本科模擬電子技術(shù)實驗教案

1、4.1 共射極單管放大電路的研究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4.1。表4.1 實驗4.1的設(shè)備與器材序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源雙路030V1臺2雙蹤示波器010M1臺3函數(shù)信號發(fā)生器低頻1臺4模擬電路實驗箱1臺5電子毫伏表1只6萬 用 表1只7數(shù)字電壓表0200V1只8數(shù)字毫安表0200mA1只9晶體管特性圖示儀1臺全班共用10三極管90131只11電阻1

2、k/0.25W1只Re12電阻2.4k/0.25W2只RS、Rc、RL13電阻20k/0.25W1只Rb1、Rb214電阻500k/0.25W1只Rb215鋁電解電容10F/25V2只C1、C216鋁電解電容50F/25V1只Ce3. 實驗電路與說明實驗電路如圖4.1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(dāng)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(fù)極和信號源

3、的極性。圖4.1 共射極單管放大器實驗電路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，并測量其值。 按圖4.1所示電路，在面包板或?qū)嶒炁_上搭接電路。安裝完畢后，應(yīng)認(rèn)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，首先將直流穩(wěn)壓電源調(diào)到12V，接通直流電源前，先將RW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IC2.0mA（即Ue2.0V）。 用萬用表測量電路的靜態(tài)電壓UCC、UBQ、UEQ、UBEQ、UCEQ，并記錄在表4.2中。表4.2 靜態(tài)工作點的測量測試內(nèi)容UCC /VUbQ /V

4、UeQ /VUbeQ /VUceQ /VIcQ /mA測量值理論計算值（3）測量電壓放大倍數(shù) 將信號發(fā)生器的輸出信號調(diào)到頻率為1kHz、幅度為10 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(dāng)減小輸入信號的幅度。 用電子毫伏表測量測量下述二種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表22；用公式和，計算出不接負(fù)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)，記錄在表4.3中。表4.3 電壓放大倍數(shù)的測量測試內(nèi)容不接負(fù)載（RL=）接上負(fù)載（RL=2.4k）Us/mVU

5、i/mVUo/VAuAusUs/mVUi/mVUo/VAuAus測量值理論計算值（4）觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置Rc2.4k，RL2.4k， ui0，調(diào)節(jié)RP使Ic2.0mA，測出Uce值，再逐步加大輸入信號，使輸出電壓u0 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u0的波形，并測出失真情況下的Ic和Uce值，記入表4.4中。每次測IC和UCE 值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表4.4 Rc2.4k RL UimVIc/mAUce/Vu0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.0(5) 測量最大不失真輸出電壓的幅度置RC2.4k，RL2.4k，調(diào)節(jié)信號發(fā)

6、生器輸出，使Us逐漸增大，用示波器觀察輸出信號的波形。直到輸出波形剛要出現(xiàn)失真而沒有出現(xiàn)失真時，停止增大Us，這時示波器所顯示的正弦波電壓幅度，就是放大電路的最大不失真輸出電壓幅度，將該值記錄下來。然后繼續(xù)增大Us，觀察輸出信號波形的失真情況。5. 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4.2中，再與測量值進行比較，并分析誤差的原因。（2）通過電路的動態(tài)分析，計算出電路的電壓放大倍數(shù)，包括不接負(fù)載時的Au、Aus以及接上負(fù)載時的Au、Aus。將計算結(jié)果填入表8.3中，再與測量值進行比較，并分析產(chǎn)生誤差的原因。（3）回答以下問題： 放大電路所接負(fù)載電阻發(fā)生變化時，對電路

