电路与电子学实验

1. 电路与电子学实验 电子学部分

2. 1.课程介绍 电路与电子学实验是一门面向计算机科学与技术、软件工程、自动化、测控技术等专业的基础实践课程。 2. 实验目的 培养学生的理论转化为实践知识的能力，学生动手能力和创新能力； 3. 实验宗旨 努力给学生创造一个合理的高效的模拟电子技术实验平台。

3. 实验一 常用电子仪器的使用

4. 一、实验目的 1．了解常用电子仪器的主要技术指标、性能和面板上各旋钮的 功能作用。 2．初步掌握其使用方法和一般的测量技术。 3. 学会正确使用与本实验有关的仪器。

5. 序号 仪器名称 型 号 主 要 功 能 主要特点 1 模拟电路实验箱  SBL 提供电源、元器件、组装电路及实验平台 功能强、操作方便 2 数字万用表  CDM-8045A 测量交直流电压、电流和电阻 功能强、读数直观 3 指针式万用表 500HA 测量交直流电压、电流和电阻 携带方便 4 功率函数发生器  SP-1631A 信号源、频率计 性能可靠、频率宽 5 双踪示波器  CS-4125A 观察信号波形、测量电压大小、周期等参数 功能强、测量精度高 6 交流毫伏表  WY-2174A 测量交流电压有效值 宽测量范围、宽频率 二、实验仪器 本实验所用到的仪器如表1－1所示，其中实验仪器的型号、主要功能以及主要特点由读者自行概括描述。 表1－1 实验仪器

6. 三、实验原理 1．电量及波形参数的测试线路连接示意图如图1－1所示。 输入信号 测量仪器 电源或信号源 输出信号 图1－1 电量及波形参数 图1－2 双踪示波器测 测试接线示意图 量相位连线图

7. 2．相位测量原理 本实验采用双踪波形显示来测量相位，其测量时的连线如图1－2所示。调节功率函数发生器使其输出2KHz、峰峰值为4V的正弦波信号，经RC移相网络获得同频率而不同相位的两路信号，分别送到CS-4125（A）型双踪示波器的CH1和CH2两个通道的信号输入端，显示方式置于“交替（ALT）”或“断续（CHOP）”档位。然后分别调节CH1和CH2的位移旋钮和“V/DIV”开关以及相关的微调旋钮，使双踪示波器屏幕上显示出两个幅度相等的正弦波波形。为了便于稳定波形，应将同步信号选择键拨到“CH2”位置，以便于比较两信号的相位。波形显示如图1－3所示。

8. 图1－3双踪示波器测量相位波形图

9. 由图1－3可知正弦波一个周期在X轴向所占的格数为D，则每格的相位为360º/D，两个波形在X轴方向的差距为F格，则两波形之间的相位差θ为由图1－3可知正弦波一个周期在X轴向所占的格数为D，则每格的相位为360º/D，两个波形在X轴方向的差距为F格，则两波形之间的相位差θ为 θ= ×F（度）

10. 四、实验内容及步骤 1．直流电压的选择、调节与测量 根据模拟电路实验箱输出的直流稳压电压值，分别选用CDM-8045（A）型数字万用表、500HA型指针式万用表、CS-4125（A）型双踪示波器和适当的量程测量出各组电压值，并记录（其中1.3～18伏可调的这组稳压电源须用数字万用表的20V直流电压档调测到6.000伏后再用其它仪表测量和记录其电压值）。

11. 2.交流信号的选择、调节与测量 ①示波器自身校准信号的观察与测画 根据附录一中示波器的使用说明，调节和选择所用示波器的相关旋钮和开关，使其处于合适的位置，即各通道开关都置于CH1或CH2，“T/DIV”置于0.2ms档，“V/DIV”置于0.5V档，各灵敏度微调旋钮都应置于校准位置，接入自身的校准信号，调节Y轴、X轴的位移旋钮和亮度旋钮等，即可在示波器显示屏上显示出相应的方波，测画出其波形，并标注幅值Vm和周期T。

12. ②信号波形的选择与观察 由函数信号发生器SP1631A或SP1641D输出频率为1KHz左右、峰峰值为0.5～1V左右、波形分别为正弦波、方波、三角波以及脉冲波，由示波器分别进行显示观察，并画出所显示的四种波形示意图。

