模擬電子電路實(shí)驗(yàn)的調(diào)試與故障檢測(cè)第四章

1、第4章 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)4.1 波形發(fā)生器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握正弦波、方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。2學(xué)會(huì)安裝、調(diào)試分立器件與集成電路組成的電子電路小系統(tǒng)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1示波器2數(shù)字萬(wàn)用表3計(jì)算機(jī)4直流穩(wěn)壓電源三、電路設(shè)計(jì)（由于條件限制，提供如下參考電路）1RC正弦振蕩器圖4.1 RC正弦波振蕩器圖4.1是RC橋式振蕩器的原理電路，AV為由集成運(yùn)放所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，F(xiàn)V為由R2、C2與R1、C1組成的正反饋網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C，則振蕩頻率： （4.1）為了滿足起振條件，取。2. 方波-三角波發(fā)生器圖4.2 方波三角波發(fā)生器圖4.2的第一級(jí)為雙向限幅的方波發(fā)生器，第

2、二級(jí)為反相積分器-把輸入方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成三角波。第一級(jí)中R1 R2組成正反饋支路電阻Rf（由R3和Rp1組成）電容C1組成負(fù)反饋支路。當(dāng)電容C1端電壓UC（等于運(yùn)放的反相端電壓U-）大于V+時(shí)，輸出電壓U0= -Uz（雙向穩(wěn)壓管Dz的限幅電壓），則電容C1經(jīng)電阻R放電，UC下降，當(dāng)UC下降到比U+小時(shí)，比較器的輸出電壓U0= +Uz，電容C1又經(jīng)過(guò)電阻R充電，電容的端電壓UC又開始上升，如此重復(fù)，則輸出電壓U0為周期性方波，如圖4.3所示。方波頻率： （4.2）圖4.3四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1設(shè)計(jì)RC正弦波振蕩器性能指標(biāo)要求：頻率范圍100Hz1KHz輸出電壓：2設(shè)計(jì)方波三角波發(fā)生器性能指標(biāo)要求：頻率范圍

3、100Hz1KHz輸出電壓：方波，三角波3要求所設(shè)計(jì)的電路用Multisim做仿真分析4電路要進(jìn)行裝配、調(diào)試、驗(yàn)收五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、內(nèi)容1設(shè)計(jì)過(guò)程及用Multisim進(jìn)行仿真分析。2整理所測(cè)數(shù)據(jù)。3將理論值與實(shí)際值比較，分析誤差。六、思考題1三角波輸出幅度是否可以超過(guò)方波幅度？如果正、負(fù)電源電壓不等，輸出波形如何？2RC正弦波振蕩器如果不起振，將如何調(diào)節(jié)？4.2 集成電路、分立元件混合放大器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握集成電路、分立元件混合放大器的設(shè)計(jì)方法。2學(xué)會(huì)安裝、調(diào)試電子電路小系統(tǒng)。二、任務(wù)設(shè)計(jì)與制作使用集成電路、分立元件組成的混合放大器。三、要求1基本要求設(shè)計(jì)集成電路、分離元件單聲道混合放大器

4、，使用+12V、-12V穩(wěn)壓電源。性能指標(biāo)要求達(dá)到如下：（1）頻率范圍：40Hz20KHz±3dB；（2）額定輸出功率：（） （8、1KHZ）；（3）效率：40%；（4）在輸入端交流短路接地，輸出端交流信號(hào)50mVpp。針對(duì)以上，設(shè)計(jì)完善電路。最后要求調(diào)試好，測(cè)試其靜態(tài)工作點(diǎn)及性能指標(biāo)：（電壓放大倍數(shù)、輸入靈敏度、額定輸出功率、效率、頻響、噪聲電壓、輸入阻抗、輸出阻抗）。2發(fā)揮部分設(shè)計(jì)集成電路、分離元件單聲道混合放大器，使用+12V、-12V穩(wěn)壓電源。性能指標(biāo)要求達(dá)到如下：（1）頻率范圍：20Hz100kHz±3dB；（2）輸出功率：（8、1KHZ）；（3）效率：50%；（

