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)告目錄實(shí)驗(yàn)一 單極共射放大電路實(shí)驗(yàn)二 集成運(yùn)算放大器的線(xiàn)性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)三 多級(jí)負(fù)反饋放大電路實(shí)驗(yàn)四 RC正弦波振蕩器實(shí)驗(yàn)五 方波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)六 有源濾波器綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 用運(yùn)算放大器組成萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一 單極共射放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用MultiSim仿真軟件分析單級(jí)放大器主要性能指標(biāo)的方法。2、掌握晶體管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試和調(diào)整方法，觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器輸出波形的影響。3、測(cè)量放大器的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。 4、掌握用MultiSim仿真軟件分析單級(jí)放大器的頻率特性的方法。 5、測(cè)量放大器的幅頻特性。二、實(shí)驗(yàn)原理及結(jié)果如圖所示：1.靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)量（

2、1） 輸入端加入1KHz、幅度為50mV的正弦波，如圖所示。當(dāng)按照上述要求搭接好電路后，用示波器觀察輸出。靜態(tài)工作點(diǎn)具體調(diào)整步驟如下：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(wú)失真動(dòng)作減小增大減小輸入信號(hào)加大輸入信號(hào)根據(jù)示波器上觀察到的現(xiàn)象，做出不同的調(diào)整動(dòng)作，反復(fù)進(jìn)行，使示波器所顯示的輸出波形達(dá)到最大不失真。（2） 撤掉信號(hào)發(fā)生器，使輸入信號(hào)電壓，用萬(wàn)用表測(cè)量三極管的三個(gè)極分別對(duì)地的電壓，根據(jù)算出.將測(cè)量值記錄于下表，并與估算值進(jìn)行比較。理論估算值實(shí)際測(cè)量值2.913v7.976v2.213v5.763v2.012mA2.881V8.069V2.173V5.912V1.964mA2.電壓放

3、大倍數(shù)的測(cè)量（1）輸入信號(hào)為1kHz、幅度為50mV的正弦信號(hào)，輸出端開(kāi)路時(shí)，示波器分別測(cè)出， 的大小，然后算出電壓放大倍數(shù)。數(shù)據(jù)如下：=-70.708mV=1.227VA1= =-17.353（2）輸出端接入2k的負(fù)載電阻Rl,保持輸出電壓不變，測(cè)出此時(shí)的輸出電壓，并算出此時(shí)的電壓放大倍數(shù)，分析負(fù)載對(duì)放大電路的影響。數(shù)據(jù)如下：=-70.708mV=614.893mVAv= =-8.696（3） 用示波器雙蹤觀察和的波形，比較相位關(guān)系。相位互差180度3、輸入電阻和輸出電阻的測(cè)量（1）用示波器分別測(cè)出電阻兩端的電壓和，便可算出放大電路的輸入電阻的大小，如圖所示: 圖負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電路 圖接入負(fù)載

4、時(shí)的電路（2）根據(jù)測(cè)得的負(fù)載開(kāi)路時(shí)的輸出電壓，和接入負(fù)載時(shí)的輸出電壓，便可算出放大電路的輸出電阻。 放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試、計(jì)算結(jié)果如下：理論估算值實(shí)際測(cè)量值參數(shù)負(fù)載開(kāi)路50mv875mv17.55.1k2k70.708mv1.226v17.3522.2k2.0kRl=50mv435mv8.75.1k2k70.708mv614.691mv8.6952.2k1.78krbe=200+(1+)26/1.964=1K三、實(shí)驗(yàn)分析靜態(tài)工作點(diǎn)的理論估算值和實(shí)際測(cè)量值之間的誤差原因：1）近似認(rèn)為ICQ=IEQ，使得VCEQ偏小，IC偏大；2）近似計(jì)算三極管的體電阻為特定值，此特定值偏大；3）忽略三極管的極間

