西工大模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（2015年秋季，周五第十一、十二節(jié)）小組成員：姓名：郭振超學(xué)號(hào)：2014301801姓名：劉昊然學(xué)號(hào)：2014301803日期：2015年12月19日一、單級(jí)共射放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握用multisim13.0仿真軟件分析單極放大器主要性能指標(biāo)的辦方法。（2）熟悉常用電子儀器的使用方法，熟悉基本電子元器件的作用。（3）學(xué)會(huì)并熟悉“先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)”的電子線路的基本調(diào)試方法。（4）分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響，學(xué)會(huì)調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。（5）掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻級(jí)最大不失真輸出電壓的測(cè)試方法。（6）測(cè)量放大器的頻率特性。二、實(shí)驗(yàn)儀表及元器

2、件元件名稱參數(shù)及數(shù)量元件名稱參數(shù)及數(shù)量雙路直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)示波器一臺(tái)毫伏表一臺(tái)萬用表一塊三極管一個(gè)電阻5個(gè)47k電位器一個(gè)電解電容10f(2個(gè))100f（一個(gè)）模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示，采用基極固定分壓式偏置電路。電路在接通直流電源vcc而未加入輸入信號(hào)（vi=0）時(shí)，三極管三個(gè)極電壓和電流稱為靜態(tài)工作點(diǎn)qvbeq=（0.60.7）v硅管；（0.20.3）v 鍺管vceq=r2vcc/(rp+r1+r2)icq=ieq=（vbq-vbeq）/reibq=icq/1.靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇和測(cè)量放大器的基本任務(wù)是不失真地放大小信號(hào)。為此應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

3、為了獲得最大不失真的輸出電壓，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在輸出特性曲線上交流福在線的中點(diǎn)（q點(diǎn)）。若工作點(diǎn)選得太高則易引起飽和失真；而選的太低，又易引起截止失真。靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量是指在接通電源電壓后放大器輸入端不加信號(hào)時(shí)，測(cè)量晶體管集電極電流 icq、管壓降v。 靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整現(xiàn)象動(dòng)作歸納 現(xiàn)象出現(xiàn)截止失真出現(xiàn)飽和失真兩種失真都出現(xiàn)無失真動(dòng)作減小增大減小輸入信號(hào)加大輸入信號(hào)2.電壓放大倍數(shù)的測(cè)量 電壓放大倍數(shù)是指放大器輸出電壓v0與輸入電壓vi之比,其值與負(fù)載rl有關(guān)，是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。av=v0/vi 式（1）3.輸入電阻和輸出電阻的測(cè)量（1）輸入電阻。放大電路的輸入電阻可用電流電壓法測(cè)量求

4、得。 在輸入回路中串接一外電阻r=1k,用示波器分別測(cè)出電阻兩端的電壓vs和vi,則可求得放大電路的輸入電阻為ri=viv0=vivrr=vivs-vir 式（2） (2)輸出電阻。放大電路的輸出電阻可通過測(cè)量放大電路輸出端 開路時(shí)的輸出電壓vo，帶上負(fù)載后的輸出電壓vl，經(jīng)計(jì)算求得ro=vovl-1rl 式（3）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）仿真部分 1、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量（1）按圖連接電路（2）輸入端加1khz、幅度為100mv(峰峰值)的正弦波，調(diào)節(jié)電位器， 使示波器顯示的輸出波形達(dá)到最大不失真。即逐漸增大輸入信號(hào)的幅度，使放大器的輸出信號(hào)略有失真（飽和失真或者截止失真），調(diào)節(jié)電位器rp，消除失

5、真。重復(fù)上述步驟，直到略微增大輸入信號(hào)的幅值，輸入信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)截止失真和飽和失真，再略微減小輸入信號(hào)幅值，輸出信號(hào)的失真現(xiàn)象同時(shí)消失。此時(shí)得到的輸出信號(hào)電壓，即為最大不失真輸出電壓。（3）采用直流點(diǎn)工作分析法。測(cè)定直流工作點(diǎn)q。記錄數(shù)據(jù)于表1。2、放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試（1）電壓放大倍數(shù)的測(cè)量。調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在如下圖的電路中閉合開關(guān)j1，j2，調(diào)整輸入信號(hào)為1khz、幅度為100mv(峰-峰值)的正弦信號(hào)。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測(cè)出vi，vo的有效值，根據(jù)式（1）電壓放大倍數(shù)。記錄于表2。（2）輸入電阻的測(cè)量。

