1、第一篇 模拟电子技术实验实验一 13.1 仪器使用、实验方法与晶体管测试一、实验目的1 了解常用的几种电子仪器的基本原理。它们是：普通双踪示波器、函数信号发生器、毫伏表、直流稳压电源和晶体管特性图示仪。2 学习并掌握双踪示波器的基本使用方法，函数信号发生器波形的输出与调整，毫伏表的正确连接与测试，直流稳压电源连接与输出调整。学习晶体管特性图示仪的基本使用。3 学会正确列表和记录实验数据，并能对实验数据做基本处理与分析。二、实验原理1 XJ4328 型双踪示波器该仪器是一种可同时观测两路信号的示波器。其垂直通道频率响应为 20MHz，灵敏度为 5mV/div，扩展时达 1mV/div。时间与幅度
2、测量误差不大于 5%，最高扫描速度达0.5S/div。输入阻抗约 1M ，最大电压小于 400VP-P 值。信号接入在信号要求不高的场合，通常选用开路电缆线，连接时要分清测量端和接地端，切勿接错。一般黑端接地。我们可用它来测量一个信号的幅度、周期，通过 f=1/T 可求出信号的频率；也可以测量直流电压的大小。如果利用示波器的双踪工作方式，还可以求出两个同频信号的相位差。1) 信号周期的测量将被测信号送入示波器的通道 A 或通道 B, 对正弦信号波形一般将输入选择方式置 AC 档，其它波形信号一般置 DC 档。适当调整相应通道的幅度调节开关或旋钮，使波形高度控制在 56 格左右；适当调整扫描速度
3、开关，并注意检查扫描微调旋钮是否处于校正位置，控制信号周期长度在 510 格内。读出一个周期的长度和扫描速度开关所指的扫描速度，两者乘积即为该信号的周期值。例如：一个周期长度假定为 6.5（div ） ，扫描速度为 0.5ms/div，则周期 T= 6.50.5=3.25ms，f=1/T=1/3.250.31kHz。2) 信号幅度的测量将被测信号送入示波器的通道 A 或通道 B, 根据波形特点选择适当的输入耦合方式。适当调整相应通道的幅度调节开关，使波形高度控制在 56 格左右，并注意检查幅度微调旋钮是否处于校正位置；适当调整扫描速度开关，控制信号周期长度在 510 格内。如果仅考虑交流成分，
4、通常测量信号的峰-峰值。通过调整 X 和 Y 移位，确定一个波峰为读数起点，读出另一峰与之差值，即为该信号的峰- 峰值格数，再乘以幅度调节开关所指的每格单位，即为该信号峰- 峰值。对于其它情况，如三角波、矩形波等，通常要考虑波形的直流分量。此时，首先应确定零点位置，一般将相应通道的输入选择方式的接地按钮按下，通过调节Y 移位旋钮将扫描线调至水平刻度中线或您认为适合的一条水平刻度线作为基准线，然后松开接地按钮，如果波形高度超出显示屏，适当改变幅度旋钮。幅度旋钮改变后，一般应重新校验一次基准线位置。读出波形峰值与基准线之间的格数，记下幅度旋钮所指位置值，就可知道相应参数值。3) 直流电压的测量先根
5、据被测信号大小选择适当的幅度旋钮位置，输入耦合方式置 DC，然后确定基线位置。接入被测信号后就可由显示屏上读出电压的高度，再根据幅度旋钮位置，就可得出被测电压值。4) 同频信号相位差测量示波器工作于双踪显示方式，Y 1 输入一信号，Y 2 输入经移相后的同一频率信号。假定测出时间差为 T，周期为 T，则相移 为第一篇 模拟电子技术实验实验一 2 = 360 T/T2 DF1027 型低频信号发生器该仪器可输出正弦波、方波和矩形波，频率范围从 10Hz1MHz，可同时显示输出信号的有效值和频率大小。输出端口可根据模拟电路和数字电路实验的要求选择相应端口，较为适合作为实验用。1) 输出信号大小调节
