模拟电子电路仿真和实测实验方案的设计实验报告

课程专题实验报告课程名称：模拟电子技术基础设计小组：小组成员：学院：班级：指导教师：成绩：实验日期：2013年5月1日2内蒙古工业大学信息工程学院课程专题设计任务书（1）课程名称：模拟电子技术专业班级：指导教师（签名）：学生姓名/学号：一、设计题目模拟电子电路仿真和实测实验方案的设计二、设计目的⑴理解实验的目的所在；掌握基本模拟电子电路实验分析方法，培养学习专业知识能力。⑵掌握模拟电子电路仿真和实测实验方案设计方法，培养分析问题、解决问题能力。⑶掌握学习总结报告和实验设计说明书的基本书写方法，培养专业技术交流能力。三、实验条件1、Multisim10.0仿真软件；2、模拟电子技术实验平台/实验箱、模拟电子技术实验板；3、20MHz双踪示波器；4、数字万用表、交流毫伏表；5、晶体管9013、9014，运放NE5532、741，1/4W电阻、电容等。三、设计内容和要求1．设计内容设计一个仿真和实测实验方案，并完成实验，用来验证下列命题：（1）实验观察RB、RC等参数变化对晶体管共射放大电路放大倍数的影响。（2）晶体管共射放大电路为反相放大，电路参数变化会影响电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻。（3）晶体管共集放大电路的电压放大倍数近似为1。（4）运放为核心器件组成的电压跟随器与晶体管为核心构成的电压跟随器动态性能的实验比较。（5）两级运放组成的运算应用电路在相互连接时可以不考虑前后级之间的影响。（6）阻容耦合晶体管放大电路存在低频频率响应特性，下限截止频率与R、C参数有关。（7）弱电压信号（0.1Hz～10KHz、0.01mV–0.03mV）放大电路（1V-3V；频率不变）设计与测试。（8）弱电流信号（0.1Hz～10KHz、0.01mA–0.03mA）放大电路（1V-3V；频率不变）设计与测试。2．设计要求（1）按照命题要求在教材中选择一个合适的实验电路，设计实验方案，包括：简述所选电路工作原理、估算电路主要性能指标、明确实验目的、确定实验内容与实验步骤，画出实验数据记录表和坐标图。（2）搭建Multisim10.0环境下的仿真电路，完成所设计电路的仿真测试。（3）通过安装、调试实验电路，完成电路性能指标测试，记录并分析实验测试结果。完成实验报告。（4）分析实验数据，给出实验结论（是否针对命题要求完成了实验电路选择；通过什么方式、什么指标验证了命题的正确性；实验电路的性能如何，还可以在哪些方面做进一步改进等）。（5）写出实验报告，说明实验过程中是否出现故障，分析故障出现的原因及排除方法。备注：3人学习小组自选其中两个命题来完成；学习小组每增加1人，验证命题需增加1个。3主要参考文献[1]童诗白，模拟电子技术基础（第4版）高等教育出版社2006[2]电子技术课程组，电子技术内蒙古工业大学2013.3[3]课程设计专栏，内蒙古工业大学“模拟电子技术”精品课程公共网站[4]其它自查参考资料4专题实验设计一实验观察RB、RC等参数变化对晶体管共射放大电路放大倍数的影响一、实验目的1．学会放大器静态工作点的调式方法和测量方法。2．掌握放大器电压放大倍数的测试方法及RB、RC等参数对放大倍数的影响。3．熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。二、实验原理图1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。偏置电阻RB1、RB2组成分压电路，并在发射极中接有电阻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。三、实验设备1、信号发生器2、双踪示波器SS—78023、交流毫伏表V764、模拟电路实验箱TPE—A45、万用表VC9205四、实验内容1．