現(xiàn)代電路與系統(tǒng)-實驗報告

10【試驗?zāi)康摹?/p>

1、使用集成運算放大器設(shè)計產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。2、學(xué)習(xí)波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測量?！驹囼炓蟆?1-2kHz左右的波形。2、測試主要的性能指標(biāo)?！驹囼炘砑半娐吩O(shè)計】一、 方案選擇本設(shè)計要求產(chǎn)生三種不同的波形：正弦波、方波、三角波。實現(xiàn)方案有：產(chǎn)生三角波；方案二，首先產(chǎn)生方波，積分得到三角波，再通過差分放大器產(chǎn)生正弦波；前局部電路調(diào)整好了就不會影響后面波形，且電路簡潔便利焊接。綜合考慮，選擇方案一。二、 正弦波振蕩電路的工作原理：產(chǎn)生正弦波自激振蕩的條件：.Xi”AXoXfF.1-1振蕩電路方框圖.Xi”AXoXfF.1-1振蕩電路方框圖絡(luò)的反響系數(shù)。滿足自激振蕩的條件是：1 1

；幅值條件；相位條件i f

i

”A。i正弦波自激振蕩電路的組成局部：〔同相比例放大電路R50K可變電阻調(diào)整。阻值5Auf

Auf

的計算公式如下：

A 1 uf R1R50kR5

RR4

A，uf，

=7R5

0kRf

R10k A，4 ，

=2。所以，增益調(diào)整范圍是2～7倍，但為了滿足起振的條件，應(yīng)調(diào)整R5

uf

1，即A >3,則Ruf 5

1-2放大電路局部〔正反響：正反響信號取自U，經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)連接至同相比例器的輸入端o〔運放的同相輸入端，U=U。f +③選頻網(wǎng)絡(luò)〔RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)〕網(wǎng)絡(luò)，所以其輸入電壓為U，輸出電壓為U 。0 f圖1-3 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)通過計算可求出RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，其諧振頻率f 0依據(jù)電路圖的參數(shù)，可計算出

1 。2RCf 1 1 1.592KHzo 2RC 21010310109④二極管穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅原理：反并聯(lián)二極管的方式。利用二極管的非線性自動調(diào)整負(fù)反響的強(qiáng)弱來掌握輸、D2將交替導(dǎo)通和截止，總有一個處于正向?qū)顟B(tài)的二極R4

并聯(lián)，Af

RR5 DR

,由于二極管正向電阻R隨UD D

升而增加，也就是說3

隨振幅增大而下降，直到滿足振幅平衡條件為止,即fU U R AO D D

1-4正弦信號發(fā)生電路3Multisim1-6所示。圖圖1-5 正弦波起振仿真圖1-6穩(wěn)定之后的正弦波仿真圖三、 方波、三角波產(chǎn)生器原理1RC網(wǎng)絡(luò)組成反響和定時電路。電容充電時，輸出波形的正半周，電容放電時，輸出波形的負(fù)半周。由于充、放電時間一樣，所以輸出的是方波〔q＝50%〕在有用電路中，將方波發(fā)生電路中的RC充、放電回積分電路原理圖方波電路原理圖路用積分運算電路來取代，滯回比較器和積分電路的輸出互為另一個電路的輸入，如圖1-7所示。其左邊為同相輸入滯回比較器，右邊為積分運算電路。滯回比較器輸出為方波，經(jīng)積分運算電路后變換為三角波。