6、电源开关揿下后，调节波形选择按钮下方的幅度调节旋钮，根据需要使幅度显示值为 110V，按下波形选择按钮中的正弦波按钮，再根据所需信号的大小选择频率选择按钮下方的衰减器大小。衰减器大小是按照分贝值来表示的，每衰减二十分贝相当于电压输出端口信号幅度减小十倍。一般直接由显示值除以衰减的倍数就可得到输出端的输出信号大小。也可用毫伏表校之。如：显示值调至 5.00Vrms，衰减器的 60分贝按钮按下，则电压输出端口信号大小为 5.00103=5.00mV。2) 输出信号频率调节频率调节由两部分构成。第一部分是频率范围选择按钮，第二部分是频率的粗调和细调旋钮。首先根据所选频率确定相应的按钮，揿下所在范围按
7、钮后，分别调节频率显示屏下方的粗调和细调旋钮，使显示屏显示所需要的频率。一般先调节粗调旋钮，等显示值接近所要频率，再调细调旋钮。3 DF2179B 晶体管毫伏表是一种专门用来测量交流小信号电压的电子仪表。测量频率范围 10Hz1MHz，量程范围从 1mV300V, 误差范围一般不超出 5%。使用时应注意根据被测信号大小选择适当的量程，应以指针偏转不低于满量程的三分之一为宜。输入端连线应注意区分信号端与接地端的正确接法。从仪表上可读出电压值和相应的标准分贝值。要注意量程与刻度值间的换算关系，以免产生读数错误。4 晶体管特性图示仪a) 二极管测试1) 二极管的正向特性从正向特性曲线上，可以测量到二
8、极管的正向压降、直流电阻和交流电阻等参数。使用图示仪时，通常用图示仪 X 轴作用的集电极电压档控制特性曲线的水平轴坐标大小改变，用 Y 轴作用集电极电流档控制垂直轴坐标大小改变。由于图示仪显示屏上下左右都为 10 格分度，故在给定被测管测量条件时，例如，工作点电压和电流。如果是测量静态参数，不需要考虑动态范围，则应尽量使工作点位置占据屏幕最大位置，即将 VFQ/10 和 IQ/10，再根据仪器可选档位确定。若是测量动态参数，则应将工作点位置放在屏幕的中心区域，便于动态参数测试。这时 VFQ/5 和 IQ/5 确定图示仪 X 轴和 Y 轴的档位位置。接着考虑选择适当的工作电压和功耗电阻。在图示仪
9、上器件工作电压称集电极扫描峰值电压 Em。一般根据被测管给定的工作点位置确定，最小 Em=10V，故工作点 Q 低于 10V 就选10V。注意适当选择功耗电阻 RP，以免 RP 过小易导致损坏被测器件。通常按Em/IQ 的值往下靠仪器上的功耗限制电阻档。最后注意电压极性应满足被测器件要求，无关或不用按钮应处于弹出位。图 3-1-1（b）所示为二极管的一般接法。以测正向压降为例，我们介绍一下操作步骤。由表 3-1-4 可见，一般普通二极管的正向工作电压 VF1V ，则 X 轴作用置 VF10div = 0.1V/div，刚好仪器上有这一档。若计算值不是仪器上的档位则选择高一档位。同样，正向工作电
10、流IFQ = 50mA，故 Y 轴作用应置 IFQ10div = 5mA/div。这里要注意 X 轴作用在集电极电压 VC/div 范围内选择，Y 轴作用在集电极电流 mA/div 范围内选择。第二步，选择集电极工作电压。一般根据测试要求选定电压上限，这里电压超过 1V第一篇 模拟电子技术实验实验一 3以上即可。故选择仪器上最低档位 10V。将 10V 按钮按下，其它按钮都应在弹起位置。功耗限制电阻旋钮位置按 RP = Em/IFQ = 10V/50mA = 200，往下靠一档。峰值电压旋钮开始时应处最小位置，只有在测试时才缓慢地向顺时针方向增加峰值电压，并从图示仪屏幕上看到曲线的这一变化，最
