电子技术实验讲义
2010.9
电信学院电子技术实验室
实验一三极管单管放大器
一、实验目的
1. 学习放大电路静态工作点的调试方法。
2. 掌握晶体管电压放大器动态性能指标的调测方法。
3. 熟悉实验室常用电子仪器的使用操作技能。
二、实验原理
1.实验电路
实验电路如图1. 1 所示，由图可知，该电路为共射电压放大器，射极偏置决定静态工作点。
图1. 1 单管放大器原理图
2. 静态工作点估算
式中:VBE 硅管取O. 7V ，锗管取O.3V 。
I
的大小无需计算。
B
3. 电压放大倍数估算
4. 放大器输入电阻
5. 放大器输出电阻
。
忽略三极管的输出电阻，则放大器的输出电阻为R。≈R
C
三、实验设备与器件
四、实验内容
1. 按原理图接成实际电路
2. 静态工作点的调测
(1)令Vi=O (即放大器的输入端与地短接) ，接好+12V 电源。
(2) 调节电位器R，用万用表直流电压挡测发射极对地电位VE 约为1. 5V 为止，计算Ic 。
(3) 测得集电极对地电位Vc 的值，计算管子静态压降VCE (=VC-VE ) 。
(4) 测取基极对地电位VB ，计算VBE (=VB-VE ) 。
(5) 测取基极上偏置电阻Rbl =Rp的值(注意脱开RB电阻的支路)。
(6) 把上述数据记录于表1. 1 中。根据这些数据，可以判断三极管是否工作于放大状态。
3. 调测电压放大倍数Av
音频(20Hz～20kHz) 电子线路常以1000Hz 的正弦波为调测信号(中频信
号)。在此调测操作中，要用到示波器、信号发生器、交流毫伏表及稳压电源。一定要注意各仪器与被测线路的共地连接。其作用是让各信号有-个共同的参考电位，各信号有其自己的回路以及防止50Hz 电磁场的严重干扰。
(1)调节函数信号发生器输出一个频率为1000Hz 、有效值为40mV 的正弦波，并送到放大器的输入端作为Vi 信号。
(2) 调节双踪示波器，观察放犬器输入输出的稳定波形。注意观察输出有无失真情况，如有失真，应减少信号输入幅度。在输出不失真条件下，用毫伏表测取输入电压(V 和输出电压(Vo ) 的有效值，填人表1. 2。
(3) 去掉R L 负载电阻(即R L = ∞) ，保持Vi 幅度不变。再测输出电压有效值V时，填入表1. 2 。在上述两种情况下分别计算出儿，并与理论估算值进行比较。
4. 测试放大器输入电阻R
和输出电阻R。
I
在放大器输入端加接一个R s =lkΩ电阻，函数信号发生器输出一个频率1000Hz 、有效值为4OmV 的正弦波，送到Rs 前端作为Vs 信号。测得该电阻前后两个电压有效值Vs和Vi，由下式便可计算出放大器的输入电阻Ri,其测试原理如图1. 3 所示。
图1. 3 Ri 及R。的测试原理图
同理，保持Vs 不变，测得输出电压有效值Voc (RL = ∞时)及VO (R L =3kΩ时)的值，可由下式算得放大器输出电阻Ro 。
将所测数据填入表1. 3 ，并分析测试结果。
5. 观察静态工作点调试不当引是的波形失真
理论估算：置R L = ∞ (开关S 断开)、Vi=O ，调节R p 使VE 1. 5V，Ic≈1. 4mA) ，测出VCE 的值，再逐步适当加大输入信号Vi 幅度，使输出V。足够大且不失真。然后保持输入信号不变，分别增大或减少RP，观察静态工作点调试不当所引起的波形失真，记录V。饱和失真和截止失真的波形。并测出失真情况下的Ic 和VCE 的值，记入表1 .4 ，测试方法同实验内容3 静态工作点的调测。
注意:测Ic 和VCE 的值时，都要使Vi=o 。
六、实验报告要求
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，分析产生误差原因。
2. 讨论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. 记录在调试过程中出现的故障，分析产生故障的原因及排除故障的方法。
实验二差分放大电路
一、实验目的
1. 加深对差动放大器性能及特点的理解。