6、如上圖所示電路中斷開開關(guān)j1，閉合開關(guān)j2，調(diào)整輸入電壓1khz、幅度為100mv(峰-峰值)的正弦信號(hào)。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測(cè)出電阻兩端的電壓vs和vi,根據(jù)式（2）進(jìn)行計(jì)算ri。結(jié)果記錄于表2（3）輸出電壓的測(cè)量。如上圖所示電路中閉合開關(guān)j1，調(diào)整輸入電壓1khz、幅度為100mv(峰-峰值)的正弦信號(hào)。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測(cè)出開關(guān)j2打開和閉合兩種情況下開路時(shí)的輸出電壓vo，帶上負(fù)載后的輸出電壓vl，由式（3）求得ro。數(shù)據(jù)記錄于表2。（4）用掃描分

7、析法測(cè)量放大電路的幅頻特性。完成表三。（二）實(shí)驗(yàn)室操作部分靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量（1）按照實(shí)驗(yàn)電路在面包板上連接好電路，檢查無誤后接通12v直流電 源。（2）在放大電路輸入端加入1khz、幅度為100mv(峰-峰值)的正弦信號(hào)， 在放大電路的輸出端接示波器，調(diào)節(jié)電位器，使示波器所顯示的輸出波形不失真，然后關(guān)掉信號(hào)發(fā)生器的電源，用萬用表，測(cè)量三極 管三個(gè)極分別對(duì)地的電壓vb、 vc、ve，計(jì)算 vceq,icq 數(shù)據(jù)記錄與表四。（3）測(cè)量放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)完成表五。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、仿真部分表一 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真 電壓（v）電流（ma）實(shí)際測(cè)量值vbvcvevceqicq2.852748.129602.

8、145865.983741.93526 表二放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試、計(jì)算結(jié)果（仿真）實(shí)際測(cè)量值參數(shù)viv0avriro負(fù)載開路70.709mv1.225v17.3253.091 k1.993krl=2k70.709mv613.617mv8.678vi、v0 的波形（保證不失真）表三 用掃描分析法測(cè)量放大電路的幅頻特性參數(shù)flfhbw仿真值18.3093khz55.8222mhz4.87e82、實(shí)驗(yàn)室操作部分表四 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量 電壓（v）電流（ma）實(shí)際測(cè)量值vbvcvevceqicq3.5166.6102.8613.7492.625表五放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試計(jì)算結(jié)果實(shí)際測(cè)量值參數(shù)viv0avri

9、ro負(fù)載開路33.33mv0.588v17.6581272.185krl=2k33.33mv0.281v8.431二、集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 加深對(duì)集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用電路和性能參數(shù)的理解。(2)了解集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)，掌握集成運(yùn)算放大器的正確使用方法和基本應(yīng)用電路。(3)掌握由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法、積分和微分等基本運(yùn)算電路的功能。(4)進(jìn)一步熟悉仿真軟件的應(yīng)用。二 實(shí)驗(yàn)儀表及元器件 (1) 雙路直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)：(2) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)；(3) 示波器一臺(tái)；(4) 毫伏級(jí)電壓表一臺(tái)；(5) 萬用表一塊；(6) 集成運(yùn)算放大器（a747)一片；(7)

10、 電容0.01f兩個(gè)，電阻若干；(8) 模擬電路試驗(yàn)臺(tái)一臺(tái)。三 實(shí)驗(yàn)原理(1) 反向加法運(yùn)算電路。電路如下圖所示：對(duì)于理想運(yùn)算放大器，該電路輸出電與輸入電壓之間的關(guān)系為：vo=-（rfr1vi1+rfr2vi2）r3=r1/r2/rf此時(shí)，vo=-（2vi1+3vi2）(2) 同相減法運(yùn)算電路。減法電路實(shí)際上是反相放大電路和同相放大電路的組合，電路如下圖所示：輸出電與輸入電壓之間的關(guān)系為vo=（1+rfr1）（r3r2+r3）vi2- rfr1vi1當(dāng)r1=r2，r3=rf時(shí)vo=rfr1（vi2- vi1）(3) 反相積分運(yùn)算電路。電路如下所示：在理想條件下，該電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)

