本科模擬電子技術實驗教案

1、4.1 共射極單管放大電路的研究 1. 實驗目的 （1）學會放大器靜態(tài)工作點的調試方法，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備的使用。 2. 實驗設備與器材 實驗所用設備與器材見表4.1。 表4.1 實驗4.1的設備與器材 序號 名稱 型號與規(guī)格 數(shù)量 備注 1 直流穩(wěn)壓電源 30V 雙路0 1臺 2 雙蹤示波器 010M 1臺 3 函數(shù)信號發(fā)生器低頻 臺1 4 模擬電路實驗箱 1臺 5 電子毫伏表 1只 6 用表 萬 只 1 7 數(shù)字電壓表0200V 1只 8 數(shù)字毫安表

2、0200mA 1只 9 晶體管特性圖示儀 1臺 全班共用 10 三極管9013 1只 11 電阻 /0.25W 1k 只1R e12 電阻/0.25W 2.4k 只2R、R、R LcS13 電阻/0.25W 20k 只1R、R b2b114 電阻/0.25W 500k 只1R b215 鋁電解電容F/25V 10 2只C、C 2116 鋁電解電容 F/25V 50 1只C e3. 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R和R組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻R，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。EB2B1當在放大器的輸入端加入輸入信號u后

3、，在放大器的輸出端便可得到一個與u相位相反，幅ii值被放大了的輸出信號u，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0 電源正負極和信號源的極性。 圖4.1 共射極單管放大器實驗電路 4. 實驗內容與步驟 （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，在面包板或實驗臺上搭接電路。安裝完畢后，應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，首先將直流穩(wěn)壓電源調到12V，接通直流電源前， 調節(jié)R，使I,再接通直流電源,2.0mA先將R調至最大， 函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零CPW（即U2.

4、0V）。 e 用萬用表測量電路的靜態(tài)電壓U、U、U、U、U，并記錄在表4.2中。 CEQEQCCBEQBQ表4.2 靜態(tài)工作點的測量 測試內容 U/V CC U/V bQ U/V eQ U/V beQ U/V ceQ I/mA cQ 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U值，并用雙蹤示波器觀察u和u的相位關iOOUUoo?A?Ausu U

5、Usi和系，記入表2的電壓；用公式，計算出不接負載時對輸入電壓U2i放大倍數(shù)和對信號源U的電壓放大倍數(shù)，記錄在表4.3中。 s 電壓放大倍數(shù)的測量4.3 表測試 不接負載（R=） 接上負載（R ）=2.4kLL內容 U/ smV U/ imV /V UoA uA usU/ smV U/ imV /V Uo Au Aus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R2.4k，R2.4k， u0，調節(jié)R使I2.0mA，測出U值，再逐步加大輸入cceiLcP信號，使輸出電壓u 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號不變，分別增大和減小R，使W0波形出現(xiàn)失真，繪出u的波形，并測出失真

6、情況下的I和U值，記入表4.4中。每次測I和C0cceU 值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。 CE表4.4 R2.4k R U mV ciLI/mA c/V Uceu波形 0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用示波器觀察輸出信U逐漸增大，調節(jié)信號發(fā)生器輸出，使2.4k置R，R2.4ksCL這時示波器所顯示停止增大U，直到輸出波形剛要出現(xiàn)失真而沒有出現(xiàn)失真時，號的波形。s然后繼續(xù)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。的正弦波電壓幅度， ，觀察輸出信號波形的失真情況。增大Us5. 實驗總結與分析 （1）用理論分析方法計算出電路的靜態(tài)工作點，填入表4

7、.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)，包括不接負載時的A、A以及usu接上負載時的A、A。將計算結果填入表8.3中，再與測量值進行比較，并分析產(chǎn)生誤差的usu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？ （4）心得體會與其他。 4.3 負反饋放大電路的研究 1. 實驗目的 （1）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）掌握負反饋放大器性能的測試方法。 2. 實驗設備與器材 實驗所用設

8、備與器材見表4.8。 表4.8 實驗4.3的設備與器材 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030V 臺 1 2 雙蹤示波器 10M 0 1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 只 1 6 表 用萬 1只 7 數(shù)字電壓表 200V 01只 8 數(shù)字毫安表 0200mA 只 1 9 三極管 9013 2只 10 電阻 /0.25W 100 1只R F111 電阻 /0.25W 1k2只 R、R e2e112 電阻 /0.25W 2.4k3只 R、R、R LC2C113 電阻 /0.25W 5.1k 只1R S14 電阻 /0.25W