2. 掌握差动放大器主要性能指标的测试方法。
二、实验原理
图2. 1 是差分放大电路的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关S 拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R p 用来调节VT1 、VT2管的静态工作点，使得输入信号Vi=O 时，双端输出电压Vo=0o Re 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
图2. 1 差分放大电路实验原理图
当开关S 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻孔，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻，其原因是，本实验电路用分立元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等;集电极为电阻负载，而不是恒流源负载;发射极为恒流
源负载而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高，若本实验电路在输入端不接510 ，电阻，输入电阻将较大，而共模抑制比又不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，这样输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510 ，后几乎不影响实验电路接收来自信号源的信号，同时高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端之外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510 ，电阻并不改变差动放大器的共模抑制比。
1.静态工作点的估算
对于图5. 1 所示电路， s 开关拨向左时:
对于图5. 1 所示电路， s 开关拨向右时:
2. 差模电压放大倍数和共模电压放大倍数
当差分放犬电路的射极电阻Re 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad主要由输出端方式决定。
双端输出:Rp 在中心位置时:
单端输出:
当输入共模信号时，若为单端输出，则有
若为双端输出，在理想、情况下
实际上由于元件不可能完全对称，因此人也不会绝对等于零。
3. 共模抑制比K CMR
为了表征差分放大电路对差模信号的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模押制比
差分放大电路的输入信号可以是直流信号也可以是交流{信言号。本实验由函数信号发生器提供频率f=lkHz 的正弦信号作为输入信号。
三、实验设备与器件
五、实验内容
1.典型差动放大器性能测试
按图2. 1 连接实验电路，开关S 拨向左边构成典型差动放大器。
(1)调测静态工作点。
1)调节放大器零点。信号源不接入，即将放大器输入端 A 、B 与地短接，接通+12V直流电源，用直流电压表测量输出电压Vo ，调节调零电位器，使Vo=O 。调节要仔细，力求准确。
2) 测量静态工作点。零点调好以后，用直流电压表测量VT1 ， VT2 管各电极
电位及发射极电阻Re 两端电压VR ，记人表5.1。
(2) 测量差模电压放大倍数。断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入A 端，地端接放大器输入B 端构成单端输入方式，调节输入信号为频率f=lkHz 的正弦信号，并使输出旋钮旋至零，用示波器监视输出端(集电极C1 或C2 与地之间)。接通+12V 直流电源，逐渐增大输入电压Vj ( 约100mV 有效值) ，在输出波形元失真的情况下，用交流毫伏表测有效值Vj 、VcJ 、Vc2 ，记入表2. 2 中，并观察Vj 、VcJ 、Vc2之间的相位关系及VR 随Vj 改变而变化的情况。
