高级电工电子实验报告.doc

XXXXXX大学电路和模拟电子技术实验学生实验报告课程名称： 高级电工电子实验 姓 名： XXXXXX 学 号: XXXXXXXX 班 级： XXXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXX 评 分： 学院：XXXXXX学院 201X年 X 月 X 日目 录实验一 常用电子仪器、仪表的使用3一、实验目的3二、仪器设备、主要元器件3三、实验原理4四、预习要求4五、实验步骤4六、实验结果5七、思考题8实验二 晶体管单管放大电路的测试11一、实验目的11二、仪器设备、主要元器件11三、实验原理11四、预习要求13五、实验步骤与结果14六、误差分析16七、思考题16实验七 集成运算放大器的线性应用验证18一、实验目的18二、仪器设备、主要元器件18三、实验原理19四、预习要求20五、实验步骤与结果22六、思考题26实验四 有源滤波器的验证27一、实验目的27二、仪器设备、主要元器件27三、实验原理27四、实验内容与步骤28五、思考题28设计 指针式分立器件万用表的设计、仿真、安装、调试30一、常用万用表设计要求301、基本要求302、扩展要求30二、万用表部分功能的设计案例301、认识指针式万用表的表头312、直流电流的测量323、直流电压的测量344、交流电流与交流电压测量365、电阻的测量406、晶体管电流放大倍数的测量的电路设计44实验体会：45实验一 常用电子仪器、仪表的使用一、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、直流稳压电源、毫伏表、万用表等仪器的正确使用方法，并了解其主要技术指标和性能。2、学会正确使用常用电子仪器设备。3、了解常用电子仪器、仪表的主要技术指标。4、学会附录简介中的仿真软件中的常用电子仪表的使用。二、仪器设备、主要元器件名称型号设备编号数量备注双踪示波器VP-5220D 20M11函数发生器DG1022U21实验室毫伏表UT63231实验室万用表UT80241实验箱51三、实验原理电子技术基础实验常用仪器,仪表同实验电路的关系框图,如下图:四、预习要求1、用万用表电压档测试实验平台相关直流输出电压。以测试5V为例。2、用万用表电阻档测试实验平台的相关电位器参数范围。3、以测试1k电位器处于30%时为例。4、双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表的使用。五、实验步骤1、检查导线：将标准直流电源依次接入逻辑开关，检查导线的好坏。2、将标准直流电源接入万用表，用万用表电压档测试实验平台相关直流输出电压。3、将电位器接入万用表，用万用表电阻档测试实验平台的相关电位器参数范围。4、函数发生器发出1kHz，幅度为10v、1v、0.1v的信号，用双踪示波器查看波形，用毫伏表观察有效值。六、实验结果1、用万用表电压档测试实验平台相关直流输出电压。（1）实验数据表格标称值（V）5.09.012.0-12.0-5实测值（V）5.0488.90012.115-11.879-5.001误差0.961.10.961.00.002（2）模拟数据表格根据实验步骤2在multisim环境中构建如图1-1的模拟电路，并按要求进行测量。以测量标称值为5V和12V的直流输出电压为例。图1-1 相关直流输出电压测量标称值（V）5.09.012.0-12.0-5模拟测量值（V）5.09.012.0-12.0-5误差000002、用万用表电阻档测试实验平台的相关电位器参数范围。（1）实验数据表格电阻档自选档位01K010K050K标称值0K1K0K10K0K50K实测值0.010K1.100K0.000K09.37K0.020K52.19K（2）模拟数据表格根据实验步骤3在multisim环境中构建如图1-2的模拟电路，并按要求进行测量。以测量电阻自选档位为010K和050K的电位器为例。图1-2 相关电位器参数测量电阻档自选档位01K010K050K标称值0K1K0K10K0K50K模拟测量值0K1K0K10K0K50K3、双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表的使用。