5、電阻和極間電容；4）選用的元件有一定的精度差別，使得結(jié)果略有偏差。實(shí)驗(yàn)二 集成運(yùn)算放大器的線(xiàn)性應(yīng)用一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 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） 掌握有幾成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法、和積分等基本運(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)儀表及設(shè)備（1） 雙路直流穩(wěn)壓電流一臺(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(wàn)用表一塊（6） 集成運(yùn)算放大器（LM324）一片（7） 電阻6.2K一個(gè)，9.1K一個(gè)，10K兩個(gè)，20K三個(gè)

6、，100K兩個(gè)（8） 電容0.01F兩個(gè)（9） 模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)原理集成運(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)放大器件。當(dāng)外界接入線(xiàn)性或非線(xiàn)性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線(xiàn)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)放看成是理想的，有以下三條基本結(jié)論:(1)開(kāi)環(huán)電壓增益Av=。(2)運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端電壓近似相等，即V = V，成為虛短。(3)運(yùn)算放大器同相和反相兩個(gè)輸入端電流可視為0，成為虛斷。1.基本運(yùn)算電路（1）反向比例運(yùn)算電路。電路如下圖所示：輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系：V。=-（R/

7、R1）V為了減少輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算錯(cuò)誤，在同相端應(yīng)接入平衡電阻R2：R2=R1/Rf.（2）反相加法運(yùn)算電路。電路如下圖所示：輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系：V0=-(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)當(dāng)R2=R1=Rf時(shí)，V0=-（Vi1+Vi2）（3）反相積分運(yùn)算電路。電路如下圖所示：輸入電壓與輸出電壓關(guān)系：V0(t)=-1/（R1*C）Vidt+Vc(0)式中，Vc(0)是t=0時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即初始值。四 實(shí)驗(yàn)步驟1.反相比例電路創(chuàng)建工作窗口，運(yùn)算放大器采用LM324，輸入端加入幅值100mv、頻率為1KHz的正弦信號(hào)，R1,R2,Rf分別取10k,9.1 k,100 k

8、。單擊仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)行仿真分析,觀察并記錄結(jié)果。2反相加法電路創(chuàng)建工作窗口，運(yùn)算放大器采用LM324，輸入端加入幅值200mv、頻率為1KHz的正弦信號(hào)Vi1p和幅值200mv、頻率為1KHz的正弦信號(hào)Vi2p。R1,R2,R3,Rf分別取10k,20 k,6.1 k，100 k。單擊仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)行仿真分析,觀察并記錄結(jié)果。3.反相積分電路創(chuàng)建工作窗口，運(yùn)算放大器采用LM324，輸入端加入幅值100mv、頻率為1KHz的方波信號(hào)。R1,R2分別取10k,20 k，電容C取0.01f。單擊仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)行仿真分析,觀察并記錄結(jié)果。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄及分析1. 反相比例電路輸入輸出波形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理Vip

9、/mV100mvVop/mV2890Av理論值10實(shí)測(cè)值9.632. 反相加法電路輸入輸出波形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理Vi1p/mV200mvVi2p/mV200mvVop/mV2750Av理論值15實(shí)測(cè)值13.753.反相積分電路輸入輸出波形Vip/mv100R110kVop/mv253實(shí)驗(yàn)三 多級(jí)負(fù)反饋放大電路一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握用仿真軟件研究多級(jí)負(fù)反饋放大電路。（2）學(xué)習(xí)集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用，掌握多級(jí)集成運(yùn)放電路的工作特點(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。1.測(cè)試開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)和通頻帶；2.比較電壓放大倍數(shù)、輸入電

10、阻、輸出電阻和通頻帶在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)時(shí)的差別；3.觀察負(fù)反饋對(duì)非線(xiàn)性失真的改善。二 實(shí)驗(yàn)儀表及設(shè)備（1）雙路直流穩(wěn)壓電流一臺(tái)（2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)（3）示波器一臺(tái)（4）萬(wàn)用表一塊（5）集成運(yùn)算放大器（A741）一片（10） 電阻1K一個(gè)，2.7K一個(gè)，3.4 K一個(gè)，3.9 K一個(gè)，5.1 K一個(gè)，6.2K一個(gè)，6.8 K兩個(gè)，10K三個(gè)，13.6 K一個(gè)，20K一個(gè)，22 K一個(gè)，27 K一個(gè)，47 K一個(gè)，100K一個(gè)，10 K，200 K電位器各一個(gè)（11） 電容0.01F兩個(gè)，0.047F兩個(gè)，0.094F，0.1F，0.2F各一個(gè)（12） 二極管兩個(gè)，穩(wěn)壓二極管02DZ4.7兩個(gè)（13

