模拟电子技术基础实验教程.doc
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1、模拟电子技术基础实验教程教材内容依照教学规律按照由浅入深、循序暂进的学习和能力培养原则,分层次安排实验内容,后一层次的内容以前一层次为基础,逐步加深。模拟电子技术基础实验教程 肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心实验教材之五 模拟电子技术基础 实 验 教 程 肇庆学院电子信息与机电工程学院 编 二00八年九月 前言这本教材是为肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心编写的。根据实验教学示范中心建设立项对教材建设的要求,结合教学实践、教学条件以及学生实际情况,编写了这本实用的、符合当前教学改革需要的模拟电子技术基础实验指导书。教材内容保持与本课程的教学大纲一致,依照教学规律按照由浅入深、
2、循序暂进的学习和能力培养原则,分层次安排实验内容,后一层次的内容以前一层次为基础,逐步加深。 教材内容按照基础实验、综合性实验、设计性实验三部分编写,既相互独立,又相互联系,可根据不同专业教学需要、培养目标进行取舍、组合,构建出不同的实验教学模块。编写过程力争既切合学生学习的实际情况,又能结合实验基础和实验条件,使实验内容可以实现保障学生掌握模拟电子电路原理,掌握电子电路性能参数的调试、测试方法、故障分析排除等基本能力。锻炼、培养学生具有初步的模拟电子电路的综合分析和设计电路的能力。另外,还为根据不同的实验教学时数,在实验的数量上、内容的难易程度上保留了充分的选择余地,可以照顾不同实验课时需要
3、,也可以照顾到不同学习水平的学生因人而异,因材施教地选择实验学习内容。 由于编者的能力和水平所限,对于编写原则和书中具体内容的欠缺、疏漏和错误之处,恳请各位同行、专家多加指正。 编者麻幼学 2008.12.12 目 录 前言目录 第一章 绪论 一、电子技术实验的性质与任务 1 二、电子技术实验的基本程序 2 三、电子技术实验的操作规程 3 四、实验报告的编写与要求 5 第二章基础实验 实验一 常用电子元器件的测试 7 实验二 晶体管共射极单管放大器 12 实验三 负反馈放大器 21 实验四集成运算放大器的基本应用( 模拟运算电路 )26 实验五 低频功率放大电路 32 实验六 直流稳压电源 3
4、4 第三章 综合性设计实验 实验七 音频功率放大电路的设计 38 实验八 低频函数信号发生器的设计 45 实验九 低频数字频率计的设计 63 实验十 数控直流稳压电源的设计74 第四章模拟电路设计实验 实验十一 负反馈放大电路 84 实验十二 比例求和运算电路86 实验十三 有源滤波电路实验88 实验十四 波形产生电路实验90 实验十五 集成放大电路92 实验十六集成稳压器 94 附录 A. TDS1002型示波器 95 B. MF500型指针式万用表的使用方法 110 C. DZX-1型电子学综合实验装置使用说明 112 参考文献 115 第一章 绪 论 一、电子技术实验的性质与任务 电子工
5、作者通过实验的方法和手段,分析器件、电路的工作原理,完成器件、电路性能指标的检测,验证和扩展器件、电路的功能及其使用范围,设计并组装各种实用电路和整机。 通过实验手段,使学生获得电子技术方面的基本知识和基本技能,并运用所学理论来分析和解决实际问题,提高实际工作的能力。熟练地掌握电子实验技术,无论是对从事电子技术领域工作的工程技术人员,还是对正在进行本课程学习的学生来说,都是极其重要的。 电子技术实验可以分为以下三个层次:第一个层次是验证性实验,它主要是以电子元器件特性、参数和基本单元电路为主,根据实验目的、实验电路、仪器设备和较详细的实验步骤,来验证电子技术的有关理论,从而进一步巩固所学基本知
6、识和基本理论。第二个层次是综合性和提高性实验,它主要是根据给定的实验电路,由学生自行选择测试仪器,拟定实验步骤,完成规定的电路性能指标测试任务。第三个层次是设计性实验,学生根据给定的实验题目、内容和要求,自行设计实验电路,选择合适的元器件并组装实验电路,拟定出调整、测试方案,最后使电路达到设计要求,这个层次的实验,可以培养学生综合运用所学知识和解决实际问题的能力。 实验的基本任务是使学生在“基本实践知识、基本实验理论和基本实验技能”三个方面受到较为系统的教学与训练,以逐步培养他们“爱实验、敢实验、会实验”,成为善于把理论与实践相结合的专门人材。 电子技术实验内容极其丰富,涉及的知识面也很广,并
