模電大型實驗

模擬電子技術大型實驗指導教師：章旌紅聯(lián)系電話箱：zhangjinghong@實驗主要內容按排理論講課和使用Multisim8軟件對由集成運放組成的方波-三角波電路電路進行設計仿真(8學時)元器件測試和安裝

和調試（10學時）電路主要參數(shù)的測試

（2學時）課后完成實驗總結報告

0uouiUO+理想運放uo0uiUo+U0

-Uim–Uim實際運放UO-一、比較器1.過零比較器2.單門限電壓比較器因為電路只有一個門限電壓，故稱為單門限比較器。電壓傳輸特性：vI

>VREF

時，vOH

=+VCCvI

<VREF時，vOL

=-VEE理想實際3.遲滯比較器（2）門限電壓:上門限電壓下門限電壓回差電壓傳輸特性:傳輸特性二、方波產生電路uT+=R1R1+R2UZUZR1R1+R2uT－=RRo

DZR2uCuou+u-±UZR1C+-+12v-12vT1to

t1

t2uOuCUZu+Hu+L－UZ

tuCuO0RRo

DZR2uCuou+u-±UZR1C+-+12v-12vT1to

t1

t2uOuCUZu+Hu+L－UZ

tuCuO0T2T=T2+T1=2RCln(1+2R1R2)Tf0=12RCln(1+=2R1R21)振蕩頻率：Rw2Rw1RRo

DZRWuCuou+u-±UZR22C+-+12v-12vR11

振蕩頻率：其中：R1=R11+Rw1R2=R22+Rw2實驗中可通過調節(jié)電位器Rw（即改變R2/R1），也可通過改變R、C來實現(xiàn)振蕩頻率的調節(jié)．三、方波-三角波發(fā)生器滯回比較器與積分器

首尾相連，形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)如圖所示．比較器輸出的方波經(jīng)積分器可以得到三角波，三角波經(jīng)滯回比較器形成方波，這樣即可構成三角波、方波發(fā)生器．由于采用運算放大器組成積分電路，因此可以實現(xiàn)恒流充電，使三角波的線性大大改善。CR2v0R

R1RPvo

uA741uA7412374R+--+--CR2v02R3R1RP3vo

uA741uA7412374R+-+12v-12v+-+12v-12v方波-三角波發(fā)生電路改變R,C可以改變f0;改變VIN,也可以改變f0VIN四、壓控方波-三角波信號發(fā)生器壓控方波-三角波信號發(fā)生器(VoltageControlledOscillator)是一種將電壓信號轉換為頻率信號的電路(V/F變換器)，發(fā)生器輸出的頻率信號與輸人的電壓大小之間有一定的關系。當輸入電壓是直流電壓時，可制成頻率可方便調節(jié)的信號源；當輸入電壓是正弦電壓時，可制成調頻振蕩器；當輸入電壓是三角波電壓時，可制成掃頻振蕩器。壓控信號發(fā)生器的輸出電壓可以是正弦信號、脈沖信號或其他信號。本實驗要求設計在輸入直流電壓控制下方波或三角波頻率可調的電路：

1）掌握由集成運算放大器組成壓控方波-三角波發(fā)生器的方法。

2）掌握由LM331組成壓控振蕩器的方法。1.實驗目的:直流穩(wěn)壓電源雙蹤示波器萬用表運算放大器LF411(或LM741)3塊V/F轉換芯片LM3311塊二極管1N41484只電阻器、電容器若干2.實驗設備與器件CR2v02R3R1RP3vo

A2A32374R+-+12v-12v+-+12v-12vVD4VD3+-+-+12vVD1VD2A1A4R5R6R4RP1RF1v013.由集成運算放大器組成的壓控方波-三角波發(fā)生器原理圖+VIN－4.實驗原理1.由集成運算放大器組成壓控方波-三角波發(fā)生器的振蕩頻率為：方波的輸出幅值為A2的輸出飽和電壓：三角波的輸出幅值為：A1為反相比例放大器，其電壓增益為當Rf1=R4時，為反相器。

增加A1、A4電路后，被積分的電壓由v02變?yōu)橹绷骺刂齐妷篤IN

，但由于A2的最大輸出電壓為定值，所以三角波的輸出幅值不變，仍然為：但隨著控制電壓VIN的變化，三角波的上升、下降斜率發(fā)生變化，即振蕩頻率變化，從而實現(xiàn)了壓控信號發(fā)生器的目的。A4為電壓跟隨器.電路原理圖中即所以振蕩頻率為因此，改變輸入直流電壓VIN的大小，可以實現(xiàn)方波或三角波頻率的可調。五、由LM311組成壓控方波-三角波發(fā)生器LMl3IA/LMl31、LM231A/LM231、LM331A/LM331是美國NS公司(NationalSemicon-ductor)生產的高精度V/F轉換芯片，主要技術指標為最大線性度:0.01%滿量程頻率范圍:lHz-lOOkHz供電電壓:4-4OVLM331簡化功能框圖LM331的簡化功能框圖如圖所示：主要由電流源、輸入比較器、單脈沖定時器等幾部分組成。LM331：引腳2為內部基準電流源，引腳3為頻率信號輸出端引腳4為接地端，引腳5為外接R/C端，引腳6為閾值電壓端(一般和引腳1相連)，引腳7為控制電壓信號輸入端，引腳8為電源端。LM331引腳圖LM331輸入比較器的兩個輸入端，一個接輸入電壓VIN，一個接閾值電壓VX，當時VIN