测量静态工作点实验电路如图1所示，它的静态工作点估算方法为：UB≈211BBCCBRRURIE＝EBEBRUU≈IcUCE=UCC－IC（RC＋RE）5Rb151kΩRc5.1kΩRe21.8kΩRB224kΩC110µFC210µFC347µFR15.1kΩR251ΩRe1100ΩQ1FMMT5179Rp1680kΩKey=A50%Rp680kΩKey=B6%VCC12VV1500mVpk1kHz0°RL5.1kΩ图1晶体管放大电路实验电路图实验中测量放大器的静态工作点，应在输入信号为零的情况下进行。1）没通电前，将放大器输入端与地端短接，接好电源线（注意12V电源位置）。2）检查接线无误后，接通电源。3）用万用表的直流20V挡测量UE=2V左右，如果偏差太大可调节静态工作点（电位器RP）。然后测量UB、UC，记入表1中。表1测量值计算值UB（V）UE（V）UC（V）RB1（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2.441.816.99811.635.180.94）关掉电源，断开开关S，用万用表的欧姆挡（1×1K）测量RB1。将所有测量结果记入表1中。5）根据实验结果可用：IC≈IE＝EERU或IC＝CCCCRUUUBE＝UB－UEUCE＝UC－UE计算出放大器的静态工作点。62．测量电压放大倍数各仪器与放大器之间的连接图关掉电源，各电子仪器可按上图连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起后接在公共接地端上。1）检查线路无误后，接通电源。从信号发生器输出一个频率为1KHz、幅值为500mv（用毫伏表测量）的正弦信号加入到放大器输入端。（经过R1、R2衰减（100倍），Ui端得到约为5mv左右的小信号。）2）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交流毫伏表测量下表中三种情况下的输出电压值，记入表中。表2Rb1（K）RL（K）ui(mV)uo（mV）AV91∞3.5130.237.20111∞3.48123.435.45131∞3.4911633.23151∞3.5109.131.17Rc（K）RL（K）ui(mV)uo（mV）AV5.1∞3.5130.237.29.1∞3.49189.954.412.1∞3.48248.871.515.1∞3.4930587.43）用双踪示波器观察输入和输出波形的相位关系，并描绘它们的波形。五．晶体管共射放大电路Multisim仿真7在Multisim中构建单管共射放大电路如图1(a)所示，电路中晶体管采用FMMT5179，其参数BF=133，RF=5（1）测量静态工作点可在仿真电路中接入虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压表，以便测量IBQ、ICQ和UCEQ，如图所示。(a)仿真电路图1晶体管共射放大电路电路仿真后，可测得AIBQ19.35，mAICQ007.1，VUCEQ979.5。（2）观察输入输出波形图1(a)中的单管共射放大电路仿真后，可从虚拟示波器观察到uI和uO的波形如图1(b)所示。图中蓝颜色的是uI的波形，红颜色的是uO的波形。由图可见，uO的波形没有明显的非线性失真，而且uO与uI的波形相位相反。8(b)uI、uO波形图1晶体管共射放大电路（3）RB、RC等参数变化对晶体管共射放大电路放uA的影响1)、将图1(a)中的虚拟数字万用表分别设置为交流电压表或交流电流表。由虚拟仪表测得，当mVUi48.3，RC=5.1k时，改变Rp1的大小，测量oU，CEQU。9考虑到放大在不失真情况下才有意义，故先测产生失真情况下的临界值。调节Rp1，观察输出波形变化，读出产生失真时的临界阻值。10经测知道Rp1可调节范围30~142.8K,iouUUA仿真数据Rp1（K）RL（K）oU(mV)Uc(V）Av30∞133.57.038.3650∞126.98.0936.4670∞1208.8634.4890∞112.89.4432.41120∞101.71029.222）、将图1(a)中的虚拟数字万用表分别设置为交流电压表或交流电流表。由虚拟仪表测得，当mVUi48.3，Rb1=81k时，改变Rp的大小，测量oU，CEQU考虑到放大在不失真情况下才有意义，故先测产生失真情况下的临界值。