹤顯示測量兩波形間相位差按圖12連接實驗電路， 將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出電壓調(diào)至頻率為1KHz，幅值為2V的正弦波，經(jīng)RC移相網(wǎng)絡(luò)獲得頻率一樣但相位不同的兩路信號ui和uR，分別加到雙蹤示波器的

9、Y1和Y2輸入端。為便于穩(wěn)定波形，比較兩波形相位差，應(yīng)使內(nèi)觸發(fā)信號取自被設(shè)定作為測量基準(zhǔn)的一路信號。圖 12 兩波形間相位差測量電路 把顯示方式開關(guān)置“交替擋位，將Y1和Y2輸入耦合方式開關(guān)置“擋位，調(diào)節(jié)Y1、Y2的 移位旋鈕，使兩條掃描基線重合。 將Y1、Y2 輸入耦合方式開關(guān)置“AC擋位，調(diào)節(jié)觸發(fā)電平、掃速開關(guān)及 Y1、Y2 靈敏度開關(guān)位置，使在熒屏上顯示出易于觀察的兩個相位不同的正弦波形ui及uR，如圖333所示。根據(jù)兩波形在水平方向差距X，及信號周期XT，那么可求得兩波形相位差。式中： XT 一周期所占格數(shù) X 兩波形在X軸方向差距格數(shù)記錄兩波形相位差于表13。 表13一周期格數(shù)兩波形

10、X軸差距格數(shù)相 位 差實 測 值計 算 值XTX為數(shù)讀和計算方便，可適當(dāng)調(diào)節(jié)掃速開關(guān)及微調(diào)旋鈕，使波形一周期占整數(shù)格。圖 13 雙蹤示波器顯示兩相位不同的正弦波五、實驗總結(jié)1 整理實驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)展分析。2 問題討論1如何操縱示波器有關(guān)旋鈕，以便從示波器顯示屏上觀察到穩(wěn)定、清晰的波形？2)用雙蹤顯示波形，并要求比較相位時，為在顯示屏上得到穩(wěn)定波形，應(yīng)怎樣選擇以下開關(guān)的位置？a) 顯示方式選擇Y1；Y2；Y1Y2；交替；斷續(xù)b)觸發(fā)方式常態(tài)；自動c)觸發(fā)源選擇內(nèi)；外d) 內(nèi)觸發(fā)源選擇Y1、Y2、交替3函數(shù)信號發(fā)生器有哪幾種輸出波形？它的輸出端能否短接，如用屏蔽線作為輸出引線，那么屏蔽層一端應(yīng)該接在

11、哪個接線柱上4交流毫伏表是用來測量正弦波電壓還是非正弦波電壓？它的表頭指示值是被測信號的什么數(shù)值？它是否可以用來測量直流電壓的大??？六、預(yù)習(xí)要求1 閱讀實驗附錄中有關(guān)示波器局部內(nèi)容。 2 C0.01f、R10K，計算圖12 RC移相網(wǎng)絡(luò)的阻抗角。內(nèi)容：二晶體管共射極單管放大器一、實驗?zāi)康? 學(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。2 掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。 3 熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。二、實驗原理圖14為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射

12、極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。當(dāng)在放大器的輸入端參加輸入信號ui后，在放大器的輸出端便可得到一個與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號u0，從而實現(xiàn)了電壓放大。圖14 共射極單管放大器實驗電路在圖14電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2 的電流遠(yuǎn)大于晶體管T 的基極電流IB時一般510倍，那么它的靜態(tài)工作點可用下式估算 UCEUCCICRCRE電壓放大倍數(shù)輸入電阻RiRB1 /RB2 / rbe輸出電阻 RORC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計和裝配以后，還

13、必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點和各項性能指標(biāo)。一個優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計與實驗調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識和設(shè)計方法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項動態(tài)參數(shù)的測量與調(diào)試等。1放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試1)靜態(tài)工作點的測量測量放大器的靜態(tài)工作點，應(yīng)在輸入信號ui0的情況下進(jìn)展， 即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程適宜的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流IC以及各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗中，為了防止斷開集電極，所以采用測量電壓UE或UC，然后

14、算出IC的方法，例如，只要測出UE，即可用算出IC也可根據(jù)，由UC確定IC，同時也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高測量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。2)靜態(tài)工作點的調(diào)試 放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試是指對管子集電極電流IC或UCE的調(diào)整與測試。靜態(tài)工作點是否適宜，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在參加交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時uO的負(fù)半周將被削底，如圖342(a)所示；如工作點偏低那么易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂一般截止失真不如飽和失真明顯，如圖342(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進(jìn)展動態(tài)調(diào)

15、試，即在放大器的輸入端參加一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，那么應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。(a) (b)圖15 靜態(tài)工作點對uO波形失真的影響改變電路參數(shù)UCC、RC、RBRB1、RB2都會引起靜態(tài)工作點的變化，如圖343所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來改變靜態(tài)工作點，如減小RB2，那么可使靜態(tài)工作點提高等。圖16 電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響最后還要說明的是，上面所說的工作點“偏高或“偏低不是絕對的，應(yīng)該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當(dāng)所

