模电实验指导书

模拟电子技术实验部分

实验一常用电子仪器的使用

一.实验目的

1.学习电子电路实验中常用的电子仪器—示波器、函数信号发生器、数字万用表、交流毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法；

2.初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。

二.实验设备与器件

1.函数信号发生器；

2.双踪示波器；

3.交流毫伏表；

4.数字万用表；

5.模拟电路实验箱及电阻、电容若干。

三. 实验原理

在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、数字万用表、交流毫伏表等。正确使用它们，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。

实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端( GND)应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。

图 1 -1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图

1.示波器

在本书附录2 中已对GOS-652G 型双踪示波器的原理和使用作了较详细的说明，现着重指出下列几点：

1）寻找扫描光迹点

在开机半分钟后，如仍找不到光点，可调节亮度旋钮，并按下“寻迹” 按键，从中判断光点位置，然后适当调节垂直( ）和水平( ) 移位旋钮，将光点移至荧光屏的中心位置。

2）为显示稳定的波形，需注意示波器面板上的下列几个控制开

关（或旋钮）的位置。

a.“ 扫描速率” 开关（t/div）它的位置应根据被观察信号的周

期来确定。

b.“触发源选择” 开关（内、外、CHx、LINE）常选为内触发。

c.“ 触发方式” 开关通常可先置于“ 自动” 位置，以便找到扫描线或波形，如波形稳定情况较差，再置于“ 常态” 位置，但必须同时调节电平旋钮，使波形稳定。

3）示波器有四种显示方式

单踪显示有CH1 、CH2、ADD；双踪显示为DUAL，同时显示两个波形。

4）在测量波形的幅值时，应注意Y 轴灵敏度“微调”旋钮置于“ 校

准” 位置（顺时钟旋至底）。

2.函数信号发生器

函数信号发生器按需要可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号电压精度可由输出幅度调节旋钮进行连续调节。输出信号电压频率可以通过频率分档开关进行调节，并由频率计读取频率值。

函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。

3.交流毫伏表

交流毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。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处，然后在测量中逐档减小量程。

接通电源后，将输入端短接，进行调零。然后断开短路线，即可进行测量。

四.实验内容

1.测量示波器内的校准信号

用示波器自带校准信号（ f =1KHz±2％，幅度 2 V P-P方波）对

示波器进行自检。

1）调出“校准信号” 波形

a.将示波器校准信号输出端通过专用电缆线与Y A（或Y B）输入插口接通，调节示波器各有关旋钮，将触发方式开关置“ 自动” 位置，触发源选择开关置“内”，对校准信号的频率和幅值正确选择扫速开关（s/div）及Y 轴灵敏度开关（V/div）位置，则在荧光屏上可显示出一个或数个周期的方波。

b.分别将触发方式开关置“ TV.V”, “TV. H”和“常态”位置，并同时调节触发电平旋钮。体会四种触发方式的操作特点。

2）校准“校准信号” 幅度

将Y轴灵敏度微调旋钮置“ 校准”位置（顺时针旋到底），Y轴

灵敏度开关置适当位置，读取校准信号幅度，记入表 1 -1 。

3）校准“校准信号” 频率

将扫速微调旋钮置“ 校准” 位置，扫速开关置适当位置，读取校准

信号周期，记入表1- 1 。

4）测量“校准信号” 的上升时间和下降时间

调节“ Y 轴灵敏度” 开关位置及微调旋钮，并移动波形，使方波

波形在垂直方向上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过

扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在X 轴方向扩展（必要时可以利

用“ 扫速扩展”开关将波形再扩展 5 倍），并同时调节触发电平旋钮，从荧光屏上清楚的读出上升时间和下降时间，记入表 1 - 1 。

表 1 -1

2.用示波器和交流毫伏表测量信号参数

用函数信号发生器输出频率分别为100Hz、1KHz、10 KHz、100 KHz，

峰峰值均为1V 的正弦波信号。

改变示波器扫速开关及Y 轴灵敏度开关位置，测量信号源输出信号频

率、峰峰值及有效值，记入表 1 -2 。

特别说明：有效值可以用交流毫伏表测量，也可以用数字万用表的交流

电压档测量。

3.测量两波形间相位关系。

1）观察双踪显示波形, 将CH1 和CH2 同时按下

Y A、Y B均不加输入信号，扫速开关置扫速较低挡位（如0 .2s/ d iv

挡）和扫速较高档位（如5 μs /div 挡），观察两条扫描线的显示特点，

记录之。

表 1 -2

信号频率

示波器测量值毫伏表测量

值( 有效值)