7、且正在不断充实、更新。在整个实验过程中,对于示波器、信号源等常用电子仪器的使用方法;频率、相位、时间、脉冲波形参数和电压、电流的平均值、有效值、峰值以及各种电子电路主要技术指标的测试技术;常用元、器件的规格与型号,手册的查阅和参数的测量;小系统的设计、组装与调试技术;以及实验数据的分析、处理能力。 为确保实验教学质量,应该采取下列基本教学方法和措施: 1强调以实验操作为主,实验理论教学为辅。围绕和配合各阶段实验的教学内容和要点,进行必要的和基本的实验理论教学。 2采用多媒体教学等多种手段,以提高实验教学效果。 3按照基本要求,分阶段进行实验。 前阶段进行基本实验,每个基本实验着重解决两至三个基
8、本问题。注意让某些重要的实验内容出现适当的重复,以加深印象和熟练操作。 后阶段着重安排一些中型或大型实验,主要用于培养综合运用实验理论和加强实践技能的训练,特别应注意在理论指导下提高分析问题和解决问题的能力,例如:对实验中出现的一些现象能做出正确的解释,并在此基础上有能力解决一些实际问题。 4贯彻因材施教的原则,对不同程度的学生提出不同的要求。在完成规定的基本实验内容后,允许程度较好的学生选做加做某些实验内容。 5以严格的实验制度,确保实验教学质量。 要求做到实验前有预习,实验后有报告,阶段有总结,期末有考核。考核内容包括实验理论、实验技能和基本实践知识三个方面,以口试、笔试和实际操作相结合的
9、方式在期中或期末进行。 二、电子技术实验的基本程序 电子技术实验的内容广泛,每个实验的目的、步骤也有所不同,但基本过程却是类似的。为了达到每个实验的预期效果,要求参加实验者做到: 1.实验前的预习 为了避免盲目性,使实验过程有条不紊地进行,每个实验前都要做好以下几个方面实验准备: (1)阅读实验教材,明确实验目的、任务,了解实验内容及测试方法。 (2)复习有关理论知识并掌握所用仪器的使用方法,认真完成所要求的电路设计、实验底板安装等任务。 (3)根据实验内容拟好实验步骤,选择测试方案。 (4)对实验中应记录的原始数据和待观察的波形,应先列表待用。 2.测试前的准备 上好实验课并严格遵守实验操作
10、规则,是提高实验效果,保证实验质量的重要前提。在线路按要求安装完毕即将通电测试前,应做好以下准备工作: (1)首先检查220V交流电源和实验所需的元器件、仪器仪表等是否齐全并符合要求,检查各种仪器面板上的旋钮,使之处于所需的待用位置。例如直流稳压电源应置于所需的档级,并将其输出电压调整到所要求的数值。切勿在调整电压前随意与实验电路板接通。 (2)对照实验电路图,对实验电路板中的元件和接线进行仔细的寻迹检查,检查各引线有无接错,特别是电源与电解电容的极性有否接反,各元件及接点有无漏焊、假焊,并注意防止碰线短路等问题。经过认真仔细检查,确认安装无差错后,方可按前述的接线原则,将实验电路板与电源和测
11、试仪器接通。 三、电子技术实验的操作规程 和其它许多实践环节一样,电子技术实验也有它的基本操作规程。电子技术工作者经常要对电子设备进行安装、调试和测量,因此,要求同学们一开始就注意培养正确、良好的操作习惯,并逐步积累经验,不断提高实验水平。 1.实验仪器的合理布局 实验时,各仪器仪表和实验对象(如实验板或实验装置等)之间,应按信号流向,并根据连线简捷、调节顺手、观察与读数方便的原则进行合理布局。 图绪-1为实验仪器的一种布局形式。输入信号源置实验板的左侧, 图绪-1 实验仪器的布局 测试用的示波器与电压表置实验板的右侧,实验用的直流电源放中间。 2.电子实验器上的接插、安装与布线 目前,在实验
