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《电路与模拟电子技术实验》教学大纲

Experiments of Sensor Principle & Technology

课程代码：BK090006学时：16学分：0.5

理论学时： 48 实验或讨论学时：16

适用专业： 物联网课程性质：必修

撰稿人：李光忠审定人：柳平增

1. 实验课的性质与任务

《电路与模拟电子技术》是高等学校理工科各专业的一门实践性很强的专业基础课。模拟电子实验作为该课程的重要教学环节，对培养学生理论联系实际的学风，培养学生研究问题和解决问题的能力，培养学生的创新能力和协作精神，提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力具有重要的作用。

电路与模拟电子技术实验教学的任务是以培养学生掌握电子技术实验知识和实验技能为主要目的，通过实验巩固和深化理论教学效果，加深对电路与模拟电路理论的理解以及培养提高学生的实际动手技能。通过实验加强电路的设计技术及应用能力，培养学生的动手能力、观察能力、分析能力和解决实际问题的能力。

二、实验目的与要求

通过该课程的实验环节，使学生得到模拟电子基本实践技能的训练，学会运用所学理论知识判断和解决实际问题，加深和扩大理论知识；学会常用芯片.电子元件等基本实验设备的原理及使用方法；能根据要求合理布线和正确连接实验线路，能分析并排除实验中出现的故障；能运用理论知识对实验现象.结果进行分析和处理；能根据要求，进行简单电路的设计，并正确选择合适的电路元件及适用的元件设备。

三、实验项目设置情况

四、各实验项目教学内容

实验项目一：单管共射极放大电路2学时

（一）实验目的要求

1、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。

2、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。

3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

（二）实验材料和仪器设备

1．＋12V直流电源　　　　　　   2．函数信号发生器

3．双踪示波器　　　　　　　　   4．交流毫伏表

5．直流电压表           6．直流毫安表

7．频率计　　　　8．万用电表

9．晶体三极管 (β＝50～100) 电阻器、电容器若干

（三）实验内容

1、调试静态工作点

接通＋12V电源，调节R_W，使I_C＝2.0mA（即U_E＝2.0V）， 用直流电压表测量U_B、U_E、U_C ，并用万用电表测量R_B2值。记入表1.1。

表1.1             I_C＝2mA

 2、测量电压放大倍数

调节函数信号发生器输出频率为1KHz、10mV的正弦信号，加入放大器输入端，使放大器输入电压U_i10mV，用示波器观察放大器输出电压u_O波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述两种情况下的U_O值，并计算电压放大倍数A_V 。用双踪示波器观察u_O和u_i的相位关系，记入表1.2。

表1.2          Ic＝2.0mA      U_i＝10mV

 3、观察静态工作点对输出波形失真的影响

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ， u_i＝0，调节R_W使I_C＝2.0mA，测出U_CE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u₀足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，分别增大和减小R_W，使波形出现失真，绘出u₀的波形，并测出失真情况下的I_C和U_CE值，记入表1.3中。每次测I_C和U_CE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表1.3    R_C＝2.4KΩ   R_L＝∞

 4、测量最大不失真输出电压

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ，按照实验原理中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器R_W，用示波器和交流毫伏表测量U_OPP及U_O值，记入表1.4。

表1.4     R_C＝2.4K    R_L＝2.4K

 5、测量输入电阻和输出电阻

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ，I_C＝2.0mA。在放大器的输入端串接一电阻R_S=5.1KΩ，将f＝1KHz的正弦信号加入到U_S（A点），加大输入信号幅度，用交流毫伏表测量U_i ，使其保持10mV，然后再测量U_S，记入表1.5中，计算R_i值。