（1）实验数据表格函数发生器幅度衰减档档位db0-20-40项目/参数单位幅度频率幅度频率幅度频率函数发生器显示值Vp-p10v1kHz1v1kHz0.1v1kHz毫伏表测量值有效值3.574v不填0.355v不填35.8mv不填示波器测量值Vp-p5.1×2V2×0.5ms5.2×0.2V1×1ms5.2×20mv1×1ms（2）模拟数据表格根据实验步骤4在multisim环境中构建如图1-3的模拟电路，注意该步骤函数发生器衰减档均为10倍的2次衰减，仿真函发是最大值，故设置为5V。设置好函发和示波器后，点击运行就可以进行仿真测量了，以Vp-p为10V为例。图1-3 函数发生器与双踪示波器的使用函数发生器幅度衰减档档位db0-20-40项目/参数单位幅度频率幅度频率幅度频率函数发生器显示值Vp-p10v1kHz1v1kHz0.1v1kHz示波器测量值Vp-p5×2V2×0.5ms5×0.2V1×1ms5×20mv1×1ms七、思考题1、画出函数发生器和示波器的内部电路的原理图。答：函数发生器内部电路原理图如图1-4，1-5，示波器内部电路原理图如图1-6。图1-4 函数发生器原理图图1-5 具有扫描能力的函数发生器图1-6 示波器的原理图2、晶体观毫伏表能否测量直流信号，对非正弦信号的有效值能否可以直接用晶体管毫伏表测量？答：能测，晶体管毫伏表很敏感，自然界的静电都能击穿它。所以所测的电压电压要具有稳定性，不然会击穿毫伏表的；但非正弦信号不能直接测量，交流表测的是平均值跟据平均值与有效值的比例来显示，其他信号比例变了，计算出比例就行。3、示波器能够正常显示波形时，仅将t/div旋钮从1ms位置旋到10us位置，屏幕上显示的波形周期是增多还是减少？答：显示周期的数量是减少。举例说明：一个信号的周期是1ms，一般示波器的屏幕横向10格。当一格为1ms时，全屏是10ms，可以显示10个周期。当一格为10us时，全屏是100us，现在连一个周期都显示不了。所以结论是减少。4、用示波器定量测量波形幅度和周期时，应该将那两个旋顺时针调到底？答：注意将示波器输入衰减微调旋钮顺时针旋到底,置于CAL位置。实验二 晶体管单管放大电路的测试一、实验目的1、学会放大器静态工作点的测量和测试方法，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的测试方法。3、进一步掌握输出电阻、输入电阻、最大步失真输出电压的测试方法。二、仪器设备、主要元器件名称型号设备编号数量备注双踪示波器VP-5220D 20M11函数发生器DG1022U21实验室毫伏表UT63231实验室万用表UT80241实验箱51三、实验原理1、实验电路实验电路图如图2-1。图2-1 双极型晶体管单管放大器实验电路2、理论计算公式四、预习要求1、在仿真软件中，按照原理图连接线路，并设置好相应的参数。如图2-2。图2-2 连接线路与参数设置2、调整电位器和函数发生器的参数，直到不失真。如图2-3。图2-3 调节至不失真时的电路3、断开函数发生器与电路连接，分别用万用表测量电路静态工作值。如图2-4。图2-4 静态工作值测量电路五、实验步骤与结果1、照图用专用导线接好电路2、静态工作点测试 接通电源，并按实验电路图接好函数发生器和示波器，函数发生器调整为1kHz,4V左右。用实验法调好静态工作点，使，测试并记下,及。（1）实验数据表格实测测算（V）（V）（V）V） （mA）（mA）2.6737.6852.0419.8598.8691.337（2）模拟数据表格断开函数发生器与电路连接，分别用万用表测量电路静态工作值。如图2-5，在进行记录与计算。图2-5 静态工作点测算电路模拟测量值测算（V）（V）（V）（V） （mA）（mA）2.8547.2922.1729.1467.1731.9623、放大倍数测试在上一步基础上，用示波器或毫伏表分别测量及时输出电压和输出电压,并计算放大倍数。