5、4）在輸入端交流短路接地，輸出端交流信號(hào)20mVpp。3制作要求（1）給出設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證方案的可行性；對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用Multisim仿真。（2）選擇合適的元器件。（3）制作PCB板時(shí)要求在電路板上腐蝕出學(xué)號(hào)、姓名；自己焊接、安裝、調(diào)測(cè)。（4）電路穩(wěn)定、測(cè)完數(shù)據(jù)后予老師驗(yàn)收電路板并上交與指導(dǎo)教師。四、由于條件限制、提供如下主要元器件，見(jiàn)表4.2.1：五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1計(jì)算機(jī) 一臺(tái)2示波器 一臺(tái)3低頻信號(hào)源 一臺(tái)4直流穩(wěn)定電源 一臺(tái)5交流毫伏表 一臺(tái)6數(shù)字萬(wàn)用表 一塊六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1按設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，所設(shè)計(jì)電路用EWB或Multisim仿真分析。2整理所測(cè)數(shù)據(jù)。3將理論值與實(shí)際值比

6、較，分析誤差。七、思考題1集成電路、分立元件混合放大器的理論輸出幅度如何計(jì)算？2如果正、負(fù)電源電壓不等，輸出波形如何？表4.2.1 主要參考元器件元件名稱（型號(hào)）數(shù)量1/2W電阻20K歐2100K歐210K歐230歐2220歐22W電阻1歐28.2歐2電容電解電容100mF/25V40.1mF/63V40.033mF/63V110pf/63V1二極管1N41484三極管2N555112N54011B6491D6691ICNE55321印制板100*.60mm1IC插座2*4DOP1八、由于條件限制、提供如下參考電路：圖4.2.1圖4.2.2圖4.2.3圖4.2.4九、主要元器件管腳：圖4.2.

7、5圖4.2.6十、印制板排版參考印制版按如下排列較合理：信號(hào)地與電源地分別走，最后在一點(diǎn)會(huì)合，利于提高信噪比。圖4.2.7十一、調(diào)試要點(diǎn)不管采用哪個(gè)電路，電路未穩(wěn)定之前，為了保護(hù)易損壞的功率輸出管D669、B649，先不要加功率輸出管D669、B649，此時(shí)電路能正常工作，只是輸出功率小、帶負(fù)載能力差；待電路正常工作后，再加功率輸出管D669、B649，穩(wěn)定后測(cè)其參數(shù)。4.3 低頻功率放大器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握低頻功率放大器的設(shè)計(jì)。2學(xué)會(huì)安裝、調(diào)試電子電路小系統(tǒng)。二、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)低頻功率放大器，該放大器包括前置放大和低頻功率放大電路。要求末級(jí)功放管采用分立的大功率MOS晶體管（不得使

8、用MOS集成功率模塊）。三、要求1前置放大電路要求：（1）小信號(hào)電壓放大倍數(shù)不小于400倍（輸入正弦信號(hào)電壓有效值小于10mV）。（2）-1dB通頻帶為20Hz20kHz。（3）輸出阻抗為600W。2功率放大電路要求：制作功率放大電路，對(duì)前置放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，要求末級(jí)功放管采用分立的大功率MOS晶體管（不得使用MOS集成功率模塊）。（1）當(dāng)前置放大電路輸入正弦信號(hào)vi電壓有效值為5mV、功率放大器接8W電阻負(fù)載（一端接地）時(shí)，要求輸出功率5W，輸出電壓波形無(wú)明顯失真。（2）功率放大電路的-3dB通頻帶為20Hz20kHz。（3）功率放大電路的效率60%。（4）其他。3制作要求（1

9、）給出設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證方案的可行性；對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用Multisim仿真。（2）選擇合適的元器件。（3）制作PCB板時(shí)要求在電路板上腐蝕出學(xué)號(hào)、姓名。自己焊接、安裝、調(diào)測(cè)。（4）電路穩(wěn)定測(cè)完數(shù)據(jù)后予老師驗(yàn)收電路板并上交與指導(dǎo)教師。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1計(jì)算機(jī) 一臺(tái)2示波器 一臺(tái)3低頻信號(hào)源 一臺(tái)4直流穩(wěn)定電源 一臺(tái)5交流毫伏表 一臺(tái)6數(shù)字萬(wàn)用表 一塊五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1按設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，給出設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證方案的可行性，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用EWB或Multisim仿真。2整理所測(cè)數(shù)據(jù)。3將理論值與實(shí)際值比較，分析誤差。六、思考題1低頻功率放大器的理論輸出幅度如何計(jì)算？2如果正、負(fù)電源電壓不等，輸