11、高点以不超出 IFQ 为宜。这样图示仪面板上的主要开关和旋钮就调节到这里。其他旋钮和开关应处于正常位置，详情可参考本书相关介绍。特性曲线如图 3-1-1（a）所示，反映的是正向特性曲线和功耗限制电阻的作用。 QEmUFQIFIFQi0 u(a) 二 极 管 正 向 特 性 曲 线C (+)BE(b) 二 极 管 接 法图 3-1 二 极 管 正 向 特 性 及 其 接 法2) 二极管反向特性从反向特性曲线上我们可测量它的反向击穿电压 UBR 和反向电流 IR。二极管的反向特性如图 3-1-2（a）所示。反向电压在一定范围内其反向电流基本上不随电压变化。当反向电压超过某一值后反向电流急剧增加。通
12、常定义反向电流达到某一值时所对应的反向电压为反向击穿电压，用 U（BR ） 表示。一般使用以手册中的反向击穿电压为准。通常整流管该值都很大。挑选时只要满足使用要求，或在使用环境下不出现击穿现象即可。测试时工作电压稍高于使用值，功耗限制电阻取最大值或按前面方法计算。坐标的原点习惯定在右上角，集电极电压的极性选负，器件连接如图 3-1-2（b）所示。UREmU(BR) 0IR(规 定 值 )iREm/RP(a) 二 极 管 反 向 特 性C (-)BE(b) 二 极 管 接 法图 3-12 二 极 管 反 向 特 性 及 其 接 法b) 稳压管测试稳压管是利用 PN 结反向击穿后的稳压特性工作。其
13、特性曲线和连接如图 3-1-3所示。测试方法可参考二极管反向特性测试。工作电压选择以稳定电压作参考，再辅第一篇 模拟电子技术实验实验一 4以适当的功耗限制电阻。当稳定电压在 6V 及以上的稳压管，一般只测稳定电压值和最小稳定电流值，而稳定电压在 6V 以下时，一般还要测动态电阻。IZIZmin0 UZui(a) 稳 压 管 特 性 曲 线C (+)BE(b) 稳 压 管 接 法图 3-1 稳 压 管 及 其 接 法c) 三极管测试用图示仪可以测得三极管的直流参数和低频交流参数。测量前，首先应根据被测管的类型和所需测量的特性曲线，调整坐标原点（即光点）的位置。PNP 型晶体管光点应调至屏幕右上角
14、；NPN 型晶体管应调至屏幕左下角。为了避免损坏被测管，在管子接入前，应将测试台上的选择按钮置于关位，或者集电极扫描信号电压的“峰值电压”旋钮调至最小（零位） 。对于小功率管（功耗小于 100mW） ，功耗限制电阻常置 1k左右，基极部分的阶梯选择置于 0.01mA/级。中功率管（0.5-1W）提高十倍，大功率管再提高十倍，或通过计算。连接时中小功率管 Y 型封装一般直接插入管座，F 型封装的中大功率管通过专用插座接入。注意各脚应与管座标示一一对应。最后，根据被测管的类型，选择相应的基极阶梯极性和集电极扫描电压极性（对于共射级方式，NPN 型管子均为正， PNP 均为负） 。测试时，测试选择置
15、于左或者右，取决于器件接入的位置。然后由零逐渐加大峰值电压，至规定值即可。曲线出现后，有不合适的地方，再适当调整相关旋钮。1) 输入特性置 Y 轴作用于“基极电流或基极电压 ”位，以显示 ib。X 轴作用置于“基极电压 0.1V/div”，以显示 ube。 “阶梯选择”一般小功率管置 0.01mA/级，大功率管适当加大，极性要求同上。由零逐渐加大集电极扫描电压，就显示出输入特性曲线，如图 3-1-4 所示。在此曲线上可测出对应于某一 Q 点的交流输入阻抗 hie。ibIBQ0 UBEQubeibube图 3-14 输 入 特 性2) 输出特性输出特性曲线是三极管最重要的一组曲线，很多重要参数可