条件实测测算RLVi（mV）Vo（V）AV121.2092.25918.637121.2541.1339.3444、观察工作点对输出波形的影响保持输入信号不变，增大和减小,观察波形变化，测量并记录值（v）（v）（v）（v）画出输出波形正常不失真2.7157.1362.0535.011明显看到上半周失真1.9769.3321.3258.112明显看到下半周失真3.3136.4032.7013.910六、误差分析下面从静态工作点、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。基准电压太高，使得增高而使相对的减小了，影响实验。输入输出电阻选择不够合理，导致实验误差，影响实验。温度的升高使得偏置电流能自动的减小以限制的增大。七、思考题1、家用电器内的放大电路出现非线性失真的原因是什么？如何消除失真？答：三极管交流放大电路（共射极电路）的失真，主要是因为静态工作点选的不对，偏高或偏低，静态工作点偏高，会导致信号在正半波时使得三极管进入饱和区域，电流达到饱和，与的比值不是发生了正波被削掉了峰值静态工作点偏低，信号在负半波时三极管进入截止状态 几乎为零，负半波也被消掉一块，发生波形失真，可以针对失真的实际情况，改变静态工作点，使三极管工作在放大状态 即通过调整基极的偏置电阻来改变静态偏置电流来改变静态工作点 也可以引入负反馈，来降低放大倍数，稳定静态工作点。2、对放大器电压放大倍数有何影响？为什么？答：使电压放大倍数增大； 因为从共射放大电路的电压放大倍数计算公式： 可以看出，在其他量不变的情况下，Av随的增大而增大。 最大不失真输出电压的峰峰值减小，比较容易出现饱合失真、或截止失真。在放大电路的图解分析中能很直观的看到。3、的值对交流放大倍数有何影响？为什么？答：由放大倍数的公式，可知越大，放大倍数越大。4、为什么测试静态参数和动态参数测试要用不同的仪表？答：静态参数是在只有直流电的情况下测量的，而动态参数是在有交流电的情况。故需用不同仪表。实验七 集成运算放大器的线性应用验证一、实验目的1、进一步理解典型集成运算放大线性运算的原理。2、掌握集成运放调零的方法。3、掌握集成运算放大器组成的比例运算、加法等应用电路的参数测量。4、熟悉实验方法及仿真方法，仿真实验表中的实验结果。二、仪器设备、主要元器件名称型号设备编号数量备注双踪示波器VP-5220D 20M11函数发生器DG1022U21实验室毫伏表UT63231实验室万用表UT80241实验箱51三、实验原理1、 反向比例运算电路（1） 理论算法公式。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：其中，、别对应下图的和。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/。（2） 实验电路图。反相比例运算实验电路图，如图7-1。图7-1 反向比例运算电路2、 同相比例运算电路（1） 理论算法公式。同相比例运算电路的输出电压与输入电压之间的关系为：（2） 原理图同相比例运算电路原理图如图7-2。图7-2 同相比例运算电路四、预习要求1、用万用表直流表电压档测输出，同时在仿真软件中实现。分别输入步骤中的输入电压，测量输出电压并与计算值比较是否一致。如图7-3。图7-3 输入直流60mV验证图2、输入f=1kHz，Ui=0.25V的正弦交流信号，观察波形。如图7-4。图7-4 输入交流0.25V验证图五、实验步骤与结果1、 基本步骤（1） 能对实验所用仪器、仪表及元器件的质量进行检验和判断。（2） 集成运放调零和简易直流信号源的构建与测量。（3） 按实验原理图接线。（4） 通电自检电路，有问题用常用仪器、仪表检查，排除。（5） 电路正常，开始实验。（6） 实验结束收拾好试验台，用过的仪器仪表关掉电源，放回原位。2、 基本内容（1） 验证反向比例运算电路。（2） 验证同相比例运算电路。3、 反相比例运算电路具体步骤（1） 按图连接实验电路，接通±12V电源。（2） 输入下表直流电压，用万用表直流电压档测量输出电压Uo,填入下表。实验数据表格60mV0.5V0.7V-50mV-0.5V备注521uV543.1uV553.2uV515.4uV517.9uV-600mV-5V-7V-500mV-5V-10-10-10-10-10-572.3mV-4.7V-6.8V504.4mV4.8V（实测）-9.54-9.40-9.71-10.09-9.60模拟数据表格测量电路如图，分别改变输入电压，进行测量实验。