10、出波形如何？4.4 直流穩(wěn)定電源的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握直流穩(wěn)定電源的設(shè)計(jì)。2學(xué)會(huì)安裝、調(diào)試電子電路小系統(tǒng)。二、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作交流變?yōu)橹绷鞯姆€(wěn)定電源。三、要求1基本要求：（1）穩(wěn)壓電源 220V、50Hz電壓變化范圍內(nèi)+15-20條件下： 輸出電壓可調(diào)范圍：+9V+12V；（不能采用0.5A以上的集成穩(wěn)壓芯片）； 最大輸出電流：1.5A； 電壓調(diào)整率0.2（輸入電壓220V變化范圍+15-20條件下，滿載）； 負(fù)載調(diào)整率1（最低輸入電壓下，空載到滿載）； 紋波電壓（峰-峰值）5mVpp（最低輸入電壓下，滿載）； 效率40（輸出電壓9V，輸入電壓220V下，滿載）； 具有過(guò)流及短路保護(hù)功能； 不

11、能采用0.5A以上的集成穩(wěn)壓芯片。（2）穩(wěn)流電源 在輸入電壓為直流+12V的條件下； 輸出電流：420mA可調(diào)； 負(fù)載調(diào)整率1（輸入電壓+12V下、負(fù)載電阻由200300變化時(shí)，輸出電流為20mA時(shí)的相對(duì)變化率）；（3）DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V 條件下； 輸出電壓為+100V，輸出電流為10mA； 電壓調(diào)整率1（輸入電壓變化范圍+9V+12V）； 負(fù)載調(diào)整率1（輸入電壓+12V下、空載到滿載）； 紋波電壓（峰-峰值）100mV（輸入電壓+9V下，滿載）。2制作要求（1）給出設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證方案的可行性；對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用Multisim仿真。（2）選擇合適的器件。（3）制作PC

12、B板時(shí)要求在電路板上腐蝕出學(xué)號(hào)、姓名。自己焊接、安裝、調(diào)測(cè)。（4）電路穩(wěn)定測(cè)完數(shù)據(jù)后予老師驗(yàn)收電路板并上交與指導(dǎo)教師。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1計(jì)算機(jī) 一臺(tái)2示波器 一臺(tái)3低頻信號(hào)源 一臺(tái)4直流穩(wěn)定電源 一臺(tái)5交流毫伏表 一臺(tái)6數(shù)字萬(wàn)用表 一塊五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1按設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，給出設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證方案的可行性，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用EWB或Multisim仿真。2整理所測(cè)數(shù)據(jù)。3將理論值與實(shí)際值比較，分析誤差。六、思考題1如何提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)？2如何提高穩(wěn)流電源的技術(shù)指標(biāo)？3如何提高DC-DC變換器的技術(shù)指標(biāo)？4.5 基于數(shù)字電位器增益可調(diào)放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用。2了

13、解數(shù)字電位器工作特點(diǎn)，掌握其使用方法。3理解運(yùn)算放大器電壓增益步進(jìn)可調(diào)的原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1雙蹤示波器 一臺(tái) 2直流穩(wěn)壓電源 一臺(tái) 3函數(shù)發(fā)生器 一臺(tái) 4X9313數(shù)字電位器板 一塊 4電阻箱 一臺(tái) 5萬(wàn)用表 一塊三、理論準(zhǔn)備1集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。在大多數(shù)情況下，將運(yùn)放視為理想運(yùn)放，就是將運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，滿足下列條件的運(yùn)算放大器稱為理想運(yùn)放。開環(huán)電壓增益：AUd=，輸