11、系為vo（t）=-1r1cvidt+vc(0)式中 vc(0)是t=0時(shí)刻電容c兩端的電壓值，即為初始值。如果vi 是幅值為e的階躍電壓，并設(shè)vc(0) ，則 即輸出電壓 vo和時(shí)間成正比即vo（t）=-1r1cvidt+vc(0)=-er1ct。顯然rc的數(shù)值越大，達(dá)到給定的 vo值的所需時(shí)間更長(zhǎng)。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)算放大器最大輸出范圍的限制。四 、實(shí)驗(yàn)過程以及仿真結(jié)果1. 反相加法電路在multisim13電路窗口創(chuàng)建如圖所示電路。輸入端加入幅度為100mv、頻率為1khz的正弦信號(hào) 和幅度為50mv、頻率為1khz的正弦信號(hào) 。點(diǎn)擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)電路在示波

12、器xsc1顯示的輸入、輸出波形如圖所示。2. 同相減法電路在multisim13 電路窗口創(chuàng)建如圖所示電路。輸入端加入幅度為100mv、頻率為1khz的正弦信號(hào) 和幅度為250mv、頻率為1khz的正弦信號(hào) 。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)電路在示波器xsc1顯示的輸入輸出波形如圖所示。3. 積分電路在multisim13 電路窗口創(chuàng)建如圖所示電路。輸入端加入幅度為100mv、頻率為1khz的方波信號(hào) 。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)電路在示波器xsc1顯示的輸入輸出波形如圖所示。三、多級(jí)負(fù)反饋放大電路一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握用multisim 13 仿真研究多級(jí)負(fù)反饋放大電路。（2）

13、學(xué)習(xí)基層運(yùn)算放大器的應(yīng)用，掌握多級(jí)集成運(yùn)算放大電路的工作特點(diǎn)。（3） 研究負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響，掌握負(fù)反饋放大器性能指標(biāo)的測(cè)試方法。（4） 測(cè)試開閉環(huán)的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)和通頻帶。（5） 比較電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和通頻帶在開閉環(huán)時(shí)的差別。（6） 觀察負(fù)反饋對(duì)非線性失真的改善作用。二、 實(shí)驗(yàn)儀表及元器件（1） 雙路直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)。（2） 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)。（3） 示波器一臺(tái)。（4） 毫伏級(jí)電壓表一臺(tái)。（5） 萬用表一塊。（6） 集成運(yùn)算放大器（a741）兩片。（7） 電阻1k一個(gè)，3.9k三個(gè)，5.1k一個(gè)，10k兩個(gè)，100kk一個(gè)20

14、0k，一個(gè)，300k一個(gè)。 （8） 模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)。三、 實(shí)驗(yàn)原理（1）反饋。在電子電路中，將輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過一定的電路形式作用到輸出回路，用來影響其輸出量（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的措施成為反饋。若反饋的結(jié)果使凈輸入量減小，則稱之為負(fù)反饋；反之，稱之為正反饋。若反饋存在于直流通路，則稱為直流反饋；若反饋存在于交流通路，則稱為交流反饋。（2）實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。該放大電路由兩級(jí)運(yùn)放構(gòu)成的而反相比例器組成，在末級(jí)的輸出端引入了反饋網(wǎng)絡(luò)cf、rf2和rf1，構(gòu)成了交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。圖1（3）放大器基本參數(shù)1. 開環(huán)參數(shù)。將反饋支路的p點(diǎn)與b點(diǎn)相連，便可得