以60mV输入为例。如图7-5。图7-5 反向比例测量电路60mV0.5V0.7V-50mV-0.5V备注521uV543.1uV553.2uV515.4uV517.9uV-600mV-5V-7V-500mV-5V-10-10-10-10-10-587.0mV-4.987V-6.987V512.9mV5.013V-9.78-9.97-9.98-10.26-10.03（3） 输入f=1000Hz,Ui=0.5V的正弦交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察uo和ui的相位关系，记录下表中。项目参数与波形0.5v测算值计算值-10-105v4、 同相比例运算电路具体步骤（1） 按图连接实验电路。实验步骤同内容4，将结果计入表中。（2） 将图中的R1断开，得图电路，重复内容下表的内容。 实验数据表格60mV0.4V0.3V-50mV-0.6mV备注-36.4V303.5V424.8V-30.3V364.2V660mV4.4V3.3V550mV6.6mV1111111111655mV4.7V3.3V-541mV-6.354mV（实测）10.9211.7511.0010.8210.67 模拟数据表格测量电路如图，分别改变输入电压，进行测量实验。以60mV输入为例。如图7-6。图7-6 同相比例测量电路60mV0.4V0.3V-50mV-0.6V备注-36.4V303.5V424.8V-30.3V364.2V660mV4.4V3.3V550mV6.6V1111111111672.90mV4.413V3.313V-537mV5.013V-9.78-9.97-9.98-10.26-10.03（3） 输入f=1000Hz,Ui=0.5V的正弦交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察uo和ui的相位关系，记录下表中。项目参数Ui/Uo波形AvUi（V）0.5V测算值计算值Uo（V）5V11.0311六、思考题同相比例放大器与反相比例放大器的区别是什么？答：反相比例放大器： 1.两个输入端电压相等并等于零，故没有共模输入信号，从而对运放的共模抑制没有要求；2.Vp=Vn=0，反相端虚地；3.深度负反馈条件下，输入电阻为R1，输出电阻近似为零。同相比例放大器：1.输入电阻很高，输出电阻很低；2.由于Vp=Vn，但不为零，故引入了共模输入信号，从而需要运放有较高的共模抑制比。实验四 有源滤波器的验证一、实验目的进一步理解有源滤波器的工作原理。二、仪器设备、主要元器件名称型号设备编号数量备注双踪示波器VP-5220D 20M11函数发生器DG1022U21实验室毫伏表UT63231实验室万用表UT80241实验箱51三、实验原理滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其他段信号的电路。二阶有源低通滤波器原理图如图4-1。图4-1 低通滤波器实验电路图电压放大倍数截止频率fp=1/2四、实验内容与步骤1、 首先将放大器调零。方法同基础实验部分。2、 Vi=0.1V，频率按下表中数值改变。找出各个滤波器的截止频率或范围。f(Hz)102050100120150180200250300350400Vo(v)109.962109.956109.908109.660109.468109.013108.287107.619105.090101.12095.62788.836五、思考题1、带通滤波器的范围是不是越小越好？答：通频带越窄，说明其对频率的选择性就越好，抑制能力也就越强。2、有源高通滤波器的频率上限是多少？答：6KHz。 3、低通滤波器有没有频率下限？答：没有。设计 指针式分立器件万用表的设计、仿真、安装、调试一、常用万用表设计要求1、基本要求用已有的微安表头设计一只万用表，功能要求如下：（1） 能测量直流电流，挡分别为2.5A，250mA，25mA，2,5mA及0.25mA。（2） 能测量直流电压，挡分别为2.5V,10V,50V,250V及1000V。（3） 能测量交流电流，挡分别为2.5mA和0.25mA。（4） 能测量交流电压，挡分别为10V,50V,250V及1000V。