11、） 模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)原理（1）基本概念：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(guò)一定的電路形式作用到輸入回路，用來(lái)影響其輸入量（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的措施稱(chēng)為反饋。若反饋的結(jié)果使凈輸入量減小，則稱(chēng)之為負(fù)反饋；反之，稱(chēng)之為正反饋。若反饋存在于直流通路，則稱(chēng)為直流反饋；若反饋存在于交流通路，則稱(chēng)為交流反饋。交流負(fù)反饋有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋；電壓并聯(lián)負(fù)反饋；電流串聯(lián)負(fù)反饋；電流并聯(lián)負(fù)反饋。若反饋量取自輸出電壓，則稱(chēng)之為電壓反饋；若反饋量取自輸出電流，則稱(chēng)之為電流反饋。輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓形式相疊加，稱(chēng)為串聯(lián)反饋；以電流形式相疊加，稱(chēng)為并聯(lián)反饋。

12、在分析反饋放大電路時(shí)，“有無(wú)反饋”決定于輸出回路和輸入回路是否存在反饋支路?！爸绷鞣答伝蚪涣鞣答仭睕Q定于反饋支路存在于直流通路還是交流通路；“正負(fù)反饋”的判斷可采用瞬時(shí)極性法，反饋的結(jié)果使凈輸入量減小的為負(fù)反饋，使凈輸入量增大的為正反饋；“電壓反饋或電流反饋”的判斷可以看反饋支路與輸出支路是否有直接接點(diǎn)，如果反饋支路與輸出支路有直接接點(diǎn)則為電壓反饋，否則為電流反饋；“串聯(lián)反饋或并聯(lián)反饋”的判斷可以看反饋支路與輸入支路是否有直接接點(diǎn)，如果反饋支路與輸入支路有直接接點(diǎn)則為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋。引入交流負(fù)反饋后，可以改善放大電路多方面的性能：提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、改變輸入電阻和輸出電阻、展寬通頻

13、帶、減小非線(xiàn)性失真等。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。該放大電路由兩級(jí)運(yùn)放構(gòu)成的反相比例器組成，在末級(jí)的輸出端引入了反饋網(wǎng)路Cf、Rf2和Rf1，構(gòu)成了交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。（2）放大器的基本參數(shù)：1）開(kāi)環(huán)參數(shù)： 將反饋之路的A點(diǎn)與P點(diǎn)斷開(kāi)、與B點(diǎn)相連，便可得到開(kāi)環(huán)時(shí)的放大電路。由此可測(cè)出開(kāi)環(huán)時(shí)的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)路的電壓反饋系數(shù)Fv和通頻帶BW，即： 式中：VN為N點(diǎn)對(duì)地的交流電壓；Vo為負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)的輸出電壓；Vf為B點(diǎn)對(duì)地的交流電壓；fH和fL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)的時(shí)的頻率值，即2）閉環(huán)參數(shù)：通過(guò)開(kāi)環(huán)時(shí)放

14、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)Fv和上、下限頻率fH、fL，可以計(jì)算求得多級(jí)負(fù)反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)AVf、輸入電阻Rif、輸出電阻Rof和通頻帶BWf的理論值，即測(cè)量放大電路的閉環(huán)特性時(shí)，應(yīng)將反饋電路的A點(diǎn)與B點(diǎn)斷開(kāi)、與P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Vo（接入負(fù)載RL時(shí)的測(cè)量值）達(dá)到開(kāi)環(huán)時(shí)的測(cè)量值，然后分別測(cè)出Vi、VN、Vf、BWf和Vo（負(fù)載RL開(kāi)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)量值為上述所得結(jié)果應(yīng)與開(kāi)環(huán)測(cè)試時(shí)所計(jì)算的理論值近似相等，否則應(yīng)找出原因后重新測(cè)量。在進(jìn)行

