模电实验指导书2

实验⼀常⽤仪器仪表的使⽤（⼀）1．实验⽬的

（1）掌握万⽤表、直流稳压电源的使⽤⽅法。

（2）学会使⽤万⽤表测量电阻，掌握线性电阻元件伏安特性的测试⽅法。（3）识别和检测电阻的⾊环、数值、标称值、额定功率、精度。2．实验仪器

万⽤表、直流稳压源DH1718D、电阻。3．实验原理1）直流稳压源

本实验采⽤直流稳压源DH1718D双路稳压稳流（CV/CC）跟踪电源是实验室通⽤电源。具有恒压、恒流⼯作功能，且这两种模式可随负载变化⽽进⾏⾃动转换。另外DH1718D具有串联主从⼯作功能，左边为主路，右为从路，在跟踪状态下，从路的输出电压随主路⽽变化。这对于需要对称且可调双极性电源的场合特别适⽤。使⽤⽅法如下：（1）左边的按键为左路仪表指⽰功能选择，按下时指⽰该路输出电流，否则指⽰该路输出电压。

（2）中间按键是跟踪/常态选择开关，将左路输出负端⾄右路输出正端之间加⼀短路线，按下此键后，开启电源开关，整机即⼯作在主----从跟踪状态。

（3）输出电压的调节亦在输出端开路时调节；输出电流的调节亦在输出短路时进⾏。2）电阻的伏安特性

电阻元件是⼀种对电流呈现阻⼒的元件，有阻碍电流流动的性能。在电路中，线性电阻元件的值不随电压或电流⼤⼩的变化⽽改变，其两端的电压与流过它的电流成正⽐。线性电阻元件R的伏安特性满⾜欧姆定律，在电压U和电流I的参考⽅向相关联的条件下，U=IR

线性电阻元件的伏安特性还可以⽤其电流和电压的关系图形来表⽰，其伏安特性为⼀条通过坐标原点的直线，该直线斜率的倒数即为电阻值，它是⼀个常数。3）⾊环阻值读值⽅法

电阻的阻值或直接标注在元件的外壳上，或是⽤不同的颜⾊的⾊环标注在元件的外壳上。⾊环电阻分为四⾊环和五⾊环，所谓四⾊环就是⽤四条有颜⾊的环代表阻值⼤⼩。每种颜⾊代表不同的数字：

四⾊环各⾊环表⽰意义如下：第⼀条⾊环：阻值的第⼀位数字；第⼆条⾊环：阻值的第⼆位数字；第三条⾊环：10的幂数；第四条⾊环：误差表⽰。例如：电阻⾊环：棕绿红⾦，第⼀位：1；第⼆位：5；第三位：10的幂为2（即100）；误差为5%；即阻值为：15×100=1500欧=1.5千欧=1.5K Ω。

精确度更⾼的“五⾊环”电阻，⽤五条⾊环表⽰电阻的阻值⼤⼩，具体如下：

第⼀条⾊环：阻值的第⼀位数字；第⼆条⾊环：阻值的第⼆位数字；第三条⾊环：阻值的第三位数字；第四条⾊环：阻值乘数的10的幂数；第五条⾊环：误差（常见是棕⾊，误差为1%）。4）数字万⽤表

万⽤表是⼀种多量程和测量多种电量的便携式电⼦测量仪表。可以测量交直流电压、交直流电流、电阻值、电容值等等。万⽤表最⼤的特点是有⼀个量程转换开关，各种功能就是利⽤这个开关来切换的。

4．实验内容

1）万⽤表的使⽤ （1）测量直流电压

测量⽅法如下：将⿊⾊表笔插⼊COM 插孔，红⾊表笔插⼊V/?插孔。将功能开关置于直流电压测量（DCV/）量程范围，并将表笔并接在被测负载或信号源上，在显⽰电压读数时，同时会指⽰出红表笔的极性。 注意：