15、到開環(huán)時(shí)的放大電路。由此可測(cè)出開環(huán)時(shí)放大電路的電壓放大倍數(shù)av、輸入電阻ri，輸出電阻ro、反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)f和通頻帶fbw，即av=vlviri=vir1vi-vnro=(vovl-1) rlf=vfvlfbw=fh-fl式中：vn為n點(diǎn)對(duì)地的交流電壓；vo為負(fù)載rl開路時(shí)的輸出電壓；vl為加上負(fù)載rl時(shí)的輸出電壓；fh和fl和分別為放大器的上、下限頻率，其定義為放大器的放大倍數(shù)下降為中頻放大倍數(shù)的1/2 倍時(shí)的頻率值。2.閉環(huán)參數(shù)。通過開環(huán)時(shí)放大電路的電壓放大倍數(shù)av，輸入電阻ri，輸出電阻ro，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)f和上、下限頻率fh和fl，可以計(jì)算求得多級(jí)反饋放大電路的閉環(huán)電壓

16、放大倍數(shù)avf、輸入電阻rif、輸出電壓rof和通頻帶fbw的理論值，即avf=av1+avfvrif=ri(1+avfv)rof=ro1+avfv式中av=vovifbw=fhf-flf=fh1+avfv-fl1+avfv測(cè)量放大電路的閉環(huán)特性時(shí)，應(yīng)將反饋電路的p點(diǎn)與a點(diǎn)相連，以構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)需要適當(dāng)增大輸入信號(hào)電壓vi，使輸出電壓vl（接入負(fù)載rl時(shí)的測(cè)量值）達(dá)到開環(huán)時(shí)的測(cè)量值，然后分別測(cè)出vi、vn、vf、fbw及vo（負(fù)載rl開路時(shí)的測(cè)量值）的大小，并由此得到負(fù)反饋放大電路閉環(huán)特性的實(shí)際測(cè)量值為avf=vovirif=vir1vi-vnrof=(vovl-1) rlf=vfvofb

17、w=fhf-flf上述所得結(jié)果應(yīng)與開環(huán)測(cè)試時(shí)由上式所計(jì)算的理論值近似相等，否則應(yīng)該找出原因后重新測(cè)量。在進(jìn)行上述測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證各點(diǎn)信號(hào)波形與輸入信號(hào)為同頻率且不失真的正弦波，否則應(yīng)找出原因，排除故障后再進(jìn)行測(cè)量。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）仿真部分1.觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)放大電路輸出波形的影響，并測(cè)量電壓放大倍數(shù)及反饋深度。在圖1中，將輸入信號(hào)設(shè)置為：正弦信號(hào)，頻率1khz，幅度為10mv，接入四通道示波器同時(shí)觀測(cè)輸入、輸出波形。（1） 開關(guān)p打向b，測(cè)的電路無反饋時(shí)的波形圖如下并測(cè)量此時(shí)放大電路的輸出電壓。（2） 開關(guān)p打向a，測(cè)的電路有反饋時(shí)的波形圖如下并測(cè)量此時(shí)放大電路的輸出電壓。記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算反饋深度

18、，記錄下表。開環(huán)vivoa反饋深度1+af7.071mv1.179v166.7377606.54閉環(huán)vifvofaf7.071mv351.555mv45.6142.觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)放大電路輸出波形非線性失真的影響將輸出電壓幅度增大到100mv，電路圖如下在無反饋時(shí)輸出波形幅度大但失真明顯，如下圖所示在有反饋時(shí)輸出波形幅度小但失真消失，如下圖所示3.觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)通頻帶的影響引入負(fù)反饋后，放大電路總的通頻帶得到了拓寬。調(diào)節(jié)輸入信號(hào)如10mv，如圖1打開波特圖儀。（1）開關(guān)p打向b，單擊仿真開關(guān)，測(cè)的電路無反饋時(shí)的幅頻特性如下圖所示（2）開關(guān)p打向a，單擊仿真開關(guān)，測(cè)的電路有反饋時(shí)的幅頻特性如下圖所示

19、四、rc文氏電橋振蕩電路 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）學(xué)習(xí)rc正弦波振蕩器的組成及其震蕩條件。 （2）學(xué)會(huì)測(cè)量、調(diào)試振蕩器。 二、實(shí)驗(yàn)原理 文氏電橋振蕩電路又稱rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩電路，它是一種較好的正弦波產(chǎn)生電路，適用于頻率小于1mhz，頻率范圍寬，波形較好的低頻振蕩信號(hào)。 從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號(hào)的，為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路中加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器通常是得不到正弦波的，這是由于正反饋量很難控制，故還需要加入一些其它電路。 如圖所示，是用運(yùn)算放大器組成的文氏電橋rc正弦波震蕩電路： 圖中r3，r4，rp 構(gòu)成負(fù)

