内容简介
本书是根据多年来在完善模拟电子电路课程学习和相关实验教学效果的实践基础上编写而成的,除用于模拟电子电路实验课教学之外,还可作为模拟电子电路课程设计的辅助用书。
本书包括了二极管电路、三极管电路、场效应管电路、功率放大电路、集成运放电路、负反馈电路、振荡电路、稳压电源电路以及Multisim仿真等单元,在内容设计上充分注意了针对读者学习中遇到的实际问题,同时在实验介绍和预习思考上做了较多工作,以帮助读者能够在理解有关实验原理的基础上开展实验,这方面的工作对实验预习环节的落实也将发挥很好的帮助作用。
本书适用于面向应用型人才培养目标的本科院校,以培养扎实的模拟电路基础知识和过硬的实践能力为目标的教学使用。
内页插图
目录
第1单元二极管及其电路
实验1��1二极管极性及好坏的判断
实验1��2二极管伏安特性曲线的测试
实验1��3二极管对动态(交流)小信号响应的实验
实验1��4大信号作用下的二极管模型分析
实验1��5二极管的应用(一)
实验1��6二极管的应用(二)
实验1��7并联型二极管小信号模型控制电路(设计型)
实验1��8简易调幅信号产生电路(设计型)
实验1��9逻辑电平检测电路(设计型)
实验1��10小功率通信设备收发开关的控制电路(设计型)
第2单元三极管及其电路
实验2��1三极管极性及好坏的判断
实验2��2三极管输出特性曲线和基本工作状态的测试
实验2��3共射极放大电路及静态工作点调试
实验2��4射极偏置放大电路设计及主要参数的测试
实验2��5共集电极放大电路
实验2��6差分放大器(设计型)
实验2��7三极管电路的应用(一)——电平指示电路
实验2��8三极管电路的应用(二)——电子测光电路
实验2��9多级放大电路的设计(设计型)
实验2��10简易晶体管特性图示仪的设计(设计型)
第3单元场效应管及其电路
实验3��1场效应管放大电路的参数调试和测量
第4单元功率放大电路
实验4��1乙类功率放大电路
实验4��2集成功率放大器
第5单元集成运算放大器及其应用电路
实验5��1运算放大器主要参数的估测
实验5��2反相运算电路
实验5��3同相运算电路
实验5��4单电源供电运放电路
实验5��5有源滤波器
第6单元负反馈电路应用及特性测试
实验6��1电压负反馈与电流负反馈
实验6��2串联负反馈与并联负反馈电路
实验6��3设计实现负反馈电路
实验6��4用集成运算放大器设计实现万用表
第7单元电压比较器、信号发生器及振荡电路
实验7��1电压比较器
实验7��2方波�踩�角波发生器
实验7��3正弦波产生电路
实验7��4*实验楼道感应灯设计(设计型)
第8单元稳压电源
实验8��1集成直流串联稳压电源
实验8��2分立件直流串联稳压电源
实验8��3开关稳压电源
第9单元Multisim 10仿真软件及其应用
9.1Multisim软件概述
9.2Multisim 10用户界面及设置
9.3Multisim 10的元器件库及使用
9.4Multisim 10仿真仪表及使用
9.5Multisim 10的分析功能
9.6建立一个仿真电路
9.7放大电路参数测量项目一
9.8放大电路参数测量项目二
9.9预习思考题
参考文献
前言/序言
模拟电子电路实验课是模拟电子电路课程学习中的一个重要环节,它体现了模拟电子电路课程工程性的特点,即,它需要通过实践这样一个重要侧面,帮助学生对本课程知识的掌握,而不是仅仅依赖书本上的学习。鉴于这一特点,本书从配合模拟电子电路理论课教学的实际需要出发,设计了较多与理论学习难点有关的基础性实验项目,力求帮助学生解决在基本理论、电路、原理和方法的学习中遇到的困惑,使学生能够得到更加扎实的基础性的训练。基于这样的考虑,本书的编写体现了以下几个方面的特点。
(1)很好地体现了充分重视问题研究在实验教学中的重要地位,突出了以问题研究为引领、带动实验教学不断深入的新的实验教学理念。在每个实验单元进行了较为充分全面的相关理论介绍之后,都配置数量较充分的预习思考题,这些思考题均针对学生实验中常见问题而设计,并且努力将其延伸到与实验相关的各个方面,以帮助学生在进行实验之前开展充分的实验问题研究,为学生理解实验原理、分析实验现象、排除实验故障、总结实验结果做好充分的实验前研究准备,使学生尽可能地做到在理论指导下开展实验。