（5） 能测量电阻，10、100、1K、10K。（6） 能测量三极管的放大倍数。2、扩展要求（1） 能测量一定范围F电容。（2） 能测量一定范围mH电感。二、万用表部分功能的设计案例本案例设计指标如下：（1） 能测量直流电流，挡分别为2.5A，250mA，25mA，2,5mA及0.25mA。（2） 能测量直流电压，挡分别为2.5V,10V,50V,250V及1000V。（3） 能测量交流电流，挡分别为2.5mA和0.25mA。（4） 能测量交流电压，挡分别为10V,50V,250V及1000V。（5） 能测量电阻，10、100、1K、10K。（6） 能测量三极管的放大倍数。1、认识指针式万用表的表头当直流电流I流经表头时，流经的电流I与指针偏转角呈线性关系，即I=K当经整流的非正陷周期电流流经表头时，指针偏角仍可线性表示出非正弦周期电流的整流平均值。软件里面的表头为内阻为零，为了设计计算及调试方便，在表头上串联一个可调电阻R1在时，设置万用表头XMM1满偏电流,则选用合适的R1=120进行表头检验。万用表头设计与检验图如图1-1-1。图1-1-1 万用表头检验而在仿真软件中，表头的内阻为零，因此我们为之串联一个2K欧姆的电阻，同时将表头的满偏电流设为=100，如下图所示。则单独的表头可以表示为如图1-1-2。图1-1-2 单独表头示意图2、直流电流的测量（1） 表头量程扩展电路选用闭路式扩程电路，与表头固定并联电阻Rs，而并有Rs的表头叫综合表头，综合表头的满篇电流为。流经Rs的电流为。根据KVL方程列出的表头扩展量程并联电阻的计算方法如下：则代入：可得出：由并联分流公式:可得，当表头电流满偏为100微安，电流档位为2.5MA时，需要并联的电阻同理可得：档位=0.25mA时，同理可得：档位=25mA时，同理可得：档位=250mA时，同理可得：档位=2.5A时，则表头量程扩展电路及其模拟展示如图1-1-3。以检验2.5A挡为例。图1-1-3 表头量程扩展电路方案图测量数据如下(测量满偏值）:档位0.25mA2.5mA25mA250mA2.5A表头显示值100100100100100仿真值99.97699.97699.97699.97699.976误差0.0240.0240.0240.0240.0243、直流电压的测量电压量程采用开路转换形式。综合表头直流电压灵敏度综合表头内阻直流电压量限为2.5V，10V，50V，250V及1000V五档，各挡降压电阻如下：电流挡电阻：则电压挡时，单独串联表头电压过大，需要再次串联一个电压分压。当表头满偏时，表头和其串联的电阻电压U为。当档位是2.5V时，需串联的阻值应该分担的电压为2.5V-.。同理可得，档位为10V时，同理可得，档位为50V时，同理可得，档位为250V时，同理可得，档位为1000V时，设计电路如图1-1-4。图1-1-4 直流电流、直流电压的测量原理图测量数据如下(测量满偏值）:档位2.5V10V50V250V1000V表头显示值100100100100100仿真值99.4797.799.4799.4799.55误差0.530.230.530.530.454、交流电流与交流电压测量（1） 交流电流测量电路设计全波整流平均值与正弦电流有效值关系为半波整流时常用万用表通常利用测量半波整流平均值，对应测量正弦电流值二极管半波整流时，二极管反向穿透电流的泄漏，整流效率对于锗管为0.98，硅管为0.99由以下公式计算出各电阻：同时，,其中为交流电压源或交流电流源的标称值。其原理与直流电流表类似，2.5MA档位时，需要并联分流的电阻0.25MA档位时，由于表头满偏电流为100uA=0.1MA,因此无法达到满偏，因此将此档位的0.25MA刻度不设置到满偏，设置为此档位的最大偏转量79.58（开关断开为0.25MA挡，闭合为2.5MA挡）。则，当I=2.5mA时，。设计如图1-1-5。图1-1-5 表头设计交流电流测量电路图如下，并以检验2.5mA为例。如图1-1-6。图1-1-6 交流电流测量电路原理图测量数据如下(测量满偏值）:档位2.5mA0.25mA计算值10080仿真值99.66879.58误差0.3320.525（2） 交流电压测量电路的设计流经交流表头的半波电流有效值为其有效值电压二极管正向压降0.7V，交流电压测量共分为10V,50V,250V,1KV四挡。