20、反饋支路，調(diào)節(jié)電位器rp可以改變負(fù)反饋的深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。 r1，r2，c1，c2的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋之路并兼做選頻網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管d1，d2利用正向電阻的非線性特性構(gòu)成穩(wěn)幅電路。二極管d1，d2要求溫度穩(wěn)定性好且特性匹配，這樣才能保證輸出波形正負(fù)半周對(duì)稱，同時(shí)接入r4以消除二極管的非線性影響。 若 r1=r2，c1=c2，則振蕩頻率為f0=12rc正反饋的電壓與輸出電壓同 相位（此為電路振蕩的相位平衡條件），且正反饋的系數(shù)為1/3。為滿足電路的起振條件，放大器的電壓放大倍數(shù)av3av=1+rp+r4r33rp+r42r3由此可得出當(dāng)rp+r42r3時(shí)，可滿

21、足自激振蕩的振幅起振條件。在實(shí)際應(yīng)用中r6略 應(yīng)大于r3，這樣既可以滿足起振條件，又不會(huì)因?yàn)檫^大而引起波形嚴(yán)重失真。此外，若對(duì)所有的頻率成分不加選擇的反饋放大，則無法輸出正弦信號(hào)。為了輸出單一的正弦波，還必須進(jìn)行選頻，僅僅使某一頻率的正弦信號(hào)被放大和反饋形成震蕩，而使其它的頻率成分被抑制。由于振蕩的頻率為f0=1/2rc，故在電路中可變換電容來進(jìn)行振蕩的頻率的粗調(diào)，可用電位器代替r1，r2來進(jìn)行頻率的細(xì)調(diào)。 電路起振以后，由于元件的不穩(wěn)定性，如果電路增益增大，輸出幅度將越來越大，最后由于二極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果增益不足，則輸出幅度減小，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)

22、穩(wěn)幅電路。圖中負(fù)反饋支路的兩個(gè)二極管即為自動(dòng)限幅元件，主要利用二極管的正向電阻隨所加電壓而改變的特性，來自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）按所示的電路圖連接好仿真實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān) j1、j2 ，檢查無誤后，接通+12v直流電源。（2）啟動(dòng)仿真，用示波器觀察有無正弦波的輸出。若無輸出，可從小到大調(diào)節(jié)rp使得節(jié)vo波形從無到有，恰好出現(xiàn)震蕩波形，記錄波形；然后繼續(xù)增大，直至穩(wěn)定不失真，記錄波形；繼續(xù)增大，直至恰好出現(xiàn)失真波形，記錄此時(shí)的波形以及rp的值。（3）調(diào)節(jié)可變電阻rp，分別測(cè)量以上三種情況下，輸出電壓vo和反饋電壓的值，并將結(jié)果記錄在表1中，分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對(duì)起振條件和輸出波形的影

23、響。（4）保持其他參數(shù)不變，觀察c1=c2=0.01f和c1=c2=0.02f兩種情況下（輸出波形最大且不真），用毫伏表測(cè)量和的有效值vo和vf以及頻率，并記錄結(jié)果于表 2中。（5）打開開關(guān)j1、j2，再次觀察vo波形。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （1）j1、j2閉合時(shí)仿真波形記錄 臨界起振 波形 正弦波輸出 vo波形失真 vo波形表1 正弦波振蕩器實(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)表起振振幅最大且不失真臨界失真（輸出已失真）可變電阻rp6.6k9.4k9.5k反饋電壓vf41.368mv2.586v2.701v輸出電壓vo124.108mv7.758v8.102v表2 正弦波振蕩器實(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)值輸出電壓vo頻率fc1=c2=