7、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？（4）心得體會與其他。4.3 負(fù)反饋放大電路的研究1. 實驗?zāi)康模?）加深理解放大電路中引入負(fù)反饋的方法；（2）研究負(fù)反饋對放大器性能的影響；（3）掌握負(fù)反饋放大器性能的測試方法。2. 實驗設(shè)備與器材實驗所用設(shè)備與器材見表4.8。表4.8 實驗4.3的設(shè)備與器材序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源雙路030V1臺2雙蹤示波器010M1臺3函數(shù)信號發(fā)生器低頻1臺4模擬電路實驗箱1臺5電子毫伏表1只6萬 用 表1只7數(shù)字電壓表0200V1只8數(shù)字毫安表0200mA1只9三極管90132只10電阻100/0.2

8、5W1只RF111電阻1k/0.25W2只Re1、Re212電阻2.4k/0.25W3只RC1、RC2、RL13電阻5.1k/0.25W1只RS14電阻8.2k/0.25W1只Rf15電阻10k/0.25W1只Rb216電阻20k/0.25W1只Rb317電阻680k/0.25W1只Rb118鋁電解電容10F/25V3只C1、C2、C319鋁電解電容20F/25V1只Cf20鋁電解電容100F/25V2只Ce1、Ce23. 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(fù)反饋環(huán)節(jié)負(fù)反

9、饋在電子電路中的應(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(biāo)，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(fù)反饋放大器分成四種基本組態(tài)：電流串聯(lián)負(fù)反饋、電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋。圖4.5為帶有負(fù)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(fù)反饋 圖4.5 帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級阻容耦合放大器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)

10、是否正確，區(qū)分三極管的三個電極，并測量其值。 按圖4.5所示電路，在面包板或?qū)嶒炁_上搭接電路。安裝完畢后，應(yīng)認(rèn)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，首先將直流穩(wěn)壓電源調(diào)到12V，再接通直流電源，輸入信號暫時不接。 用直流電壓表分別測量第一級、第二級的靜態(tài)工作點，記入表4.9。表4.9 靜態(tài)工作點測量數(shù)據(jù)Ub/VUe/VUC/VIC/mA第一級第二級（3）測試基本放大器的各項性能指標(biāo) 把Rf斷開后，其他連線不動，將信號發(fā)生器的輸出信號調(diào)到頻率為1kHz、幅度為5mV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

11、號不產(chǎn)生失真。如輸出信號產(chǎn)生失真，可適當(dāng)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US、Ui、UL，記入表4.10中，保持US不變，斷開負(fù)載電阻RL（注意，Rf不要斷開），測量空載時的輸出電壓UO，記入表4.10中。(4)測試負(fù)反饋放大器的各項性能指標(biāo)將實驗電路恢復(fù)為圖4.5的負(fù)反饋放大電路。 適當(dāng)加大US（約10mV），在輸出波形不失真的條件下，測量負(fù)反饋放大器的Auf、Rif和ROf， 記入表4.10。表4.10 測量數(shù)據(jù)基本放大器US/mVUi/mVUL/VUO/VAuRi/kRO/k負(fù)反饋放大器US/mV Ui/mV UL/V UO/V AufRif/kROf/k5.

12、 實驗總結(jié)與分析（1）用理論分析方法計算出基本放大器和負(fù)反饋放大器動態(tài)參數(shù)，填入表4.7中，再與測量值進行比較，并分析誤差的原因。（2）根據(jù)實驗結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負(fù)反饋對放大器性能的影響。（3）回答以下問題： 怎樣把負(fù)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(fù)反饋來改善？（4）心得體會與其他。4.5 基本運算電路的測試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4.12示。表4.12 實驗4.5的設(shè)備與器材序號名稱型

13、號與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源雙路030V1臺2雙蹤示波器010M1臺3函數(shù)信號發(fā)生器低頻1臺4模擬電路實驗箱1臺5電子毫伏表1只6萬 用 表1只7數(shù)字電壓表0200V1只8數(shù)字毫安表0200mA1只9集成運算放大器A7411片10電阻若干11電容若干12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(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，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4.7所示。對于理想運放， 該電路的輸出