示波器测量值

周期(ms) 频率( Hz) 峰峰值(V) 100Hz

1KHz

10KHz

100KHz

2）用双踪显示测量两波形间相位关系

a.按图 1 -2 连接实验电路，将函数信号发生器的输出信号调至频率为lKHz，幅值为2V 的正弦波，经图1-2 中的RC 移相网络获得频

率相同但相位不同的两路信号V

i

和V

R

，分别加到双踪示波器的Y A和

Y B输入端。

图 1 -2 两波形间相位差测量电路

b.将Y A和Y B输入耦合方式开关置“⊥ ”档位，调节Y A、Y B 的↑↓移位旋钮，使两条扫描基线重合，再将Y A、Y B输入耦合方式开关置“ AC”档位，调节扫速开关及Y A、Y B灵敏度开关位置，此

时在荧屏上将显示出V

i

和V

R

两个相位不同的正弦波形如图 1 - 3 所示。

图 1 -3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波

此时， 则两波形相位差为

Q = x (div ) X T (div )

? 360?

式中： X T-------- 一周期所占刻度格数

x ------两波形在 x 轴方向相距格数记录

两波形相位差于表 1- 3 。

表 1 -3

表 1 -3 中， 相位差的计算值参考公式（ 即计算值公式） 为：

V R =

R

R + (1/ j ωc )

?V i

将电阻、电容和信号频率数据代入上式后即可求得 V i 和 V R 的相位差。

为读数和计算方便， 可适当调节微调旋钮，使波形一周期占整数格。

五.实验报告

1. 整理实验数据，并进行分析。

2. 问题讨论

1） 示波器采用“ 高频”、“常态”、“自动” 三种触发方式有什么区别？通过实验对它们的操作特点及适用场合加以总结。

2）用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在荧光屏上得到稳定波形，应怎样选择下列开关的位置？

a. 显示方式选择（C H1；CH2；ADD）；

b.触发方式（高频；常态；自动）；

c. 触发源选择（内；外）。

六.预习要求

1.阅读实验附录 2 中有关示波器操作部分内容。

2.已知C =0. 01μF、R =10 KΩ，计算图 1 - 2 中RC 移相网络的阻抗角 。

实验二晶体管共射极单管放大器

一.实验目的

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。

二.实验设备与器件

1.模拟电路实验箱；

2.函数信号发生器；

3.双踪示波器；

4.交流毫伏表；

5.数字万用电表；

6.电阻器、电容器若干。

三. 实验原理

图2-1 为基极分压式射极偏置单管放大电路, 它的偏置电路采用

R B1 和R

B 2

组成的分压电路，并在发射极中接射极负载电阻R

E

，以稳

定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入信号后，在放大器的输出端便可得到一个与输入信号相位相反、幅值被放大了的输出信号，从而实现了电压放大。

在图2-1 电路中，当流过偏置电阻R

B1 和R

B 2

的电流远大于晶体管

T 的基极电流I

B

时（一般 5 ～10 倍），则它的静态工作点可用下式估算：

V B ≈

R

R

B 2

+R?V CC B1 B 2

E

V

I =

V B -V BE

R E

≈ I C

V CE = V CC - I C ? (R C + R E )

图 2 -1 共射极单管放大器实验电路

电压放大倍数:

A = -β ? R C R L r be

输入电阻:

