高級電工實驗報告

1、 Southwest university of science and technology電路和模擬電子技術(shù)實驗報告學院名稱環(huán)境與資源專業(yè)名稱學生姓名學號指導教師二一四年十二月 目 錄 HYPERLINK l _Toc407087421 基礎(chǔ)驗證性實驗3 HYPERLINK l _Toc407087422 常見電子儀器、儀表的使用 HYPERLINK l _Toc407087423 晶體管單管放大電路的測試 HYPERLINK l _Toc407087424 集成運算放大器的線性應(yīng)用驗證 HYPERLINK l _Toc407087425 有源濾波器的驗證 HYPERLINK l _Toc

2、407087426 音頻功率放大器設(shè)計報告 HYPERLINK l _Toc407087427 課程設(shè)計任務(wù)書第一部分基礎(chǔ)驗證性實驗實驗一 常見電子儀器、儀表的使用實驗目的認識常見電子、儀器、儀表、工具在本專業(yè)中的地位和作用。學會正確使用常見電子儀器及設(shè)備。了解常用電子儀器、儀表的主要技術(shù)指標。學會附錄簡介中的仿真軟件中的常見電子儀器儀表的使用。預習內(nèi)容用萬用表電壓檔測試實驗平臺相關(guān)直流輸出電壓。以測試5v為例。用萬用表電阻檔測試實驗平臺的相關(guān)電位器參數(shù)范圍。以測試1k電位器處于30%時為例。雙蹤示波器、函數(shù)發(fā)生器、晶體管毫伏表的使用。實驗設(shè)備萬用表、DF1641函數(shù)信號發(fā)生器、VP-5220

3、D 20M示波器、DAM-II數(shù)字模擬多功能試驗箱、電源、電線。實驗原理電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗常用儀器、儀表同實驗電路的關(guān)系框架，如圖1.4所示。直流穩(wěn)壓電源雙蹤示波器函數(shù)信號發(fā)生器被測實驗電路 測量色料儀器儀表圖1.4 實驗內(nèi)容與步驟基本要求熟悉實驗平臺，用實驗平臺檢驗專用導線的質(zhì)量。用萬用表電壓檔測試實驗平臺相關(guān)的直流輸出電壓。填入表1-1中。 表1-1標稱值+5V+9V+12V-12V-5V實測值5.14V8.81V11.91V-11.81V-4.95V誤差0.14V0.19V0.09V0.19V0.05V用萬用表電阻檔位測試實驗平臺相關(guān)的電位器參數(shù)范圍。填入表1-2中。表1-2電阻當自選檔位

4、20K50K20K標稱值01K050K010K實測值0.021.1K051.2K011.11K誤差0.020.1K01.2K01.11K雙蹤示波器、函數(shù)發(fā)生器、晶體管毫伏表的使用。三種儀器接通電源。函數(shù)發(fā)生器的輸出選正弦波、頻率選1KHz，dB衰減按鈕放開。幅度旋鈕調(diào)至最小。毫伏表測試線短接調(diào)零，量程旋鈕至最大。示波器CH1/CH2通道控制旋鈕正常。先把函數(shù)發(fā)生器的輸出信號幅值調(diào)到10Vp-p，然后將函數(shù)發(fā)生器測試線同示波器相連，分別再讀出其各衰減擋的電壓值和頻率值。在把函數(shù)發(fā)生器測試線同毫伏表相連，分別在毫伏表上讀出其各衰減檔的電壓值。填入表1-3中。表1-3函數(shù)發(fā)生器幅度衰減擋檔位db0-

5、20-40項目/參數(shù)單位幅度頻率幅度頻率幅度頻率函數(shù)發(fā)生器顯示值Vp-p10.00V1KHZ1.OOOV1KHZ100.0mV1KHZ示波器測量值Vp-p10V1KHZ1V1KHZ0.1V1KHZ思考題晶體管毫伏表能否測量直流信號?對非正弦信號的有效值可以直接用晶體管毫伏表測量嗎?答：交流表測的是平均值跟據(jù)平均值與 HYPERLINK /search?word=%E6%9C%89%E6%95%88%E5%80%BC&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 有效值的比例來顯示，其他信號比例變了，計算出比例就行。示波器已能正常顯示波時，僅將t/div旋鈕從1ms位置旋到