15、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)步驟1、負(fù)反饋放大器開(kāi)環(huán)和閉環(huán)基本參數(shù)的測(cè)試(1)開(kāi)環(huán)基本參數(shù)的測(cè)量：按圖所示連接電路，鏡檢查無(wú)誤后接通正、負(fù)電源（注意極性不能接反，以免損壞集成芯片）。將A點(diǎn)與P點(diǎn)斷開(kāi)、與B點(diǎn)相連，使放大電路處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，將信號(hào)發(fā)生器輸出調(diào)為1kHz，20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的輸入端，用示波器觀察輸入和輸出的波形。接入負(fù)載RL，用示波器分別測(cè)出Vi，VN，Vf，Vo，記入表中。將負(fù)載RL開(kāi)路，保持輸入電壓Vi的大小不變，用示波器測(cè)出輸出電壓Vo，記入表中。保持輸入信號(hào)幅度不變，逐漸

16、增加輸入信號(hào)頻率，知道輸出波形減小為原來(lái)的1/2（即0.707倍），此時(shí)信號(hào)頻率即為放大器的上限頻率fH，然后逐漸減小輸入信號(hào)頻率，測(cè)得放大器的下限頻率fL。記入表中。由上述測(cè)試結(jié)果，根據(jù)式算出放大電路開(kāi)環(huán)時(shí)的Av，Ri，Ro，BW和Fv的值，并由式計(jì)算出放大器閉環(huán)時(shí)Avf，Rif，Rof和BW的理論值，記入表中。2、閉環(huán)基本參數(shù)的測(cè)量：將圖中的A點(diǎn)與B點(diǎn)斷開(kāi)、與P點(diǎn)相連，使放大電路處于閉環(huán)狀態(tài)（注意調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出為1kHz正弦波的幅值）。接入負(fù)載Rl，逐漸增大輸入信號(hào)Vi，使輸出電壓Vo達(dá)到開(kāi)環(huán)時(shí)的測(cè)量值，然后用示波器分別測(cè)出Vi，VN，和Vf的值，記入表中。將負(fù)載RL開(kāi)路，保持輸入電壓

17、Vi的大小不變，用示波器分別測(cè)出Vo的值，記入表中。閉環(huán)時(shí)放大器的頻率特性測(cè)試同開(kāi)環(huán)時(shí)的測(cè)試，即重復(fù)開(kāi)環(huán)測(cè)試步。由上述結(jié)果并根據(jù)式計(jì)算出閉環(huán)時(shí)的Avf，Rif，Rof和Fv的實(shí)際值，記入表中。計(jì)算通頻帶BW。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果放大電路無(wú)反饋時(shí)的輸出波形放大電路有反饋時(shí)的輸出波形測(cè)量數(shù)據(jù)Vip/mvVnp/mvVfp/mvVop/mv開(kāi)環(huán)測(cè)試7.071119.99318.0711408閉環(huán)測(cè)試7.7014.5114.743360.6Vlp/mvAv/AvfRi/RifRo/RofFv1178166.7102000.9960.015351.58352.227600261.120.0128實(shí)驗(yàn)四 RC正弦

18、波振蕩器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)學(xué)習(xí)RC正弦波振蕩器的組成及其振蕩條件。 (2)學(xué)會(huì)測(cè)量、調(diào)試振蕩器。二、實(shí)驗(yàn)原理文氏電橋振蕩器是一種較好的正弦波產(chǎn)生電路，適用于產(chǎn)生頻率小于1MHz，頻率范圍寬，波形較好的低頻振蕩信號(hào)。因?yàn)闆](méi)有輸入信號(hào)，為了產(chǎn)生正弦波，必須在電路里加入正反饋。下圖是用運(yùn)算放大器組成的電路，圖中R3,R4構(gòu)成負(fù)反饋支路，R1，R2，C1，C2的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋支路并兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，二極管構(gòu)成穩(wěn)幅電路。調(diào)節(jié)電位器Rp可以改變負(fù)反饋的深度，以滿(mǎn)足振蕩的振幅條件和改善波形。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(chēng)，同時(shí)接入R4以消除二極管的非線(xiàn)性

