模電實驗教案實驗

1、課程教案課程名稱： 模擬電子技術(shù)實驗任課教師：何淑珍所屬院部：電氣與信息工程學(xué)院教學(xué)班級：自動化1301-02教學(xué)時間：2014 2015學(xué)年第二學(xué)期湖南工學(xué)院課程基本信息課程 名稱模擬電子技術(shù)實驗課程代碼G0490194總計：16 學(xué)時 講課：學(xué)時實驗：16 學(xué)時 上機：學(xué)時課程設(shè)計：周學(xué)分1類別必修課（2）選修課（）理論課（）實驗課（2 ）任課 教師何淑珍職稱講師授課 對象專業(yè)班級：自動化1301-02共2個班課程簡介（不 超過 1000 字）本課程是電類專業(yè)學(xué)生的一門實踐必修課。本課程的目的是使學(xué)生掌握模擬電路方面的基本實驗技術(shù)和實驗方法，培養(yǎng)學(xué)生的基本技能、設(shè)計性綜合能力、創(chuàng)新能力和計

2、 算機應(yīng)用能力，提高學(xué)生在模擬電子方面分析問題和解決問題的能力，把學(xué)生培養(yǎng)成愛 思考、愛實驗、敢實驗、會實驗，善于將理論知識和實踐結(jié)合的高素質(zhì)硬件人才。課程主要實驗內(nèi)容有：單管共射極放大電路實驗；負反饋放大電路的仿真；基本運算電路的設(shè)計與測試；功率放大器的仿真；RC有源低通和帶阻濾波器的設(shè)計；RC正弦振蕩器的設(shè)計與調(diào)試；方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計和半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與測試 共八個實驗。本課程為考查課程，分優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個等級。成績根據(jù)課堂 實驗和實驗報告情況評定。基本 教材 和主 要參 考資 料教材：曹才開主編電路與電子技術(shù)頭驗，中南大學(xué)出版社，2009.11參考書：1.

3、 康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第五版），高等教育出版社，2006.052. 曹才開主編，電工電子技術(shù)實驗，清華大學(xué)出版社，2007.08湖南工學(xué)院教案用紙1實驗一單管共射放大電路的研究一、本次實驗主要內(nèi)容按要求連接實驗電路，調(diào)試靜態(tài)工作點，測量電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出 電阻，分析靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響。二、教學(xué)目的與要求學(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響；掌 握放大器各性能指標及最大不失真輸出電壓的測試方法；熟悉常用電子儀器及模擬 電路實驗設(shè)備的使用。三、教學(xué)重點難點1、靜態(tài)工作點調(diào)試；2、輸入電阻、輸出電阻的測量。四、教學(xué)方法和手段課堂講授

4、、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙4實驗一單管共射放大電路的研究（驗證性）1. 實驗?zāi)康模?）學(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響;（2）掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的 測試方法；（3）熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。2. 實驗設(shè)備與器材實驗所用設(shè)備與器材見表1.1。表1.1 實驗1的設(shè)備與器材序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1實驗臺1臺2雙蹤示波器1臺3交流毫伏表1只4萬用表1只5晶體管1只6電阻若十7電容若干3. 實驗電路與說明實驗電路如圖1.1所示，為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它

5、的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻 RE,以穩(wěn)定放大器的靜 態(tài)工作點。當在放大器的輸入端加入輸入信號 Ui后，在放大器的輸出端便可得到一個 與Ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號U0，從而實現(xiàn)了電壓放大。安裝電路時，要 注意電解電容極性、直流電源正負極和信號源的極性。圖1.1共射極單管放大器實驗電路 (以實驗的實際電路參數(shù)為準 )4. 實驗內(nèi)容與步驟(1) 電路安裝 安裝之前先檢查各元器件的參數(shù)是否正確，區(qū)分三極管的三個電極，并記 錄其3值。 根據(jù)圖1.1連接電路。電路連接完畢后，應(yīng)認真檢查連線是否正確、牢固。(2) 測試靜態(tài)工作點 電路安裝完畢經(jīng)檢查無誤后，首先

6、將直流穩(wěn)壓電源調(diào)到12V，接通直流電源 前，先將Rp調(diào)至最大， 函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零，再接通直流電源，調(diào)節(jié)Rp, 使lc = 2.0mA (即Ve = 2.0V)。 測試電路的靜態(tài)工作點，并將數(shù)據(jù)記錄在表1.2中。表1.2靜態(tài)工作點的測量Rb2=測試內(nèi)容Vcc NVbq /VVbeq NVceq NIcq /mA測量值理論計算值(3) 測量電路動態(tài)性能指標 將信號發(fā)生器的輸出信號調(diào)到 頻率為1kHz、峰峰值為30 mV左右的正弦波，接 到放大電路輸入端，然后用示波器觀察輸出信號的波形。在整個實驗過程中，要保證 輸出信號不產(chǎn)生失真。如輸出信號產(chǎn)生失真，可適當減小輸入信號的幅度。 用雙蹤示