9、8.2k 只1R f15 電阻 /0.25W 10k 1只R b216 電阻 20k/0.25W 1只R b317 電阻 /0.25W 680k 只1R b118 鋁電解電容 F/25V 10只3 C、C、C 31219 鋁電解電容20F/25V 只1C f20 鋁電解電容 F/25V 1002 只C、C e2e13. 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的應用,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

10、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。 Ru引回到輸為帶有負反饋的兩級阻容耦合放大電路，在電路中通過圖4.5把輸出電壓ofRu。根據(jù)反饋的判斷法T的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻上形成反饋電壓入端，加在晶體管ff11可知，它屬于電壓串聯(lián)負反饋 帶有電壓串聯(lián)負反饋的兩級阻容耦合放大器圖4.5 4. 實驗內容與步驟 （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4.5所示電路，在面包板或實驗臺上搭接電

11、路。安裝完畢后，應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，首先將直流穩(wěn)壓電源調到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) U/V U/V U/V I/mA CCeb 第一級 第二級 （3）測試基本放大器的各項性能指標 把R斷開后，其他連線不動，將信號發(fā)生器的輸出信號調到頻率為1kHz、幅度為5mVf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。 在u不失

12、真的情況下，用交流毫伏表測量U、U、U，記入表4.10中，保持U不變，SSLOi斷開負載電阻R（注意，R不要斷開），測量空載時的輸出電壓U，記入表4.10中。 OfL(4)測試負反饋放大器的各項性能指標 將實驗電路恢復為圖4.5的負反饋放大電路。 適當加大U（約10mV），在輸出波形不失真SARR， 記入表4.10。和的條件下，測量負反饋放大器的、 Ofifuf 測量數(shù)據(jù)4.10 表 基本放大器U/mVS U/mVi U/VL U/VO A uR/k iR/k O 負反饋放大器 U/mV SU/mV iU/V L /V UOA uf R/kif R/kOf 5. 實驗總結與分析 （1）用理論分

13、析方法計算出基本放大器和負反饋放大器動態(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)實驗結果，總結電壓串聯(lián)負反饋對放大器性能的影響。 （3）回答以下問題： 怎樣把負反饋放大器改接成基本放大器？為什么要把R并接在輸入和輸出端？ f 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。 4.5 基本運算電路的測試 1. 實驗目的 (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) 學會上述電路的測試和分析方法。 2. 實驗設備與器材 實驗所用設備與器材見表4.12示。 表4.12 實驗4.5的設備與器材 序號 名稱 型號與

14、規(guī)格 數(shù)量 備注 1 直流穩(wěn)壓電源 30V 0雙路 1臺 2 雙蹤示波器010M 1臺 3 函數(shù)信號發(fā)生器 低頻 臺 1 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0200V 1只 8 數(shù)字毫安表0200mA 1只 9 集成運算放大器 A741 1片 10 電阻 若干 11 電容 若干 12 連接導線 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)關系。在 線性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數(shù)等模擬運算電路

15、?；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， 該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為 RfUU? i0R 1為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻RR/ R。 f21 (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系為 RRffU?)U(U? i2i1ORR 21RR/ R/ R f2 1 3 圖4.7 反相比例運算電路 圖4.8 反相加法運算電路 k? 同相比例運算電路 (3) 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系為 Rf)U(1U? iOR 1RR/ R f21 當R時，UU，即得

16、到如圖4.9(b)所示的電壓跟隨器。圖中RR，用以減小漂fi12ORR太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。 移和起保護作用。一般取10k，ff 同相比例運算電路4.9 圖 ）動放大電路（減法器）（4 所示。減法運算電路如圖4.10 積分運算電路 圖4.11 圖4.10 減法運算電路圖 時，有如下關系式RR所示的減法運算電路，當RR，對于圖4.10f213Rf)UU?U?( i10i2R 1 積分運算電路(5) )tu( 等于4.11所示。在理想化條件下，輸出電壓反相積分電路如圖O1t?)dt+u(0(t)?uui?COCR0 1 u(0)是t0式中，時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。 +C+