16、由其测出。因此，得到广泛使用。曲线如图 3-1-5 所示，x、y 轴分别为 uce 和 ic，参变量是 ib。观测输出特性曲线时，X 轴作用置于 “集电极电压 Vc/div”，大小一般取 1V/div。Y轴作用置于“集电极电流 Ic/div”，大小按被测管工作点电流的大小取 ICQ 为于屏幕的中间区域，即按 ICQ/5 定。例如，小功率管 Y 轴作用常取 0.2-1mA/div， “阶梯选择”置 0.01-0.02mA/级。大功率管则需相应提高。集电极电压Em=1V/div10div=10V，故取 Em=10V。E m 不宜过大，以免增加管耗。功耗限制电阻 Rp=Em/2ICQ。在此曲线可测出
17、输出阻抗 1/hoe，电流增益 hfe（） 。有时，在测试 hfe 时为了读数方便，在三极管的电流放大曲线上读数，如图 3-1-6 所示。交第一篇 模拟电子技术实验实验一 5流参数测试时，以工作点为中心取一动态范围。如求电流放大倍数，以参变量基极电流上下各变动一个阶梯值 ib=2阶梯值，相应得到一个 ic，则 =ic/ib。求 hoe 时，以 Q 点为中心左右各取 2-3V（要对称取） ，则读出相应的 ic，此时有1/hoe=uce/ic。若曲线族非常平坦，则很难读出 ic，可忽略。对于电流放大曲线，把图示仪的 X 轴作用置于“ 基极电流或基极源电压” ，则 x 轴为 ib，大小由“阶梯选择”
18、定，曲线 Q 点处的斜率即为 hfe。另外，当曲线族各阶梯之间对应的 ic近似相等，即曲线族等间隔时，可直接用 ICQ/IBQ 代替 ic/ib，也就是通常所说的直流电流增益。GICQUCEQ uCEib=0ib1ib2ib3ib40 图 3-15 三 极 管 输 出 特 性iC ICQ IBQ ibic0 Q图 3-16 三 极 管 电 流 放 大 曲 线对于图 3-1-5，若将 x 轴坐标标尺调小，则可放大饱和压降曲线，求出三极管的饱和压降。此时饱和部分曲线呈现扇形形状。小功率硅三极管饱和压降为0.3V 左右，大功率管为 1V 左右，若太大，则说明管子性能不好。在测 U（BR）CEO 时，
19、应注意 ib=0，即测曲线族上最下一根曲线的击穿电压。为此应使积极开路或将测试台上的“零电流”按钮按下。R p 应适当加大，或按计算值来选。调节峰值电压旋钮，使电压逐渐增大，直至曲线出现急剧拐弯为止。若未出现击穿现象，应使峰值电压旋钮调回零位。改变集电极峰值电压范围，提高一个档位，再适当增大功耗限制电阻 Rp，重复上述操作，直至曲线出现急剧拐弯为止。曲线如图 3-1-7 所示。iCuCEU(BR)CEO0图 3-17 三 极 管 U（ BR） CEQ测 试三、预习要求 1 参阅有关仪器的书籍，熟悉仪器基本工作原理和一般使用常识。2 了解仪器的主要技术性能，以便正确处理实验数据。3 了解测量的基
20、本原理和有关误差的知识。4 了解实验原理，熟悉实验内容。四、实验内容1 函数信号发生器与晶体毫伏表的使用第一篇 模拟电子技术实验实验一 7用毫伏表检查信号发生器“输出衰减”误差及在有载情况下输出电压的变化。信号频率为 1kHz，负载开路时输出指示为 5V。所测结果填入表 3-1-1。表 3-1-1信号发生器输出 空 载 加 620 负载输出指示 输出衰减 衰减比 毫伏表读数 相对误差 毫伏表读数 信号源内阻 Rs0 (dB)20 (dB)40 (dB)4V60 (dB)2 示波器使用用示波器观察信号发生器的输出电压波形并用示波器测量出信号一个周期的时间。信号发生器衰减置 0dB，输出指示调至约
21、 1V，示波器图像高度调至约 4 格，按表 3-1-2 要求改变信号频率，调整示波器的扫描速度开关，使之能观测到一个完整周期的波形，长度最好应不小于 5 格，并注意检查扫描微调应在校准位置。将测量值填入表 3-1-2 中。操作中，注意体会扫描方式中的自动按钮与触发按钮之间的区别，并能正确地配合电平旋钮使用，自动按钮按下时电平旋钮应旋至“Lock” ，使波形与扫描同步。表 3-1-2信号频率 100Hz 1kHz 20kHz信号发生器 信号周期 T（s）扫描速度（t/div）信号一个周期长度（div）信号周期 T(s)T= (t/div)div示波器周期测量误差（%）3. 示波器双踪显示将垂直方