19、影響。若R1=R2，C1=C2，則振蕩頻率為f0=1/2RC，正反饋的電壓與輸出電壓同相位，且正反饋系數(shù)為1/3。為滿(mǎn)足電路的起振條件放大器的電壓放大倍數(shù)AV > 3，其中AV = 1+R5/ =Rp+R4。由此可得出當(dāng)R5 >2R3時(shí)，可滿(mǎn)足電路的自激振蕩的振幅起振條件。在實(shí)際應(yīng)用中R5應(yīng)略大于R3，這樣既可以滿(mǎn)足起振條件，又不會(huì)因其過(guò)大而引起波形嚴(yán)重失真。此外，為了輸出單一的正弦波，還必須進(jìn)行選頻。由于振蕩頻率為f0=1/2RC，故在電路中可變換電容來(lái)進(jìn)行振蕩頻率的粗調(diào)，可用電位器代替R1，R2來(lái)進(jìn)行頻率的細(xì)調(diào)。電路起振后，由于元件參數(shù)的不穩(wěn)定性，如果電路增益增大，輸出幅度將越

20、來(lái)越大，最后由于二極管的非線(xiàn)性限幅，這必然產(chǎn)生非線(xiàn)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)穩(wěn)幅電路。圖中兩個(gè)二極管主要是利用二極管的正向電阻隨所加電壓而改變的特性，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）計(jì)算機(jī)仿真部分（1）按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好仿真電路。 （2）啟動(dòng)仿真，用示波器觀測(cè)有無(wú)正弦波輸出。若無(wú)輸出，可調(diào)節(jié)Rp使V0為伍明顯失真的正弦波，并觀察V0的值是否穩(wěn)定。記錄起振、正弦波輸出和臨界失真情況下的f、Rp和 V0有效值在表格中。（3）保持其他參數(shù)不變，分別測(cè)量C1=C2=0.01F和C1=C2=0.02F兩種情況下V0和Vf的有效值及頻率，記錄在表格中

21、。(2) 實(shí)驗(yàn)室操作部分1、 按圖連接好電路，并仔細(xì)檢查確保電路無(wú)誤。檢查無(wú)誤后，接通V直流電源。2、 接通電源用示波器觀測(cè)有無(wú)正弦波輸出。調(diào)節(jié)Rp，使輸出波形從無(wú)到有直至不失真。繪出Vo的波形，并記錄臨界起振、正弦波輸出及出現(xiàn)失真情況下的Rp值。將將結(jié)果記錄至表中并分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對(duì)起振條件和輸出波形的影響。3、 調(diào)節(jié)電位器Rp使輸出波形幅值最大且不失真，分別測(cè)出輸出電壓Vo并將結(jié)果記錄表中，分析振蕩的幅值條件。4、 觀察R1=R2=10k，C1=C2=0.01F 情況下（輸出波形不失真），分別測(cè)量Vo的幅值和反饋電壓Vf，填入表中，并與計(jì)算結(jié)果相比較。5、 斷開(kāi)二極管D1，D2，重復(fù)步驟3的

22、內(nèi)容，將結(jié)果與步驟3的結(jié)果進(jìn)行比較。4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果起振臨界失真（輸出已失真）可變電阻/k79.5反饋電壓/V257.153.808輸出電壓/V770.13411.117(一)計(jì)算機(jī)仿真部分起振波形穩(wěn)定波形臨界失真波形波特圖（2） 實(shí)驗(yàn)室操作部分實(shí)驗(yàn)五 方波發(fā)生器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)集成運(yùn)算放大器組成矩形波發(fā)生器的工作原理（2）掌握集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用，為綜合應(yīng)用奠定基礎(chǔ)（3）進(jìn)一步熟悉仿真軟件的應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)原理圖（1）是由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的輸出脈沖寬度可調(diào)的矩形波發(fā)生器。圖（1） 寬度可調(diào)的矩形波發(fā)生器設(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)R3向C充電，