(3) 测量共模电压放大倍数。将放大器A 、B 短接，信号源接A 端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号频率f= 1kHz ，有效值Vj =lV ，在输出电压无失真的情况下，测量有效值Vc 、Vc2 之值记入表2. 2 ，并观察VcJ 、Vc2 之间的相位关系及VR 随Vj 改变而变化的情况。
(4) 计算共模押制比KCMR 。由式(2. 1)计算，结果记入表2. 20
2. 具有恒流源的差分放大电路性能测试
将图2. 1 电路中开关S 拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容
1.典型差动放大器性能测试中的步骤(2) 、(3) 、(4) 的要求，记入表
2.2 。
六、实验报告要求
1.整理实验数据，比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。
(1)根据实验电路用公式计算的静态工作点，与实测值的比较。
(2) 差模电压放大倍数的理论计算值与实测值的比较。。)典型差动放大电路单端输出时K CMR 的实测值与具有恒流源的差动放大器KCMR 实测值比较。
2. 记录Vcl 和Vc2 的波形，并比较这三个电压之间的相位关系。
3. 根据实验结果，总结电阻Re 和恒流源的作用。
实验三集成运放组成的基本运算电路
一、实验目的
1.熟悉运算放大器集成块的引脚功能及其应用。
2. 掌握用集成运算放大器组成基本运算电路的方法。
二、实验原理
集成运算放大器(集成运放)作为一个半导体线性放大器，有许多特点。运算放大器电路符号如图3. 1 所示。
图3. 1 运算放大器的符号
(a)国家标准规定-的符号; (b) 国外常用符号
由于内部线路输入级由复合差动放大级组成，因此两输入端有同相输入端和反相输入端之分;而且输入电阻很大，两端输入电流ip 、in 很小，几乎无电流流动，可视作零，称为"虚断"。由几级电压放大级组成中间放大部分，且用电流源代替集电极电阻，电压放大倍数达数十万倍以上。故在输出为有限数值的情况下， Vp - Vn 的输入信号很小，可近视为零，特别是接成负反馈电路在线性范围内应用时，更有Vp~Vn ，称为"虚短"。常利用"虚短"和"虚断"的概念分析电路的运算规律。集成运放内部设有电平移动电路，以保证在两输入端均为对地短路时，输出接近为零。在要求严格的场合，可外接电位器进行调零。输出级采用推挽互补电路，其输出电阻很小，理论分析时，可视作零。一般地，若一个集成运放的人。=∞、Ri = ∞、Ro=O 、in =ip =0 ，则称之为理想运放。集成运算放大器在线性应用方面，可组成同相放大电路、反相放大电路、求和电路、求差电路、积分电路、微分电路等基本模拟运算电路。本实验采用的集成运算放大器的型号为μA741 ，它是8 脚双列直插式组件，外形和引脚排列如图6. 2 所示。图3. 2 中1 、5 脚是调零端，集成运放的电路，参数和晶体管特性不可能完全对称，因此，在实际应用当中，若输入信号为零而输出信号不为零时，就需调零。2 脚是
反相输入端" 一"， 3 脚是同相输入端" + "，实验时注意绝对不能接错。输入端， 7 脚是正电源、输入端，这两个管脚都是集成运放的外接直流电源端，使用时不能接反。6 脚是集成运放的输出端，实用中与外接负载相连。
图3 . 3 反相放大电路
1. 反相放大电路
如图3 . 3 所示。同相输入端通过几接地。利用虚短和虚断的概念，有:
图6. 3 中，几== R 1，称为平衡电阻，是为消除运放微小的输入电流的影响，提高运算精度而接的。
2 . 同相放大电路
电路如图3.4 所示，平衡电阻R z ==R1 / /R r 。
图3. 4 同相放大电路
图3 . 4 中，利用虚短(Vn == vp ) 和虚断。p == in == 0) 概念，有