输出电阻: R i = R B 1 R B 2 r be

R O ≈ R C

由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

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v

i

=0 的情况下进行，即将放大器输入端与地短接，然后选用量程合适的万用表，分别测

量晶体管的集电极电流I

C 以及各电极对地的电位V

B

、V

C

、V

E

。一般

实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，再算出I

C

的方

法，例如，只要测出V

E

，即可用I C I E =V E / R E 算出I C （也可根据

I

C

=(V CC-V C) R C，由V C V C确定I C ），同时也能算出V BE=V B-V E，

V CE =V

C

-V

E

。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，如数字万用表。

2)静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对晶体管集电极电流I

C （或V

CE

）

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v

o

的负半周将被削底，如图 2 -2 (a) 所示；如工作点偏低则易产生

截止失真，即v

o

的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2- 2(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v

i ，检查输出电压v

o

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。

图 2 -2 静态工作点对输出波形失真的影响

改变电路参数V

CC 、R

C

、R

B

（R

B1

、R

B 2

）都会引起静态工作点的

变化，如图2 - 3 所示。但通常多采用调节上偏置电阻R

B1

的方法来改

变静态工作点，如减小R

B1

，则可使静态工作点提高等。

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，应该是相对于信号的幅度而言，如信号的幅度很小，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。如需满足较大幅度信号的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

图 2 -3 电路参数对静态工作点的影响

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A

v

的测量

信 I i

V R

放

号 V s V i R 0

K R i 大

v 0

V 0

源

器

v

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压 v i 在输出电压 v o 不失真的情况下，用交流毫伏表或用万用表交流电压档测出 v i 和 v o 有效值 V i 和

V O 则

A = V O

V i

2） 输入电阻 R i 的测量

为了测量放大器的输入电阻， 按图 2- 4 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一巳知电阻，在放大器正常工作的情况下，

用交流毫伏表测出 v s 和 v i 的有效值V s 、V i ，则根据输入电阻的定义可得

R = V i i I = V i

V / R

= V i V - V ? R S

测量时应注意

i R S S i

① 由于电阻两端没有电路公共接地点，所以测量 R S 两端电压 v R 时必须分别测出 v s 和 v i ，然后按 v R = v s - v i 求出 v R 值。

图 2 -4 输入、 输出电阻测量电路

② 电阻 R S 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 S 与 R i 为同一数量级为好， 本实验可取 R S ＝ 10~20KΩ。

3） ） 输出电阻 R o 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 R L 的输出电压 V O 和接入负载后的输出电压 V L ，根据

R

L

V

L

=

R +R

?V

O

即可求出R

O

:

O L

R = (

V

O -1) ?R

L

L

在测试中应注意，必须保持R

L

接入前后输入信号的大小不变。

4））最大不失真输出电压V

OPP

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R

W

（改变静态工作点），用示波器观察V

O

，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2- 5 ）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V

O

（有效值），则动态

范围等于2 V

O

。或用示波器直接读出V

OPP

。

图 2 -5 Q 点正常，输入信号太大引起的失真

5）放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数A

v

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2-6 所示，A

vo

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 1 2 ，即0 .707 A

vo

所对应的频率分别称

O V

为下限频率 f L 和上限频率 f H ，则通频带 B W 0.7 = f H - f L 。

放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数 A v 。为此，可采用前述测 A v 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。

四.实验内容

图 2 -6 幅频特性曲线 图 2 - 7 BJT 外形

实验电路如图 2 -1 所示。各电子仪器可按实验一中图 1 - 1 所示方式连接， 为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起， 同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或示波器探头， 如使用屏蔽线， 则屏蔽线应接在公共接地端上。 1.

． 测量静态工作点

接通电源前，先将电位器 R W 调至最大，使输入端与地线短接。接通+12 V 电源、 调节 R W ，使发射极电位 V E = 2 V ，用直流电压表测 量三极管的基极电位和集电极电位 V B 和 V C ，然后，断．开．电．源．, 使 R B 1 开路, 用万用电表测量 R B 1 值。最后将测量结果记入表 2 -1 。

表 2 -1 V E = 2 V

测 量 值 计 算 值

V B

V E

V C

R B 1

V BE

V CE

I C ( mA)

2V

计算值： V BE = V B -V E ， V CE = V C -V E ， V CC -V C

C C

2. 测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为 lkHz 的正弦信号 v i ， 调节函数信号