12、室中常用的各类电子技术实验台,通常有一块或数块多孔插座板。利用这些多孔插座板可以直接接插、安装和连接实验电路而无需焊接。然而,正确和整齐的布线在这里显得极为重要。这不仅是为了检查、测量的方便,更重要的是可以确保线路稳定可靠地工作,因而是顺利进行实验的基础。实践证明,草率的和杂乱无章的接线往往会使线路出现难以排除的故障,以致最后不得不重新接插和安装全部实验电路,浪费了很多时间。为此,在多孔插座板上接插安装时应注意做到以下几点: (1)首先要弄清楚多孔插座板和实验台的结构(可参见附录),然后根据实验台的结构特点来安排元器件位置和电路的布线。一般应以集成电路或晶体管为中心,并根据输入、输出分离的原则
13、,以适当的间距来安排其它元件。最好先画出实物布置图和布线图,以免发生差错。 (2)接插元器件和导线时要非常细心。接插前,必须先用钳子或镊子把待插元器件和导线的插脚弄平直。接插时,应小心地用力插入,以保证插脚与插座间接触良好。实验结束时,应一一轻轻拔下元器件和导线,切不可用力太猛。注意接插用的元器件插脚和连接导线均不能太粗或太细,一般以线径为0.5mm左右为宜,导线的剥线头长度约10mm。 (3)布线的顺序一般是先布电源线与地线,然后按布线图,从输入到输出依次连接好各元器件和接线。在可能条件下应尽量做到接线短、接点少,但同时又要考虑到测量的方便。 (4)在接通电源之前,要仔细检查所有的连接线。特
14、别应注意检查各电源的连线和公共地线是否接得正确。查线时仍以集成电路或三极管的引脚为出发点,逐一检查与之相连接的元件和连线,在确认正确无误后方可接通电源。 3.正确的接线规则 (1)仪器和实验板间的接线要用颜色加以区别,以便于检查,如电源线(正极)常用红色,公共地线(负极)常用黑色。接线头要拧紧或夹牢,以防接触不良或因脱落而引起短路。 (2)电路的公共接地端和各种仪表的接地端应连接在一起,既作为电路的参考零点(即零电位点),同时又可避免引起干扰,如图绪-2所示。在某些特殊场合, 图绪-2 仪器与实验电路板的连接 还需将一些仪器的外壳与大地接通,这样可避免外壳带电而确保人身和设备安全,同时又能起到
15、良好的屏蔽作用。如在焊接和测试MOS元件时,电烙铁和测试仪器均要接大地,以防它们漏电而造成MOS元件的击穿。 (3)信号的传输应采用具有金属外套的屏蔽线,而不能用普通导线。并且屏蔽线外壳要选择一点接地,否则又可能引进干扰,而使测量结果和波形异常,如图绪-3所示。 (a)采用普通导线会引入电磁干扰 (b)采用屏蔽线避免了干扰图绪-3 外界电磁干扰与屏蔽 4.注意人身和仪器设备的安全 (1)注意安全操作规程,确保人身安全 为了确保人身安全,在调换仪器时须切断实验台的电源。另外为防止器件损坏,通常要求在切断实验电路板上的电源后才能改接线路。 仪器设备的外壳如能良好接大地,可防止机壳带电,以保证人身安
16、全。在调试时,要逐步养成用右手进行单手操作的习惯,并注意人体与大地之间有良好的绝缘。 (2)爱护仪器设备,确保仪器和实验设备的使用安全 在使用仪器过程中,不必经常开关电源。因为多次开关电源往往会引起冲击,结果反而使仪器的使用寿命缩短。 切忌无目的地随意板弄仪器面板上的开关和旋钮。实验结束后,通常只要关断仪器电源和实验台的电源,而不必将仪器的电源线拔掉。 为了确保仪器设备的安全,在实验室配电柜、实验台及各仪器中通常都安装有电源保险丝。仪器使用的保险丝,常用的有0.5A,1A,2A,3A和5A等几种规格,应注意按规定的容量调换保险丝,切忽随意代用。 要注意仪表允许的安全电压(或电流),切勿超过!当
17、被测量的大小无法估计时,应从仪表的最大量程开始测试,然后逐渐减小量程。 四、实验报告的编写与要求 实验报告是实验结果的总结和反映,也是实验课的继续和提高。通过撰写实验报告,使知识条理化,可以培养学生综合问题的能力。一个实验的价值在很大程度上取决于报告质量的高低,因此对编写好实验报告必须予以充分的重视。编写一份高质量的实验报告必须做好以下几个环节: 1以实事求是的科学态度认真做好各次实验。 (1)在实验过程中,对读测的各种实验原始数据应按实际情况记录下来,不应擅自修改,更不能弄虚作假。 (2)对测量结果和所记录的实验现象,要会正确分析与判断,不要对测量结果的正确与否一无所知,以致出现因数据错误,