7、波器觀察uo和ui的相位關(guān)系，用示波器測量下述二種情況下的 Uo值，并記錄在表1.3中表1.3電路動態(tài)性能指標的測量測試不接負載(Rl=接上負載(RL=5.1kQ)內(nèi)容Us/mVUi/mVUo/VUs/mVUi/mVUo/V測量值(4) 觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置Rc= 2kQ, Rl = 5.1kQ, u= 0,調(diào)節(jié)Rp使1= 2.0mA，測出Uce值，再逐步加大 輸入信號，使輸出電壓uo足夠大但不失真。然后保持輸入信號不變，分別增大和減小Rw,使波形出現(xiàn)失真，繪出uo的波形，并測出失真情況下的Ic和Uce值，記入 表1.4中。每次測Ic和Uce值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表

8、1.4靜態(tài)工作點對波形影響觀測Rc = 2k QRl = 5.1k QUi= mVIc/mAUce/VU0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.05. 實驗總結(jié)與分析(1) 用理論分析方法計算出電路的靜態(tài)工作點，填入表1.2中，再與測量值進行比 較，并分析誤差的原因。(2) 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出不接負載時對輸入電壓 Ui的電壓放大倍數(shù)和對信號源Us 的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。并與理論計算值進行比較，分析產(chǎn)生誤差的 原因。(3) 回答以下問題： 放大電路所接負載電阻發(fā)生變化時，對電路的電壓放大倍數(shù)有何影響？怎樣用測量信號電壓的方法來測量放大電路的輸入電阻和輸出電阻？湖南工學(xué)院教案用紙教學(xué)后記:湖南

9、工學(xué)院教案用紙6實驗二 負反饋放大電路的仿真（驗證性）一、本次實驗主要內(nèi)容對無反饋基本放大電路的動態(tài)性能指標和負反饋放大器的動態(tài)性能指標進行仿 真測試。二、教學(xué)目的與要求加深理解放大電路中引入負反饋的方法和負反饋對放大器性能的影響，掌握負 反饋放大器性能的測試方法。三、教學(xué)重點難點1、由負反饋放大電路如何獲得對應(yīng)的基本放大電路；2、放大電路各項動態(tài)性能指標的測試。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙11實驗二 負反饋放大電路的仿真 （驗證性）1. 實驗?zāi)康模?）加深理解放大電路中引入負反饋的方法;（2）研究負反饋對放大器性能的影響；（3）掌握

10、負反饋放大器性能的測試方法。2. 實驗設(shè)備與器材電腦一臺（仿真軟件 EWB5.0或multisim）3. 實驗電路與說明由于晶體管的參數(shù)會隨著環(huán)境溫度改變而改變，不僅放大器的工作點、放大倍 數(shù)不穩(wěn)定，還存在失真、干擾等問題。為改善放大器的這些性能，常常在放大器中 加入負反饋環(huán)節(jié)。負反饋在電子電路中有著非常廣泛的應(yīng)用，雖然它使放大器的放大倍數(shù)降低，但 能在多方面改善放大器的動態(tài)指標，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減小 非線性失真和展寬通頻帶等。根據(jù)輸出端取樣方式和輸入端連接方式的不同，可以把負反饋放大器分成四種 基本組態(tài)：電流串聯(lián)負反饋、電壓串聯(lián)負反饋、電流并聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋。圖2

11、.1為帶有負反饋的兩級阻容耦合放大電路，在電路中通過Rf把輸出電壓uo引回到輸入端，加在晶體管T1的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻 Rf1上形成反饋電壓uf。根據(jù)反饋的判斷法可知，它屬于 電壓串聯(lián)負反饋圖2.1帶有電壓串聯(lián)負反饋的兩級阻容耦合放大器（參數(shù)以實驗電路為準）主要性能指標如下:（1）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)（閉環(huán)增益）AvfAv1 AvFv其中：Av Uo/Ui，基本放大器（無反饋）的電壓增益，即開環(huán)增益。1 AvFv，反饋深度，其大小決定了負反饋對放大器性能改善的程度。（2）反饋系數(shù)廠 UfRfiF v U o Rf Rf i（3）輸入電阻Rif （1 AvFv）Ri式中：Ri為基本放大器的輸入電

12、阻（4）輸出電阻RofRo/（1 AvoFv）式中：Ro為基本放大器的輸出電阻，Avo為基本放大器空載時的電壓放大倍數(shù)本實驗需要測量基本放大器的動態(tài)參數(shù)，怎樣實現(xiàn)無反饋而得到基本放大器 呢？不能簡單地斷開反饋支路，而是要去掉反饋信號作用，但又要把反饋網(wǎng)絡(luò)的影 響（即負載效應(yīng)）考慮到基本放大器中去。為此：（1）在繪制基本放大器的輸入回路時，因為是電壓負反饋，所以可將負反饋放 大器的輸出端交流短路，即令Uo 0，此時Rf相當于并聯(lián)在Rf1上。（2）在繪制基本放大器的輸出回路時，由于輸入端是串聯(lián)負反饋，因此需要將反饋送至放大器的連接處（T1的射極）開路，此時（Rf Rf1）相當于并接在輸出端。 根據(jù)