3 . 求和电路
电路如图3.5 所示，图中R3 == R1 / /Rz，利用虚短和虚断概念有: Vn == Vp == 0, ip ==i n == 0 ，则
4. 求差电路(差动放大电路)
电路如图3. 6 所示，为提高运算精度，要求R 2 =R ， //Rc。
利用虚断(lp =in =0) 概念，在图3. 6 电路中，得
又利用虚短概念，有U叫p-V叫n ，即
可见，该电路具有求差运算功能。
一、实验设备与器件
五、实验内容
(1)反相放大电路。按图3. 3 接线，接通土12V 电源，在输入端加直流信号，用万用表直流电压挡测出输入、输出电压，计算电压放大倍数并与理论估算值比较。将有关数据填人表3. 1 。因为要考虑运放的输出幅度的限制，建议输入电压绝对值取O. 1~0. 5V 。
(2) 同相放大电路。按图3. 4 接线，接通士12V 电源"在输入端加直流信号，用万用表直流电压挡测出输入、输出电压，计算电压放大倍数并与理论估算值比较，将有关数据填入表3.2 。
(3) 求和电路。按图 3. 5 接线，接通+12V 电源，在反相输入端町、Vi2 加两个直流信号，用万用表直流电压挡测出两个输入电压Vn 、VI2 和输出电压Vo ，并与输出电压的理论估算值比较，将有关数据填入表3. 3 0
(4) 求差电路(差动放大电路)。按图 3. 6 接线，接通+12V 电源，在反相和同相输入端分别加直流;信号VI1 、VI2 ，用万用表直流血压挡测出输入、输出
电压，并与输出电压的理论估算值比较，将有关数据填入表3. 4 。
2. 反相放大电路上限频率的测试
运算放大器内部线路是采取直接榈合的，所以能放大直流信号。但由于其内部元件多、排列紧凑、相互靠得很近等原因，在信号频率较高时，其分布电容及PN 结的结电容的影响是比较大的，所以影响了运放的高频使用。此实验是测试反相比例放大器的上限频率fH 值。具体操作如下:调节函数信号发生器，送出一个频率为1000Hz 、有效值为300mV 的正弦信号加到反相放大器的输入端，用示波器同时观察输入和输出波形，在输出不失真的情况下，用毫伏表测得u。的有效值。然后不断提高输入信号频率，注意保持输入信号300mV 不变。当输出信号有效数值降到原来的(1 000Hz 输入时的输出值)数值的O. 707 倍时，相应的输入信号频率读数，即为放大器的上限频率fH 。最后把输入信号频率逐步增加到100kHz 、500kHz ， 1MHz ，看输出信号随信号频率的增加发生了什么变化。记录上述几组数据及波形的变化，并填入表3. 5 中。
六、实验报告要求
1. 画出各实验电路，标明各元件参数。
2. 总结本实验中各运算电路的特点及性能。
3. I整理实验数据，将理论估算值和实测数据进行比较，分析产生误差的原因。
4. 总结测试上限频率fH 的方法。
5. 绘制相应的波形图。
实验四运算放大器的非线性应用
一、实验目的
1.加深理解集成运算放大器非线性应用的原理及特点。
2. 掌握利用集成运算放大器的非线性特点实现波形发生电路的设计方法。
3. 掌握用集成运算放大器实现波形变换电路的设计方法。
二、实验原理及实验电路
4. 实验原理
(1)过零比较器
过零比较器如图4-1a 所示，运算放大器工作在非线性状态，其输入和输出的关系为
电压传输特性如图5-30b 所示。
图4-1 过零比较器及电压传输特性
a)过零比较器的电压传输特性
(2) 滞回电压比较器
图4-2a 所示为反相输人滞回电压比较器。其中，R1、R2 构成正反馈电路， R。、vs 构成输出双向限幅电路。由于引人了正反馈，故运算放大器工作在非线性状态下，具有"虚断"和"虚短跳变"的特性。当U i 由负值正向增加到大于等于其阈值电压Uth1 时，输出Uo将由正的最大值UOH跳变为负的最大值UOL ; 反过
来，当Ui 由正值反向减小到小于等于其阈值电压Uω时， U。则由UOL跳变至UOH 。上述输出电压与输入电压的关系(即电压传输特性)如图4-2b 所示。根据"虚短跳变"的条件，可以求得这两个阈值电压分别为