18、而重做实验的情况。 如果发现数据有问题,要认真查找线路并分析原因。数据经初步整理后,再请指导教师审阅,然后才可拆线。 2实验报告的主要内容包括以下几个方面 (1)实验目的。 (2)实验电路、测试方法和测试设备。 (3)实验的原始数据,波形和现象,以及对它们的处理结果。 (4)结果分析及问题讨论。 (5)收获和体会。 (6)记录所使用仪器的规格及编号(以备以后复核)。 在编写实验报告时,常常要对实验数据进行科学的处理,才能找出其中的规律,并得出有用的结论。常用的数据处理方法是列表和作图。实验所得的数据可分类记录在表格中,这样便于对数据进行分析和比较。实验结果也可绘成曲线,直观地表示出来。在作图时
19、,应合理选择坐标刻度和起点位置(坐标起点不一定要从零开始),并要采用方格纸绘图。当标尺范围很宽时,应采用对数坐标纸。另外,在波形图上通常还应标明幅值、周期等参数。 第二章基础实验 实验一 常用电子元器件的测试 一、实验目的 1对电阻器、电位器、电容器、电感器、变压器、晶体二极管、晶体三极管等常用电子元件进行实物识别,并且了解它们的命名方法和主要技术指标。 2学习用万用表对电阻、电位器、电容、电感器、变压器、二极管、三极管等常用电子元件的测试方法。二、实验原理 1常用电子元件的参数测试 电阻器电阻器按阻值可不可调分为固定式电阻器、可变式电阻器。电阻器的特性指标主要有额定功率,阻值和容许误差。额定
20、功率的选用应比其在电路中实际消耗功率大1.5至2倍为宜,以提高设备可靠性,延长使用寿命。由于生产工艺的影响允许电阻实测值和标称值之间有一定的误差范围,选用者在成本允许的情况下应选用误差小的高精度电阻。电阻的标称值及容许误差常用色环表示,各颜色代表的数值如下: 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 金 银 无色 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -1 -2 1% 2% 0.5%0.25%0.1% 5% 10% 20% 常见的色环电阻为四色环和五色环电阻,其中最后一个色环代表容许误差,倒数第二个色环代表应乘10的方次数,其它色环代表有效数字,注意;一般色环电阻的最后两个色环间距较大,而且金
21、银色环不会是第一个色环。举例: 标称值为: 17510-2=1.75,容许误差为: 5% 。电阻好坏的判别方法: 看其实测值是否在标称值的容许误差范围内。如上例,当实测值在1.75x(1士5%)范围内时,则该电阻是好的,或者说质量合格。电位器好坏的判别方法: 测其两定片间阻值应为标称值,测动片和定片间阻值,且将电位器从一个极端慢慢旋转到另一个极端,其阻值应在零和标称值之间连续变化,整个过程表针不应有跳动现象。电容器的测量 一般应借助于专门的测试仪器来进行,常用的有万用电桥等,利用它可以方便地测定电容器的容量大小和损耗等参数。此处简单介绍如何利用模拟万用表的电阻档来粗略地检查电解电容器是否失效和
22、漏电。测试前,先将电解电容的两引出线短接一下,使其原先所充的电荷释放。然后将万用表置于1k档,并将电解电容的正极和负极分别接模拟万用表的黑色测试笔和红色测试笔,如图1-1所示。正常情况下,可以看到表头指针先是产生向右较大的偏转,以后逐渐地向原位(即高阻值)返回,最后停止在原始位置上,这反映了电容器的充电过程。一般来说,表头指针偏转越大,返回速度越缓慢,则说明电容器的容量越大。若表头指针返回到接近零位(高阻值),说明电容器的漏电阻很大。若表头指针停留在某一位置上,此时表针所指示的电阻值,即为该电容器的漏电阻。合格的电解电容器,漏电阻通常在500k以上。若电解电容失效(电解液干涸,容量大幅度下降)
23、,则测量时表头指针偏转就很小,甚至不偏转。已被击穿的电容器,漏电阻阻值接近于零。漏电阻太小的电解电容器不能在电路中使用,否则会影响电路的正常工作。对于容量较小的电容器,如云母电容、金属化纸介电容等,也可以用同样的方法进行检查,但由于它们容量较小,指针偏转也很小,返回速度又很快,实际上用万用表已很难对它们的性能指标进行测量,最好是使用专门的测试仪器。若用万用表进行测试,则仅能检查它们是否通(因击穿而短路)、断(因失效而开路),这时万用电表的电阻档,应选用10k档进行测量。 图1-1用万用表测量电容电路图 电感器与变压器 电感器主要参数是电感且,对于常见的电源变压器,主要参数是输入输出电压以及功率
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