保持U_i不变，分别测量接入负载R_L＝2.4KΩ时和断开R_L时的输出电压U_L和U_o值，记入表1.5中，计算R₀值。

表1.5   I_c＝2mA   R_c＝2.4KΩ   R_L＝2.4KΩ

实验项目二：两极阻容耦合放大电路4学时

（一）实验目的要求

练习两级阻容耦合放大电路静态工作点的调整方法

学习两级阻容耦合放大电路电压放大倍数的测量方法

掌握放大电路频率特性的测量方法

了解多级放大电路的级间影响

（二）实验材料和仪器设备

1. 双踪示波器

2. 模拟电路学习箱

3. 函数信号发生器

4. 数字万用表

   （三）实验内容

1. 连接电路

   对照图检查电路板，接线无误后接通电源。

2. 调整静态参数

   调节使，确定第一级静态工作点，调使第二级静态工作点在交流负载线的中点，使放大器（带）工作在最大输出幅度下，测量此时，并与估算值比较。

3. 测量电压放大倍数

4. 引入的输入信号，以波形不失真为准，若出现失真应减少的信号，并分别测量和两种情况下的和，计算，记入表1中。

   表1

1. 将放大电路的第一级输出同第二级的输入断开，使两极放大电路变成两个彼此独立的单级放大电路，分别测量输入和输出电压，并计算每级的电压放大倍数；此时的静态工作点同前，负载为和（第二级带负载），将测量数据记入表2。

   表2

*4.组成共射——共集放大电路

第一级为共射放大电路，第二级为射级输出器，测量两极的电压放大倍数。电路如图4-7-17所示。

（1）测量静态工作参数

第一级，测量第一级、第二级静态工作点（和）。

（2）测量电压放大倍数

引入正弦波德输入信号，以波形不失真为准，并分别测量和两种情况下的和，计算，记入表3中。

表3

（3）测量两级交流放大电路的频率特性（带上负载）

方法同上，测量和的值。

实验项目三：负反馈放大电路2学时

1. 实验目的要求

   加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。

2. 实验材料和仪器设备

   1. ＋12V直流电源　　　　 2. 函数信号发生器

   3. 双踪示波器　　　　　　 4. 频率计

   5. 交流毫伏表　　　　　　  6. 万用表或直流电压表

   7. 晶体三极管β＝50～100

   电阻器、电容器若干。

3. 实验内容

   

   图负反馈放大器的实验线路图

   1、调整并测量基本放大器的静态工作点

   按图连接实验电路（K₁接通，K₂断开），即电路为两级基本放大电路。取U_CC＝＋12V，U_i＝0，调整第一级电路中的电位器R_P1（500KΩ），使I_C1 =2mA（或U_C2 =2.2V）；调整第二级电路中的电位器R_P1（52KΩ），使U_C2 =7V。用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表1中。

   表1

2、测试基本放大器的各项性能指标

(1)　测量中频电压放大倍数A_V和输出电阻R_O。

① 调节函数信号发生器，使之产生f＝1KHZ，U_i=3mV（有效值）的正弦信号，加到放大器的输入端（U_i端口）， 用示波器监视输出波形u_O，在u_O不失真的情况下，用交流毫伏表测量空载输出电压U_O，并计算A_V，记入表2。

② 保持U_i不变，接入负载电阻R_L =2.4KΩ（注：R_L在实验台上用10K电位器调出），测量负载输出电压U_OL，并计算A_VL和R_O，记入表2。

表2

(2)　测量通频带

保持①中的U_i不变，然后增加和减小输入信号的频率，用毫伏表监测放大器的输出，找出上、下限频率f_H和f_L（U_O下降为0.707U_O时的频率），计算频带宽度BW，记入表3中。

3、测试负反馈放大器的各项性能指标

将反馈支路按图接入电路（K₂接通），即电路为两级负反馈放大电路。输入信号U_i仍为2mV、1KHz，在输出波形不失真的条件下，与前述方法一样分别测量负反馈放大器的U_O 、U_OL ,并计算A_Vf、A_VLf、R_Of  ,记入表2中。增加和减小输入信号的频率，测量 f_Lf和f_Hf，计算BW_f ，记入表3中。

表3

*4、观察负反馈对非线性失真的改善

(1) 实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入f＝1KHz 的正弦信号，输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。

(2) 再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与1)相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。

