电工学电子技术实验讲义 -修改20130927.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流电工学电子技术实验讲义 -修改20130927.精品文档.电工与电子技术实 验 讲 义实验一 晶体管共射极单管放大电路一、实验目的(1)熟悉电子电路实验中常用的示波器、函数信号发生器的主要技术指标、性能及使用方法。 (2)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。(3)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。(4)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻*、输出电阻*的测试方法。二、实验原理图2-1为电阻分压式工作点稳定的共射极单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路,并在发射极中接有电
2、阻RF和RE,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号后,在放大器的输出端便可得到一个与相位相反、幅值被放大了的输出信号,从而实现了电压放大。图2-1 共射极单管放大器实验电路 在图2-1电路中,当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管V的基极电流IB时(一般5-10倍),则其静态工作点可用下式估算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 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器件的参数,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。一个优质的放大器,必定是理
3、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0的情况下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表,分别测量晶体管的集电极电流以及各电极对地的电位、和。一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用测量电压或,然后算出的方法。例如,只要测出,即可用算出,也可根据,由确定,同时也能算出,。 为了减小误差,提高
4、测量精度,应选用内阻较高的直流电压表。 (2)静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic(或UcE)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。如静态工作点偏高,放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时的负半周将被削底,如图2-2(a)所示;如静态工作点偏低则易产生截止失真,即的正半周被缩顶(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输入电压,检查输出电压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 (a)静态工作
5、点偏高 (b)静态工作点偏低位置。 图22 静态工作点对波形失真的影响 改变电路参数Ucc、Rc和RB(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化,如图2-3所示。但通常多采用调节偏置电阻RB1的方法来改变静态工作点,如减小RB1,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,应该是相对信号的幅度而言,如输入信号幅度很小,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。如需满足较大信号幅度的要求,静态工作点最好尽量靠近交流负载线的 中点。 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
6、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Av的测量 调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压,在输出电压不失真的情况下,用交流毫伏表测出和的有效值和,则(2)放大器输入电阻的测试*所谓放大器输入电阻。就是指放大器输入端的等效电阻。测试方法是用“串联电阻法”。如(图2-4)所示,在信号源与放大器之间串入一个电位器Rw。测试方法如下:先调Rw=0,调信号源的输出信号大小使放大器输出信号uo不失真(频率应在放大器的通带范围内)。然后调节Rw,使放大器输出减少到原来输出的 ,这时电位器的阻值即与放大器的输入电阻相等。(3)放大器输出电阻的测试所谓放大器的输
7、出电阻,就是从放大器输出端看进去的等效电阻。放大器输出端可以等效成一个理想电压源与输出电阻Ro相串联,如(图2-5)所示。输出电阻Ro的大小反映了放大器带负载能力。可以通过测量放大器接入负载后的电压变化来求出。在放大器输入端加入一固定电压(此电压大小的选取,应使放大器在有或没有负载时,输出信号都不失真)先不接入负载电阻,测出放大器输出电压Uo。然后接入负载电位器,调节RL的大小,使放大器输出电压为 (1/2)Uo ,这时电位器的阻值大小即为放大器的输出电阻Ro 。 (4)最大不失真输出峰峰电压的测量(最大动态范围) 如上所述,为了得到最大的动态范围,应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放
8、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Rp(改变静态工作点),用示波器观察。当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图2-6)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(有效值),则动态范围等于。,或用示波器直接读出峰峰值。图2-7 晶体三极管管脚排列图2-6 静态工作点正常,输入 信号太大引起的失真 三、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)数字万用电表; (5)电阻器、电容器若干支。 四、实验内容 实验电路如图2-1所示。为防止干扰,各仪器的公共端必须连