16、致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點。2放大器動態(tài)指標(biāo)測試放大器動態(tài)指標(biāo)包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓動態(tài)范圍和通頻帶等。1)電壓放大倍數(shù)AV的測量調(diào)整放大器到適宜的靜態(tài)工作點，然后參加輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測出ui和uo的有效值Ui和UO，那么 2)輸入電阻Ri的測量為了測量放大器的輸入電阻，按圖17電路在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表測出US和Ui，那么根據(jù)輸入電阻的定義可得 圖17 輸入、輸出電阻測量電路測量時應(yīng)注意以下幾點: 由于電阻R兩端

17、沒有電路公共接地點，所以測量R兩端電壓 UR時必須分別測出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。 電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產(chǎn)生較大的測量誤差，通常取R與Ri為同一數(shù)量級為好，本實驗可取R12K。3)輸出電阻R0的測量按圖1-8電路，在放大器正常工作條件下，測出輸出端不接負(fù)載 RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù) 即可求出在測試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號的大小不變。4)最大不失真輸出電壓UOPP的測量最大動態(tài)范圍如上所述，為了得到最大動態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負(fù)載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時調(diào)節(jié)RW改變靜態(tài)工作

18、點，用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象如圖19時，說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交流負(fù)載線的中點。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時，用交流毫伏表測出UO有效值，那么動態(tài)范圍等于?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出UOPP來。圖 19 靜態(tài)工作點正常，輸入信號太大引起的失真5)放大器幅頻特性的測量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號頻率f 之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖110所示，Aum為中頻電壓放大倍數(shù)，通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的倍，即0.707Aum所對應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，那么通頻帶fBW

19、fHfL放大器的幅率特性就是測量不同頻率信號時的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述測AU的方法，每改變一個信號頻率，測量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測量時應(yīng)注意取點要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測幾點，在中頻段可以少測幾點。此外，在改變頻率時，要保持輸入信號的幅度不變，且輸出波形不得失真。6)干擾和自激振蕩的消除參考實驗附錄 3DG 9011(NPN) 3CG 9012(PNP) 9013(NPN)圖 110 幅頻特性曲線 111晶體三極管管腳排列三、實驗設(shè)備與器件112V直流電源 2.函數(shù)信號發(fā)生器3雙蹤示波器 4.交流毫伏表 5直流電壓表 6.直流毫安表7頻率計 8.萬用電表9晶體三極管3DG61

20、(50100)或90111 管腳排列如圖111所示 電阻器、電容器假設(shè)干四、實驗內(nèi)容實驗電路如圖14所示。各電子儀器可按實驗一中圖14所示方式連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時信號源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，那么屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。1調(diào)試靜態(tài)工作點 接通直流電源前，先將RW調(diào)至最大， 函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通12V電源、調(diào)RW，使IC2.0mA即UE2.0V， 用直流電壓表測量UB、UE、UC及用萬用電表測量RB2值。記入表14。表1-4 IC2mA測 量 值計 算 值UBVUEVUCVRB2KUBEVUCEV

21、ICmA2測量電壓放大倍數(shù)在放大器輸入端參加頻率為1KHz的正弦信號uS，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓Ui10mV，同時用示波器觀察放大器輸出電壓uO波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下述三種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表15。表15 Ic2.0mA Ui mVRCKRL(K)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.41.22.42.43觀察靜態(tài)工作點對電壓放大倍數(shù)的影響置RC2.4K，RL，Ui適量，調(diào)節(jié)RW，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形，在uO不失真的條件下，測量數(shù)組IC和UO值，記入表16。表16RC2.4K RL UimVIC(m

22、A)2.0UO(V)AV測量IC時，要先將信號源輸出旋鈕旋至零即使Ui0。4觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置RC2.4K，RL2.4K， ui0，調(diào)節(jié)RW使IC2.0mA，測出UCE值，再逐步加大輸入信號，使輸出電壓u0 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號不變，分別增大和減小RW，使波形出現(xiàn)失真，繪出u0的波形，并測出失真情況下的IC和UCE值，記入表17中。每次測IC和UCE 值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表17 RC2.4K RL UimVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.0 5測量最大不失真輸出電壓置RC2.4K，RL2.4K，按照實驗原理34.4)中所述方

23、法，同時調(diào)節(jié)輸入信號的幅度和電位器RW，用示波器和交流毫伏表測量UOPP及UO值，記入表18。 表18 RC2.4K RL2.4KIC(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)*6. 測量輸入電阻和輸出電阻 置RC2.4K，RL2.4K，IC2.0mA。輸入f1KHz的正弦信號，在輸出電壓uo不失真的情況下，用交流毫伏表測出US，Ui和UL記入表2-6。保持US不變，斷開RL，測量輸出電壓Uo，記入表1-9。表1-9 Ic2mA Rc2.4K RL2.4KUS(mv)Ui(mv)RiKULVUOVR0K測量值計算值測量值計算值*7. 測量幅頻特性曲線取IC2.0mA，RC2.4K，RL2.4K。 保持輸入信號ui的幅度不變，改變信號源頻率f，逐點測出相應(yīng)的輸出電壓UO，記入