14、入阻抗：RI=，輸出阻抗：Ro=0，帶寬：FBW=，失調(diào)與漂移均為零等。理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性：（1）輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式UOAUd（U+U），由于AUd=，而UO為有限值，因此，U+U0。即U+U，稱為“虛短”。（2）由于RI=，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，即IIB0，稱為“虛斷”。這說(shuō)明運(yùn)放對(duì)其前級(jí)吸取電流極小。上述兩個(gè)特性是分析理想運(yùn)放應(yīng)用電路的基本原則，可簡(jiǎn)化運(yùn)放電路的計(jì)算?；具\(yùn)算電路： 反相比例運(yùn)算電路電路如圖4.5.1所示。對(duì)于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，為了減小輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R

15、2R1 / RF。 圖4.5.1 反相比例運(yùn)算電路 圖4.5.2 反相加法運(yùn)算電路 反相加法電路電路如圖4.5.2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，R3R1 / R2 / RF 。 同相比例運(yùn)算電路圖4.5.3（a）是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，R2R1 / RF 。當(dāng)R1時(shí)，UOUi，即得到如圖4.5.3（b）所示的電壓跟隨器。圖中R2RF，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10K，RF太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。 （a）同相比例運(yùn)算電路 （b）電壓跟隨器圖4.5.3 同相比例運(yùn)算電路2X9313數(shù)字電位器X9313為工業(yè)級(jí)的32抽頭數(shù)字電位器，

16、最大阻值為10 k，采用8引腳。X9313結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5-4所示。它由輸入部分、非易失性存儲(chǔ)器和電阻陣列三部分組成。兩個(gè)頂腳引線分別接和，中間抽頭為。、和為三個(gè)控制端。為片選端，為低電平時(shí)，X9313選中。此時(shí)才能接收和的信號(hào)。在下降沿使計(jì)數(shù)器增或減1（視電平而定）。如果=1，滑動(dòng)端向方向滑動(dòng)，與之間的電阻減小一個(gè)階值。反之，如果=0，滑動(dòng)端向方向滑動(dòng)。圖4.5.4 X9313結(jié)構(gòu)框圖X9313數(shù)字電位器功能如表4.5.1所示。表4.5.1管腳功能描述片選端，使用時(shí)需接低電平片選端，使用時(shí)需接低電平數(shù)字脈沖輸入端3X9313數(shù)字電位器板X9313驅(qū)動(dòng)電路包括NE555P單脈沖產(chǎn)生電路、高低

17、電平電路和X9313WP應(yīng)用電路。X9313數(shù)字電位器板如圖4.5.5所示，電路走線在板的底層，屏蔽電路細(xì)節(jié)，板上標(biāo)明各功能端名稱。為了適合學(xué)生用于模擬電子電路實(shí)驗(yàn)需要，將該數(shù)字電位器板設(shè)計(jì)成通用電位器的形式，即常見(jiàn)的、三個(gè)端。使用時(shí)，加上電源+5V，通過(guò)單刀開關(guān)設(shè)定的Up或Down狀態(tài)。整個(gè)數(shù)字電位器在按鍵作用下，阻值呈步進(jìn)遞增或遞減。與模擬電位器的區(qū)別是它是有源的，并且中間抽頭滑動(dòng)方向可自行設(shè)定。圖4.5.5 X9313數(shù)字電位器板四、預(yù)習(xí)要求1預(yù)習(xí)集成運(yùn)算放大器的工作原理。2了解數(shù)字電位器驅(qū)動(dòng)方法。3運(yùn)算放大器電壓增益范圍計(jì)算方法。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)量X9313數(shù)字電位器板阻值范圍，以及按

18、鍵步進(jìn)大小。2基于X9313數(shù)字電位器增益可調(diào)運(yùn)算放大器電路如圖4.5.6所示，測(cè)出其電壓增益范圍，并進(jìn)行理論分析比較。圖4.5.6 X9313增益可調(diào)運(yùn)算放大器六、報(bào)告要求1整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用表格形式列出電壓增益值，并計(jì)算增益步進(jìn)大小。2用坐標(biāo)紙畫出波形。七、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)增益可調(diào)放大器，增益范圍為110。1畫出電路原理圖；2計(jì)算電路元件的參數(shù)；3擬定測(cè)試方案。4.6 電壓比較器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的非線性應(yīng)用。2加深理解比較器的工作原理，掌握比較器的特點(diǎn)。3了解比較器的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1雙蹤示波器 一臺(tái) 2直流穩(wěn)壓電源 一臺(tái) 3函數(shù)發(fā)生器 一臺(tái) 4電阻箱 一臺(tái)