13、上述規(guī)律，就可以得到所要求的如圖3.2所示的基本放大器。4. 實驗內(nèi)容與步驟（1）啟動EWB，繪制并保存圖2.1所示電路。（2）測試靜態(tài)工作點電路經(jīng)檢查無誤后，用直流電壓（流）表分別測量第一級、第二級的靜態(tài)工作點，記入 表2.1中。表2.1靜態(tài)工作點測量數(shù)據(jù)Ubq/VUeq/VUcq/V第一級第二級（3）測試負反饋放大器的各項性能指標 將信號發(fā)生器的輸出信號調(diào)到頻率為1kHz、幅度為2mV左右的正弦波，接 到負反饋放大器的輸入端，然后用示波器觀察輸出信號的波形。在整個實驗過程中， 要保證輸出信號不產(chǎn)生失真。如輸出信號產(chǎn)生失真，可適當減小輸入信號的幅度。 在uo不失真的情況下，用 交流毫伏表測量

14、Us、Ui、U。，記入表2.2中。保 持Us不變，斷開負載電阻Rl,測量空載（Rl ）時的輸出電壓U o記入表2.2 中。（4）測試基本放大器的各項性能指標將實驗電路改接為圖2.2的基本放大電路。適當減少 Us （約5mV）,在輸出 波形不失真的條件下，測量負反饋放大器的 Auf、Rif和ROf,記入表2.2。保持 US不變，斷開負載電阻RL （注意，Rf不要斷開），測量空載（Rl ）時的輸出 電壓U o記入表2.2中。表2.2放大器各項指標測量數(shù)據(jù)基本放大器US/mVUi/mVUo/V（帶負載）U o/V（空載）AuRi/k QRO/kQ負反饋放大器US/mVUi/mVUo/V（帶負載）U

15、o/V（空載）AufRif/k QROf/k Q5. 實驗總結(jié)與分析（1）將基本放大器和負反饋放大器動態(tài)性能指標的測量值與理論估算值進行比 較。（2）根據(jù)實驗結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負反饋對放大器性能的影響。（3）回答以下問題：湖南工學(xué)院教案用紙12湖南工學(xué)院教案用紙# 怎樣把負反饋放大器改接成基本放大器？為什么要把Rf并接在輸入和輸出端？ 如輸入信號存在失真，能否用負反饋來改善？(4)心得體會與其他。圖22基本放大器(考慮反饋支路的負載效應(yīng))教學(xué)后記:湖南工學(xué)院教案用紙13實驗三 基本運算放大電路的設(shè)計與測試（設(shè)計性）一、本次實驗主要內(nèi)容用實驗室提供的運算放大器等元件構(gòu)成比例運算電路、加法減法運算

16、電路，微 積分運算電路，并測試設(shè)計電路性能。二、教學(xué)目的與要求熟悉各種基本運算電路的功能，并學(xué)會測試和分析方法。三、教學(xué)重點難點1、基本運算放大電路的設(shè)計；2、線路中直流電源的連接。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙15實驗三 基本運算電路的設(shè)計與測試 (設(shè)計性)1. 實驗?zāi)康?1) 研究由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的 功能；(2) 學(xué)會上述電路的測試和分析方法。2. 實驗設(shè)備與器材實驗所用設(shè)備與器材見表3.1示。表3.1實驗三的設(shè)備與器材序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1實驗臺1臺2雙蹤示波器1臺3交流毫伏表1只4

17、萬用表1只5集成運算放大器卩 A7411片6電阻若干7電容若干8連接導(dǎo)線若干3. 實驗電路與說明集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當外部 接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現(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、對數(shù)等 模擬運算電路?；具\算電路(1)反相比例運算電路電路如圖3.1所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系RfUo廠 UiR為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻 R2 =R1 / Rf。(2)積分運算電路反相積分電路如圖3.5所示。在理想化條件下

18、，輸出電壓uO(t)等于1tu/t)RC oUidt+Uc(O )式中，uC(O+)是t = 0+時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)uc(0+) = 0,貝U1eUdt)OEdt - tR1CR1C即輸出電壓uo(t)隨時間增長而線性下降。顯然 RC的數(shù)值越大，達到給定的Uo值 所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限湖南工學(xué)院教案用紙174. 實驗內(nèi)容與步驟實驗前要看清運放組件各管腳的位置；切忌正、負電源極性接反和輸出端短路, 否則將會損壞集成塊。(1) 反相比例運算電路 按圖3.1連接實驗電路，接通2V電源，輸入端對地