22、式选择置 Y1Y2 方式，屏幕上应显示两条时基线，按图 3-1-8(b) 连接 RC 网络，注意仪器之间地需相连。观察不同频率时 RC 网络的输入、输出波形和相位关系。测量出相位差记入表 3-1-3 中。表 3-1-3f 100Hz 1kHz 10kHz T 第一篇 模拟电子技术实验实验一 8T (a) 显 示 波 形v0 t信 号 发 生 器 示 波 器C 0.1R1.2K Y1Y2(b)接 线 图图 3-18 双 踪 显 示 方 式 连 线 图 波 形信 号 发 生 器 示 波 器R1 50KR1.2K Y1Y2图 3-19 工 频 干 扰 连 接 线4. 工频干扰（选做）在低阻抗电路测量
23、中，为提高测量灵敏度，一般采用开路电缆线。但在高阻抗电路中，小信号测量时将会引入 50Hz 的工频干扰。若直接用导线连接，其干扰将直接影响测量结第一篇 模拟电子技术实验实验一 9果。试按图 3-1-9 连线，观察干扰现象。适当调节扫描速度开关，测出干扰频率。所以，在通常实验中，信号发生器的输出线应用屏蔽电缆，即可抑制工频干扰。5. 晶体管测试a) 普通二极管测试将所测量结果填如表 3-1-4 中。测试条件按表中要求。表 3-1-4 二极管参数器件型号 测试内容 正向压降UF（ V）反向电流IR（A）反向击穿电压U（BR） （V）测试条件 IFQ=50mAUF1VUR=50VIR5AIR=5AU
24、（BR） 50V1N4001-1N4007测量结果 UF= IR= U（BR ） =b) 稳压管测试测量结果记入表 3-1-5 中。表 3-1-5 稳压管参数器件型号 测试内容 稳定电压UZ（V）动态电阻rZ（）最小稳定电流IZmin（mA）测试条件 IZ=10mAUZ=5.5-6.5V IZ=10mA UR=0.95 UZ6V2测量结果 UZ= rZ = IZmin =c) 三极管测试测量结果记入表 3-1-6 中。表 3-1-6 三极管参数器件型号 测试内容 U（ BR）CEO hfe（ ） hie（ k） 1/hoe（ k）测试条件 IC=0.1mA ICQ=2mAUCEQ=5VICQ/
25、 hfe=IBQ ICQ=2mAUCEQ=5V3DG6（3DG8）测试结果测试条件 ICQ=0.5AUCEQ=5VICQ/ hfe=IBQ ICQ=0.5A UCEQ=5V3DD15测试结果测试条件 IC=0.1mA ICQ=2mAUCEQ=5VICQ/ hfe=IBQ ICQ=2mAUCEQ=5V3CG21测试结果五、说明1 实验内容中 3、4 项一般可不做。有能力者可考虑。2 晶体管参数测试中一般只做常用参数项。六、实验报告要求第一篇 模拟电子技术实验实验一 101 整理测量结果并记入表格中。2 对表格数据进行处理，并做出误差分析。3 对实验中出现的问题，进行分析讨论。七、思考题1 小信号输出时为什么信号源要使用衰减器输出？2 在晶体管测试中，功耗限制电阻 RP 应如何选择？如选择不当会有什么后果？八、仪器及器件1 仪器设备（1）双踪示波器 一台 （2）低频信号发生器 一台（3）晶体管毫伏表 一台 （4）晶体管特性图示仪 一台（5）实验板 一块2 元器件二极管 1N4002 1 只 稳压管 6V2 1 只三极管 3DG6 或 3DG8 1 只 三极管 3CG21D 1 只三极管 3DD15B 1 只 电阻、电容和导线若干