f R3U4R2R5C1 RU方波幅值為：UO

Z

；三角波幅值為：U

2RzR31-7方波、三角波發(fā)生電路原理圖2、仿真驗證在Multisim中仿真時，可以通過調(diào)整R1，從而到達(dá)試驗要求的頻率。軟件中的波形窗口1-8、1-9所示。圖圖1-8方波仿真圖1-9三角波仿真圖【試驗設(shè)備及元件】數(shù)字型萬用表，示波器，直流電源，恒溫電烙鐵，集成運放uA741，二極管IN4001，電阻電容假設(shè)干?！驹囼炚{(diào)試及結(jié)果分析】11-10所示，圖1-10 正弦波電路板2、正弦波電路調(diào)試結(jié)果及試驗分析本設(shè)計主要調(diào)試就在正弦波振蕩頻率的調(diào)整。依據(jù)試驗原理，調(diào)試過程中，只要調(diào)圖1-10中的可調(diào)電位器，即可滿足正弦波頻率要求。在示波器上顯示波形如圖1-11所示，頻率為1.377kHz，滿足試驗要求。達(dá)不到試驗測試的目的。調(diào)試過程中，電位器的調(diào)整是波形是否失真的打算性因素。圖1-11 正弦波波形3、方波、三角波電路焊接實際焊接的電路板如圖1-12所示。1-12方波、三角波實際電路圖4、方波、三角波電路調(diào)試結(jié)果及試驗分析2.1kHz。電位器能夠，對方波的上升和下降時間起到打算作用。圖1-13 方波波形1-14三角波波形試驗二有源濾波器的制作【試驗?zāi)康摹?、觀看有源濾波器的頻率響應(yīng)特性。2、測定帶通濾波器的帶寬、品質(zhì)因數(shù)及中心頻率。3、生疏和把握有源濾波器的頻率響應(yīng)特性。【試驗要求】1、將試驗一產(chǎn)生的方波進(jìn)展濾波，得到一樣頻率的正弦波。2、測試有源濾波器主要性質(zhì)參數(shù)?！驹囼炘砑半娐吩O(shè)計】器常常用于抗干擾的設(shè)備中，以便接收某一頻段帶范圍內(nèi)的有效信號，而消退高頻段及低頻段的干擾和噪聲。帶通濾波器設(shè)計步驟：1、依據(jù)傳遞函數(shù)設(shè)計。依據(jù)對濾波器特性的要求，設(shè)計某種類nn階傳遞函數(shù)分解為幾個低階傳遞函數(shù)的乘積形式；2、電路設(shè)計。再依據(jù)所設(shè)計的傳遞函數(shù)，設(shè)計和計算相應(yīng)的元件參數(shù)值；3、電路裝配和調(diào)試。對整個濾波器電路進(jìn)展相應(yīng)的調(diào)整和性能測試，檢驗設(shè)計結(jié)果。帶通濾波器可以由低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)而成。假設(shè)低通濾波器的截止頻率為f，

f，并且滿足H

f fH

，則通頻帶為fH

fL

L。在有用電路中，帶通濾波器電路可以由單個集成運放構(gòu)成。有源帶通濾波器電路原理圖如圖2-1所示。RR4R3uiR1C1uoUA741R2C22-1有源帶通濾波器2-1RR1 2

R，CC1

C時，分析可得電路的傳輸函數(shù)為

1

R 1R30U 0

R 1 f 00

i 120

4

3j3 R R4 4 0其中，0

RC，

π 2πRC。R3

R時上限頻率、下限頻率分別為4f H 0f 0.618fL 0實際設(shè)計的電路圖如2-2所示，2-2帶通濾波電路原理圖CCR組成高通電路，由帶通濾波器的電壓放大倍數(shù)為：AA upu 1jQ(f

f0)f f0其中，Q

1 ,f 1 ,A 1R103A 10U0

2RC U0 R7ff

f (3A )f f

/QQ值越大時，通帶放大倍數(shù)數(shù)值愈大，H L U0 0 0頻帶愈窄，選頻效果就愈好。R10，并可適當(dāng)調(diào)整方波的頻率范圍，使得濾波器輸出不失真1-10所示，之后經(jīng)過有源濾波器【試驗設(shè)備及元件】UA7411片，電阻10kΩ3個、kΩ1個、50kΩ1個，電容22nF2個【試驗調(diào)試及結(jié)果分析】12-5所示，2-5有源帶通濾波實際電路2、濾波波電路調(diào)試結(jié)果及試驗分析試驗中使用的輸入信號是試驗一中產(chǎn)生的方波信號，調(diào)整其頻率f0為2.165kHz。通過濾2.146kHz2-6所示，根本滿足了試驗的要求。調(diào)試過程，可以調(diào)整電路中的可調(diào)電位器，從而保證波形不失真。2-6有源濾波結(jié)果【試驗?zāi)康摹?/p>