发生器的输出旋钮使 v ipp = 20 mV( 按下衰减按钮)，同时用示波器

观察放大器输出电压 V o 的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的 v o 值，并用双踪示波器观察 v i 和 v o 的相位关 系， 记入表 2 -2。（ V ip - p 为峰- 峰值，有效值可用万用表的交流电压档

直接测量）

表 2 -2

V E =2V

V ip - p =20mV

3. 观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置 R C =2.4K Ω， R L =∞（即负载开路 ）， v i 适量， 调节 R W ， 用示波 器监视输出电压波形，在 v O 不失真的条件下，测量数组 V E 和 v O 值， 记入表 2 -3 。测量 V E 时，要先断开信号源, 并将放大器输入端与地线短接（使 v i ＝ 0）。

表 2 -3 R C =2. 4KΩ； R L = ∞； v ipp =20mV

R = I

4. 观察静态工作点对输出波形失真的影响

置 R C =2. 4KΩ， R L =∞ ， v i =0 ，调节 R W 使 V E =2V ，测出 V CE 值， 再

逐步加大输入信号，使输出电压 v O 波形足．够．大．但．不．失．真．（用示波器观 察）。然后保持输入信号不变，分别增大和减小 R W ，使波形出现饱和 失真和截止失真，绘出 v O 的波形，并测出失真情况下的 V E 和 V CE 值， 记入表 2- 4 中。每次测 V E 和 V CE 值时都要将信号源断开, 并将放大器输入端与地线短接。

5.

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 4 中所述方法，同时调

节输入信号的幅度和电位器 R W ， 用示波器测量 v opp , 用交流毫伏表测量 v om （ 最大不失真输出电压的有效值），记入表 2- 5。

表 2 -5 R C =2.4KΩ； R L =2.4KΩ

6. 测量输入电阻和输出电阻

置 R C =2.4 K Ω， R L =2. 4KΩ， V E ＝ 2.0V 。输入 f =1KHz 的正弦信

号，在输出电压 v o 不失真的情况下， 用交流毫伏表测出 v s ， v i 和 V L ， 记入表 2- 6。 保持 v s 不变， 断开 R L ，测量输出电压 v o ， 记入表 2 - 6 。

表 2 -6 R C =2. 4KΩ； R L = 2. 4KΩ； V E =2V

计算值: R i =

V

i R V s -V i

7. ． 测量幅频特性曲线

取 R C =2.4 KΩ， R L =2. 4 KΩ， V E ＝ 2 .0 V 。保持输入信号 v i （或 v s ）

的幅度不变， 改变信号源频率 f ， 逐点测出相应的输出电压 v o ，记入表 2 -7 。

表 2 -7 v i =

mV

为了使频率 f 取值合适，可先粗测一下，找出中频范围， 然后再仔细读数。

说明：本实验内容较多，其中 6 、7 可作为选做内容。

五.实验报告

1. 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输

入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。

s

2. 总结 R C ，R L 及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、

输出电阻的影响。

3. 讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

4.

分析讨论在调试过程中出现的问题。

六.预习要求

1. . 阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能 指标。 假设： 三极管 3 DG6 的 β =100 ， R B 2 =200KΩ ， R B 1 =60KΩ ， R C =

2.4KΩ ，R L =2. 4KΩ。估算放大器的静态工作点，电压放大倍数 A v ， 输入电阻 R i 和输出电阻 R O 。

2. 能否用直流电压表直接测量晶体管的 V BE ？为什么实验中要采用测 V B 和 V E ， 再间接算出 V BE 的方法？

3. 怎样测量 R B 2 阻值？

4. 当调节上偏置电阻 R B 1 ，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降 V CE 怎样变化？

5. 改变静态工作点对放大器的输入电阻 R i 是否有影响？ 改变外接电阻 R L 对输出电阻 R O 是否有影响？

6. 在测试 A v ，R i 和 R O 时怎样选择输入信号的大小和频率？ 为什么 信号频率一般选 1 KHz ，而不选 100KHz 或更高？

7. 测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器任一仪器的两个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？