17、u(t)u(0)0，則 如果是幅值為E的階躍電壓，并設+ic1Et?t?-Edt(t)u? oORCRC 11 u(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U 即輸出電壓值所需的oo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 電源，輸入端對地短路，進行調零和消振。12V連接實驗電路，接通4.7按圖 u(t)和0.5V的正弦交流信號，測量相應的U，并用示波器觀察 輸入f100Hz，U oiou(t)的相位關系，記入表

18、4.13中。 i表4.13 U0.5V，f100Hz iU/V i/V U0u波形 i u波形o A u實測值 計算值 （2）同相比例運算電路 中。，將結果記入表4.14 按圖4.9(a)連接實驗電路。實驗步驟同內容1 電路重復內容。4.9(a) 將圖中的R斷開，得圖4.9(b)1100Hz 表4.14 Uf0.5V iU/V i U/V 0u(t)波形 i u(t) 波形 oA u實測值 計算值 （3） 反相加法運算電路 按圖 4.8連接實驗電路。調零和消振。UUi2i1采用直流信號，圖4.12、輸入信號 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

19、成運放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測量輸入電壓U、U及輸出電壓U，記入表4.15中。 Oi1i2 圖4.12 簡易可調直流信號源 表4.15 反相加法器測量數(shù)據(jù) U/V i1/V U i2/V U O （4）減法運算電路 按圖4.10連接實驗電路。調零和消振。 采用直流輸入信號，實驗步驟同內容（3），記入表4.16中。 表4.16 減法器測量數(shù)據(jù) U/V i1/V U i2 U/V O （5）積分運算電路 實驗電路如圖4.11所示。 打開S，閉合S，對運放輸出進行調零。 12 調零完成后，再打開S，閉合S，使u(o)0。 C21 預先調好直流輸入電壓U0.5V，接入實驗電路，再打開S，然后用直流

20、電壓表2i測量輸出電壓U，每隔5秒讀一次U，記入表4.17中，直到U不繼續(xù)明顯增大為止。 OOO 表4.17 積分器測量數(shù)據(jù) T/s 0 5 10 15 20 25 30 /V U0 5. 實驗總結與分析 (1) 整理實驗數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關系）。 (2) 將理論計算結果和實測數(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U 和U 均采用直流信號，并選定U1V，當考慮到運算i2i1i2放大器的最大輸出幅度(12V)時，U的大小不應超過多少伏？ i1 在積分電路中，如R100k， C4.7F，求時間常數(shù)。假設

21、U0.5V，問要使輸i1出電壓U達到5V，需多長時間（設u(o)0）？ CO(5) 心得體會與其他。 4.8 RC正弦振蕩器的設計與調試（設計性實驗） 1. 實驗目的 (1) 掌握RC正弦波振蕩器的設計方法和調試方法。 學會安裝調試由分立元件組成的多級電子電路系統(tǒng)。 學會振蕩頻率的測量方法。 2. 實驗器材 實驗所用設備與器材見表4.20。 表4.20 實驗4.8的設備與器材 序號 名稱 型號與規(guī)格 數(shù)量 備注 1 直流可調穩(wěn)壓電源 二路030V 臺1 2 模擬電路實驗箱 1臺 3 函數(shù)信號發(fā)生器 臺 1 4 雙蹤示波器 1臺 5 頻率計 ，220V/12V20VA 1臺 6 交流毫伏表 待選

22、臺1 7 直流電壓表 待選 1塊 8 晶體三極管9011 若干 (50100) 9 電阻器 若干 10 電容器 若干 3. 設計要求與提示 (1) 設計要求 f=320Hz(誤差在1%) 本振蕩器要求振蕩頻率為，放大環(huán)節(jié)用分立元件，輸出無明顯0失真，取U12V。 CC 兩級阻容耦合放大電路不要求設計，應設計選頻網(wǎng)絡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。 自選設備和調試方案，對電路進行調試。 測量振蕩器的振蕩頻率，測量結果不滿足，調整參數(shù)直到滿足，記錄波形及其參數(shù)。 (2) 設計提示 RC正弦波振蕩器電路形式較多，可供選擇的參考電路如圖4.