19、 5萬(wàn)用表 一塊三、理論準(zhǔn)備1概述運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)下便是比較器，如圖4.6.1所示。運(yùn)算放大器的同相輸入端接輸入信號(hào)Vi，反向輸入端接參考電壓VR，當(dāng)Vi>VR時(shí)，V0=+V0m，當(dāng)Vi<VR，Vi=-V0m，因此由V0的正負(fù)可以判斷Vi相對(duì)VR的大小。當(dāng)參考電壓VR=0時(shí)為過(guò)零比較器，輸入信號(hào)Vi每過(guò)零一次，比較器輸出端將產(chǎn)生一次電壓跳變。過(guò)零比較器電路簡(jiǎn)單，但有缺點(diǎn)，一是當(dāng)運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)A0不是很大時(shí)，輸出電壓在高低電位間轉(zhuǎn)換的陡度不夠大，二是當(dāng)輸入信號(hào)中夾有干擾時(shí)，輸出狀態(tài)可能隨干擾信號(hào)翻轉(zhuǎn)。為了克服上述缺點(diǎn)，常采用具有滯回特性的比較器。圖4.6.2（a）是典型電

20、路。當(dāng)輸出電壓V0為正飽和值+V0m時(shí)，加在同相端上的電壓（定義為V+H）。 圖4.6.1 開環(huán)狀態(tài)圖當(dāng)輸出電壓vo為負(fù)飽和值-VOM時(shí)，（定義為V+L）。圖4.6.2 過(guò)零比較器V+H稱為上門限電壓，U+L稱為下門限電壓，V+H-V+L稱為回差。因此vR作為比較電壓有兩個(gè)可能取值V+H和V+L，究竟取哪一個(gè)值，決定于輸入電壓vi的大小和變化方向。下面結(jié)合圖4.6.2（b）（c）加以說(shuō)明：圖上兩條水平虛線是V+H和V+L。假定開始時(shí)vi較低，因此VO=V0m；這時(shí)vR=V+H，而且只要vi<V+H，v0便維持+V0M不變（圖上0t1時(shí)間段）。在t1時(shí)刻vi開始超過(guò)V+H，也就是加在反相端

21、上的電壓開始超過(guò)同相端電壓，因此v0將翻成-V0m，發(fā)生負(fù)向跳變，使vR也發(fā)生相應(yīng)的負(fù)向突變（由V+H變成V+L）。這一變化加在同相端上因而引起正反饋，加速v0的負(fù)向翻轉(zhuǎn)速度，使其波形邊沿變陡。此后只要vi>V+L（圖上t1t2時(shí)間段）輸出便保持在-V0m。在t2時(shí)刻vi開始低于V+L（即加在反相端電壓低于同相端電壓），因此v0又將由-Vom變到+Vom，使vR也由V+L變到V+H。這一正反饋過(guò)程同樣能加速輸出的翻轉(zhuǎn)，形成正向跳變。此后只要vi<V+H（圖上t2t3時(shí)間段）。輸出便又維持在+Vom。如此周而復(fù)始，v0便隨著vi的變化而產(chǎn)生方波。2比較器工作特點(diǎn)（1）在vi增大過(guò)程中

22、，vR=U+H。此時(shí)的vovi關(guān)系是圖4.6.3（a）上的實(shí)線；在vi減小過(guò)程中，vR=V+L。此時(shí)的vovi關(guān)系是圖4.6.3（a）上的虛線。兩者結(jié)合便是圖4.6.3（b），它顯然具有遲滯特性。圖4.6.3 遲滯特性引入正反饋的作用是加速翻轉(zhuǎn)過(guò)程，改變輸出波形在跳變時(shí)的陡度?；夭畹拇嬖谔岣吡穗娐返目垢蓴_能力。電路一旦翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入某一狀態(tài)后，vR隨即自動(dòng)變化，使vi必須發(fā)生較大的反向變化才能翻回原狀態(tài)。如果將圖4.6.2（a）中R2不接地而接某一基準(zhǔn)電壓VR，則門限電壓為：，。相應(yīng)的v0vi關(guān)系如圖4.6.4所示。由上式可知，通過(guò)改變VR的大小可控制門限電壓的高低。圖4.6.4 回差電壓比較器的