1、學(xué)習(xí)測量集成運算放大器相關(guān)參數(shù)的方法。2、學(xué)習(xí)示波器等儀器的使用。3、對UA741指標(biāo)的測試，了解運算放大器器件組成的主要參數(shù)的定義和表示法〔主要是輸入失調(diào)電壓/失調(diào)電流，U ，I的測量。【試驗要求】

IO IO1UA741運放的開環(huán)增益以及失調(diào)電壓。2、測試運算放大器的主要參數(shù)?！驹囼炘砑半娐吩O(shè)計】μA7413-1所示。它是一種八腳雙列直插式器件，其引腳定義如下：①、⑤調(diào)零端；②反相輸入端；①、⑤調(diào)零端；②反相輸入端；③同相輸入端；④電源負(fù)極；⑥輸出端；⑦電源正極；8UA7417+V65Uo123-V4.圖圖3-1 μA741引腳⑧⑧空腳。以下為主要參數(shù)的測試方法：輸入失調(diào)電壓：be IO一個抱負(fù)的運算放大器，當(dāng)兩輸入端加上一樣的直流電壓或直接接地時，其輸出端的直流電壓應(yīng)等于零。但由于電路參數(shù)的不對稱性，輸出電壓并不為零，這種現(xiàn)象稱為運算放大器的零點偏離或失調(diào)，為了使放大器的輸出端電壓回到零，必需在放大器的輸入端加上一個UIOUIOUIO主要取決于輸入級U的對稱性，U一般為±1~10mV。be IO數(shù)：RF 5.1KVCCRF 5.1KVCC+12VK1IB17RB2K2UA741IB26UoRB2K3K2415R1 R2 R351 51 5.1KVEE-12V3-2U ，IIO IO測試電路U IO Aod式中：UIo—輸入失調(diào)電壓U —輸入為零時的輸出電壓值ooodA —運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)od本次試驗承受的失調(diào)電壓測試電路如圖3-21及K1及

KRB

短接，用萬O12用表測量此時的輸出電壓U 失調(diào)電壓，則輸入失調(diào)電壓可由下式計算：O12U IOIOIIO

R1R R1

U O1IO當(dāng)輸入信號為的零時，運放兩個輸入端的輸入偏置電流之差稱為輸入失調(diào)電流，記為IIOOS〔有的資料中使用符號I 。OS

I I I 公式〔3-2〕IO B1 B2B1，B2式中：I I 分別是運算放大器兩個輸入端的輸入偏置電流。B1，B2B1，B2輸入失調(diào)電流的大小反映了運放內(nèi)部差動輸入級的兩個晶體管的失配度，由于I IB1，B2本身的數(shù)值已很小uAnA級3-2所示，測試分兩步進(jìn)展：2 O1 合開關(guān)K1及K，測出輸出電壓U ，如前所述，這是輸入失調(diào)電壓U 2 O1 RBUO2；IIO為：R 1

I IIO

I UB2

U 1 公式〔3-3〕O2 RR R1 F BUoUiAod表示：U A od Uid

A或

20lgUOUid

公式〔3-4〕RR開環(huán)增益通常很高，只有在輸入電壓很小〔幾百uV〕時才能保證輸出不失真，但在開環(huán)UO3-2所示。RR通過 F

RF

實現(xiàn)溝通閉環(huán)，外USR1、R2分壓，使Uid足夠小，以保證運放工作在線性區(qū)，電容C為隔直電容。被測運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)： R U

公式〔3-5〕A1

R1 Uo2iod 2i105〔100dB〕左右。50Hz以下，輸出信號幅度應(yīng)較小〔mV級，而且無明顯失真。RF 5.1KRF 5.1KVCC+12VCR15.1K774126UoRS100uF1K3UiR251R3514Us1 5÷·UoRW 100KVEEAod的測14電路-12V圖3-315電路設(shè)計：3-4、3-5所示。圖3-4 U,I

測試電路IO IO圖3-5 Aod測試電路【試驗儀器和元件】元件：UA741芯片、2位撥碼開關(guān)、電阻假設(shè)干?！驹囼炚{(diào)試及結(jié)果分析】1、U,I