19、短路，進行調(diào)零和消 振。 輸入f = 100Hz, Uip-p= 0.5V的正弦交流信號，測量相應(yīng)的 Uo,并用示波器 觀 察uo(t)和ui(t)的相位關(guān)系，記入表3.2中。表 3.2 Ui p-p= 0.5V，f = 100HzUi/V 1J0/Vui波形uo波形Au實測值計算值(2) 積分運算放大電路實驗電路如圖3.2所示。取輸入信號為方波信號，頻率為1KHz,幅值1-2V,觀察輸輸出信號波形，并測 量輸出信號周期及幅值。表3.2積分電路測量數(shù)據(jù)Ui、Uo理論波形Ui、Uo實際波形C=0.1uFC=0.01 uF5. 實驗總結(jié)與分析(1) 整理實驗數(shù)據(jù)，畫出波形圖(注意波形間的相位關(guān)系)

20、。(2) 將理論計算結(jié)果和實測數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。(3) 分析討論實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。(4) 回答以下問題： 在反相加法器中，女口 Ui1和Ui2均采用直流信號，并選定 Ui2二一1V，當 考慮到運算放大器的最大輸出幅度(2V)時，丨Ui1丨的大小不應(yīng)超過多少伏？ 在積分電路中，如 R1 = 100kQ, C= 4.7叮 求時間常數(shù)。假設(shè) Ui = 0.5V, 問要使輸出電壓UO達到5V，需多長時間(設(shè)uC(o) = 0)?(5) 心得體會與其他。教學(xué)后記：湖南工學(xué)院教案用紙18實驗四 功率放大器的仿真 （設(shè)計性）一、本次實驗主要內(nèi)容連接乙類和甲乙類互補對稱功放電路，調(diào)試電路消

21、除交越失真并在基本不失真 的前提下盡可能大的輸出功率，測試功率放大器的性能參數(shù)等進行仿真。二、教學(xué)目的與要求進一步理解OCL功率放大器的工作原理；學(xué)會 OCL電路的調(diào)試及主要性能指 標的測試方法。三、教學(xué)重點難點1、最大不失真輸出電壓及輸出功率的測量；2、正確連接電路并調(diào)試電路，消除交越失真，。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙22實驗四 功率放大器的仿真（設(shè)計性）一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)互補對稱功率放大電路輸出功率和效率的測量方法。2、觀察交越失真現(xiàn)象，理解克服交越失真的方法。3、加深理解乙類和甲乙類互補對稱功率放大電路的 工作原理。二、實驗

22、設(shè)備與器材電腦一臺（EWB5.0仿真軟件）三、實驗內(nèi)容與方法1、創(chuàng)建實驗電路啟動EWB創(chuàng)建乙類互補對稱功率放大電路如圖 4.1所示并保存。圖4.1乙類互補對稱功率放大電路仿真圖I圖4.2甲乙類互補對稱功率放大電路仿真圖2、 觀察乙類互補對稱功率放大電路如圖4.1所示。（1）設(shè)置信號發(fā)生器：選擇1KHz,1V的正弦波。（2）觀察交越失真的現(xiàn)象：運行電路，觀察比較輸入電壓和輸出電壓波形。輸 出電壓存在明顯的交越失真，保存并打印該失真波形。（3）改變信號發(fā)生器的信號幅度，觀察信號大小對波形失真的影響。3、 觀測甲乙類互補對稱功率放大電路如圖 4.2所示。（1） 將實驗電路改接成甲乙類互補對稱功率放大

23、電路：將B1和B2斷開，A 和B2斷開；將B11和B1相連，B22和B2相連。（2）觀察交越失真的消除：輸入 1KHz,1V的正弦波，運行電路，觀察輸出波形，保存并打印該波形并與2中（2）結(jié)果比較。（3） 調(diào)節(jié)電位器RP,觀察輸出電壓波形的變化，并分析原因。（4）測量：電壓表設(shè)置為“ AC ”和測信號發(fā)生器輸出電流的電流表為“AC”，.運行電路，調(diào)節(jié)輸入信號幅度，使輸出電壓為最大不失真電壓。 將電壓表讀數(shù)計入表4.1中，根據(jù)測量結(jié)果計算最大不失真輸出功率、電源供 給功率和效率，并與理論值進行比較。表4.1測量功率放大電路的性能U Imax/VUomax/VPom/WPV/Wn測量值理論公式理論

24、值VccVcc四、實驗結(jié)果分析及總結(jié)1、用理論分析方法計算最大不失真輸出功率、電源供給功率和效率，填入表 1 中，再與測量值進行比較，并分析誤差的原因。2、分析總結(jié)輸入信號大小對交越失真程度的影響及克服交越失真的措施。預(yù)習(xí)要求1、熟悉有關(guān)OCL工作原理部分內(nèi)容；2、交越失真產(chǎn)生的原因是什么？怎樣克服交越失真？3、電路中電位器RP開路或短路，對電路工作有何影響?4、EWB仿真實驗中，如何調(diào)節(jié)電位器的阻值？5、EWB仿真實驗中，示波器應(yīng)怎樣操作？最大輸出功率和效率的測試（1）測量最大輸出功率Pom如圖4.2所示，輸入端接入頻率為1KHZ的正弦信號ui，輸出端用示波器觀察 輸出電壓uo波形。逐漸增大