(2)各项实验尽可能用分立元件搭建的电路开展,充分利用分立元件电路可以观察到最基本电路结构的波形和参数的特点,通过对实验过程细节的设计和引导,利用改变元件参数和观察对比的方法,可以较好地帮助学生了解电路原理、设计思路、元件作用、电路调试方法,对提高学生在实际电路调试的过程中分析问题、解决问题的能力有很好的帮助作用。同时,由于分立元件搭建电路的不确定性增加,学生训练面相应拓宽,对培养学生的综合能力将产生非常重要的促进作用。
(3)编写形式与改善实验预习环节具有密切的内在联系。以往用写预习报告作为实验预习环节的载体的做法存在很多弊端,造成很多情况下实验预习流于形式、名存实亡,直接导致学生实验能力和质量的严重下降。在本书的使用中,用编排大量的涉及实验中各方面问题的预习思考题并对其测试的方法,替代学生写预习报告的方法,取得了非常明显的改进效果。可借鉴的操作形式之一是,上课后将分别打印有2道预习思考题的A、B题纸条发给学生,预习较好的学生一般只需1~2分钟便可答完,而未预习的学生则无法完成。这样得到的预习检查结果真实有效,激励作用明显,可以把实验预习工作落到实处。
(4)与实践类课程相比较,对于实验项目相对较小、重复周期快的基础类实验课,我们认为其实验总结的形式应有所区别。因此在本书实验总结环节的编写中,可以根据教学要求的不同,不一定非要每次都写格式化较强、重复性较高的总结报告,而是适当兼容了将学生的精力引导到对实验数据和现象分析上来的功能设计。为此本书在每个实验数据记录表中都另增加了一些实验数据分析栏目,把需要引起关注和总结的问题在实验数据分析栏中提出来,学生直接把分析的答案填入其中即可;教师可以在下次实验课中,根据指定的考核办法和所掌握的情况,进行适当的抽查即可。这种形式的优点是,既可以很好地引导学生的思考方向,抓住本次实验的重点,又可以为学生节省大量重复的格式化的书写时间,有利于学生将这些时间用于对下次实验思考题的研究上。
(5)本书编入了较为详细的Multisim10仿真软件功能和使用方法的介绍,但考虑到仿真功能是以验证电路设计为主要目标的软件,而不具备电路故障调试等实操能力训练的功能,所以在教学实践中并未把它作为实验教学的课内内容安排,而是作为学生实验的一个重要辅助手段,对某些实验问题的分析提供帮助。另外一个重要考虑是,充分的Multisim10仿真软件介绍内容,可以为下一阶段的模拟电路课程设计提供重要的帮助作用。
(6)本书的内容涉及电路形式较多,由于学生接受程度的不同,一些电路的确会成为部分学生学习中的难点。考虑到学生学习需求的不均衡性,故其中一部分实验内容可用于学生自选。教学操作可以有以下两种形式:一是参考实验课的次数,将实验内容分成相应数量的单元块,再根据实验的难度将单元块内的各项实验给出不同分值,让学生根据自己的实验兴趣和需求,选择本次实验做某个或某些项目的组合,只要达到本次实验要求的下限分值即可;对于有很好的开放实验室条件的教学环境,还可以采取课内统一安排实验项目,对于对其他实验项目感兴趣的学生,可自行选择在开放实验室进行其他实验。为了便于学生基本实验元件的使用,可将电阻等数量多、使用频繁且低耗值的元件下发给学生。为了学生能便利地保管和找到合适阻值的电阻,可在一张A4纸上按纵向排序,将电阻阻值和色环分别打印在两侧,将各电阻的两个引脚在中间横向插入相应位置。为使纸张耐用,可在电阻引脚插孔的两列位置上预先粘上塑料透明胶带,然后再戳孔即可。不用电阻时,将A4纸左右两边向后折包住中间的引脚部分,再将A4纸向前对折将电阻完全包住放入塑料袋。这种办法很好地解决了发放到学生手中元件的有效管理问题,很值得推广。
本书是编者十多年来对模拟电子电路实验教学和教材编写经验总结的基础上编写而成的。本书由王鲁云编写第1~4单元,于海霞编写第5和第6单元,刁立强编写第7和第8单元,许少娟编写第9单元,全书由王鲁云统稿。本书的编写还得到了其他许多教师的帮助和指导,在此一并表示衷心的感谢。
由于编者学术水平和教学经验有限,在本书的编写中难免存在各种错误,敬请有关专家和广大读者多加指正。
编者
2016年8月