>VX時

，比較器啟動單脈沖定時器，輸出寬度為T0=1.1RtCt的脈沖信號，驅動晶體管，使其導通，同時由電流開關控制電流源向C２充電，使VX上升。當VX上升到VIN<VX時，電流源關斷，定時器自動復位。此后，C２通過R2放電，VX逐漸下降，直至VIN

>VX

，比較器再次啟動定時器，開始下一個循環(huán)，這樣形成自激振蕩。這種V/F轉換器的輸出頻率與輸入電壓之間近似呈線性關系式中，A為電流源的電流。即該電路可以將輸入的電壓信號轉換為頻率信號。

預習要求

1·復習教材中有關運算放大器構成的運算電路的相關內容，理解由集成運算放大器組成的壓控信號發(fā)生器的工作原理。2·查閱LM331的相關資料，理解LM331的工作原理。1.MultiSim仿真電路u02u01u0A1A2A3A4V02V01實驗內容

電路搭建完成后，調節(jié)RP使控制電壓VIN變化，在v02和v0端會有不同頻率的方波、三角波產生。將R2固定在15kΩ時，理論計算振蕩頻率與輸入電壓之間的關系用示波器測量三角波的頻率和幅值，填入表3-3-1，與理論值比較。振蕩頻率/HzVIN/V123仿真值理論值V02max/vv0max振蕩頻率/Hzv0max表3-3-1由集成運算放大器組成的壓控方波發(fā)生器仿真數(shù)據(jù)表繪出一組仿真波形u0u0212348765UA741VCCVEE輸出_+12V-12V調零端調零端集成運算放大器引腳圖注意事項1.電路中各運放、芯片引腳正確連接,特別注意二極管的正負方向不能接反。

2.運放的正負電源端不能接反。

3.+12V,-12V,地是三個不同的端頭,地不能和-12V接在一起2.用實際元器件搭建電路，將R2固定在15kΩ時，在不同輸入控制電壓下用示波器測量三角波的頻率和幅值，填入表3-3-2，與理論值比較。VIN/V123仿真值理論值V02max/vv0max振蕩頻率/Hzv0max表3-3-2由集成運算放大器組成的壓控方波發(fā)生器仿真數(shù)據(jù)表繪出示波器中三角波、方波實際電路波形：V02V012348765LF353VCCVEE+_輸出輸出_+集成運算放大器引腳圖有興趣可用LF353代替UA741比較實驗結果并分析3.搭建由LM331構成的壓控方波-三角波發(fā)生器圖3-3-4LM331組成的壓控振蕩器電路(10Hz-10kHz)LM331R2100KΩR347Ω5KΩ12KΩ{R5R110KΩf0C10.01ufR16.8KΩC10.1uf100kΩR110KΩ16784235+VCC(+12V)0.01ufVIN圖中引腳2的R5用來調節(jié)LM331的增益偏差和由R1、C1、

R2引起的偏差，以校正輸出頻率;引腳3必須外接負載電阻，一般為l0kΩ，所加電壓VCC與后級被驅動電路所需的電平一致。若后級TTL器件，則VCC=+5V;引腳5外接單穩(wěn)態(tài)電路的定時電阻和電容，其取值決定單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)產生的脈沖寬度T0;引腳6外接的R2、C2與R3串聯(lián)可產生滯后效應，使輸入比較器獲得良好的線性度;引腳7接控制電壓VIN，并增加R1、C1組成的低通濾波電路。

按圖3-3-4所示的電路參數(shù)，當輸人電壓由0-l0V變化時，可以獲得l0Hz-l0kHz的輸出頻率。在不同VIN下，用示波器測量輸出脈沖的頻率，填入表3-3-3，分析輸入電壓與輸出頻率之間的關系。記錄LM331組成的壓控振蕩器電路波形2～3組VC2V0表3-3-3由LM331組成的壓控方波-三角波發(fā)生器實驗數(shù)據(jù)表VIN/V258振蕩頻率測量值/Hz實驗報告要求：1.簡述圖3-3-1和圖3-3-4電路的工作原理及主要元件在電路中的作用。2.記錄并整理實驗數(shù)據(jù)，畫出兩個電路振蕩頻率f與控制電壓VIN之間的關系曲線f=F(VIN)3.畫出兩個電路VIN下的方波、三角波信號波形，標明幅值、周期及相位關系，分析結果4.仿真電路與仿真波形圖,相關參數(shù)表格記錄和小結5.安裝調試中所用儀器儀表（寫明名稱和型號），安裝調試步驟，數(shù)據(jù)記錄與處理以及安裝調試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法和總結6.由LM331組成的壓控方波-三角波發(fā)生器原理與原理圖，安裝調試中所用儀器儀表（寫明名稱和型號），安裝調試步驟，數(shù)據(jù)記錄與處理以及安裝調試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法和總結7.分析討論實驗中出現(xiàn)的問題及排除方法

例、仿真結果 數(shù)據(jù)記錄VIN/V123仿真值理論值V02max/vv0m