6、10us位置，屏幕上顯示的波形周期是增還是減?答：顯示周期的數(shù)量是減少。舉例說明：一個信號的周期是1ms，一般示波器的屏幕橫向10格。當一格為1ms時，全屏是10ms，可以顯示10個周期。當一格為10us時，全屏是100us，現(xiàn)在連一個周期都顯示不了。所以結(jié)論是減少。七、實驗體會答：通過這次實驗，我學會了電子電路實驗中常用電子儀器的使用方法，初步掌握了使用雙蹤示波器觀測波形信號和測量波形參數(shù)的方法。掌握了幾種典型的幅值，有效值和周期的測量。實驗二 晶體管單管放大電路的測試一、實驗目的（1）學會放大器靜態(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）學會掌握放大器電壓放大倍數(shù)的測量方

7、法。（3）進一步掌握輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。二、預習內(nèi)容（1）根據(jù)實驗電路和所學過的理論知識預估、仿真了該實驗，并將其計算值、仿真值填入表2-1、表2-2中。（2）預測計算時R w=50K。=150.（3）用Multisim10.0的仿真軟件對本實驗進行了預習仿真如圖2.1、圖2.2。圖2.1 RL=時晶體管單管放大電路的仿真圖2.2 RL2.4K=時晶體管單管放大電路的仿真三、實驗設(shè)備萬用表、DF1641函數(shù)信號發(fā)生器、示波器VP-5220D 20M、DAM-II數(shù)字模擬多功能試驗箱、負反饋實驗板、若干導線。四、實驗原理雙極型晶體管單管放大器實驗電路雙極型晶體管單管

8、放大器實驗電路如圖2.3所示。圖2.3雙極型晶體管單管放大器實驗電路理論公式算法 五、實驗內(nèi)容和步驟照圖用專用導線接好電路，實驗電路如圖所示。靜態(tài)工作點的測試接通電源，并按實驗電路提接好函數(shù)發(fā)生器和示波器，函數(shù)發(fā)生器調(diào)整為1KHz，4V左右。用實驗法調(diào)好靜態(tài)工作點（調(diào)節(jié)R w使波形上下盡量對稱，逐漸加大輸入信號的幅值，使波形最大且不失真），使Vi=0，測量并記錄下VB,VE,VC,及VRb2+Rw,填入表2-1中。放大倍數(shù)測試。在上一步的基礎(chǔ)上，用示波器或毫伏表分別測量RL=及RL=2.4K時輸入電壓Vi和輸出電壓Vo,并計算電壓放大倍數(shù)，填入表中。觀察工作點對輸出波形Vo的影響。保持駛?cè)胄盘?/p>

9、不變，增大和減小R w，觀察Vo波形變化，測量并記錄表中。表2-1實測測算VB(V)VC(V)VE(V)VRb2+Rw(V)IB(uA)IC(mA)計算值2.258.6161.5519.7501.41仿真值2.6777.5812.038/實測值2.727.572.099.238/表2-2條件仿真實測測算RLVi(mV)Vo(V)Vi(mV)Vo(V)AvRL=4108.23807.620RL=2.4K4104.13803.810 圖2.3 RL=的波形圖 圖2.4RL=2.4K的波形圖表2-3Rw1值VB(V)VC(V)VE(V)VCE(V)正常不失真2.6777.5812.0385.543明

10、顯看到上半周失真1.7579.4261.1888.238明顯看到下半周失真3.9624.9263.3031.623圖2.5正常不失真圖2.5上半周失真圖2.6下半周失真 六、思考題家用電器內(nèi)的放大電路出現(xiàn)非線性失真的原因是什么？如何消除失真？答：晶體管等特性的非線性；靜態(tài)工作等位置設(shè)置的不合適或輸入信號過大。由于放大期間工作在非線性工作區(qū)而產(chǎn)生的非線性失真有4種：飽和失真、截止失真、交越失真和不對稱失真。RL對放大電器電壓放大倍數(shù)有何影響？為什么？答：RL對放大電器電壓放大倍數(shù)有減小的影響，因為電阻是負載。七、實驗體會通過這次實驗，我學會了放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析了靜態(tài)工作點對放大器