13. ③波形幅度的调节与测量 调节SP1631A或SP1641D型功率函数发生器的相关旋钮，使其输出频率为1KHz的正弦波，按照要求使其电压输出端输出相应的电压，并用CS-4125A或CS-4125示波器、WY2174A型交流毫伏表以及CDM8045A或CDM8045型数字万用表，分别测量其电压值，并记录。

14. ④波形频率的调节和测量 将功率函数发生器输出的正弦波电压峰峰值调到2V，然后按要求调到所需的频率，再分别选择合适的T/DIV位置，测量并记录出相应的频率。

15. 五、思考题 1．什么是电压有效值？什么是电压峰值？常用交流电压表的电压测量值和示波器的电压直接测量值有什么不同？ 2．用示波器测量交流信号的峰值和频率，如何尽可能提高测量精度？

16. 六、仪器说明 1.实验箱 芯片插槽及两针插孔 元器件区 电位器 直流电源 SBL模拟电子电路实验箱

17. 2. 数字万用表 显示面板 电源开关 电流、电压、电阻插孔 功能按键，可选择测量电压、电阻、电流 量程选择，比如，如果选择了功能键DCV，那么现在它的量程为200V

18. 3. 信号发生器

19. 4. 双踪示波器

20. 5. 真空毫伏表

21. 6. 指针式万用表

22. 实验七晶体管主要参数及特性曲线的测试

23. 一、实验目的 1. 学习用图示仪测量半导体二极管和三极管特性曲线和主要参数的方法。 2. 学会用指针式万用表简易判别晶体管的电极和性能优劣的方法。 3. 理解所测的相关曲线的物理意义。

24. 序号 仪器名称 型 号 主 要 功 能 主要特点 1 晶体管特性图示仪 QT2 测量晶体管的静态参数及特性曲线 测量项目多、功能强 2 模拟电路实验箱  SBL 提供电源、元器件、组装电路及实验平台 功能强、操作方便 3 指针式万用表 500HA 测量交直流电压、电流和电阻 携带方便 4 数字万用表  CDM-8045A 测量交直流电压、电流和电阻 功能强、读数直观 二、实验仪器 本实验所用到的仪器如表7－1所示，其中实验仪器的型号、主要功能以及主要特点由读者自行概括描述。 表 7－1 实验仪器

25. 三、实验原理 1.晶体二极管是具有单向导电性的半导体两极器件。它由一个PN结加上相应的引线和管壳组成，用符号“”表示，本符号中左边为正极，接P型半导体，右边为负极，接N型半导体。根据二极管制造时所用的材料不同可分为硅管和锗管两种：硅管的正向压降一般为0.6 ~ 0.8V，锗管的正向压降则一般为0.2 ~ 0.3V。 加在二极管两端的电压V与通过该二极管的电流I之间的关系称二极管的伏安特性。典型的二极管伏安特性曲线如图7－1所示。其中电压轴正方向的曲线也称作二极管的输入特性曲线，电压轴负方向的曲线称作二极管的反向击穿特性曲线。因为稳压管是采用特殊工艺制造的一种二极管，反向击穿后可以恢复，所以实验中用测量稳压管的反向击穿特性曲线来实现。二极管的伏安特性曲线可以通过QT2型晶体管特性图示仪的测试直观得到。

26. 图7－1 二极管的伏安特性曲线

27. （1）三极管的输出特性曲线见图7－2，是指在不同输入电流IB下，输出电流IC随输出电压VCE的变化关系曲线。共发射极接法的输出特性曲线是指基极电流IB为常数时，集电极电流IC随集电极与发射极之间的电压VCE而变化的关系曲线。其关系式为:（1）三极管的输出特性曲线见图7－2，是指在不同输入电流IB下，输出电流IC随输出电压VCE的变化关系曲线。共发射极接法的输出特性曲线是指基极电流IB为常数时，集电极电流IC随集电极与发射极之间的电压VCE而变化的关系曲线。其关系式为: IC = f(VCE)

28. （2）三极管电流放大系数有直流（ ）和交流（β）之分，即 （Q为工作点所在处）

29. 注意：一般三极管的输出特性曲线在放大区的间距基本相等，且ICEO≈0 ，所以 ≈β，在应用中通常不分交直流，都用β表示。在三极管的输出特性曲线中得到对应的IC和IB之后，即可计算出β值。