23、用途是很廣泛的，可以用來(lái)構(gòu)成非正弦信號(hào)產(chǎn)生器，如：方波產(chǎn)生器、三角波產(chǎn)生器、施密特觸發(fā)器等電路。圖4.6.9為方波產(chǎn)生器，它是以比較器為基礎(chǔ)的，輸出端經(jīng)R1和R2分壓引到比較器的同相端，與此同時(shí)，輸出電壓又經(jīng)Rf與電容C組成的積分電路，把另一個(gè)反饋電壓加到反相端。R1起限流作用，兩個(gè)背靠背的穩(wěn)壓管DZ1和DZ2起雙向限幅作用。方波產(chǎn)生器的方波周期設(shè)為T，由理論推導(dǎo)可得（此處略）：，。由上式可知，改變電路參數(shù)，即可改變方波周期。四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)比較器的工作原理； 2估算具有滯回特性比較器的上門限電壓和下門限電壓及回差值。3思考題對(duì)于具有滯回特性的比較器，欲提高電流的抗干擾能力，應(yīng)改變哪些參數(shù)？

24、方波產(chǎn)生器輸出波形的對(duì)稱性取決于哪種元件？五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1過(guò)零比較器按圖4.6.5接線。 輸入直流信號(hào)Vi=+0.5V及Vi=-0.5V，測(cè)量反相端a，同相端b及輸出端c的電位值。圖4.6.5 過(guò)零比較器電路 輸入vi=10mv、f=100HZ正弦交流電壓信號(hào)，用示波器觀察并記錄vi（t）及v0（t）的波形，并用X-Y方式觀察記錄v0-vi傳輸特性曲線。 為了使比較器的輸出電壓穩(wěn)定，不隨電源電壓波動(dòng)，輸出端可以利用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。電路如圖4.6.6所示。重復(fù)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。圖4.6.6 過(guò)零比較器改進(jìn)電路2具有滯回特性的比較器（1）反相滯回特性比較器按電路圖4.6.7接線。同相輸入端輸入VR=0

25、.5V的直流電壓信號(hào)，反相輸入端輸入f=100Hz的正弦交流信號(hào)，調(diào)節(jié)vi的大小，用示波器觀察輸出v0波形，測(cè)量當(dāng)v0剛出現(xiàn)方波時(shí)的vi的幅值。增大vi到輸出電壓v0的波形為對(duì)稱方波時(shí)，測(cè)量vi的幅值，用示波器觀察并記錄vi及v0的波形。再用x-y方式觀察并記錄v0-vi傳輸特性曲線。測(cè)出上門限電壓V+H及下門限電壓V+L及回差值，并與理論計(jì)算值比較。圖4.6.7 反相滯回特性比較器當(dāng)輸入VR=1V，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。（2）同相滯回特性比較器按電路圖4.6.8接線，重復(fù)（1）內(nèi)容。圖4.6.8 同相滯回特性比較器3比較器的應(yīng)用方波發(fā)生器按電路圖4.6.9接線，用示波器觀察輸出電壓v0的波形，調(diào)節(jié)電

26、位器Rf1，用示波器測(cè)量在頻率最高和最低兩種情況下輸出電壓v0的周期和幅值。圖4.6.9 方波發(fā)生器六、報(bào)告要求1整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用表格形式列出。2用坐標(biāo)紙畫出波形及傳輸特性曲線。七、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)頻率為1000Hz，占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器。1.畫出電路原理圖；2.計(jì)算電路元件的參數(shù)；3.擬定測(cè)試方案。4.7 有源濾波電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)用運(yùn)算放大器、電阻和電容組成有源濾波器。2通過(guò)測(cè)試熟悉有源濾波器的幅頻特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1雙蹤示波器 一臺(tái)2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái)3交流毫伏表 一臺(tái)4直流穩(wěn)壓電源 一臺(tái)三、理論準(zhǔn)備1有源濾波器的基本性能濾波器是一種電子電路，它能使某一范圍內(nèi)的頻率信號(hào)順利通過(guò)