24、0.01f7.758v1.577khzc1=c2=0.02f7.764v791.961hz(3) j1、j2打開時(shí)仿真波形記錄 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （1）由振蕩器的原理可知，當(dāng)增大電位器r5阻值時(shí)，放大器的增益逐漸增大，當(dāng)達(dá)到r6 =（rp+r4）r3時(shí)，則振蕩器總體電壓放大倍數(shù)大于1，達(dá)到自激振蕩的條件。此時(shí)開始自激振蕩。當(dāng)繼續(xù)增大電位器時(shí)，增益繼續(xù)增大，二極管開始非線性限幅，當(dāng)輸出幅值過大時(shí)，超過二極管限幅最值，開始出現(xiàn)非線性失真。 （2）改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電容值，例如改為0.02f，則理論上振蕩器的輸出信號(hào)的頻率變?yōu)樵瓉淼囊话?，?shí)驗(yàn)結(jié)果中如果忽略誤差，則結(jié)果符合理論計(jì)算和猜測(cè)。 （3）斷開二極

25、管，電路失去限幅能力，一旦開始振蕩，稍微增大放大器的增益，便會(huì)達(dá)到放大器的最大輸出幅值，無法完成實(shí)際的應(yīng)用。五、方波發(fā)生器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 學(xué)會(huì)利用mustusim 13.0仿真使用電壓比較器產(chǎn)生方波。（2） 學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)方波電路的占空比。二、 實(shí)驗(yàn)原理通過電壓比較可以產(chǎn)生方波，如圖所示。圖一負(fù)相輸入端的電容充、放電時(shí)，其變化的電壓與經(jīng)過反饋的rf反饋的電壓進(jìn)行比較，就得到了方波。二極管d1,d2與電阻rp，r3組成的電路用來控制電容的充、放電時(shí)間，從而控制方波的占空比。穩(wěn)壓二極管vz的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的方波幅度來選擇穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓vz。此外，方波幅度和寬

26、度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓二極管的對(duì)稱性有關(guān)。為了得到對(duì)稱的方波輸出，通常贏選用高精度的雙向穩(wěn)壓二極管。r2為穩(wěn)壓二極管的限流電阻，其阻值由所選的穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電流來決定。設(shè)接通電源后輸出電壓vo=+vz，二極管d1導(dǎo)通，d2截止，vo經(jīng)rp向c充電，充電時(shí)間常數(shù)為rpc。當(dāng)電容兩端電壓vc略大于同相輸入電壓vf時(shí)，輸出電壓vo跳變-vz，二極管d1截止，d2導(dǎo)通，電容經(jīng)r3向輸出端放電，放電時(shí)間常數(shù)為r3c。當(dāng)vc略小于vf時(shí)，輸出電壓vo又跳變?yōu)?vz。如此周而復(fù)始進(jìn)行，隨著電容的充放電，輸出電壓不斷翻轉(zhuǎn)，形成方波。輸出脈沖高電平vo=+vz的時(shí)間為t1=rpcln(1+2r1rp)輸出脈沖低電

27、平vo=-vz的時(shí)間為t2=r3cln(1+2r1rp)振蕩頻率為f=1t=1t1+t2=1rp+r3cln(1+2r1rp)占空比為d=t1t=rprp+r3可見調(diào)節(jié)電位器rp，改變r(jià)3的大小，即可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。但由于受運(yùn)算放大器上升因素的限制，不能得到太窄的矩形波。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一） 仿真分析在multisim 13.0 電路窗口創(chuàng)建如圖一所示電路。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)示波器xsc1通道a顯示的曲線表示電容充、放電時(shí)負(fù)相輸入端的波形情況；通道b顯示的方波，并記錄波形圖。（二） 實(shí)驗(yàn)室操作1） 按照?qǐng)D一所示連接好電路，檢查無誤后，接+12v直流電源。2） 用示波器觀察vo

28、、vc處的波形，記錄波形并比較他們之間的相位關(guān)系。3） 用示波器測(cè)量vo、vc處波形的幅值和頻率。4） 調(diào)節(jié)可變電阻rp，用示波器觀察輸出電壓vo的變化情況。四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一） 仿真部分。（二） 實(shí)驗(yàn)室操作幅值頻率vo4.719v73.988hzvc937.992mv-六、有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握在仿真情況下測(cè)試濾波器的波特圖與上限頻率。(2)掌握濾波器上限頻率的測(cè)試方法，了解濾波器在實(shí)際中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理濾波器是具有頻率選擇功能的電路，它允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而對(duì)不需要傳送的頻率范圍的信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效的抑制，從而“過濾”掉不需要的頻率信號(hào)，理想的濾波器通帶內(nèi)具有均勻而穩(wěn)定的