30. 图7－2 三极管共发射极输出特性曲线

31. 2.图7－2中的IB取值是一种举例，对于不同型号的管子或β的变化，其IB的取值可以不同。具体根据测试条件和图示仪阶梯选择开关而定。2.图7－2中的IB取值是一种举例，对于不同型号的管子或β的变化，其IB的取值可以不同。具体根据测试条件和图示仪阶梯选择开关而定。 3．用指针式万用表判别二极管和三极管的极性，其测量原理主要根据万用表的内部结构和PN结的单向导电性进行的。500HA型万用表欧姆（Ω）档的简化电路图和等效电路图分别如图7－3和图7－4所示。

32. 图7－3 500HA型万用表 图7－4 指针式万用表等效电路 欧姆档简化电路图

33. 判断二极管性能：选择合适的量程（如R×100Ω或R×1KΩ）判别二极管的极性，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极，此时所测的是二极管正向电阻，阻值较小；红黑表笔反接后（且将量程改为R×10KΩ档）所测的是二极管反向电阻，阻值很大很大，性能优；如果所测的正反向电阻阻值均为无穷大，内部断路；如果所测的正反向电阻阻值均为零或很小，则表明该二极管内部短路；如果所测的正反向电阻阻值接近，性能严重恶化。判断二极管性能：选择合适的量程（如R×100Ω或R×1KΩ）判别二极管的极性，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极，此时所测的是二极管正向电阻，阻值较小；红黑表笔反接后（且将量程改为R×10KΩ档）所测的是二极管反向电阻，阻值很大很大，性能优；如果所测的正反向电阻阻值均为无穷大，内部断路；如果所测的正反向电阻阻值均为零或很小，则表明该二极管内部短路；如果所测的正反向电阻阻值接近，性能严重恶化。 • 判断二极管极性：如果二极管性能正常，电阻值小时，黑表笔所接的电极（管脚）为二极管的正极，另一电极（管脚）为负极。

34. NPN型和PNP型晶体三极管的等效结构分别如图7－5（a）、(b)所示。NPN型和PNP型晶体三极管的等效结构分别如图7－5（a）、(b)所示。 图7－5 晶体三极管的结构

35. 根据指针式万用表的欧姆档等效电路和晶体管的结构，可用万用表判别晶体管的类型（NPN型或PNP型）和三个电极等。其判别原理和方法如下 ： （1）判别基极B和晶体管类型 将万用表的功能选为“Ω”，量程拨到R×100Ω或R×1KΩ档，若把黑表笔接到某一假设为基极的管脚上，红表笔分别接到其余两只管脚上，如果两次测得的电阻值都很大（或者都较小），然后把红表笔接到假设的基极管脚，黑表笔分别接到其余两只管脚，两次所测得电阻值都较小（或者都很大），则可确定所假设的基极是正确的。即简称为两大两小或者两小两大为假设正确。如果两次测得的电阻值为一大一小，则可确定假设是错了。这时就需要重新假设一管脚为基极，再重复上述测试直到正确找到基极。基极确定的同时也可判定三极管的类型：如果是黑表笔接基极，红表笔分别接其它两极时所测的电阻值都较小，则说明该晶体三极管为NPN型，反之则为PNP型。

36. （2）判断集电极C和发射极E 此项判断须在完成前项判别确定三极管类型和基极的基础上进行的。现以NPN型三极管为例进行判断。判断测试的四种等效电路图分别如图7－6（a）、（b）、（c）、（d）所示。

37. 图7－6 判断三极管集电极C和发射极E的等效电路

38. 由等效电路图和三极管的工作原理可知，正常情况下，按图7—6（a）连接时，流过表的电流最大，即电阻值最小。具体判断方法是：先把万用表拨到R×1KΩ档，再把黑表笔接到假定的C极，红表笔接到假定的E极，并用两只手分别捏住B、C二电极（但绝不能使B、C直接接触）。通过人体，相当于B、C之间接入偏置电阻RB，读出并记下所测的电阻值。然后将红黑表笔对换位置重测重读。在总共4次测量读数中电阻值最小的一次，黑表笔所接的管脚为集电极C，红表笔所接的管脚为发射极E。若四次测量的电阻值差别不大，说明该三极管性能严重恶化或损坏。有条件时，可用100KΩ左右的电阻作为RB接入三极管判断等效电路中进行测量判别，更为稳定可靠。由等效电路图和三极管的工作原理可知，正常情况下，按图7—6（a）连接时，流过表的电流最大，即电阻值最小。具体判断方法是：先把万用表拨到R×1KΩ档，再把黑表笔接到假定的C极，红表笔接到假定的E极，并用两只手分别捏住B、C二电极（但绝不能使B、C直接接触）。通过人体，相当于B、C之间接入偏置电阻RB，读出并记下所测的电阻值。然后将红黑表笔对换位置重测重读。在总共4次测量读数中电阻值最小的一次，黑表笔所接的管脚为集电极C，红表笔所接的管脚为发射极E。若四次测量的电阻值差别不大，说明该三极管性能严重恶化或损坏。有条件时，可用100KΩ左右的电阻作为RB接入三极管判断等效电路中进行测量判别，更为稳定可靠。