23、充電時(shí)間常數(shù)為R3C。當(dāng)電容兩端電壓Vc略大于同相輸入端電壓Vp時(shí)，輸出電壓Vo跳變?yōu)?Vz，二極管D1截止，D2導(dǎo)通，電容經(jīng)R4向輸出端放點(diǎn)，放點(diǎn)時(shí)間常數(shù)為R4C。當(dāng)Vc略小于Vp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Vo不斷翻轉(zhuǎn)，形成矩形波，如圖（1）所示。輸出脈沖高電平Vo = + Vz的時(shí)間為輸出低電平Vo = - Vz的時(shí)間為振蕩頻率占空比可見(jiàn)，調(diào)節(jié)電位器Rp，改變R3的大小，即可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。但由于受運(yùn)算放大器上升速率的限制，不能得到太窄的矩形波。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)計(jì)算機(jī)仿真部分a) 按圖所示電路接線(xiàn)，檢查無(wú)誤后接通直流電源。b) 用示波

24、器測(cè)出的波形，畫(huà)出波形比較他們的關(guān)系。c) 用示波器測(cè)出的幅值和頻率。d) 調(diào)節(jié)電位器，可雙擊圖標(biāo)將彈出的對(duì)話(huà)框的key欄設(shè)置成A，Incerement欄改成5。這兩個(gè)參數(shù)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。這樣按住“A”鍵，電位器以5的速率 增長(zhǎng)。按住“SHIFT+A”鍵，電位器則以5的速率減小。用示波器觀察輸出電壓的變化，當(dāng)時(shí)（占空比D=50），測(cè)量電阻的大小，分析實(shí)測(cè)值與理論值的誤差。(2) 實(shí)驗(yàn)室操作部分1、 按圖所示連接電路，檢查無(wú)誤后接通直流電源。2、 用示波器觀察Vo，Vc的波形，畫(huà)下波形，比較他們的相位關(guān)系。3、 用示波器觀察Vo，Vc的幅值和頻率。4、 調(diào)節(jié)電位器Rp，用示波器觀察輸出電壓Vo的

25、變化。5、 當(dāng)T1=T2時(shí)（占空比D=50%），測(cè)量電阻R3的大小，分析實(shí)測(cè)值與理論值的誤差。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(一)計(jì)算機(jī)仿真部分（1）用示波器觀察Vo，Vc的波形，畫(huà)下波形，比較它們的相位關(guān)系。（2）用示波器測(cè)出Vo，Vc的幅值和頻率。Vo的幅值和頻率Vc的幅值和頻率（3）調(diào)節(jié)電位器Rp，用示波器觀察輸出電壓Vo的變化，當(dāng)T1 = T2 時(shí)，測(cè)量電阻R3的大小，分析實(shí)測(cè)值與理論值的誤差。當(dāng)D = 50% 時(shí)，R3 = R4 = 100k，通過(guò)觀測(cè)示波器的波形，當(dāng)R3 = 100k時(shí)，T1 = T2。(2) 實(shí)驗(yàn)室操作部分實(shí)驗(yàn)六 有源濾波器一.i實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）熟悉有源RC濾波器的設(shè)計(jì)方法。 （2

26、）掌握錄波器上、下限頻率的測(cè)試方法，了解濾波器在實(shí)際中的應(yīng)用。二.實(shí)驗(yàn)原理有源濾波器的作用是輸入信號(hào)中選出有用的頻率信號(hào)使其通過(guò)，而將無(wú)用的干擾的頻率信號(hào)加以抑制，起衰減作用。濾波器采用運(yùn)算放大器和元件R、C組成，成為有源濾波器。優(yōu)點(diǎn)是由于電路中沒(méi)有電感和大電容元件，因而體積小、重量輕；另外由于集成運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益和輸入阻抗高 ，輸出阻抗低，可兼有電壓放大作用和一定的帶負(fù)載能力。缺點(diǎn)是集成運(yùn)算放大電路頻率帶寬不夠理想，因此有源濾波器只能在有限的頻率帶寬中工作。一般有源濾波器使用頻率在數(shù)千赫茲以下的電路中，高頻電路中采用LC無(wú)源濾波器效果較好。按通過(guò)頻率的分量來(lái)看，有源濾波器可分為低通、高通