14、電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 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R2R1 / Rf。(2) 反相加法電路電路如圖4.8所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R3R1 / R2 / Rf圖4.7 反相比例運算電路 圖4.8 反相加法運算電路 (3) 同相比例運算電路圖4.9(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R2R1 / Rf當(dāng)R1時，UOUi，即得到如圖4.9(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2Rf，用以減小漂移和起保護作用。一般Rf取10k，Rf太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。 圖4.9 同相比例運算電路（4）動放大電路（減法器）減法運

15、算電路如圖4.10所示。圖4.10 減法運算電路圖 圖4.11 積分運算電路對于圖4.10所示的減法運算電路，當(dāng)R1R2，R3Rf時，有如下關(guān)系式(5) 積分運算電路反相積分電路如圖4.11所示。在理想化條件下，輸出電壓uO(t)等于式中，uC(0+)是t0+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，則即輸出電壓 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值。4. 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(fù)電源極性接反和輸出端短路，否

16、則將會損壞集成塊。（1）反相比例運算電路 按圖4.7連接實驗電路，接通±12V電源，輸入端對地短路，進行調(diào)零和消振。 輸入f100Hz，Ui0.5V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4.13中。表4.13Ui0.5V，f100HzUi/VU0/Vui 波形uo 波形Au實測值計算值（2）同相比例運算電路 按圖4.9(a)連接實驗電路。實驗步驟同內(nèi)容1，將結(jié)果記入表4.14中。 將圖4.9(a)中的R1斷開，得圖4.9(b)電路重復(fù)內(nèi)容。表4.14Ui0.5Vf100HzUi/V U0/V ui(t) 波形uo(t) 波形Au實測值計

17、算值（3） 反相加法運算電路 按圖4.8連接實驗電路。調(diào)零和消振。 輸入信號、采用直流信號，圖4.12所示電路為簡易直流信號源，由實驗者自行完成。實驗時要注意選擇合適的直流信號幅度以確保集成運放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測量輸入電壓Ui1、Ui2及輸出電壓UO，記入表4.15中。圖4.12 簡易可調(diào)直流信號源表4.15 反相加法器測量數(shù)據(jù)Ui1/VUi2/VUO/V（4）減法運算電路 按圖4.10連接實驗電路。調(diào)零和消振。 采用直流輸入信號，實驗步驟同內(nèi)容（3），記入表4.16中。 表4.16 減法器測量數(shù)據(jù)Ui1/VUi2/VUO/V（5）積分運算電路實驗電路如圖4.11所示。 打開S2，閉

18、合S1，對運放輸出進行調(diào)零。 調(diào)零完成后，再打開S1，閉合S2，使uC(o)0。預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui0.5V，接入實驗電路，再打開S2，然后用直流電壓表測量輸出電壓UO，每隔5秒讀一次UO，記入表4.17中，直到UO不繼續(xù)明顯增大為止。 表4.17 積分器測量數(shù)據(jù)T/s051015202530U0/V5. 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）。(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，如Ui1 和Ui2 均采用直流信號，并選定Ui21V，當(dāng)考慮到運算放大器的最

19、大輸出幅度(±12V)時，Ui1的大小不應(yīng)超過多少伏？ 在積分電路中，如R1100k， C4.7F，求時間常數(shù)。假設(shè)Ui0.5V，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。4.8 RC正弦振蕩器的設(shè)計與調(diào)試（設(shè)計性實驗）1. 實驗?zāi)康?1) 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)試由分立元件組成的多級電子電路系統(tǒng)。學(xué)會振蕩頻率的測量方法。2. 實驗器材 實驗所用設(shè)備與器材見表4.20。表4.20 實驗4.8的設(shè)備與器材序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源二路030V1臺2模擬電路實驗箱1臺3函數(shù)信號發(fā)生器1臺4雙蹤示波器