25、ui，是輸出電壓達到最大不失真輸出，并記入最大不失真輸出電壓幅值Uomm，則Pom2omm2Rl（2）測量直流電源提供的功率PV及效率n當輸出電壓為最大不失真輸出時，讀出串入電源進線的直流毫安表的電流值, 此電流即為直流電流供給的平均電流IdC （有一定誤差），由此可近似求得PV U CC 1 dC則PomPv教學(xué)后記:實驗五RC有源低通和帶阻濾波器的設(shè)計（設(shè)計性）一、本次實驗主要內(nèi)容設(shè)計一階有源低通濾波電路、計算選取電路的各元件參數(shù)并調(diào)試；設(shè)計二階帶 阻濾波電路、計算選取電路的各元件參數(shù)并調(diào)試。二、教學(xué)目的與要求掌握濾波電路頻率特性的測量方法和主要參數(shù)的調(diào)整方法；了解頻率特性對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

26、，了解濾波電路的應(yīng)用；鞏固有源濾波電路的理論知識，加深理解濾 波電路的作用。三、教學(xué)重點難點1、有源低通濾波器與有源帶阻濾波器的工作原理；2、波特圖儀的正確使用。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙23實驗五RC有源低通與帶阻濾波器 (設(shè)計性)1. 實驗?zāi)康?1) 掌握濾波電路頻率特性的測量方法和主要參數(shù)的調(diào)整方法；(2) 了解頻率特性對信號傳輸?shù)挠绊?，了解濾波電路的應(yīng)用；(3) 鞏固有源濾波電路的理論知識，加深理解濾波電路的作用。2. 實驗電路與說明有源濾波器是一種重要的信號處理電路，它可以突出有用頻段的信號，衰減無 用頻段的信號，抑制干擾

27、和噪聲信號，達到選頻和提高信噪比的目的。實際使用時, 應(yīng)根據(jù)具體情況選擇低通、高通、帶通或帶阻濾波器，并確定濾波器的具體形式。 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。3. 實驗內(nèi)容與步驟(1) 一階有源低通濾波電路一階有源低通濾波電路如圖5.1所示。操作步驟如下: 啟動EWB/Multisim，輸入并保存圖5.1所示電路。 測試準備：輸入幅度1V、1kHz的正弦波，運行電路，用示波器觀察us、uo湖南工學(xué)院教案用紙#湖南工學(xué)院教案用紙#的波形，以確保電路正常工作。IN OUT r l .rtzi湖南工學(xué)院教案用紙#R1KJ1 LiUKOimW k Ohm/ -陽 El FC%12.2

28、nF湖南工學(xué)院教案用紙#湖南工學(xué)院教案用紙#圖5.1一階有源低通濾波電路湖南工學(xué)院教案用紙27 觀測并調(diào)整頻率特性測量幅頻特性：按表5.1要求用波特圖儀測量幅頻特性，觀察電位器RP2和電容大小對截止頻率fH的影響，觀察電位器RP1大小對低頻增益Auf的影響。表5.1測量分析一階有源低通濾波電路的幅頻特性測試條件(Usm=1V)Auf/dBfH/kHzR/k QC/nFRf/k Q測量值理論值測量值理論值9.12.21009.1221009.12.25052.2100觀察相頻特性：用波特圖儀觀察相頻特性，參數(shù)設(shè)置參考值為：特性測量選擇“Phase”Vertical坐標類型選擇“Lin其坐標范圍選

29、擇起點I為“0終點F為 90 ” Horizontal坐標類型選擇“Log”其坐標范圍選擇起點I為“0.1Hz、”終點F為“10M H藝 觀察低通濾波電路對信號傳輸?shù)挠绊懀狠斎敕葹?1V的正弦波，觀察并比 較信號頻率分別為1kHz和10kHz時輸出電壓uo波形形狀、大小的變化。將參數(shù)恢 復(fù)為圖5.1所示，進行觀察比較，然后將輸入波形改成方波，再進行觀察比較，并定性記錄波形。 設(shè)計一個低頻增益Auf為10dB、截止頻率fH為1kHz的低通濾波電路。(2) 100Hz二階帶阻濾波電路100Hz二階帶阻濾波電路如圖5.2所示。操作步驟如下： 輸入并保存圖5.2所示電路。 用波特圖儀測量幅頻特性。a