9、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屏蔽线,如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。 1调试静态工作点接通直流电源前,先将Rp调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通+12 V电源,调节Rp,使Ic2.0 mA(即2.2 V),用直流电压表测量、和,用万用电表测量值,并记入表2-1中。2测量电压放大倍数在放大器输入端加入频率为1 kHz的正弦信号,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Uipp=30mV(峰峰值),同时用示波器观察放大器输出电压的波形,在波形不失真的条件下用示波器测量下述2种情况下的值,并用双踪示波器观察和的相位关系,并记入表2
10、-2中。3观察静态工作点对输出波形失真的影响 置Rc2.4k,RL2.4k,0V,调节Rp,使Ic2.0 mA,测出UcE值;再逐步加大输入信号,使输出电压足够大,但不失真(临界失真)。然后保持输入信号不变,分别增大(顺时针调)和减小(逆时针调)Rp,使波形出现失真,绘出的波形,并测出失真情况下的Ic和UcE值,并记入表2-4中。注意,在每次测Ic和UcE值时,都要将放大器的输入端短接。表2-1测量值计算值/V/V/V/k/V/VIc/mA 表2-2Rc/kRL/kVVAv观察记录一组和波形2.42.42.4 表2-4Ic/mA/V/V /V/VUCE/V波形失真情况工作状态2.0 4*测量输
11、入电阻和输出电阻 置Rc2.4 k,RL2.4 k,Ic2.0 mA。输入f1 kHz的正弦信号电压Uipp=30mV,在输出电压不失真的情况下,用交流毫伏表测出、和,记入表2-6中。保持不变,断开RL,测量输出电压,记入表2-6中。表2-6/mV/mVRi(k)/V/VRo(k)测量值计算值测量值计算值五、实验总结 (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。 (2)分析及静态工作点对放大器电压放大倍数的影响。 (3)讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 (4)分析并讨论在调试过程中出现的问
12、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:3DG6的 100,RB220k,RB160k,Rc2.4k,RL2.4k。估算放大器的静态工作点、电压放大倍数Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro。 (3)能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE? 为什么实验中要采用测UB、UE,再间接算出UBE的方法? (4)怎样测量RB1的阻值? (5)当调节偏置电阻RB1,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UcE怎样变化? (6)改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响?改变外接电阻RL对输出电阻Ro有否影响?(7)在测试Av、Ri和Ro时,怎样
13、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100 kHz或更高? (8)测试中,如果将函数信号发生器、交流毫伏表及示波器中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?实验二 组合逻辑电路 一、实验目的 1了解编码器、译码器、数据选择器等中规模数字集成电路(MSI)的性能及使用方法; 2掌握74LS48BCD译码器和共阴极七段显示器的使用方法。3用集成译码器和数据选择器设计简单的逻辑函数产生器。 二、预习要求 I复习74LS48、74LS151、74LS138的逻辑功能。 2按实验内容2、3的要求,设计并画出逻辑电路图。 3弄懂图5.1
14、6.4的工作原理。 三、实验原理 1编码、译码、显示原理电路如图5.16.4所示。该电路由8线3线优先编码器74LSl48、4线七段译码器/驱动器74LS48、反相器74LS04和共阴极七段显示器等组成。74LS48具有以下特点: (1)消隐(灭灯)输入低电平有效。当=0时,不论其余输入状态如何,所有输出为零,数码管七段全暗,无任何显示。译码时,=1。图5.16.4 编码、泽码、显示电路原理(2)灯测试(试灯)输入低电平有效。当=0 (=1)时,无论其余输入为何状态,所有输出为l,数码管七段全亮,显示数字8。可用来检查数码管、译码器有无故障。译码时,=1。(3)脉冲消隐(动态灭灯)输入=1时,
15、对译码无影响;当=1时,若=0,输入数码是十进制零时,七段全暗,不显示,输入数码不为零,则照常显示。在实际使用中有些零是可以不显示的,如004.50中的百位的零可不显示;若百位为零且不显示,则十位的零也可不显示;小数点后第二位的零,不考虑有效位时也可不显示。这些可不显示的零称为冗余零。脉冲消隐输入=0,可使冗余零消隐。 (4)脉冲消隐(动态灭灯)输出与消隐输入共用一个管脚4,当它作输出端时。与配合,共同使冗余零消隐。以3位十进制数为例。见图5.18.8。十位的零是否要显示,取决于百位是否为零,有否显示,这就要用进行判断,在和A3A0全为零时,=0,否则为1。百位为零,且=0(百位被消隐),则百
16、位和十位的=0,使十位的零消隐,其余数码照常显示。若百位不为零,或未使零消隐,则百位的和十位的全为1,使十位的零不具备消隐条件,而与其它数码一起照常显示。 3显示器显示器采用七段发光二极管显示器,它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光显示器有共阳接法和共阴接法两种。共阳接法就是把发光二极管的阳极都连在一起接到高电平上,与其配套的译码器为74LS46,74LS47;共阴接法则相反,它是把发光二极管的阴极都连在一起接地,与其配套的译码器为74LS48,74LS49。七段显示器的外引线排列图、共阴接法以及数字符号显示如图5.18.9(a)、(b)、(c)所示。 如果输入的频率较高时,显示器所显
17、示的数字可能出现混乱或很快改变结果,这时,可在计数器后面加一级锁存器(如74LS273,八D触发器)。如果显示器所显示的数字暗淡,可加一级缓冲器(如74LS07,74LS17)或射随器来提升电流。2数据选择器的典型应用之一逻辑函数产生器八选一数据选择器74LS151的外引线排列图和功能表分别如图5.16.5和表5.16.4所示。表5.16.4:74LS151功能表由表5.16.4可以看出,当选通输入端=0时,Y是A2、A1、A0和输人数据D0D7的与或函数,它的表达式为(5.16.1)式中mi是A2、A1、A0构成的最小项,显然当Di=1时,其对应的最小项mi在与或表达式中出现。当Di=0时,
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