27、、帶通和帶阻四種類(lèi)型，其幅頻特性如圖3.4.8所示。（1）低通濾波器二階低通電路的通帶增益為 ;若，則上下限頻率為 ，品質(zhì)因數(shù) （2）高通濾波器 高通濾波器可用來(lái)通過(guò)高頻信號(hào)、衰減或抑制低頻信號(hào)。AVf， ，Q的含義同二階低通濾波器 （3）帶通濾波器 允許在一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而對(duì)通頻帶頻率范圍之外的信號(hào)進(jìn)行抑制。通過(guò)改變Rf和R3的比例就可以改變頻寬而不影響中心頻率。 通帶增益為 ， 若 ， ，則中心頻率為 ，帶通濾波器的通帶截止頻率有兩個(gè)，分別為 帶寬為 從而品質(zhì)因數(shù)為 （4）帶阻濾波器 在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號(hào)不能通過(guò)，而在其余頻率范圍，信號(hào)能順利通過(guò)。 通帶增益為 若 ，, 則截止

28、頻率為 帶阻濾波器的通帶截止頻率有兩個(gè)，分別為 帶阻帶寬 品質(zhì)因數(shù)為 如圖3.4.12所示，R1，R2，C1構(gòu)成低通濾波器，它可以通過(guò)f0以下的低頻信號(hào)C2,C3,R4構(gòu)成高通濾波器，可以通過(guò)f0以上的高頻信號(hào)。所以只有f0頻率的信號(hào)無(wú)法送到運(yùn)算放大器輸入端。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）低通濾波器 按圖所示連好電路，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，將數(shù)據(jù)記入表中2） 根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)。3） 根據(jù)所計(jì)算的增益，做出頻率特性圖，并估算濾波器的上限頻率fH。4） 固定輸入信號(hào)電壓的幅值不變，調(diào)節(jié)其頻率，直到輸出波形的峰峰值為通帶是峰峰值的0.707，記錄下此時(shí)

29、信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率fH。5） 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)不同的頻率，相同幅值的正弦波信號(hào)：f1=100Hz,f2=1000Hz,vip=200mV。將兩信號(hào)分別直接加到示波器的輸入端，觀察并記錄波形。濾波器測(cè)試數(shù)據(jù)表輸入頻率/Hz1001502002503004006008001000vop/mV158.520156.710155.331152.669145.702131.11088.11856.61938.726Av/(v0/vi)1.585201.567101.553111.526691.457021.311100.881180.566190.38126Av/dB4.0016813.9

30、019343.8240443.6750173.269312.352716-1.09871-4.94076-8.37558低頻濾波器幅頻特性曲線(xiàn)（2）高通濾波器按圖所示連好電路，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，將數(shù)據(jù)記入表中2） 根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)。3） 根據(jù)所計(jì)算的增益，做出頻率特性圖，并估算濾波器的下限頻率fL。4） 固定輸入信號(hào)電壓的幅值不變，調(diào)節(jié)其頻率，直到輸出波形的峰峰值為通帶是峰峰值的0.707，記錄下此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率fL。濾波器測(cè)試數(shù)據(jù)表輸入頻率/Hz1001502002503004006008001000vop/mV9.

31、44717.29822.28741.86956.34787.308130.443147.150154.980Av/(v0/vi)0.094470.172980.222870.418690.563470.873081.304431.47151.5498Av/dB-1.02471-0.762-0.65195-0.37811-0.24913-0.058950.1154210.167760.190276高通濾波器幅頻特性曲線(xiàn)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 用運(yùn)算放大器組成萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)一 . 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.綜合利用所學(xué)知識(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)由運(yùn)算放大器、二極管整流電路及電流表組成的萬(wàn)用表電路圖，搭出實(shí)際電路并組裝調(diào)試，提高