《模拟电路实验基础与设计》 内容概述 本书旨在为读者提供扎实的模拟电路理论基础和丰富的实验操作指导,以期帮助读者深入理解模拟电路的工作原理,熟练掌握电路的设计与调试技巧,并能独立完成各种模拟电路的开发项目。全书内容涵盖了模拟电路的入门知识、核心元件特性、基本电路分析方法,以及各种典型模拟电路的设计实践。本书注重理论与实践相结合,通过大量的实验案例,引导读者将抽象的理论知识转化为具体的电路实现,培养其解决实际问题的能力。 核心内容详解 第一部分:模拟电路基础理论 第一章 绪论 模拟电路的定义与重要性: 详细阐述模拟信号与数字信号的区别,以及模拟电路在现代电子系统中的不可或缺的地位,从传感器信号处理到音频视频处理,模拟电路无处不在。 模拟电路的发展历程与趋势: 简要回顾模拟电路技术的发展,介绍其在集成电路、射频通信、高性能测量仪器等领域的最新进展和未来发展方向。 本书的组织结构与学习方法: 明确本书的学习目标,指导读者如何高效地利用本书进行学习,包括理论阅读、实验操作、习题解答等各个环节。 第二章 基本元器件及其特性 电阻器: 种类与参数: 介绍固定电阻、可变电阻(电位器、滑动变阻器)的种类、阻值、功率、精度、温度系数等关键参数。 伏安特性与应用: 分析电阻的线性伏安特性,讲解其在分压、限流、负载等方面的应用。 寄生参数: 探讨电阻的寄生电感和寄生电容对高频电路的影响。 电容器: 种类与参数: 介绍电解电容、陶瓷电容、薄膜电容、钽电容等常见电容器的种类、电容值、耐压、漏电流、等效串联电阻(ESR)等参数。 伏安特性与应用: 分析电容器的充放电特性,讲解其在隔直、滤波、耦合、储能等方面的应用。 频率响应与稳定性: 讨论电容器的频率响应特性,以及温度、电压对电容值的影响。 电感器: 种类与参数: 介绍空心电感、铁芯电感、功率电感等常见电感器的种类、电感量、品质因数(Q值)、饱和电流等参数。 伏安特性与应用: 分析电感器的储能特性,讲解其在滤波、耦合、振荡、变压等方面的应用。 漏磁与耦合: 讨论多绕组电感器的漏磁现象和互感效应。 二极管: PN结基础: 详细讲解PN结的形成、导通与截止条件、载流子运动等基本原理。 普通二极管: 介绍其正向导通压降、反向击穿电压、峰值电流等参数,以及在整流、限幅、钳位等方面的应用。 稳压二极管: 讲解其稳压特性,分析其稳压原理和稳压范围,以及在稳压电路中的应用。 其他类型二极管: 简要介绍肖特基二极管、发光二极管(LED)、光电二极管等特殊二极管的特性与应用。 三极管(BJT): BJT的结构与工作原理: 详细讲解NPN型和PNP型三极管的结构、发射区、基区、集电区的作用,以及共发射极、共集电极、共基极三种基本组态下的工作模式(放大、饱和、截止)。 BJT的静态特性: 分析输入特性曲线、输出特性曲线,讲解电流放大系数(β)、跨导等参数。 BJT的动态特性: 介绍其等效电路模型(混合π模型、T模型),分析其高频特性和开关特性。 BJT的应用: 讲解其在放大电路、开关电路、振荡电路等方面的基本应用。 场效应管(FET): FET的种类与结构: 介绍结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOSFET)的结构、栅极、源极、漏极的作用。 FET的工作原理: 讲解其通过栅极电压控制沟道电导率的原理,分析不同工作区域(可变电阻区、恒流区、截止区)。 FET的特性曲线: 分析输入特性曲线、输出特性曲线,讲解跨导(gm)等参数。 MOSFET的优势与应用: 重点介绍MOSFET在低功耗、高输入阻抗等方面的优势,及其在数字逻辑电路、功率开关电路中的广泛应用。 第三章 基本模拟电路分析方法 电路的基本分析方法: 介绍节点电压法、回路电流法等通用电路分析技术。 线性电路的叠加定理与等效变换: 讲解叠加定理在多信号源电路分析中的应用,以及戴维南定理和诺顿定理在简化电路中的作用。 交流电路分析: 介绍阻抗、导纳的概念,学习使用相量法进行交流电路分析,理解电容和电感的容抗、感抗。 频率响应分析: 引入幅频特性和相频特性的概念,分析电路在不同频率下的响应,理解滤波器的基本概念。 第二部分:典型模拟电路设计与实践 第四章 放大电路 单级放大电路: 共射放大电路: 详细分析其电压增益、输入阻抗、输出阻抗,以及不同偏置方式(固定偏置、自给偏置、分压偏置)对电路性能的影响。 共集电极(射极输出器)放大电路: 分析其特点(电压跟随器),以及在阻抗匹配中的应用。 共基极放大电路: 分析其特点(电流放大),以及在高频应用中的潜力。 多级放大电路: 直接耦合放大电路: 分析其直流工作点稳定性问题。 