20、1臺5頻率計220V/12V，20VA1臺6交流毫伏表待選1臺7直流電壓表待選1塊8晶體三極管9011(50100)若干9電阻器若干10電容器若干3. 設(shè)計要求與提示(1) 設(shè)計要求 本振蕩器要求振蕩頻率為f0=320Hz(誤差在1%)，放大環(huán)節(jié)用分立元件，輸出無明顯失真，取UCC12V。 兩級阻容耦合放大電路不要求設(shè)計，應(yīng)設(shè)計選頻網(wǎng)絡(luò)的連接電路以及計算RC的參數(shù)。 計算選擇元器件參數(shù)，進行元器件測試。 在實驗箱上連接實驗電路。 自選設(shè)備和調(diào)試方案，對電路進行調(diào)試。 測量振蕩器的振蕩頻率，測量結(jié)果不滿足，調(diào)整參數(shù)直到滿足，記錄波形及其參數(shù)。(2) 設(shè)計提示RC正弦波振蕩器電路形式較多，可供選擇

21、的參考電路如圖4.18所示。 圖4.18 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器此電路為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（文氏橋）振蕩器。振蕩頻率： 起振條件： |3電路特點： 可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負(fù)反饋穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩波形。4. 注意事項(1) 安裝電路后，斷開選頻網(wǎng)絡(luò)，測量放大器靜態(tài)工作點及電壓放大倍數(shù)。(2) 可適當(dāng)調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度以滿足起振條件和改善波型。5. 實驗總結(jié)與分析(1) 實驗報告要求 畫出設(shè)計電路和提供元器件選擇依據(jù)； 將規(guī)定的振蕩頻率下的RC參數(shù)的實測值和理論估算值列表進行比較，整理測試數(shù)據(jù)并分析誤差。根據(jù)實驗結(jié)果，總結(jié)所設(shè)計的RC振蕩器的特點。(2) 思考與總結(jié) 如何用示波器來測量振

22、蕩電路的振蕩頻率。 分析反饋電阻的作用，用實驗數(shù)據(jù)加以說明。5.1 RC有源低通與帶阻濾波器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。RC 有源濾波器按照所實現(xiàn)的傳輸函

23、數(shù)的階數(shù)分，可分為一階、二階和高階RC有源濾波器。從電路結(jié)構(gòu)上看，除運算放大器和電阻元件外，一階 RC 有源濾波器含有一個電容；二階 RC 有源濾波器含有兩個電容。一般的高階 RC 有源濾波器可以由一階和二階濾波器通過級聯(lián)來實現(xiàn)。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，輸入并保存圖5.1所示電路。 測試準(zhǔn)備：輸入幅度1V、1kHz的正弦波，運行電路，用示波器觀察us、uo的波形，以確保電路正常工作。圖 5.1 一階有源低通濾波電路 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

24、C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/kHzRP2/kC/FRP1/k測量值理論值測量值理論值觀察相頻特性：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(biāo)類型選擇“Lin”，其坐標(biāo)范圍選擇起點I為“0°”、終點F為“90°”，Horizontal坐標(biāo)類型選擇“Log”，其坐標(biāo)范圍選擇起點I為“0.1Hz”、終點F為“10MHz”。 觀察低通濾波電路對信號傳輸?shù)挠绊懀狠斎敕葹?V的正弦波，觀察并比較信號頻率分

25、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. 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

26、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。 圖5.2 100Hz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。(

27、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。(4) 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。5.3 方波三角波發(fā)生器設(shè)計與研究(設(shè)計性實驗)1. 實驗?zāi)康?1) 掌握方波三角波產(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(biāo)設(shè)計一個用集成運算放大器構(gòu)成的方波三角波產(chǎn)生電路。指標(biāo)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

28、。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(biāo)要求和已知條件，確定電路方案，計算并選取各單元電路的元件參數(shù)。 測量方波產(chǎn)生電路(圖5.6)、圖5.7)輸出方波的幅度和重復(fù)頻率，使之滿足設(shè)計要求； 測量三角波產(chǎn)生電路(圖5.6)、圖5.7)輸出三角波的幅度和重復(fù)頻率，使之滿足設(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）。