30、. 測量并記錄通帶增益和帶阻濾波頻率。b. 觀察改變電阻R或電容C的大小對截止頻率的影響。c. 觀察電阻Rf的大小對通帶增益的影響。 觀察干擾信號和帶阻濾波電路的濾波效果。a.圖5.2中干擾信號ud為0.2V、100Hz的正弦波，有用信號us為1V、10Hz 的正弦波，電路的輸入信號ui由這兩者疊加而成，因此，對有用信號而言，干擾信號視為高頻干擾，用示波器觀察這種高頻干擾波形的特點，并定性記錄波形。然后 運行電路，用示波器比較ui和uo波形，觀察帶阻濾波電路的濾波效果。c1 & Mkufm1H圖5.2100Hz二階帶阻濾波電路b.將有用信號us改為1kHz,這時ud波形為低頻干擾波形，用示波器

31、觀察其波 形特點，并定性記錄波形。然后運行電路，觀察帶阻濾波效果。 設(shè)計一個50Hz二階帶阻濾波電路。4. 實驗總結(jié)與分析(1) 整理測量記錄，分析測量結(jié)果。(2) 畫出圖5.1所示一階有源低通濾波電路的幅頻特性，總結(jié)其幅頻特性參數(shù)的 調(diào)節(jié)方法。(3) 畫出圖5.1所示電路輸入10kHz方波時的輸入、輸出波形，并分析輸出波形 失真的原因。 畫出圖5.2所示100Hz二階帶阻濾波電路的幅頻特性，總結(jié)其幅頻特性參數(shù) 的調(diào)節(jié)方法。(5)分別定性畫出有高頻干擾和低頻干擾的波形。教學(xué)后記:實驗六RC正弦振蕩器的設(shè)計與調(diào)試（設(shè)計性）一、本次實驗主要內(nèi)容根據(jù)實驗室提供器材和設(shè)計要求設(shè)計一個 RC橋式正弦波振

32、蕩器電路；連接電 路、調(diào)試電路使之符合設(shè)計要求。二、教學(xué)目的與要求掌握RC正弦波振蕩器的設(shè)計方法和調(diào)試方法，學(xué)會安裝調(diào)試由分立元件構(gòu)成 的多級電子電路系統(tǒng)；學(xué)會振蕩頻率的測量方法。三、教學(xué)重點難點1、RC正弦波振蕩器的設(shè)計；2、調(diào)試電路獲得基本不失真的正弦波輸出。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙28湖南工學(xué)院教案用紙30實驗六RC正弦振蕩器的設(shè)計與調(diào)試 (設(shè)計性)、實驗?zāi)康?、熟悉用集成運放設(shè)計信號發(fā)生器的方法；2、掌握RC橋式振蕩電路元器件的選擇和振蕩電路的調(diào)整測試方法;3、培養(yǎng)獨立進行電路設(shè)計的能力。二、設(shè)計要求與技術(shù)指標1、技術(shù)指標

33、用集成運放設(shè)計一 RC橋式正弦波振蕩器：振蕩頻率在100HZ2KHz內(nèi)均可(如 160HZ),不要求頻率可調(diào)；輸出波形正負半周對稱、無明顯失真。AAA,2、設(shè)計要求(1) 設(shè)計上述電路，確定電路元件參數(shù)；(2) 確定調(diào)試方案，選擇實驗儀器；R1(3) 聯(lián)接電路并調(diào)整測試，使電路達到設(shè)計要求。3、預(yù)習(xí)要求(1) 掌握RC橋式振蕩電路的工作原理和 各部分元器件的選擇；(2) 熟悉RC橋式振蕩電路的調(diào)試步驟；圖6.1實用RC橋式振蕩電路三、設(shè)計提示1、RC橋式振蕩電路設(shè)計的一般方法(1)集成運放的選擇對運放的選擇，除要求輸入電阻高、輸出電阻低外，最主要的是運放的增益帶 寬積應(yīng)滿足如下條件，即Sr滿足

34、Au?BW 3fo振蕩輸出幅度比較大，集成運放工作在大信號狀態(tài)，因此要求轉(zhuǎn)換速率 該實驗選擇741單運放即可滿足要求oUom(2)選頻網(wǎng)絡(luò)元件值的確定、卄fo、 、卄按照振蕩頻率 2 RC來選擇RC的大小。為了減小集成運放輸入阻抗對振蕩 頻率的影響，應(yīng)選擇較小的 R,但為了減小集成運放輸出阻抗對振蕩頻率的影響， 又希望R大些。通常集成運放的輸入電阻均比較大，所以 R可取大些，一般可取幾 千歐至幾十千歐的電阻。電容 C一般應(yīng)大于幾百皮法，以減小電路寄生電容對振蕩 頻率的影響，電容過大以至需采用電解電容是不合適的。因此，C可在幾百皮法至1微法之間選擇。為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定度，一般選用穩(wěn)定性較好、