①在测量之前不知被测电压的范围时应将功能开关置于⾼量程档后逐步调低。 ②仅在最⾼位显⽰“1”时，说明已超过量程，须调⾼⼀档。

由直流稳压源给出如表1-1中多个电压，⽤万⽤表直流电压档测量。将测量结果记⼊表1-1中。

（2）测量电阻 测量⽅法如下：将⿊表笔插⼊COM 插孔，红表笔插⼊V ?插孔（注意：红表笔极性为“＋”）。将功能开关置于所需量程上，将测试笔跨接在被测电阻上。⽤万⽤表测量电阻，选好量程后，进⾏测试。将测量结果记⼊表1-2中。表1-2

2）测量线性电阻的伏安特性

按图1-1接好线路，已知电阻R的电阻值为2 kΩ，利⽤直流稳压电源调出表1-3中的电压，使⽤万⽤表测量电阻两端电压值和流经电阻的电流值，填⼊表1-3中。根据表中数据，绘制电阻R的伏安特性曲线，完成表1-4。

使⽤万⽤表测量电流时，须注意：将功能开关旋转到直流电流档，将⿊表笔插⼊COM 插孔，红表笔插⼊A插孔，测试笔⼀定要串⼊被测电路中，否则将会烧毁万⽤表。红表笔的极性将在数字显⽰的同时指⽰出来。2KΩ

图1-1线性电阻伏安特性测试电路

表1-4

3）利⽤⾊环识读电阻值

读出不同阻值电阻的⾊环，填写表1-5。

5．预习和实验报告要求

1）实验前仔细阅读实验指导书中本次实验内容，预习相关知识内容。2）按要求测填写表格中的相关数据，及完成相关记录；3）实验报告中按实验内容画出电路图及列写相应表格。[思考题]

1.测量电压信号时，仪器的量程选择多⼤时是最佳量程？2.万⽤表的基本⽤途是什么？3.什么是元件的伏安特性？实验⼆常⽤仪器仪表的使⽤（⼆）1．实验⽬的

（1）初步学会信号发⽣器和⽰波器的使⽤⽅法。（2）学会使⽤⽰波器观察波形变化。（3）学会利⽤⽰波器测量交直流电压。2．实验仪器

信号发⽣器、双通道⽰波器.3. 实验原理1）信号发⽣器

（1）信号发⽣器是产⽣各种波形的信号电源。按信号波形分类，有正弦信号发⽣器、⽅波信号发⽣器、脉冲信号发⽣器、函数信号发⽣器（多信号发⽣器）等。信号发⽣器的核⼼部分是振荡器产⽣的信号放⼤后作为电压或功率输出。通常输出电压可连续调节（细调），有电压衰减开关（粗调），输出频率也可通过粗调开关和细调旋钮进⾏调节。（2）信号发⽣器的使⽤⽅法

①先将输出幅值调到零位，接通电源，预热⼏分钟⽅可进⾏⼯作。

②使⽤时将电源频率调到所需的数值，对于多信号发⽣器，还要将转换开关调到选定的波形位置，在确定负载与信号发⽣器连接⽆误后，再将输出电压从零调到所需数值。③不能将信号发⽣器的输出端短路，以免损坏仪器。2）⽰波器（1）⽰波器原理

⽰波器是⼀种综合性的电信号特性测试仪，⽤它可以直接显⽰电信号的波形，测量其幅值、频率以及同频率两信号的相位差等。电路实验中，这种基本电⼦测量仪器会多次⽤到。通过本实验，要求能够熟悉⽰波器的⾯板开关和旋钮的作⽤，初步学会⽰波器的⼀般使⽤⽅法。（2）⽰波器使⽤⽅法①直流电压测量