23、18所示。 圖4.18 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡振蕩器 此電路為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡（文氏橋）振蕩器。 1?f ORC2 振蕩頻率： ?A|3| 起振條件：電路特點： 可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負反饋穩(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，測量放大器靜態(tài)工作點及電壓放大倍數(shù)。 (2) 可適當調節(jié)負反饋深度以滿足起振條件和改善波型。 5. 實驗總結與分析 (1) 實驗報告要求 畫出設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)實驗結果，總結所設計的RC振蕩器的特點。 (2) 思考與總

24、結 如何用示波器來測量振蕩電路的振蕩頻率。 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. 實驗目的 (1) 掌握濾波電路頻率特性的測量方法和主要參數(shù)的調整方法； (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的放大

25、器。 RC 有源濾波器按照所實現(xiàn)的傳輸函數(shù)的階數(shù)分，可分為一階、二階和高階RC有源濾波器。從電路結構上看，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。 u、u的波形，1V、1kHz的正弦波，運行電路，用示波器觀察 測試準備：輸入幅度os以確保電路正常工作。 一階有源低通濾波電路5.1 圖 觀測并調整頻率特性大小C觀察電位器要求用波特

26、圖儀測量幅頻特性，RP和電容測量幅頻特性：按表5.12A 大小對低頻增益的影響，觀察電位器對截止頻率fRP的影響。uf1H 測量分析一階有源低通濾波電路的幅頻特性 5.1 表 ）測試條件（U=1VsmA/dB uff/kHz HRP/k 2?F C/RP/k 1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“10MHz”。 觀察低通濾波電路對信號傳輸?shù)?/p>

27、影響：輸入幅度為1V的正弦波，觀察并比較信號u波形形狀、大小的變化。將參數(shù)恢復為圖5.110kHz頻率分別為1kHz和時輸出電壓所示，o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。 A為10dB、截止頻率f設計一個低頻增益為1kHz的低通濾波電路。 ufH(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。 R的大小對通帶增益的影響。觀察電阻 c. f 觀察干擾信號和帶阻濾波電路

28、的濾波效果。 uu為1V、10Hz的正弦為0.2V、100Hz的正弦波，有用信號a 圖5.2中干擾信號sdu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波，電路的輸入信號i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uu波形，觀察帶阻濾波電路的濾波效果。 和較oi 圖5.2 100Hz二階帶阻濾波電路 uu波形為低頻干擾波形，這時用示波器觀察其波形特點，b. 將有用信號改為1kHzds并定性記錄波形。然后運行電路，觀察帶阻濾波效果。 設計一個50Hz二階帶阻濾波電路。 實驗總結與分析4. (1) 整理測量記錄，分析測量結果。 (2) 畫出圖5.

29、1所示一階有源低通濾波電路的幅頻特性，總結其幅頻特性參數(shù)的調節(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。 (4) 畫出圖5.2所示100Hz二階帶阻濾波電路的幅頻特性，總結其幅頻特性參數(shù)的調節(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)生器設計與研究(設計性實驗) 1. 實驗目的 (1) 掌握方波三角波產(chǎn)生電路的設計方法及工作原理。 (2) 了解集成運算放大器的波形變換及非線性應用。 2. 實驗電路與說明 (1) 技術指標 設計一個用集成運算放大器構成的方波三角波產(chǎn)生電路。指標要求如下： 方波。重復頻率

30、：500Hz，相對誤差5；脈沖幅度：（66.5）V 三角波。重復頻率：500Hz，相對誤差5；幅度：1.52V (2) 設計要求 根據(jù)指標要求和已知條件，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頻率，使之滿足設計要求； 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頻率，使之滿足設計要求。 (3) 預習要求 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。 熟悉其設計和調試方法。 (4) 設計電路提示 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)

31、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三角波產(chǎn)生電路。 簡單的方波三角波產(chǎn)生電路 簡單的方波三角波產(chǎn)生電路 5.5 圖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）構成的圖5.5u近似于電容上的電壓即是它的輸入電壓，積分電路起反饋及延遲作用，多諧振蕩器，RCC但輸出三角波的線性其特點是結構簡單，這是一種簡單的方波三角波產(chǎn)生電路，三角波，度差。 該電路的有關計算公式為： 振蕩周期： ?R2?1?12RClnT? （5.1） ? R?2輸出三角波u的幅度： C R1VV? （5.2） ZcmR?R21u 輸出方波的幅度：OV?V （5.