29、下面僅介紹由集成運算放大器組成的方波三角波產(chǎn)生電路。 簡單的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.5 簡單的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.5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即是它的輸入電壓，近似于三角波，這是一種簡單的方波三角波產(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： （5.1）輸出三角波uC的幅度： （5.2）輸出方波uO的幅度： （5.3） 常用的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.6 常用的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.6所示是由集成運算放大器組成的一種常用的方波三角波產(chǎn)生電路。圖中運

30、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。由于電容C的密勒效應(yīng)，在A2的輸出端得到線性較好的三角波。為方波；為三角波。由圖5.6不難分析該電路的有關(guān)計算公式為：振蕩周期： （5.4）輸出方波uO1的幅度： （5.5）輸出三角波uO2的幅度： （5.6） 高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路例如圖5.7所示電路是一種高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路。圖5.7所示電路由兩個FX118型高速運放組成，其中A1為積分器，A2為比較器，它們構(gòu)成正反饋振蕩電路，在端輸出三角波，在端輸出方波。圖5.1中D1、D2起限幅作用；R2調(diào)節(jié)三角波正

31、斜率；R3調(diào)節(jié)三角波負(fù)斜率；R4調(diào)節(jié)輸出基線電平；R5調(diào)節(jié)方波的幅值；雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ為。圖5.7 高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路(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(dāng)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DZ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

32、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5.5或圖5.6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（5.2）或式（5.5）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)根據(jù)方波和三角波所要求的重復(fù)頻率來確定。當(dāng)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（5.1）或式（5.4）求得R。3

33、. 實驗內(nèi)容與步驟（1）按圖5.6進行仿真，并測量輸岀波形。（2）按圖5.7進行仿真，并測量輸岀波形。(3) 設(shè)計實驗時盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)阻值的電阻。(4) 設(shè)計時要注意選擇電源的大小，不要使電路中的電流超過電流表的量程和電阻允許通過的電流值。（5）用示波器測量輸出波形時，注意示波器接地端的正確連接。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(biāo)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

34、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。5.4 運算放大器組成萬用表設(shè)計與調(diào)試（設(shè)計性實驗）1. 實驗?zāi)康?1) 掌握萬用表電路的設(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(biāo)a.具有測量直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流及電阻的功能。b.直流電壓表量程為06V。c.直流電流表量程為010mA。d.交流電壓表量程為06V； 頻率范圍：50Hz1kHz。e.交流電流表量程為010mA。f.歐姆表量程分別為1k、10k、100k。(2) 設(shè)計任務(wù)萬用電表的電路是多種多樣的，建議采用運算放大器根據(jù)參考電路設(shè)計一只完整的

35、萬用電表。萬用表作電壓、電流或歐姆測量和進行量程切換時應(yīng)用開關(guān)切換，但實驗時可用引接線切換。(3) 設(shè)計方案提示在測量中，電表的接入應(yīng)不影響被測電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應(yīng)具有無窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零。但實際上，萬用電表表頭的可動線圈總有一定的電阻，從而影響被測量值，并引起誤差。此外交流電表中的整流二極管的壓降和非線性也會產(chǎn)生誤差。歐姆表中采用運算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實現(xiàn)自動調(diào)零。 直流電壓表圖5.8為同相端輸入、高精度直流電壓表原理圖。為了減小表頭參數(shù)對測量精度的影響，將表頭置于運算放大器的反饋回路中，這時，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無關(guān)，只要改變電阻R1，就可以進行量程的切換。表頭電流I與被測電壓的關(guān)系為。應(yīng)當(dāng)指出：圖5.8適用于測量電路與運算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當(dāng)被測電壓較高時，在運放的輸入端應(yīng)設(shè)置衰減器。 直流電流表圖5.9是浮地直流電流表的原理圖。在電流測量中，浮地電流的測量