●将触发⽅式置⾃动（AUTO），使屏幕上出现扫描基线，Y轴微调置校正（CAL）●CH1，或CH2的输⼊接地（GND），此时的基线，即为0V基准线。

●加⼊被测信号，输⼊置DC，观察扫描基线在垂直⽅向平移的格数，与VOLTS/DIV 开关指⽰的值相乘，即为信号的直流电压。例如，VOLTS/DIV置0.5V/DIV，读得扫描线上移为3.4格，则被测电压为：U=0.5/DIV×3.4DIV=1.7V。②交流电压测量●将输⼊置AC（或DC）

●⽤垂直移位旋钮，将波形移⾄屏幕中⼼位置，按波形所占垂直⽅向的格数，即可测出

电压波形的峰—峰值。例如，VOLTS/DIV置0.2V/DIV，被测波形占5.2格，则被测电压为：UP-P=0.2V/DIV×5.2DIV=1.4V（置DC时，将被测信号中的直流分量也考虑在内，置AC 时，则直流分量⽆法测出）。③时间测量

●测间隔时间（周期）。周期=TIME/DIV的值×⼀个周期所占的格数。例如，TIME/DIV 置于0.2ms/DIV，间隔在⽔平⽅向占6格，则其间隔时间为：T=0.2ms/DIV×9DIV=1.2ms。○4测量频率

●测量周期性信号的频率，测⼀个周期的时间，频率为周期的倒数。例如，波形周期为8格，扫描开关置于1µs，则，T=1×8=8µs，f=1/T=125KHz。也可直接从⽰波器上读出频率。4.实验内容

1）熟悉⽰波器和信号发⽣器的各主要开关和旋钮的作⽤。

（1）接通电源并经预热以后，在⽰波器的荧光屏上调出⼀条⽔平扫描亮线来。分别旋动[辉度]、[聚焦]、[垂直移位]、[⽔平移位]等旋钮，体会这些旋钮的作⽤。

（2）把信号发⽣器输出调到零值并接⾄⽰波器的输⼊端，然后打开信号发⽣器电源开关，预热再调节输出电压，在⽰波器的荧光屏上调出被测信号的波形来，分别转动⽰波器的[VOLTS/DIV]、[TIME/DIV]等旋扭，体会其作⽤。2）直流电压的测量

（1）⽤万⽤表监测稳压电源输出为1V。

（2）⽤⽰波器测量稳压电源输出并把数据填⼊表2-1。（3）重复（1）（2）完成其它电压值，并填表2-1。表2-1

注：使⽤⽰波器得到稳定波形的⽅法：

①选择合适的触发源SOURCE，若使⽤通道1，则按SOURCE按钮在屏幕正上⽅显⽰出ch1，若使⽤通道2，则按SOURCE按钮在屏幕正上⽅显⽰出ch2。

②选择触发偶合模式COUPL，按COUPL键屏幕上⽅显⽰DC模式。

③调节同步信号TRIG LEVEL，微调TRIG LEVEL旋钮，使触发信号与被测信号同步。○4必要时配合调节TIME/DIV旋钮。3）交流电压的测量

信号源选定为正弦波输出，调节信号源AMPL旋钮得到表2-2中的信号幅度，频率分别为表2-2各值时，完成表2-2。

5. 实验报告

1）实验前仔细阅读实验指导书中本次实验内容，预习相关知识内容。2）实验报告要按规定格式书写。

3）整理实验数据并作分析，得出相应结论。[思考题]

1.如果输⼊信号为5V，若[VOLTS/DIV]开关指在0.5伏的位置，荧光屏上正弦波的波峰和波⾕相距四个⽅格，探头为×1，问信号幅值是多少？如果在⽔平线上每个周期的波形占四个⽅格，[TIME/DIV]开关指在0.5ms的位置上，问信号的频率是多少?2.怎么观察信号发⽣器输出信号幅度值？实验三单级低频放⼤器1．实验⽬的