39. 四、实验内容和步骤 1．二极管的极性和性能的判断 用500HA型万用表的欧姆档R×100Ω、R×1KΩ分别测量硅和锗两种材料的二极管的正向电阻值，R×10KΩ测量其反向电阻值，分别记录测量结果。性能判别分好（优）、一般、差（坏）三种。并在对应的符号极性实物示意图栏目中画出二极管对应的极性符号图。

40. 2．二极管的输入特性曲线和稳压管的反向击穿特性曲线的测画 分别选用一只常用的二极管和稳压管，用QT2型图示仪显示出输入特性曲线和反向击穿特性曲线（具体测量方法见附录一中的QT2型图示仪使用说明），在曲线上分别设定工作点Q和Q1，按比例进行测画和记录（如图7－1所示），并分别标注ID、VD、、IZ和VZ的具体数值、正负号和单位，然后说明所测二极管和稳压管的型号等。

41. 3．三极管输出特性曲线的测画 根据QT2型图示仪的操作使用方法，选用一只常用型号的三极管，用QT2型图示仪显示出输出特性曲线，将曲线按比例测画下来，并且在曲线的中上方选读、记录一组IB和IC的值，然后计算出β的值，即β= IC / IB。

42. 4．三极管类型和电极的判断 选用一只常用的塑封小功率三极管，如9011型三极管等，用500HA型万用表的欧姆档判别出类型（是NPN型，还是PNP型）和三只管脚对应的电极位置，然后分别用E(发射极)、B(基极)、C（集电极）标注在图7－7下方的对应管脚中。

43. E C B 图7－7 三极管管脚位置标注示意图

44. 五、思考题 （1）为什么不能用500HA型万用表的R×1Ω和R×10Ω档量程测量工作极限电流小的二极管的正向电阻值？ （2）用500HA型万用表的不同量程测量同一只二极管的正向电阻值，其结果不同，为什么？ 提示：根据二极管的输入特性曲线和指针式万用表Ω档的等效电路，结合测试原理分析回答。

45. 实验八单管放大器的设计与制作

46. 一、实验目的 1．学习单级低频放大器电路参数的工程设计方法。 2．通过实验掌握放大器静态工作点的调试方法、了解电路中各元器件参数值对静态工作点的影响。 3．掌握放大器的主要性能指标的调测方法。

47. 序号 仪器名称 型 号 主 要 功 能 最主要特点 1 功率函数发生器 SP-1631A 信号源、频率计 性能可靠、频带宽 2 双踪示波器 CS-4125A 观察信号波形、测量电压大小、周期等参数 功能强、测量精度高 3 模拟电路实验箱 提供电源、元器件、组装电路及实验平台 功能强、操作方便 4 数字万用表 SBL CDM-8045A 测量交直流电压、电流和电阻 功能强、读数直观 5 交流毫伏表 WY-2174A 测量交流电压有效值 宽测量范围、宽频带 二、实验仪器 本实验所用到的仪器如表8－1所示，其中实验仪器的型号、主要功能以及主要特点由读者自行概括描述。 表8－1 实验仪器

48. 三、实验原理 单级放大器是构成多级放大器和复杂电路的基本单元。其功能是在不失真的条件下，对输入信号进行放大。要使放大器正常工作，必须设置合适的静态工作点。静态工作点Q的设置一要满足放大倍数、输入电阻、输出电阻、非线性失真等各项指标的要求；二要满足当外界环境等条件发生变化时，静态工作点要保持稳定。影响静态工作点的因素较多，但当晶体管确定之后，主要因素取决于偏置电路，如电源电压的变动、负载电阻RC和基极偏置电阻的改变等都会影响工作点，如图8－1和8－2所示。

49. 饱和区分界线 输出信号 输入信号 截止区分界线 图8－1 具有最大动态范 图8－2 静态工作点设置不合适产生的 围的静态工作点 失真

50. 图8－3 实验电路原理图