27、，而對(duì)在此范圍的頻率信號(hào)則產(chǎn)生很大衰減。它常用在信息的傳遞和處理，干擾的抑制等方面。濾波器分為由R、C、L等無(wú)源元件組成的“無(wú)源濾波器”和由運(yùn)算放大器及RC網(wǎng)絡(luò)組成的“有源濾波器”兩種。后者具有重量輕、體積小、增益可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用。濾波器以它工作的頻率范圍分為：低通濾波器（即低頻容易通過(guò)而高頻不易通過(guò)），高通濾波器（和低通相反），帶通濾波器（能順利通過(guò)某一頻率范圍的信號(hào)，而在此范圍之外的將受到很大抑制），帶阻濾波器（與帶通相反）。2有源濾波器的工作原理濾波器大多已定型，并根據(jù)其發(fā)明者的名字加以命名，其中應(yīng)用最多的是伯特沃斯濾波器。這種濾波器的幅頻特性為：。這是低通特性。在=0時(shí)，

28、隨的增高而下降，當(dāng)下降到=C時(shí)，。無(wú)論m取何值，情況都是如此。C是3dB截止頻率，m是濾波器的階數(shù)。m越大，在通帶內(nèi)頻率特性越近于矩形，而在阻帶內(nèi)特性衰減就越快（為-m20dB/+倍頻程）。濾波器是線性電路，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可表示為：。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)理論，上式可分解為二階多項(xiàng)式和一階多項(xiàng)式乘積的形式，在電路上可用級(jí)聯(lián)的方法加以實(shí)現(xiàn)。因此，二階濾波器的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)濾波器的基礎(chǔ)。低通、高通，帶通和帶阻濾波器的二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)如下：低通型：高通型：帶通型：帶阻型：上式中，0為特征頻率。對(duì)于低通和高通濾波器，0即為截止頻率C，在帶通和帶阻濾波器中，0是中心頻率。Q為品質(zhì)因數(shù)。對(duì)低通和高通濾波器而言，Q直接決定其幅頻特性

29、的形狀，時(shí)，將出現(xiàn)諧振峰，Q值越大，諧振峰越高。對(duì)帶通和帶阻濾波器而言，Q值越大，通帶越窄。H0為通帶內(nèi)的增益。由于用運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成的有源濾波器都有定型電路，在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，只要根據(jù)要求選擇適當(dāng)?shù)碾娐泛蜑V波器的階數(shù)，再由表查出伯特沃斯多項(xiàng)式，其中每一個(gè)多項(xiàng)式代表一個(gè)有源濾波器。二次多項(xiàng)式代表二階濾波器，Q值就是它的一次項(xiàng)系數(shù)的倒數(shù)。例如對(duì)m=4的情況，兩個(gè)二階濾波器的Q值分別為1/0.765=1.307和1/1.848=0.541等。有了C和Q值就可以利用公式計(jì)算出電路元件參數(shù)。伯特沃斯多項(xiàng)式如下m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 m=7 m=8 1低通濾波器圖4.7.1

30、為通帶增益為1的低通有源濾波器的電路和幅頻特性，它的阻帶內(nèi)可提供-40dB/+倍頻程的衰減圖4.7.1 二階低通濾波器及其幅頻特性2高通濾波器用鏡象法，只要把低通濾波器電路中的R和C互換位置，就可得到二階高通濾波器，其電路和幅頻特性如圖4.7.2所示。圖4.7.2 二階高通濾波器及其幅頻特性3帶通濾波器圖4.7.3為二階有源帶通濾波器及其幅頻特性，這是一個(gè)具有兩路負(fù)反饋的反相運(yùn)算放大器電路。二階帶通濾波器的性能主要取決于帶寬fb、中心頻率f0和品質(zhì)因數(shù)Q三個(gè)系數(shù)定義為， ， 圖4.7.3 二階帶通濾波器及其幅頻特性4帶阻濾波器把帶通濾波器的幅頻特性倒過(guò)來(lái)就是帶阻濾波器的幅頻特性，如圖4.7.4