（1）研究单级低频⼩信号放⼤器静态⼯作点的意义。（2）掌握电路各元件对静态⼯作点的影响。

（3）掌握低频⼩信号放⼤器主要性能指标的测试⽅法。2．知识点及涉及内容

本实验体现了三极管的原理、放⼤电路的静态⼯作点分析⽅法以及放⼤电路参数的基本测试⽅法（输⼊、输出电阻、电压增益、通频带等。）3．实验仪器

⽰波器、信号源、直流稳压电源、万⽤表。4．实验原理

单级低频放⼤器是放⼤器中最基本的放⼤电路。虽然实际应⽤中极少⽤单级放⼤器，但其分析⽅法、电路调整技术及参数的测量⽅法等，都带有普遍意义。

下⾯以由NPN型三极管组成的共射极放⼤电路为例进⾏研究。1）静态⼯作点的选取与调整

放⼤器的静态⼯作点是由晶体管的参数和放⼤器的偏置电路共同决定的。它的选取⼗分重要，影响到放⼤器的增益、失真及其它各个⽅⾯。调整的⽅法是：在不加输⼊信号的情况下测量放⼤器的静态⼯作点，进⾏必要的调整，使之⼯作于合适的⼯作点上。

三极管的输出特性曲线中有放⼤区、饱和区和截⽌区三个⼯作区。当三极管做为开关管来使⽤时，应使三极管的⼯作状态在饱和区和截⽌区之间快速转换，以实现开关的功能。当把它⽤在放⼤电路中时，静态⼯作点应处于放⼤区，使放⼤电路实现正常的⽆失真的放⼤功能。静态⼯作点选取得过⾼或过低，都会使输出产⽣失真。

饱和失真：如果放⼤器的静态⼯作点偏⾼，会使晶体管在输⼊信号电压正半周的某部分进⼊饱和区，使输出电压波形的“底部

被切掉”，这种现象称为饱和失真。如图3-1所⽰。出现这种情况时，应通过调节基极上偏置电阻使其偏流I BQ减⼩或减⼩集电极电阻R C，使晶体管脱离饱和区以消除饱和失真。

截⽌失真：如果放⼤器的静态⼯作点偏低，会使晶体管输⼊信号电压负半周的某部分进⼊截⽌区，使输出电压波形的“顶部被切掉”，这种现象称为截⽌失真。如图3-1所⽰。出现这种情况时，应通过加⼤基极偏流I BQ，使晶体管脱离截⽌区以消除截⽌失真。

图3-1 饱和、截⽌失真波形

如果调试中发现输出电压波形的顶部和底部都被切掉，说明既有截⽌失真，⼜有饱和失真。这是由于输⼊信号幅度太⼤引起的，只要适当减⼩输⼊信号的幅度即可消除。如果不允许减⼩输⼊信号的幅度，就应适当增⼤电源电压U CC，并重新调整静态⼯作点，以扩⼤放⼤器的动态范围，消除波形失真。2）性能指标与测试⽅法

三极管放⼤器的主要性能指标有电压放⼤倍数A U、最⼤不失真输出电压U o,max、输⼊电阻R i、输出电阻R o及通频带BW等。

（1）电压增益AU

电压增益的测量实质上是测量放⼤器的输⼊电压与输出电压，测量⽅法是：在输出波形不失真的情况下，给定输⼊值，测量相应的输出值，则可得电压增益A U=U o/U i。（2）最⼤不失真输出电压Uo,max

U o,max是指在给定静态⼯作点的条件下，放⼤器所能输出的最⼤不失真电压值。（3）输⼊电阻Ri

若输⼊电阻R i>>R s（信号源内阻），则放⼤器能从信号源获取较⼤电压；若R i<输⼊电阻的测量可⽤输⼊换算法和输出换算法两种⽅法来进⾏。（4）输出电阻Ro

输出电阻的⼤⼩反映了放⼤器带负载的能⼒。由于负载与输出电阻是串接的关系，因此，R o越⼩，带负载的能⼒越强。当Ro<

输出电阻可⽤输出换算法进⾏测量。（5）通频带BW

影响放⼤器频率特性的主要因素是电路中存在的各种电容元件。放⼤器的上限频率f H 主要受三极管的结电容及电路的分布电容的限制；放⼤器的下限频率f L主要受耦合电容及射极旁路电容的影响。5．实验电路