实验项目四：差动放大电路2学时

1. 实验目的要求

   1．掌握差动放大电路的工作原理和性能特点；

   2．掌握差动放大电路的基本参数的测试方式；

   3．了解提高共模抑制比的方法。

2. 实验材料和仪器设备

   晶体管毫伏表函数信号发生器

   直流稳压电源双踪示波器

   数字万用表实验电路板

   差动放大器

3. 实验内容

   准备工作：检查电路板，将上面可能有的连线插去掉，输出端的接负载插头断开，调零电位器Rw置于可调范围的中间位置，将A与C端相连，形成长尾式差动放大电路。用数字万用表测量电源的两组输出，使其为12V，然后以正确的接法将±12V与实验电路板相连（红线+12V，兰线-12V，黑线为地）。

   （一）静态工作点及直流工作方式的测量：

   1．用连线插分别将和对地短路，则，用数字表分别对地测量和，并通过调节Rw尽可能使==0，并在随后的实验中尽可能保持此状态。

   分别测量有关电压并作以下纪录：（、分别为晶体管Q₁、Q₂的集电极电压）

 2．双端输入、双端输出：用连线插分别将直流源、送入输入端和，用数字表测量并作记录：

将两个输入对调，重复上述测量，将结果记入上表。

3．单端输入、双端输出：用连线插将对地短路，将直流源V送入，用数字表测量并作记录：

将对地短路，直流源V送入，重复上述测量，将结果记入上表。

结论：通过上述实验，我们可以看出，对双端输出来讲，无论是单端输入还是双端输入，都有

其中：令

对一个比较单一的电路，在双端输出状态，一般可以不太考虑输入输出之间的极性问题，故上式中只考虑输入输出的绝对值。

而对单端输出来讲，无论是从Q₃或Q₄输出，很显然此时的输出只有双端输出的一半，即，并且输出极性还明显与输入极性有关，即输出与输入之间呈现为同相或反相之关系。在绝大多数的集成运放中，都采用单端输出方式，故输入端标出的极性都是相对输出而言的。

（二）交流工作方式：

以下实验中，信号幅度的测量可以是毫伏表或示波器，在需要观察相位的时候，需用示波器双踪显示功能观察。

1．双端输入、双端输出：

用连线插分别将1、2短接及3、4短接，取信号源KHz，幅度mv（毫伏表测）或（示波器测，下同）的正弦波，以双端输入的方式送入和端。

测量结果并作记录：

2．单端输入，双端输出：

用连线插将接地，信号源条件同上，输入到端，观测并作记录：

将接地，信号输入，观测并将结果记录到上表中。

3．单端输入，单端输出：

用数字表监测输出端，将、对地短路，调节R_W使得。

将信号源（条件同上）送端，端接地，以示波器双踪显示方式观测输入输出波形并作记录；加大输入信号，观测最大不失真输出范围并作记录；将输入调回到3.5mV或10mV_P-P，改变输入频率，使得以及，观测输入输出的相位关系及带宽并作记录。