同理，在交流电压的电路中,其中为交流电压源标称值，需要串联在电路中分压的电阻的计算原理与直流电路中类似。档位为10V时，档位为50V时，档位为250V时，档位为1000V时，各电阻阻止及分布如图1-1-7。以检验1000V挡为例。图1-1-7 交流电压测量电路原理图测量数据如下(测量满偏值）:档位10V50V250V1000V计算值100100100100仿真值97.2698.4999.5099.783误差2.741.510.500.2175、电阻的测量从R上各电阻间任意插头，串入一个电阻R和电池，即可用于测量电阻阻值。电阻测量原理如图1-1-8。图1-1-8 电阻的测量原理图指针偏角对应关系当指针偏角指针偏角指针偏角指针偏角为保证读数精确，假设当外接电阻阻值达到此档位最大值时，表头偏转角度为1/5，也就是电流为20微安。 电阻挡的设计原理图如下,在某一档位下，表笔短接时，表头满偏，=100uA。接入这一档位的最大阻值时，表头电流为20uA。表头设计原理图如图1-1-9。图1-1-9 表头设计当档位为10时，可以得到如下关系：解上述方程，可以得到：R1=0.3, R2=1.95同理可得，当档位为100时，R1=3.0, R2=19.5当档位为1000时，R1=30, R2=195当档位为10K时，R1=35, R2=235 设计图如图1-1-10。图1-1-10 电阻测试图测量数据如下(测量满偏值）:档位101001K10K计算值(短接）100100100100仿真值(短接）99.5999.5999.5999.59误差0.410.410.410.41计算值20202020仿真值19.9819.9619.6719.58误差0.020.040.330.426、晶体管电流放大倍数的测量的电路设计(1)NPN管参数的测量。设计参考电路图如图1-1-11所示。图1-1-11 放大倍数测量电路 (2)PNP管形数的测量。 设计参考电路图如图1-1-11所示。 分流电阻及=86.6，NPN管基极电阻=20.5，PNP管基极电阻=43.2。实验体会：通过实验一，我了解并掌握了如何使用一些基本的实验器材。例如：双踪示波器，万用表，晶体管毫伏表。如何使用这些仪器来检测器材是否正常工作。本次试验我们学习了一些电工基本仪器的使用，为后面的实验打好基础，并且在老师的带领下，学会了使用仿真软件。但是在试验过程中也遇到了许多的难题，实验并不是很迅速的完成，我想这与提前没有预习有很大关系，这也让我自己认识到自己的问题。但是还是没有放弃，通过看书以及老师和同学的帮助，还是把此次实验很好的做完了，同时也学习了很多。通过实验二单管放大电路我能够识别相关的电子元器件。检测其能否正常工作。能够正确使用电烙铁。熟练焊接电路板。能够对电路板进行检测，对电路板进行故障徘除。通过这个实训，我们也了解了放大器的原理。实验中我学会了放大器静态工作的调试方法，以及掌握了放大器电压放大倍数的测试方法，而且还掌握了输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。但是在实验过程中遇到了太多问题，感觉自己应该很好的做到将理论和实践更好的结合，后面能更加严格要求自己。第三次实验，我们学习了集成运放调零，以及用集成运算放大器组成的比例运算、加法等应用电路的参数测量，更重要的是学习了用仿真软件更好、更准确的来测量集成运算放大器组成的比例运算、加法等的参数。但是我感觉自己对实验的操作还是不怎么熟练，实验的时间有点太短，没来得及很好的操作。但是在此次实验中还是学习了很多的东西。最后的设计是所有知识的运用，需要所学知识的回顾应用。我深深体会到，知识就是反复提取运用，学习就是这样的过程。虽然设计是有难度，但是认真去做了，会很快乐，很有收获。通过这门课的学习，知道了我要学会如何使用先进的技术来完成实验，同时我学会了如何使用仿真软件。感受到了软件的方便，能够快速，准确的将电路连接好，看着一目了然，不像在实验室，导线一大堆，遮挡住视线，检查也不好检查。而且当接线错误，不会使仪器烧坏。学习，就是知识的反复回顾、提取与运用。只有认认真真去做了，才会发现其中的乐趣，才会受益无穷。