3-6所示。IO IO3-6U,I

測試實際電路圖2U,I

IO IO測試實際電路調(diào)試結(jié)果及試驗分析IO IOUO1，試驗測得3-7(a)所示，所以失調(diào)電壓為：UIOR5×UO1/(R5R6)=1.68mV。斷開兩位撥碼開關(guān),將輸入電阻R1,R2接入兩個輸入端的輸入電路中，測出兩個電阻3-7(b)所示。從中扣除輸入UIO的影響〔O1=171.9mIO為：≈1.1nA輸出失調(diào)電壓UO1測試結(jié)果 (b)輸出失調(diào)電壓UO2測試結(jié)果3、Aod測試實際電路如圖3-8所示。3-8Aod測試實際電路圖4、Aod測試實際電路調(diào)試結(jié)果及試驗分析0V即可。3-9所示。3-9調(diào)零結(jié)果測開環(huán)增益：本試驗中，用函數(shù)信號發(fā)生器輸出，頻率30Hz、峰-峰幅值10mV的正弦信3-10-峰Uo=10.2V，測得的運放輸入電壓Ui=122mV。UoUi RUoUiod

R1210.20.122 10.20.1221

51

8444 即:Aod20lg1 51

78.5dB10.20.122 10.20.1223-10Aod測試結(jié)果【試驗?zāi)康摹?/p>

1、了解數(shù)模轉(zhuǎn)換器的根本原理和使用方法。2、了解數(shù)字信號掌握模擬信號的根本方法?！驹囼炓蟆?～10V0.1V，1A，3、測試主要參數(shù)。【試驗原理與電路設(shè)計】試驗原理：1、DAC0832芯片的選擇DAC0832芯片主要功能引腳的名稱和作用如下：注：D7～D0IOUT1

圖4-1DAC0832管腳圖8位的數(shù)據(jù)輸入端，D7為最高位。1，當(dāng)DAC1時，輸出電流最大，當(dāng)DAC存放器中數(shù)00。IOUT2

2，IOUT2

IOUT1

的和為一個常數(shù)，即IOUT1

＋I(xiàn)OUT2

＝常數(shù)。RFBV

反響電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反響電阻，所以RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個反響電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負(fù)電壓，它打算0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)REF

化出來的模擬量電壓值的幅度，V網(wǎng)絡(luò)相連。

REF

范圍為(+10～-10)V。VREFD/A內(nèi)部T形電阻VccAGNDDGNDILE：CS：WR1：XFER：WR2：Rfb：Vref：

芯片供電電壓，范圍為(+5~15)V。模擬量地，即模擬電路接地端。數(shù)字量地，可與AGND接在一起使用。輸入存放器允許，高電平有效。片選信號，低電平有效。寫信號1，低電平有效。傳送掌握信號，低電平有效。寫信號2，低電平有效。是集成在片內(nèi)的外接運放的反響電阻?；鶞?zhǔn)電壓-10~10。當(dāng)ILE=1,CS=0,WR=D7~D0存入8WR2=FE=0輸入存放器中所存內(nèi)容進(jìn)入8位DAC存放器并進(jìn)展D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)DAC0832外接運放A構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路時，電路輸出量V0和輸入D7~D0的關(guān)系式為：VU REF R (d27d26d20) 公式(4-1)O 28R

f 7 6 0DAC0832輸出的是電流，因試驗要求制作一個直流穩(wěn)壓電源，所以還必需經(jīng)過一個外接4-2所示。4-2電流轉(zhuǎn)換電壓電路圖2、集成運放的選擇鏈接的運放承受具有調(diào)零的低噪聲高速優(yōu)質(zhì)運NE5534。NE5534封裝以及接線如以下圖4-3所示。Ralance1

COMP/BALIN-2 7

Vcc+IN+3

NE55346

OUTVcc- COMP4 54-3NE5534封裝圖及外圍電路圖注：IN-為反相輸入端,IN+為同相輸入端；OUT為輸出端；為平衡輸入端,主要作用是,使內(nèi)部電路的差動放大電路處于平衡狀態(tài)；COMp/Bal的作用為,通過調(diào)整外接電阻,以到達(dá)改善放大器的性能和輸出電壓;;VCC-和Vcc+為正負(fù)電源供；電路設(shè)計0.1V1A。調(diào)整輸出級承受D/AD/A