将接地，信号源送，重复上述实验，并将结果记入上表中。

4．共模输入：

a）长尾式差分电路：用连线插将和相连，输入共模信号，用示波器双踪显示方式观测输入输出波形以及同时观测和的波形，看其特点。

输入：KHz，分别取、、以及在输出不失真情况下的最大共模输入电压，并作记录及算出。

计算：共模抑制比（值取上一个表中的测量值）

b）恒流源差分电路：将第一级差分电路下面的插头改插为A与B相连，其余不变，重复上述实验，并将结果记录。

将电路恢复成单端输入，单端输出工作形式，由端输入3.5mV或10m信号，测量输出并算出。

由此计算：

通过实验，可以看出改为恒流源工作方式以后，同长尾式电路没有什么变化，但却大大减小，从而使得共模抑制比大大提高。

（三）负反馈工作方式：

为了提高电路的稳定性，拓展频带，以及只需适当的放大量和输入输出的相位关系，可以通过加负反馈的方法来实现上述不同的要求。

1．同相放大器工作方式：（采用长尾式或恒流源均可）

用连线插将输出端与右边相连，左边经连线插接，另外用连线插将3、4短接，由或“1”端输入信号，则组成同相放大器工作方式。反馈量为：

而

所以

输入KHz，60m信号，观测输出并作记录；改变输入频率由低到高至，观测其带宽及相位变化情况，并作记录。

同理，将分别换成、，重复上述实验，并作记录。

=100K

=30K

上述实验结果说明什么，请简述：（包括端的直流工作点状态）

2．反相放大器工作方式：

将3、4断开，把1、2短接，信号从“3”脚输入，反馈电阻同上，则组成反相放大器工作方式，实验步骤同上，感兴趣者可重复上述实验。

实验项目五六：集成运算放大器应用6学时

1. 实验目的要求

   1、学习用集成运算放大器设计组成反相比例、同相比例、反相加法、减法、积分等基本运算电路，研究各种基本运算电路的功能。

   2、会对所设计的电路进行连线、测试，分析是否达到设计要求。

   3、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

2. 实验材料和仪器设备

   1.±12V直流电源　 2.万用表或直流电压表　

   3.模拟实验台　            4.集成运算放大器

   电阻器、电容器若干。

1. 实验内容

   集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

   1、理想运算放大器特性

   在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。

   开环电压增益　A_ud=∞

   输入阻抗　　　r_i=∞

   输出阻抗　　　r_o=0

   带宽          f_BW=∞

   失调与漂移均为零等。

   2、理想运放在线性应用时的两个重要特性

   （1）输出电压U_O与输入电压之间满足关系式

   U_O＝A_ud（U₊－U_－）

   由于A_ud=∞，而U_O为有限值，因此，U₊－U_－≈0。即U₊≈U_－，称为“虚短”。

   （2）由于r_i=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I_IB＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。

上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

3、基本运算电路

(1) 反相比例运算电路

电路如图5.1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为

为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R₂＝R₁ //   R_F。

图1  反相比例运算电路图2  反相加法运算电路

(2)　反相加法电路

电路如图5.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

        R₃＝R₁// R₂// R_F

 (3)  同相比例运算电路

图3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为

        R₂＝R₁// R_F

(a) 同相比例运算电路            (b) 电压跟随器

图3  同相比例运算电路

当R₁→∞时，U_O＝U_i，即得到如图5.3(b)所示的电压跟随器。图中R₂＝R_F，用以减小漂移和起保护作用。一般R_F取10KΩ， R_F太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

(4)  差动放大电路（减法器）

对于图4所示的减法运算电路，当R₁＝R₂，R₃＝R_F时， 有如下关系式

图4  减法运算电路图图5  积分运算电路

(5)  积分运算电路

反相积分电路如图5.5所示。在理想化条件下，输出电压u_O等于

　　式中　u_C(o)是t＝0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

如果u_i(t)是幅值为E的阶跃电压，并设u_c(o)＝0，则

1.   

2.   

3. 
   

   即输出电压 u_O(t)随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的U_O值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。

   在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K₁闭合，即通过电阻R₂的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K₁打开，以免因R₂的接入造成积分误差。K₂的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压u_C(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号u_i后，只要K₂一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。

五、实验报告要求

每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括：

1、实验目的；

2、实验仪器、设备、电子元器件（名称、型号）；

3、实验原理；

4、实验主要步骤及电路图；

5、实验记录（测试数据、波形.、现象）；

6、实验数据整理（按每项实验的实验报告要求进行计算、绘图、误差分析等）；

7、回答每项实验的有关问答题。

六、课程考核方式及成绩评定

（一）考核方式

平时成绩：ð课堂提问//ð学习态度//ð课外资料收集整理//ð预习报告//√实验报告//√其他；

结课后考试：ð笔试//ð操作。

（二）课程成绩评定办法

成绩构成：考勤15%//平时15%//考试70%

七、实验应配套的主要仪器设备及台（套）数（以一个实验教学班为标准）

模拟电路实验台30台套。

附：教学参考资料

1、选用的教材：

殷瑞祥，电路与模拟电子技术，高等教育出版社，2004年03月，第二版。

2、主要参考书：

[1] 徐淑华，马艳，刘丹，电路与模拟电子技术，电子工业出版社，2010

[2] 左全生，电路与模拟电子技术教程，电子工业出版社，2008年05月，第3版。