32、3） Zom 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。圖中運算放大器A與電阻R、R構成同相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較器）。運算放大器A與RC2112構成積分電路，二者形成閉合回路。由于電容C的密勒效應，在A的輸出端得到線性較好2uu為三角波。為方波；的三角波。 0201由圖5.6不難分析該電路的有關計算公式為： 振蕩周期： 4RRC1?T （5.4） R2u 輸出方波的幅度：O1 VV? （ 5.5） Zo1mu 的幅度：輸出三角波O2 R1V?V? （5.6） Zom2R2 高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路

33、 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A為積分器，A為比較器，它們21uu端輸出方波。圖5.1中D、構成正反饋振蕩電路，在D端輸出三角波，在起限幅作210201用；R調節(jié)三角波正斜率；R調節(jié)三角波負斜率；R調節(jié)輸出基線電平；R調節(jié)方波的幅5324?6V。U為 值；雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Z 高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路5.7 圖 元件參數(shù)確定與元件選擇(5) 選擇集成運算放大器 因此當輸出方波的重復頻有關，的轉換速率S由于方波的前后沿與用作開關器件的AR1應選用高速運算放大器，一般要求選用通用型運放即可。集A率較高時，集成運算

34、放大器1開環(huán)增益高、應選用輸入失調參數(shù)小，的選擇原則是：為了減小積分誤差，成運算放大器A2 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 Z的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設計所要求的方波幅度來穩(wěn)壓二極管DZ。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，為選擇穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ為穩(wěn)壓管的限。R了得到對稱的方波輸出，通常應選用高精度的雙向穩(wěn)壓管（如2DW7型）3 流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。 R與 確定正反饋回路電阻R21的觸發(fā)翻轉電平（即A與R的比值決定了運算放大器圖5.5或圖5.6所示電路中，R121，也就是決定了三角波的輸出幅度。因此根據(jù)設計所

35、要求的三角波輸出幅上、下門檻電壓） 的阻值。與R5.2）或式（5.5）可以確定R度，由式（21RC 確定積分時間常數(shù)當正反饋回路C的參數(shù)值應根據(jù)方波和三角波所要求的重復頻率來確定。積分元件R、 。5.4）求得R的阻值確定之后，再選取電容R與RC值，由式（5.1）或式（電阻21 實驗內容與步驟3. 5.6）按圖進行仿真，并測量輸岀波形。（1 5.7進行仿真，并測量輸岀波形。（2）按圖 設計實驗時盡量選擇標準阻值的電阻。(3) 不要使電路中的電流超過電流表的量程和電阻允設計時要注意選擇電源的大小，(4) 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。（實驗總結與分析4.

36、 實驗報告要求(1) 設計電路圖。 元件參數(shù)的確定和元器件的選擇。 u的波形（標出幅值、周期、相位關系），分 記錄并整理實驗數(shù)據(jù)，畫出輸出電壓O析實驗結果，得出相應結論。 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 若要求輸出占空比可調的矩形脈沖，電路應如何設計？ 總結設計與調試體會。 5.4 運算放大器組成萬用表設計與調試（設計性實驗） 1. 實驗目的 (1) 掌握萬用表電路的設計方法及工作原理。 (2) 了解集成運算放大器的波形變換及非線性應用。 2. 實驗電路與說明 (1) 技術指標 a.具有測量直流電壓、直流電流、交流電壓、交

37、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) 設計任務 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)參考電路設計一只完整的萬用電表。萬用表作電壓、電流或歐姆測量和進行量程切換時應用開關切換，但實驗時可用引接線切換。 (3) 設計方案提示 在測量中，電表的接入應不影響被測電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應具有無窮大的輸入電阻，電流表的內阻應為零。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

38、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，只要改變uI?U/R。與被測電壓 的關系為，就可以進行量程的切換。表頭電流電阻RI11ii應當指出：圖5.8適用于測量電路與運算放大器共地的有關電路。此外，當被測電壓較高時，在運放的輸入端應設置衰減器。 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，浮地電流的測量是普遍存在的。例如：若被測電流無接地點，就屬于這種情況。為此應把運算放大器的電源也對地浮動，按此種方式構成的電流表就可象常規(guī)電流表那樣，串聯(lián)在任何電流通路中測量電流。 5.9 直流電流