图4-2 反相输入滞回电压比较器及电压传输特性
a) 反相输入滞回电压比较器的电压传输特性
(3) 波形变换电路
滞回电压比较器可以直接用作波形变换。例如，当输入的u 为一正弦波时(或任周期性非正弦波) ，其输出u。则为一方波，如图4-3 所示。很显
然，这一变换只有在 U凡m 大于及Uth2 日时才才能发生，否则u。将始
终为UOH 或UOL 。此外，当Uth1 与Uω的绝对值相等时， U。为对称的方波，否则u。为不对称的方波。
图4-3 (正弦被·方被)波形变换
(4) 三角波·方波发生电路
图4-4a 是一种最基本的三图4-4 (正弦被·方被)波形变换
角波p方波发生电路，图4-4b 则为其输入输出波形。该电路是由一个滞回电压比较器和一个RF G 负反馈网络构成。当电容C 在UOH 的作用下正向充电到Uth1 时， U。由UOH跳变至UOL 。此后C 放电(在UOL 的作用下反向充电) ，当C 两端电压降至Uth2 时， U。将由UOL 跳变至UOH 。如此周而复始，形成自激振荡，在C 上产生一个近似的三角波，而在输出端产生一个对称的方波。
图4-4 三角波-方波发生电路及输入输出波形
a) 三角波-方波发生电路b) 三角波-方波发生电路输入输出波形
该电路的振荡周期为
三、实验设备
五、实验内容
(1)实现一个过零电压比较器
1) 在使用运算放大器时，必须检查运算放大器的好坏。
2) 根据题意，设计完成电路原理图，将反相输入端加入直流信号电压。用数字
万用表直流电压挡测量其对应的输人、输出电压，将数据填人自行设计的表格中，并绘出电压传输特性曲线。
(2) 设计实现一个同相滞回比较器
Uj 接频率为500Hz 、峰值为2V 的正弦交流信号，用数字示波
器双踪通道观察并记录Uj 及u。波形，并记录Uth1 、Uth2 ~ UOH 、UOL之值。
(3) 设计一个用运算放大器实现的方波发生器
根据设计指标，选择参数，设计电路原理图。实际测量时，由于该电路是振荡电路，故元需外加输入信号。直接用数字示波器的Y 轴通道(DC) 测量输出端吼，将测量数据记录在表4-1 中。
六、实验报告要求
1 )根据实验结果，绘制各实验任务的相应输人、输出曲线，并标明相应关键点的参
2) 计算相应的理论值，并根据测量实际值进行误差分析，分析误差产生原因。
实验五逻辑门电路的测试及应用
一、实验目的
1.掌握TTL 逻辑门的逻辑功能测试方法。
2. 熟悉TTL 逻辑门的主要参数意义及其测量方法。
3. 熟悉实验仪器、实验装置的结构、功能及使用方法。
二、实验原理
在使用逻辑门电路之前往往要对其进行逻辑功能检查，以确定逻辑功能正常与否0 根据需要还要测试其主要参数，以了解其电气特性。本实验采用的逻辑门为TTL 数字集成逻辑门电路74LSOO ，它有4 个2 输入与非门。输入端为lA 、lB 、2A 、2B 、3A 、3B 、4A 、4B ，输出端为lY 、2Y" 3Y 、4Y ，实现lY=1A 1B 、2Y=2A 2B 、3Y=3A 3B 、4Y=4A 4B 。其双列直插式封装的引脚排列如图1. 1 所示。
1. TTL 与非门逻辑功能测试
根据与非门的工作原理，当输入全为高电平时输出为
低电平，否则输出为高电平。测试方法是给门电路输入端加固定的高电平或低电平，用万用表或逻辑电平指示器测出门电路的输出电平。
实验时输入端的高、低电平可由实验箱的逻辑电平开
关提供;也可直接接"0" 电位或VCC (+5V) 电源正极。
输出可用实验箱中的逻辑电平显示器显示，输出高电平时
灯亮;也可用万用表测输出电压值。
3. 观察与非门对脉冲的控制作用
门电路对连续脉冲具有开关作用，本实验研究与非门对脉冲的开关作用。如图5. 1(a) 所示，由于与非门的一个输入端为低电平，则输出端Y=AB=l ，输入端A 处的脉冲不能从Y 处输出。而在图5. 1 (b) 中，由于与非门的一个输入端为高电平，则Y= 互13=互，输入端A 处的脉冲经与非门取反后从Y 端输出。