31、（b）所示。圖4.7.4 二階帶阻波濾電路及其幅頻特性這樣的幅頻特性可由一個(gè)反相輸入帶通濾波器和一個(gè)比例加法器串聯(lián)而得到，如圖4.7.4（a）所示。V01與Vi是反相的，并且通過(guò)R4和R5在第二個(gè)運(yùn)放的輸入端相疊加，則輸出VO2就會(huì)把通過(guò)第一級(jí)的那些頻率成分抑制掉，起到了阻帶濾波器的作用。要保證按同一比例相加，就應(yīng)使R4=R5=R6。四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)有源濾波器的工作原理。2進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的性能和管腳排列。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1低通有源濾波器按圖4.7.5接線，輸入端加入Vi=2V，頻率為100Hz的正弦信號(hào)。從小逐漸加大信號(hào)的頻率，測(cè)量該電源的幅頻特性和截止頻率f0，改變電路參數(shù)，使R1=

32、6.8K，R2=14K，重復(fù)測(cè)量并與估算的f0相比較；畫出特性曲線。圖4.7.5 低通有源濾波器2高通濾波器按圖4.7.6接線，輸入端加入Vi=2V，頻率為1000Hz的正弦信號(hào)。改變信號(hào)發(fā)生器的頻率，測(cè)量該電路的幅頻特性和截止頻率f0；改變電路參數(shù)，使R1=12k，R2=8.2K，重復(fù)測(cè)量，并與估算的f0相比較，畫出特性曲線。圖4.7.6 高通有源濾波器3帶通濾波器按圖4.7.7接線，輸入端輸入Vi=2V頻率為100Hz的正弦信號(hào)。改變領(lǐng)事源的頻率，測(cè)量端電路的幅頻特性及上限頻率fH、下限頻率fL和中心頻f0。圖4.7.7 帶通有源濾波器六、報(bào)告要求整理測(cè)試數(shù)據(jù)，用坐標(biāo)紙繪制特性曲線圖（表示

33、頻率的橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度）。七、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器。指標(biāo)：截止頻率f0=1000Hz，Q=1.5，衰減-40dB/+倍頻程，R1=R2=10K。1畫出電路原理圖；2設(shè)計(jì)計(jì)算有關(guān)參數(shù)值和選擇元器件；3擬定測(cè)試步驟和測(cè)試儀器設(shè)備。4.8 晶閘管可控整流電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察單結(jié)晶體管觸發(fā)電路產(chǎn)生輸出波形的特點(diǎn)。2了解晶閘管可控整流的控制原理。3學(xué)習(xí)對(duì)交流可控整流輸出電壓波形的觀察。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)臺(tái)，萬(wàn)用電表，雙蹤示波器，交流毫伏表，直流電壓表，晶閘管 3CT3A，單結(jié)晶體管 BT33，二極管 IN4007×4，穩(wěn)壓管 IN4735，燈炮 12V0.1A，電容三、理論準(zhǔn)備可控整流

34、電路的作用是把交流電變換為電壓值可以調(diào)節(jié)的直流電。圖4-8-1 所示為單相半控橋式整流實(shí)驗(yàn)電路。主電路由負(fù)載RL（燈炮）和晶閘管T1組成，觸發(fā)電路為單結(jié)晶體管T2及一些阻容元件構(gòu)成的阻容移相橋觸發(fā)電路。改變晶閘管T1的導(dǎo)通角，便可調(diào)節(jié)主電路的可控輸出整流電壓（或電流）的數(shù)值，這點(diǎn)可由燈炮負(fù)載的亮度變化看出。晶閘管導(dǎo)通角的大小決定于觸發(fā)脈沖的頻率f，由公式：可知，當(dāng)單結(jié)晶體管的分壓比（一般在0.50.8之間）及電容C 值固定時(shí)，則頻率f 大小由R 決定，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器Rw，使可以改變觸發(fā)脈沖頻率，主電路的輸出電壓也隨之改變，從而達(dá)到可控調(diào)壓的目的。圖4.8.1 單相半控橋式整流實(shí)驗(yàn)電路用萬(wàn)用電表的電阻檔（或用數(shù)字萬(wàn)用表二極管檔）可以對(duì)單結(jié)晶體管和晶閘管進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)試。圖4.