实验电路如图3-2所⽰。

Ω

L

图3-2 单级低频放⼤器6．实验内容

1）按图3-2正确连接电路，检查⽆误后接通电源。

2）测量并调试放⼤器的静态⼯作点，研究电路参数UCC、RC、RP的变化对静态⼯作点的影响。

实验中对静态⼯作点的测量可⽤直流电压表分别测量晶体管的集电极电流以及直流电压U B、U C、U E。为了避免更动接线，可以采⽤电压测量法来换算电流。例如，只要测出U

E，可由I CQ≈I EQ=U E/R E，算出I CQ。如果测出U CEQ＜0.5V，则说明晶体管已经饱和；如果U CE≈U CC，则说明晶体管已经截⽌。（1）RP对静态⼯作点的影响

①调节RP和输⼊信号，使放⼤器输出波形最⼤，上、下对称不失真。此时为⼯作点合适。撤去信号发⽣器，⽤万⽤表测量UB、U C、U E，并计算出I EQ。

②将信号发⽣器重新连⼊放⼤器输⼊端，且保持输⼊信号不变。将RP增⼤，观察并记录波形。撤去信号发⽣器，⽤万⽤表测量U B、U C、U E，计算出I EQ，并根据波形和数据判断出失真类型。

③将信号发⽣器再次连⼊放⼤器输⼊端，且保持输⼊信号不变。将RP减⼩，观察并记录波形。撤去信号发⽣器，⽤万⽤表测量U B、U C、U E，计算出I EQ，并根据波形和数据判断出失真类型。（2）负载电阻R C对静态⼯作点的影响

将输⼊信号接⼊放⼤器，在负载电阻R C上并联R C'，R C'=R C=15kΩ，观察并记录输出波形。撤去信号发⽣器，⽤万⽤表测量U B、U C、U E，并计算出I EQ。将此情况与⽆R C'时⽐较。测试后仍将R C'断开，恢复电路原状。（3）电源电压U CC对静态⼯作点的影响：

将输⼊信号接⼊放⼤器，再将U CC由+12V减⾄+6V，观察并记录输出波形。撤去信号发⽣器，⽤万⽤表测量U B、U C、UE，并计算I EQ。将此情况与U CC=+12V时⽐较，测试后将U CC恢复为+12V。3）测量放⼤器的性能指标（1）放⼤器增益的测量

将输⼊信号接⼊放⼤器，⽤⽰波器观察输出电压波形，在波形没有出现失真的情况下，⽤分别测量放⼤器输⼊和输出电压，计算放⼤器增益A U。（2）放⼤器输⼊电阻的测量

⽤输出换算法测量输⼊电阻。信号发⽣器与放⼤器之间的电阻R=10k?。（3）放⼤器输出电阻的测量

⽤输出换算法测量输⼊电阻。负载电阻R L=15k?。*（4）放⼤器幅频特性的测量

采⽤逐点法测量放⼤器的幅频特性，并绘出幅频特性曲线。*（5）要想进⼀步扩展通频带，给出⼀个切实可⾏的⽅法。7．实验报告要求

（1）整理测试数据，并对数据进⾏处理，画出相关曲线；

（2）通过实验结果分析各参数对放⼤器静态⼯作点的影响，与理论分析结果进⾏⽐较。[思考题]

1.如果在实验电路中，将NPN型晶体管换成PNP型晶体管，试问U CC及电解电容极性应如何改动？

2．在⽰波器上显⽰的NPN和PNP型晶体管放⼤器输出电压的饱和失真波形和截⽌失真波形是否相同？叙述其理由。3．在单级放⼤电路中，哪些元件决定电路的静态⼯作点的？4．负载电阻R L变化时，对电压放⼤倍数有⽆影响？