29、增，而在通帶以外則具有無窮大的衰減。濾波器在通信、電子工程、儀器儀表等領(lǐng)域中有著極其廣泛的應(yīng)用。根據(jù)濾波器通帶和阻帶的不同，濾波器可以分為低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型（1） 低通濾波器（lpf）。用來通過低頻信號(hào)，衰減或抑制高頻信號(hào)的濾波器稱為低通濾波器，如圖一所示為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級(jí)rc濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容c1接至輸出端，通過引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖一（2） 高通濾波器（hpf）。與低通濾波器相反，高通濾波器通過高頻信號(hào)，衰減或抑制低頻信號(hào)。只要將圖一中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器，如圖二所示。圖二（3）

30、帶通濾波器（bpf）。這種濾波器的作用是只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)均加以抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級(jí)改成高通而成，如圖三所示。圖三（4） 帶阻濾波器（bef）。在雙t網(wǎng)絡(luò)后加一級(jí)同相比例運(yùn)算電路就構(gòu)成了基本的二階有源帶阻濾波器，如圖四所示。這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號(hào)不能通過（或者受到很大的衰減或抑制），而在其余的頻率范圍內(nèi)，信號(hào)則能順利通過。圖四三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一） 計(jì)算機(jī)仿真部分1、二階有源低通濾波器（1）按照?qǐng)D一連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階

31、有源低通濾波器的幅頻特性曲線。2、二階有源高通濾波器（1）按照?qǐng)D二連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源高通濾波器的幅頻特性曲線。3、二階有源帶通濾波器（1）按照?qǐng)D三連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源帶通濾波器的幅頻特性曲線。4、二階有源帶阻濾波器（1）按照?qǐng)D四連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源帶阻濾波器的幅頻特性曲線。（二）實(shí)驗(yàn)室操作（1）二階有源低通濾波器。1）取vi為峰值為100mv的正弦波信號(hào)，調(diào)整輸入信號(hào)的頻率，分別測(cè)量輸入頻率在100hz，150hz

32、，200hz，1000hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表一中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表一中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器上限頻率fh。（2）二階有源高通濾波器。1）取vi為峰值為100mv的正弦波信號(hào)，調(diào)整輸入信號(hào)的頻率，分別測(cè)量輸入頻率在100hz，150hz，200hz，1000hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表二中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表二中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器下限頻率fl。（3）二階有源帶通濾波器。1）取vi為峰值為100mv的正弦波信號(hào)，調(diào)整輸入信號(hào)的頻率，分別測(cè)量輸入頻率在100hz，150hz，200hz，1000hz時(shí)輸出電壓

33、的大小記錄在表三中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表三中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器下限頻率fl和上限頻率fh。（4）二階有源帶阻濾波器。1）取vi為峰值為100mv的正弦波信號(hào)，調(diào)整輸入信號(hào)的頻率，分別測(cè)量輸入頻率在100hz，150hz，200hz，1000hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表三中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表三中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器下限頻率fl和上限頻率fh。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一）計(jì)算機(jī)仿真部分（1）二階有源低通濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源低通濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3db的位置，該處即為二階有源低通濾波器的上限截止頻率498.

34、816hz。與理論值498hz接近。（2）二階有源高通濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源高通濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3db的位置，該處即為二階有源高通濾波器的下限截止頻率501.414hz。與理論值498hz接近。（3）二階有源帶通濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源帶通濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3db的位置，左邊該處即為二階有源帶通濾波器的下限截止頻率257.247hz，右邊上限截止頻率959.055hz。分別與理論值256hz和968hz接近。（4）二階有源帶阻濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源帶阻濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3db的位置，左邊該處即為二階有源帶阻濾波器的下限截止頻率330.157hz，

35、右邊上限截止頻率765.601hz。分別與理論值328hz和756hz接近。（二）實(shí)驗(yàn)室操作。（1）二階有源低通濾波器輸入頻率/hz1001502002503004006008001000vo/mv111.164110.691109.563107.382103.80792.15761.56839.08826.03av/(vo/vi)1.5721.5651.5491.5191.4681.3030.8710.5530.368av/db3.9293.8903.8013.6313.3352.299-1.200-5.145-8.683上限截止頻率498.816hz（2）二階有源高通濾波器輸入頻率/hz1