11、性能的影響。掌握放大器電壓放大倍數(shù)的測量方法。進一步掌握了輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試。實驗三 集成運算放大器的線性應(yīng)用驗證一、實驗目的 （1）進一步理解典型集成運放線性運用的原理。 （2）掌握集成運放調(diào)零的方法。 （3）掌握用集成運算放大器組成的比例運算、加法等應(yīng)用電路的參數(shù)測量。二、預習內(nèi)容（1）復習教材中關(guān)于集成運放線性運用的相關(guān)內(nèi)容。（2）根據(jù)反向比例運算電路如圖3.1實驗電路和所學過的理論知識預估、仿真該實驗表3-1、表3-2的實驗結(jié)果。圖3.1反向比例運算電路仿真三、實驗設(shè)備萬用表、DF1641函數(shù)信號發(fā)生器、示波器VP-5220D 20M、DAM-II數(shù)字模擬多功

12、能試驗箱、集成運放實驗板、若干導線。四、實驗原理1、反相比例運算電路 （1）理論算法公式對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：（2）實驗電路圖 反相比例運算實驗電路圖，如圖3.3圖3.3反相比例運算電路實驗內(nèi)容和步驟1、反相比例運算電路具體步驟（1)計算： 利用理論計算公式分別算出Ui=60mV、0.4V、0.3V、-50mV、-0.6mV時對應(yīng)的Uo值，并填入表3-1中。2、仿真：利用Multisim軟件對實驗進行仿真，記錄Ui=60mV、0.4V、0.3V、-50mV、-0.6mV時對應(yīng)的Uo值，并填入表3-1中。3、實驗（1）安照圖一連接好電路，接通12V電源。（2）輸入

13、表3-1直流電壓，用萬用表直流檔測量輸出電壓Uo，并填入表3-1。表3-1Ui60mV0.5V0.7V-50mV-0.6mV備注Ue136.4V303.5V424.8V-30.3V364.2V通過公式11計算的Av=-10Uo（計算）-600mv-5V-7V500mv6mvAv-10-10-10-10-10Uo(仿真）-600mv-5V-7V500mv6mvUo（實測）-588-4.9-7.05026.0輸入f=1000KHz，Ui=0.5V的爭先交流信號，測量相應(yīng)的Uo，并用示波器觀察Uo和Uo的相位關(guān)系，計入表3-2中。 表3-2（f=1000KHz，Ui=0.5V）項目參數(shù)Ui/Uo波形

14、AvUi（V）0.5V測算值計算值Uo（V）-4.95V-9.9-10反相加法器電路具體步驟（1)計算： 利用理論計算公式分別算出Ui1=60mV、0.4V、0.3V，Ui2=60mV、0.4V、0.3V時對應(yīng)的Uo值，并填入表3-3中。3.實驗（1）按照圖二連接好電路。（2）輸入信號采用直流信號，從簡單直流信號源上引入，按表3-3進行設(shè)置，用直流電壓表測量輸入電壓Ui1、Ui2及輸出電壓Uo，計入表3-3中。表3-3Ui160mV0.4V0.3V備注Ui260mV0.4V0.3VUi1+Ui2120mV0.8V0.6VUo（計算）-1.2V-8V-6V通過公式計算得Av=-10Av-10-1