35、精度較高的電 阻和介質(zhì)損耗較小的電容。（先確定電容C,再計算電阻。如可取 C=0.1微法）（3）負反饋電路元件值的確定負反饋電路元件參數(shù)的大小將決定閉環(huán)后的增益，各阻值選擇應(yīng)確保起振時放 大電路閉環(huán)增益大于3。閉環(huán)增益大，起振容易、輸出幅度大、但振蕩波形容易產(chǎn) 生失真；閉環(huán)增益小，輸出波形好，但幅度小且容易停振。為了獲得穩(wěn)定的、具有 一定幅度且失真小的振蕩波形，通常采用非線性電阻構(gòu)成負反饋電阻。用圖6.1所示電路時，選用穩(wěn)幅二極管應(yīng)注意： 從幅度的溫度穩(wěn)定性考慮，宜選用硅二極管； 為了保證正、負半波幅度對稱，穩(wěn)壓管 VI、V2的特性應(yīng)一致。其次，電阻R3越大，負反饋自動調(diào)節(jié)作用越靈敏、穩(wěn)幅效果

36、越好；R3減小，波形失真可減小，但穩(wěn)幅效果會變差，可見選擇R3時應(yīng)兩者兼顧。實踐證明，R3取幾千歐即可（也可通過調(diào)試決定）。R1的阻值過大，則流過負反饋電路的電流不足，會使二極管的非線性電阻特性 不明顯；但R1的阻值過小，又會使集成運放輸出電流過大。一般R1的阻值應(yīng)在數(shù)百歐到數(shù)千歐之間選取。當R1、R3阻值確定后，可按：2Rl Rp （2Rl R3）來選取Rp的大小并留有 一定的富裕量。2、RC橋式振蕩電路的調(diào)試步驟（1）檢查線路，應(yīng)特別注意檢查集成運放輸出端是否短路，正、負電源是否接 錯，確認沒有錯誤后合上直流電源。（2） 用示波器觀察輸出端電壓波形，若沒有波形，應(yīng)調(diào)節(jié)RP以增大放大電路增益

37、，直至出現(xiàn)振蕩波形為止。若有波形，且調(diào)節(jié)RP時輸出波形幅度發(fā)生變化， 說明示波器所示波形是正常的振蕩波形。（3）若振蕩波形嚴重失真，應(yīng)先調(diào)節(jié) RP減小其阻值或適當減小 R3以減小放 大電路增益。若波形不對稱，應(yīng)檢查二極管特性是否相同。（4） 振蕩頻率的調(diào)整。固定電容 C、改變電阻或固定電阻R、改變電容C （串 并聯(lián)R、C應(yīng)同步調(diào)整），直至振蕩頻率達到要求時為止。3、輸出波形測量用示波器觀察輸出波形其波形是否滿足要求， 并記錄輸出正弦波的頻率和幅值。四、實驗報告要求1、畫出設(shè)計電路圖，列出元器件清單；2、寫出設(shè)計計算過程；3、擬定調(diào)試步驟；4、記錄有關(guān)數(shù)據(jù)（頻率、波形、幅值等）并計算分析頻率誤差

38、。五、實驗思考與總結(jié)總結(jié)設(shè)計與調(diào)試體會。附預(yù)習(xí)建議:1、 自學(xué)理論課本9.5、9.6正弦波振蕩電路相關(guān)內(nèi)容；2、在上實驗課之前設(shè)計好電路、選擇元件參數(shù)，并自行完成仿真實驗。教學(xué)后記:湖南工學(xué)院教案用紙31實驗七方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計（設(shè)計性）一、本次實驗主要內(nèi)容用集成運放設(shè)計一常用的方波 一一三角波產(chǎn)生電路，確定電路方案計算并選擇 元器件連接電路、調(diào)試。二、教學(xué)目的與要求掌握方波、三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計方法及工作原理；了解集成運放的波形變換 及非線性應(yīng)用。三、教學(xué)重點難點1、方波、三角波信號發(fā)生器的設(shè)計；2、調(diào)試電路，獲得基本不失真的方波和三角波輸出信號。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論

39、；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙34實驗七 方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計(設(shè)計性)1. 實驗?zāi)康?1) 掌握方波一三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計方法及工作原理。(2) 了解集成運算放大器的波形變換及非線性應(yīng)用。2. 實驗電路與說明(1) 技術(shù)指標設(shè)計一個用集成運算放大器構(gòu)成的方波 一三角波產(chǎn)生電路。指標要求如下： 方波。重復(fù)頻率：500Hz,相對誤差5% ;脈沖幅度：(66.5) V 三角波。重復(fù)頻率：500Hz,相對誤差5% ;幅度：1.52V(2) 設(shè)計要求 根據(jù)指標要求確定電路方案，計算并選取各單元電路的元件參數(shù)。 調(diào)試測量方波產(chǎn)生電路輸出方波的幅度和重復(fù)頻率，使之滿足設(shè)計要求； 測