32、實(shí)驗(yàn)綜合能力與實(shí)際動(dòng)手能力。2.熟悉萬(wàn)用表各常見(jiàn)功能的測(cè)試電路原理與方法。3.進(jìn)一步體會(huì)運(yùn)算放大器的應(yīng)用，了解其優(yōu)勢(shì)。二. 設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求 1、 直流電壓表 滿(mǎn)量程 +30V 2、 直流電流表 滿(mǎn)量程 50mA 3、 交流電壓表 滿(mǎn)量程 30V （50Hz1k Hz） 4、 交流電流表 滿(mǎn)量程 50mA 5、 歐姆表 滿(mǎn)量程分別為 1k 、10k和 100k三 。 實(shí)驗(yàn)原理及電路 1.測(cè)直流電壓原理 圖22-1為同相端輸入，高進(jìn)度直流電壓表電原理圖 為了減小表頭參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，將表頭至于運(yùn)算放大器的反饋回路中，這時(shí)，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無(wú)關(guān)，只要改變R1一個(gè)電阻，就可以進(jìn)行量程的切

33、換。 表頭電流I與被測(cè)電壓Ui的關(guān)系為 應(yīng)當(dāng)指出：圖 22-1 適用于測(cè)量電路與運(yùn)算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當(dāng)被測(cè)電壓較高時(shí)，在運(yùn)放的輸入端應(yīng)設(shè)置衰減器。 2.測(cè)直流電流原理 圖 22-2 是浮地直流電流表的電原理圖。在電流測(cè)量中，浮地電流的測(cè)量是普遍存在的。例如：若被測(cè)電流無(wú)接地點(diǎn)，就屬于這種情況。為此，應(yīng)把運(yùn)算放大器的電源也對(duì)地浮動(dòng)。按此種方式構(gòu)成的電流表就可像常規(guī)電流表那樣，串聯(lián)在任何電流通路中測(cè)量電流。 圖22-2 直流電流表表頭電流I與被測(cè)電流I1間關(guān)系為： 可見(jiàn)，改變電阻比（R1/R2），可調(diào)節(jié)流過(guò)電流表的電流，以提高靈敏度如果被測(cè)電流較大時(shí)，應(yīng)給電流表表頭并聯(lián)分流電阻。 3.

34、測(cè)交流電壓原理 由運(yùn)算放大器、二極管整流橋和直流毫安表組成的交流電壓表如圖 22-3 所示。被測(cè)交流電壓 Ui 加到運(yùn)算放大器的同相端，故有很高的輸入阻抗，又因?yàn)樨?fù)反饋能減小反饋回路中的非線(xiàn)性影響，故把二極管橋路和表頭至于運(yùn)算放大器的反饋回路中，以減小二極管本身非線(xiàn)性的影響。 表頭電流I與被測(cè)電壓ui的關(guān)系為： 4.測(cè)交流電流原理 如圖22-4為浮地交流電流表，表頭讀數(shù)由被測(cè)交流電流i的全波整流平均值I1AY決定，即 如果被測(cè)電流i為正弦電流，即 則表頭可按有效值來(lái)刻度。 電流I全部流過(guò)橋路，其值僅與Ui/Ri有關(guān)，與橋路和表頭參數(shù)無(wú)關(guān)。表頭中電流與被測(cè)電壓ui的全波整流平均值成正比，若ui為正弦波，則表頭可按有效值來(lái)刻度。被測(cè)電壓的上限頻率決定于運(yùn)算放大器的頻帶和上升速率。 5.測(cè)電阻原理 圖22-5是多量程的歐姆表 圖22-5 歐姆表 在此電路中，運(yùn)算放大器改用單電源供電，北側(cè)電阻 Rx 跨在運(yùn)算放大器的反饋回路中，同相端加基準(zhǔn)電壓UREF。 可見(jiàn)，電流 I 于被測(cè)電阻成正比，而且表頭具有線(xiàn)性刻度，改變 Ri 值，可改變歐姆表的量程。這種歐姆表能自動(dòng)調(diào)零，當(dāng) Rx=0 是，電路改成電壓跟隨器，Uo=UREF,故表頭電流為零，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零。 二極管D起保護(hù)作用，如果沒(méi)有D，當(dāng)Rx超量程時(shí)，特別是當(dāng)Rx，運(yùn)算放大器的輸出電壓將接近電源電壓，使表頭過(guò)載