RC耦合放大电路: 讲解耦合电容的作用,分析其低频截止特性。 变压器耦合放大电路: 介绍变压器在阻抗匹配和信号传输中的作用。 直接耦合放大电路与交直流耦合放大电路的比较: 总结不同耦合方式的优缺点。 差分放大电路: 差分放大电路的结构与原理: 讲解其共模抑制比(CMRR)的重要性,以及抑制噪声的能力。 差分放大电路的输入输出特性: 分析其差模增益和共模增益。 运算放大器(Op-Amp)的引入: 介绍运算放大器作为理想差分放大器的概念,为后续运算放大器电路打下基础。 反馈放大电路: 反馈的类型: 讲解电压负反馈、电流负反馈、电压正反馈、电流正反馈。 负反馈对放大电路性能的影响: 分析负反馈如何提高稳定性、展宽带宽、降低失真,但可能降低增益。 振荡器的基本原理: 介绍正反馈与振荡的关系,巴克豪森判据。 第五章 信号发生电路 RC振荡电路: 介绍移相振荡器、文氏桥振荡器的设计原理和工作流程。 LC振荡电路: 介绍哈特莱振荡器、科尔皮兹振荡器等。 晶体振荡器: 讲解石英晶体的谐振特性,以及晶体振荡器的优越性。 方波、三角波、锯齿波发生器: 介绍如何利用集成电路(如555定时器、运放)产生不同波形的信号。 第六章 滤波器电路 滤波器的基本概念: 介绍低通、高通、带通、带阻滤波器的作用。 无源滤波器: 分析RLC构成的无源滤波器的特性。 有源滤波器: 压控电压源(VCVS)有源滤波器: 讲解其增益可调、易于级联等优点。 Sallen-Key滤波器: 介绍其常见结构和设计方法。 多重反馈(MFB)滤波器: 分析其在特定应用中的优势。 滤波器设计参数: 讲解截止频率、中心频率、通带增益、阻带衰减、品质因数(Q值)等关键参数。 第七章 功率放大电路 功率放大器的分类: A类、B类、AB类、C类、D类功率放大器的特点、效率、失真分析。 甲类功率放大器: 分析其效率低但失真小的特点。 甲乙类推挽放大器: 讲解其如何克服甲类效率低和乙类交越失真的缺点。 输出级设计: 介绍三极管、MOSFET在功率输出级的设计中的应用。 散热问题: 强调功率器件的散热设计的重要性。 第八章 运算放大器(Op-Amp)应用电路 理想运放模型: 再次回顾理想运放的特性。 基本运算电路: 介绍同相放大器、反相放大器、电压跟随器、加法器、减法器、积分器、微分器等。 比较器电路: 介绍零比较器、带滞环的比较器(施密特触发器)及其应用。 波形变换电路: 介绍如何利用运放实现幅度和波形的变换。 集成稳压电源: 介绍如何利用运放和稳压管构成高性能的线性稳压电源。 仪器仪表中的运放应用: 简单介绍其在信号调理、仪表放大器中的作用。 第九章 数据转换电路简介 数模转换器(DAC): DAC的基本原理: 介绍其将数字量转换为模拟量的过程。 R-2R梯形DAC: 讲解其结构和工作原理。 其他类型的DAC: 简要介绍权电流DAC、倒T型DAC等。 模数转换器(ADC): ADC的基本原理: 介绍其将模拟量转换为数字量的过程。 逐次逼近式ADC: 讲解其工作流程和特点。 双积分式ADC: 介绍其高精度和抗干扰能力。 其他类型的ADC: 简要介绍并行式ADC(Flash ADC)、Δ-Σ ADC等。 第三部分:实验设计与实践指导 第十章 实验设计基础 电路图绘制规范: 介绍标准化的电路图绘制方法。 元件选择原则: 指导读者如何根据电路要求选择合适的元件,考虑参数、封装、成本等因素。 电路仿真软件介绍: 介绍LTspice, Proteus, Multisim等主流电路仿真软件的基本使用方法。 电路故障分析与排除: 提供系统性的故障查找思路和方法。 第十一章 综合实验项目 直流稳压电源的设计与制作: 从变压器、整流、滤波到稳压,一步步指导读者完成一个功能完整的电源。 音频放大器的设计与制作: 涵盖前置放大、功率放大等环节,并考虑失真和功率输出。 信号发生器的设计与制作: 结合前面介绍的各种信号产生方法,设计一个多功能信号发生器。 有源滤波器的设计与制作: 根据具体指标要求,设计并实现一个低通或高通滤波器。 其他可选实验项目: 如简易示波器、无线遥控开关等,为读者提供更多实践机会。 附录 常用电子元器件符号大全 电子元器件选型指南 相关国家标准和行业规范简介 本书力求内容详实、讲解清晰、案例丰富,能够帮助读者建立完整的模拟电路知识体系,并具备独立进行电路设计与实验的能力。