40、量電路輸出三角波的幅度和重復(fù)頻率，并檢查是否滿足設(shè)計要求。(3) 預(yù)習(xí)要求 掌握集成運算放大器波形變換與非正弦波產(chǎn)生電路的工作原理。 熟悉其設(shè)計和調(diào)試方法。(4) 設(shè)計電路提示能產(chǎn)生方波(或矩形波)的電路形式很多。如由門電路、集成運算放大器或555 定時器組成的多諧振蕩器均能產(chǎn)生矩形波。再經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波(或鋸齒波)。下面僅介紹由集成運算放大器組成的方波 一三角波產(chǎn)生電路。 簡單的方波一三角波產(chǎn)生電路R圖7.1簡單的方波一三角波產(chǎn)生電路圖7.1所示是由集成運算放大器組成的反相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較強） 構(gòu)成的多諧振蕩器，RC積分電路起反饋及延遲作用，電容上的電壓 uC即是它的輸 入電

41、壓，近似于三角波，這是一種簡單的方波 一三角波產(chǎn)生電路，其特點是結(jié)構(gòu)簡 單，但輸出三角波的線性度差。該電路的有關(guān)計算公式為：振蕩周期：2RCIn 12R,R2(7.1)湖南工學(xué)院教案用紙#湖南工學(xué)院教案用紙#輸出三角波uc的幅度:Vcm(7.2)湖南工學(xué)院教案用紙#湖南工學(xué)院教案用紙36輸出方波UO的幅度:(7.3) 常用的方波一三角波產(chǎn)生電路CA/W圖7.2 常用的方波一三角波產(chǎn)生電路圖7.2所示是由集成運算放大器組成的一種常用的方波一三角波產(chǎn)生電路。圖中運算放大器A1與電阻R1、R2構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較器）。運 算放大器A2與RC構(gòu)成積分電路，二者形成閉合回路。在 A2的輸

42、出端得到線性較好的三角波，A1輸出端信號為方波。（Uo1為方波；U02為三角波）由圖7.2不難分析該電路的有關(guān)計算公式為: 振蕩周期：4RiRCR2(7.4)輸出方波uoi的幅度:(7.5)輸出三角波UO2的幅度:R1Vo2mVz(7.6)R2（5）元件參數(shù)確定與元件選擇 選擇集成運算放大器由于方波的前后沿與用作開關(guān)器件的 A1的轉(zhuǎn)換速率SR有關(guān)，因此當輸出方波 的重復(fù)頻率較高時，集成運算放大器 A1應(yīng)選用高速運算放大器，一般要求選用通 用型運放即可。集成運算放大器 A2的選擇原則是：為了減小積分誤差，應(yīng)選用輸 入失調(diào)參數(shù)小，開環(huán)增益高、輸入電阻高、開環(huán)帶寬較寬的運算放大器。 選擇穩(wěn)壓二極管D

43、Z穩(wěn)壓二極管DZ的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計所要求的方 波幅度來選擇穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 VZ。此外，方波幅度和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的 對稱性有關(guān)，為了得到對稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓管（如2DW7 型）。R3為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。 確定正反饋回路電阻R1與R2圖7.1或圖7.2所示電路中，R1與R2的比值決定了運算放大器 A1的觸發(fā)翻轉(zhuǎn) 電平（即上、下門檻電壓），也就是決定了三角波的輸出幅度。因此根據(jù)設(shè)計所要求 的三角波輸出幅度，由式（7.2）或式（7.5）可以確定R1與R2的阻值。 確定積分時間常數(shù)RC積分元件R、C的參數(shù)值應(yīng)根

44、據(jù)方波和三角波所要求的重復(fù)頻率來確定。當正 反饋回路電阻R1與R2的阻值確定之后，再選取電容 C值，由式（7.1）或式（7.4） 求得Ro3. 實驗內(nèi)容與步驟(1) 根據(jù)設(shè)計要求和實驗室所提供器材，確定原理電路并選定元器件參數(shù)。(2) 按設(shè)計電路接線，(3) 調(diào)試電路，并記錄相應(yīng)實驗數(shù)據(jù)4. 實驗總結(jié)與分析(1) 實驗報告要求 設(shè)計電路圖。 元件參數(shù)的確定和元器件的選擇。 記錄并整理實驗數(shù)據(jù)，畫出輸出電壓 uO的波形(標出幅值、周期、相位關(guān) 系)，分析實驗結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。 將實驗得到的振蕩頻率、輸出電壓的幅值分別與理論計算值進行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。(2) 思考與總結(jié) 若要求輸出占空比可調(diào)的矩形脈沖，電路應(yīng)如何設(shè)計？ 總結(jié)設(shè)計與調(diào)試體會。教學(xué)后記:湖南工學(xué)院教案用紙37實驗八 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與測試（綜合性）一、本次實驗主要內(nèi)容根據(jù)設(shè)計要求分別進行變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路的設(shè)計，并測試對應(yīng)電路 的性能指標。二、教學(xué)目的與要求熟悉單相橋式整流、電容濾波電路的特性；掌握串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源主要技 術(shù)指標的測試方法。三、教學(xué)重點難點1、各單元電路的設(shè)計；2、各單元電路性能指標測試，。四、教學(xué)方法和手段課堂講授、操作、討論；五、作業(yè)與習(xí)題布置完成實驗報告湖南工學(xué)院教案用紙40實驗八 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計