调节Rp1，观察输出波形变化，读出产生失真时的临界阻值。11经测知道Rp可调节范围0~18K,iouUUA12仿真数据Rp（K）RL（K）oU(mV)Uc(V）Av4∞189.887.9654.567∞248.766.6471.4810∞306.655.3488.1216∞413.032.77118.6818∞447.961.54128.72可将以上仿真结果与估算结果进行比较。六、实验结论在单管晶体管放大电路中，RB增大时，放大倍数Av减小；RC增大时，放大倍数增大。13专题实验设计二运放为核心器件组成的电压跟随器晶体管为核心构成的电压跟随器动态性能的实验比较一、实验目的1、运放为核心器件组成的电压跟随器与晶体管为核心构成的电压跟随器动态性能的试验比较2、掌握常用电子仪器的操作及使用二、实验原理与要求电压跟随器，即就是输出电压与输入电压相同，电压放大倍数接近于1。电压跟随器的显著特点是，输入阻抗高，而输出阻抗低，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强。在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。1、运放为核心器件组成的电压跟随器如图2—1所示电路引入了电压串联负反馈，将输出电压全部反馈到反相输入端，又由于“虚短”“虚断”的概念Uo=UN=Up,故输出电压与输入电压的关系为Uo=Ui理想运放的开环差模增益为无穷大，因而电压跟随器具有比射极输出器好得多的跟随特性。2、晶体管为核心构成的电压跟随器如电路图2—2所示的共集放大电路3、电压放大倍数的测量用交流毫伏表直接测量，它适用于低频正弦电压。此时有：Au=Uo/Ui其中Ui、Uo分别为输入和输出电压的峰峰值。4、输入电阻和输出电阻的测量输入电阻：Ri=Ui’/(Ui-Ui’)R14输出电阻：Ro=（Uoc/Uol-1）Rl三、实验仪器与设备名称型号及使用参数数量模拟电路试验箱TPE一台数字万用表VC9205一块放大电路实验板TPE实验箱A1板一块双踪示波器SS7802A一台四、实验内容及步骤1、运放为核心器件组成的电压跟随器(1)放大倍数Au的测量A加入交流信号fi=1kHz（由示波器测定），峰峰值Ui=2V,接到图2—1电路图2-1a、行仿真图可以得到输入电压Ui如图2-11所示，输入电压Uo如图2-12所示：15图2-12图2-12b、以运放器为核心器件的电压跟随器电路仿真后，可从虚拟示波器观察到Ui和Uo的波形如图2-13所示：16图2-13B调节Ui的值并用示波器观察输出端Uo的峰峰值大小，将数据填入表1表1Ui/mv123Uo/v123Au111（2）Ri及Ro的测量在理想状态下，Ri趋近于∞，Ro趋近于0。输入电阻:Ri=Ui’/(Ui-Ui’)10k=2/(2-2)=∞输出电阻:Ro=(2/2-1)5.1k=02、晶体管为核心构成的电压跟随器1)放大倍数Au的测量A加入交流信号fi=1kHz（由示波器测定），峰峰值Ui=2V,接到电路的AB端如图2-2所示：17图2-2a、行仿真图可以得到输入电压Ui如图2-21所示，输入电压Uo如图2-22所示：图2-2118图2-22b、以晶体管为核心器件的电压跟随器电路仿真后，可从虚拟示波器观察到Ui和Uo的波形如图2-23所示：图2-2219B,在fi=1kHz峰峰值Ui=2V空载条件下，用双踪示波器观察输入信号Ui输出信号Uo的波形，同时记录输出电压Uo的峰峰值填进表2，计算电压放大倍数Au的大小。C,改变Ui的大小分别重复步骤（B）的操作表2Ui/mv123Uo/v0.9671.9532.946Au0.970.980.98(2)输入电阻Ri的测量A,在被测放大电路与信号源间串联已知电阻R=5.1KＢ，分别测Ｒ两端对地电位值Ｖｓ，Ｖｉ＇来计算Ｒｉ＝ＲＶｉ＇／（ＶＳ－Ｖｉ＇）测量数据记录在表３表3Ｖｓ／mｖＶｉ＇／mｖＲ／ｋΩＲｉ／ｋΩ236２３５５．１1198.5（3）输出电阻Ro的测量输入端加一固定电压，先不加入电阻RL测出输出电压Uoc接入负载电阻RL再测接入负载后的电压UOL