36、001502002503004006008001000vo/mv4.610.30718.13827.77636.66461.02591.728103.531107.717av/(vo/vi)0.0650.1460.2570.3930.5190.8491.2971.4641.523av/db-23.742-16.712-11.801-8.112-5.697-1.4222.2593.3113.654下限截止頻率501.414hz（3）二階有源帶通濾波器輸入頻率/hz1001502002503004006008001000vo/mv22.61433.77644.57654.61563.35374.9

37、9475.1563.61552.95av/(vo/vi)0.3200.4780.6300.7720.8961.0611.0630.9000.749av/db-9.897-6.411-4.013-2.248-0.9540.5140.531-0.915-2.510下限截止頻率257.247hz，右邊上限截止頻率959.055hz（4）二階有源帶阻濾波器輸入頻率/hz1001502002503004006008001000vo/mv109.567107.05102.86796.19985.83448.85347.41585.03697.228av/(vo/vi)1.5501.5141.4581.36

38、01.2140.6910.6711.2031.375av/db3.8073.6033.2752.6701.684-3.210-3.4661.6052.766下限截止頻率330.157hz，右邊上限截止頻率765.601hz七、溫度控制電路的設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解傳感器的基本知識(shí)，掌握溫度傳感器的基本用法。（2） 了解有關(guān)控制的基本知識(shí)。（3） 掌握根據(jù)溫度傳感器來設(shè)計(jì)控制電路的基本思想。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求（1）電源：?jiǎn)坞娫?12v或雙電源+12v供電均可。（2）要求溫度設(shè)定范圍為-20+130,溫度非線性誤差不得超過5。（3）控制部分：監(jiān)控溫度高于設(shè)定的上限溫度或低于下限溫度時(shí)，分別點(diǎn)

39、亮不同顏色的二極管。（低于規(guī)定溫度黃燈亮，高于規(guī)定溫度紅燈亮）三、 實(shí)驗(yàn)原理與電路設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)監(jiān)控溫度來做出相應(yīng)的報(bào)警響應(yīng)，該溫度傳感控制系統(tǒng)如圖環(huán)境溫度報(bào)警控制信號(hào)處理溫度傳感器溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路對(duì)其進(jìn)行處理，最后通過過報(bào)警控制電路來控制發(fā)光二極管的指示。（一）溫度傳感器1、有關(guān)溫度傳感元件介紹（1）熱敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻器也稱ptc型熱敏電阻器，屬于直熱式熱敏電阻器，其主要特性是電阻值與溫度變化成正比例關(guān)系，即當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻隨之增大。（2）集成芯片lm35。lm35是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精

40、度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度成線性關(guān)系。因而，從使用角度來說，lm35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，lm35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供常用的室溫精度。2、lm35特點(diǎn)與基本參數(shù)：直接以攝氏溫度校準(zhǔn)；線性比例因數(shù)：10.0mv/；0.5的精確性保證(+25)；額定全工作范圍：-55+150；電源供電范圍：430v；漏電電流：小于60a；低自發(fā)熱量，在靜止空氣中：0.08；非線性特性：+1/4；封裝形式及管腳說明、典型應(yīng)用：lm35采用to-220塑料封裝形式。（二）溫度傳感元件的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求中隊(duì)電源的要求，熱敏電阻、lm35和ad590都可以選用，但根據(jù)對(duì)傳感器工作條件和精度要求綜合考慮，選擇lm35作為溫度傳感元件.（三）信號(hào)處理 由lm35的技術(shù)資料可知，lm35把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出范圍在-550+1500mv內(nèi)，并且輸出電壓和溫度呈良好的線性關(guān)系。要點(diǎn)亮發(fā)光二極管， 僅僅靠lm35提供的輸出電壓顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行放大。所以選擇電壓放大器作為信號(hào)處理部分。下面給出用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的同相比例放大器的應(yīng)用實(shí)例。如圖所示電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為vo=1+rfr1 vi即vo=10 vi為了減小輸出級(jí)偏置電