15、0-10Uo（仿真）-1.23V-8.0V-5.91VUo（實測）-1.23V-7.9V-5.9V六、思考題 實驗中測量e1、e2點的電壓的意義是什么？答：在理想狀態(tài)下e1、e2點的電壓是相等的，在實際實驗中e1、e2兩點是不相等的存在一定誤差，所以測量這兩點的電壓值。七、實驗體會經(jīng)過本次試驗，復習了教材中關(guān)于集成運放線性運用的相關(guān)內(nèi)容，學習了集成運放電路的反相比例運算電路，并且進行了試驗和仿真，掌握了集成運放線性運用原理。實驗四 有源濾波器的驗證實驗目的 （1）進一步理解有源濾波器的工作原理。 （2）學習幾種有源濾波器的調(diào)測方法和步驟。預習內(nèi)容（1）預習教材中關(guān)于二階有源濾波器的內(nèi)容。 （2

16、）預測、仿真低通濾波器實驗電路如圖4.1所示。圖4.1低通濾波器實驗電路仿真實驗設(shè)備萬用表、DF1641函數(shù)信號發(fā)生器、示波器VP-5220D 20M、DAM-II數(shù)字模擬多功能試驗箱、集成運放實驗板、若干導線。實驗原理 濾波器是一種只傳輸指定頻段信號，抑制其他頻段信號的電路。1二階有源低通濾波器(LPF)(1)原理圖與實驗電路圖。二階有源低通濾波器原理圖，如圖所示，實驗電路圖，如圖所示。(2)二階有源低通濾波器理論算法公式通帶電壓放大倍數(shù)=Vo/Vi通帶截止頻率五、實驗內(nèi)容和步驟 1.基本要求 （1）能對實驗所用儀器、儀表及元器件的質(zhì)量進行檢驗和判斷。 （2）二階有源低通濾波器調(diào)試與測量。

17、2.實驗步驟 （1）首先將放大器調(diào)零。方法同基礎(chǔ)實驗部分。 （2）Vi=0.1V，頻率按表4-1中的數(shù)值改變。找出各個濾波器的截止頻率或范圍。表4-1f（Hz）102050f120150180200250300350400Vo(V)30.85252.25683.28660143.454155.598154.439155.182151.205141.340130.668119.471六、思考題(1)帶通濾波器的范圍是不是越小越好？哪些因素決定帶通范圍？答：帶通濾波器范圍越小濾波器的性能就與設(shè)計更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦開始出現(xiàn)吉布斯現(xiàn)象，即出現(xiàn)波紋。電阻和電容決定帶

18、通范圍。(2)有源高通濾波器的頻率上限是多少？答：fp=1/(2cr1r2)(3)低通濾波器有沒有頻率下線?如果有是多少？答：fp=1/（2cr1r2c1c2）(4)有源濾波器同無源濾波器在指標上的最大區(qū)別是什么?答：無源濾波器是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)，可對主要次諧波（3、5、7）構(gòu)成低阻抗旁路，第二部分課程設(shè)計實驗五 指針式分立器件萬用表的設(shè)計、仿真、安裝、調(diào)試一 、常用萬用表設(shè)計要求1 基本要求用已有的微安表設(shè)計一只萬用表，功能要求如下：（1）能測量直流電流，檔位為2.5A，250mA,25mA

19、,2.5mA,及0.25mA（2）能測量直流電壓，檔位為2.5v,10v,50v,250v及1000v（3）能測量交流電流，檔位為2.5mv和0.25mv（4）能測量交流電壓，檔位為10v,50v,250v及1000v（5）能測量電阻，10、100、1k、10k（6）能測量三極管的放大倍數(shù)2 擴展要求（1）能測量一定范圍F電容（2）能測量一定范圍mH電感二 萬用表功能設(shè)計1 認識指針式萬用表的表頭萬用表頭是由永久磁鐵、圓弧形極掌、圓柱形軟鐵和動圈繞組組成。動圈繞組處在圓弧形極掌和圓柱形軟鐵在空氣隙中形成的均勻輻射磁場中，這個均勻輻射磁場與通過動圈繞組的電流形成的磁場相互作用，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩F

20、，使動圈繞組帶動指針發(fā)生轉(zhuǎn)動。指針式萬用表的表頭是一支靈敏度較高的磁電式微安表.它的直流靈敏度Ig,一般為幾十到幾百微安.設(shè)計選用的微安表頭滿偏電流為Ig=83.3微安.當直流電流I流經(jīng)表頭時,產(chǎn)生的電磁力矩Mt=NIBS,此時游絲因扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生反向力矩MT=a,當兩力矩平衡時,指針偏角為,則流經(jīng)電流與偏角之間的關(guān)系如下:萬用表的表頭有一定直流電阻Rg,一般為幾百歐至幾千歐.為了設(shè)計計算及調(diào)試方便,因此在表頭上串聯(lián)一個與表頭內(nèi)阻Rg接近相等的可調(diào)內(nèi)阻Ro,使表頭支路電阻為(Rg+Ro)調(diào)為一個簡單整數(shù)。比如：目前設(shè)計我們選用的表頭，Rg（9501050）之間，故Rg選擇1000可調(diào)電阻，使(Rg

21、+Ro)=1900，稱為表頭支路電阻。而在仿真軟件中，表頭的內(nèi)阻為零，因此我們?yōu)橹?lián)一個1.5K歐姆的電阻，同時將表頭的滿偏電流設(shè)為100微安，如下圖所示。2 直流電流的測量（1）表頭量程擴展電路選擇（2）表頭擴展量程并聯(lián)電路的算法。由并聯(lián)分流公式:根據(jù)KVL方案列出的表頭擴展量程并聯(lián)電阻的計算方法如下：Rs(+Ig)Ig =0 則注釋：Ig=83.3微安 =100微安對于本實驗所選的表頭：Rs=83.3x1.9k/(100-83.3) 9.5k為了獲得不同的電流量程，可以用若干電阻R1R2R3Rn串聯(lián)，使得R1+R2+R3+Rn= Rs，從這些串聯(lián)電阻之間抽頭，可獲得不同的量程In。設(shè)計為

22、5擋，檔位為2.5A，250mA,25mA,2.5mA,及0.25Ma.Rs的串聯(lián)電阻：R2=0.38R3=-R2=-0.38=3.41R4=-R2-R3=-3.41-0.38=34.12R5=-R2-R3-R4=-37.91=341.18R6=-R2-R3-R4-R5=-379.09=6065.44Rn=-（R2+R3+R4+Rn）3 直流電壓的測量改裝后的綜合表頭所測最大電流很低，根據(jù)可知，必須根據(jù)最小電流量程串入不同降壓電阻，電壓量程采用開路轉(zhuǎn)換形式。綜合表頭直流電壓靈敏度=1/ 其單位為1/v本實驗用萬用表綜合表頭的直流電壓靈敏度=1/100a=10k/v綜合表頭內(nèi)阻=1.99.5=1

23、.58k設(shè)計為5擋，檔位為2.5v,10v,50v,250v及1000v故各擋降壓電阻分別為R11 、R12 、R13 、R14 、R15計算結(jié)果如下：R8=10K2.5-1.58=23.42kR9=10K(10-2.5)=75 kR10=10K(50-10)=400 kR11=10K(250-50)=2M R12=10K(1000-250)=7.5M設(shè)計圖紙如下4 交流電流與交流電壓測量 (1)交流電流測量電路設(shè)計。由上面討知磁電式儀表可以測量周期電流的整流平均值，對于正弦電流，全波整流平均值與正弦電流有效值關(guān)系為而半波整流時，其中，為正弦交流電流的平均值，即正弦電流半波整流平均值為其有效值

24、的倍。常用萬用表通常利用測量半波整流平均值，對應(yīng)測量正弦電流值為了減少擋位，一般用萬用表均不設(shè)使用很少的交流電流測量擋。本萬用表綜合表頭最小量限為100A，則 為了設(shè)計方便，其交流表頭電流靈敏度J250yA，電壓靈敏度氓；4k6yv，由十二極管半波整流時，二極管反向穿透電流的泄漏，整流效率對于鍺管為0.98，硅管為0.99。公式 如圖2-3-7-4所示的本列表內(nèi) 故在RS電阻上抽頭位置為 本例表取 考慮二極管整流效率的差異，表頭滿偏電流的誤差，應(yīng)有（）的可調(diào)范圍。 時 故設(shè)電位器用于調(diào)試作用。 (中也包含了1/2) 取標稱值電阻 時，交流電壓靈敏度交流表頭內(nèi)阻 故本設(shè)計所用交流表頭內(nèi)阻 設(shè)計圖

25、如下：有效電流檔位： Irect=I 3.536=2.5 0.3536=0.25 (2) 交流電壓測量電路設(shè)計。 流經(jīng)交流表頭的半波電流有效值為。其有效值電壓 二極管正向壓降0.7V，交流電壓測量共分為10V，50V，250V，1kV四擋，如圖2-3-7-5所示，各降壓電阻 上述電阻是針對電壓靈敏度為設(shè)計的，故直流電壓仍可利用此電阻總電阻值，保持直流電壓靈敏度為的條件下，實現(xiàn)1000V擋的測量，如圖2-3-7-6所示，其滿偏電流，則 表頭內(nèi)阻變?yōu)?應(yīng)串分壓電阻為。即，該電阻應(yīng)用于交流1000V擋得降壓電阻時，測量電壓誤差僅為萬分之五。5 電阻的測量 從上各電阻間仟意插頭，串入一個電阻和電池，即

26、可以十洲量電阻阻值，如同所示。當外路電阻短路（即負載電阻RX=0）時，對于一定的電池電動勢，調(diào)整串聯(lián)電阻RS上的抽頭點，使表頭指針滿偏，總電流為Ia，此時閉合電路的總電阻稱為中心值電阻Ra，當外電路被測電阻RX=Ra時，閉合電路中電流為Ia，當然表頭指針偏角為最大偏角的一半。當RX=0 指針偏角 M RX=Ra 指針偏角 1/3M RX=2Ra 指針偏角 1/3MRX=NRa 指針偏角 M 指針標盤上非線性地標出指針不同偏角所對應(yīng)的外側(cè)電阻 的陽值,偏角越大，示數(shù)越稀，偏角越小，不數(shù)越密。常用電阻檔電路有三種，如圖所示其中a圖電路，在電流電壓變化時，調(diào)整可調(diào)電阻，則中心值變化太大，圖b電阻在調(diào)

27、整可調(diào)電阻使，表頭靈敏度太大，都會產(chǎn)生較大的誤差，為有圖c電路當電流電壓從1.8V1.2V之間變化時，其測量誤差均減小，在RS的串聯(lián)電路上，各店抽頭時的滿偏電流如圖所示，電阻檔抽頭宜選用在（RG+RS）/2的N點附近。此時，綜合表頭為2xIA=166.6A。為了計算方便，取IN=150A圖1.5V的電池時，中心值電阻Ra=10kRS支路上抽頭點與A點間電阻RAN=( RG+RS)/ 150A*Ig=4.998 k5 k綜合表頭內(nèi)阻為2.22，則應(yīng)串入電阻 R19=RA-2.22=7.78 k當電池電動勢1.5V時，N點左移。電池電動勢Ea=1.8V時， =1.8V=Ig代入數(shù)值可求得=4.15

28、 k 電池電動勢Ea=1.2V時， =1.8V =Ig代入值求得 =6.07 k 故 RGB=R7=6.07 k因此用電位器代替R7 故R6=4.15 k-（R1+R2+R3+R4+R5）=1.15 kR8=7.5 k-（R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R9+R10=7.5-（4.15+2+0.65+0.51）=190 上述情況，電阻檔中心值電阻分別為 +7.7 8=10.02 k+7.78=9.73 k其誤差大小為0.26 k，相對誤差為2.95。符合電阻檔5的誤差要求。 測量較小的電阻時，應(yīng)將中心值電阻降低，故采用并聯(lián)電阻的辦法，如圖所示圖中心值為10*100=1k時，需要并聯(lián)電阻R20中心值為10*10=100時，需要并聯(lián)電阻R21中心值為10*1=10時，需要并聯(lián)電阻R22由于R20/10k=1 k,則R20=1.11 k由于R21/10k=100，則R21=101由于R22/10k=1