本科模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教案

1、4.1 共射極單管放大電路的研究 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）學(xué)會放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.1。 表4.1 實(shí)驗(yàn)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 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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電路與說明 實(shí)驗(yàn)電路如圖4.1所示，為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。EB2B1當(dāng)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(gè)與u相位相反，幅ii值被放大了的輸出信號u，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。安裝電路時(shí)，要注意電解電容極性、直流0 電源正負(fù)極和信號源的極性。 圖4.1 共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路 4. 實(shí)驗(yàn)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(gè)電極，并測量其值。 按圖4.1所示電路，在面包板或?qū)嶒?yàn)臺上搭接電路。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(diǎn) 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， 調(diào)節(jié)R，使I,再接通直流電源,2.0mA先將R調(diào)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(diǎn)的測量 測試內(nèi)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(jì)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(gè)實(shí)驗(yàn)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U值，并用雙蹤示波器觀察u和u的相位關(guān)iOOUUoo?A?Ausu U

5、Usi和系，記入表2的電壓；用公式，計(jì)算出不接負(fù)載時(shí)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(fù)載（R=） 接上負(fù)載（R ）=2.4kLL內(nèi)容 U/ smV U/ imV /V UoA uA usU/ smV U/ imV /V Uo Au Aus測量值 理論 計(jì)算值 （4）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形失真的影響 置R2.4k，R2.4k， u0，調(diào)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(shí)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(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出，使2.4k置R，R2.4ksCL這時(shí)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(shí)，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(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析 （1）用理論分析方法計(jì)算出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，填入表4

7、.2中，再與測量值進(jìn)行比較，并分析誤差的原因。 （2）通過電路的動態(tài)分析，計(jì)算出電路的電壓放大倍數(shù)，包括不接負(fù)載時(shí)的A、A以及usu接上負(fù)載時(shí)的A、A。將計(jì)算結(jié)果填入表8.3中，再與測量值進(jìn)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(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，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(fù)反饋放大電路的研究 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）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(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)

8、備與器材見表4.8。 表4.8 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)、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

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(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。 Ru引回到輸為帶有負(fù)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(fù)反饋 帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級阻容耦合放大器圖4.5 4. 實(shí)驗(yàn)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(gè)電極，并測量其值。 按圖4.5所示電路，在面包板或?qū)嶒?yàn)臺上搭接電

11、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(diǎn) 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(shí)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(diǎn)，記入表4.9。 表4.9 靜態(tài)工作點(diǎn)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(xiàng)性能指標(biāo) 把R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(gè)實(shí)驗(yàn)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。 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(fù)載電阻R（注意，R不要斷開），測量空載時(shí)的輸出電壓U，記入表4.10中。 OfL(4)測試負(fù)反饋放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo) 將實(shí)驗(yàn)電路恢復(fù)為圖4.5的負(fù)反饋放大電路。 適當(dāng)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(fù)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(fù)反饋放大器 U/mV SU/mV iU/V L /V UOA uf R/kif R/kOf 5. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析 （1）用理論分

13、析方法計(jì)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(jìn)行比較，并分析誤差的原因。 （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)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R并接在輸入和輸出端？ f 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(yùn)算電路的測試 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 研究由集成運(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； (2) 學(xué)會上述電路的測試和分析方法。 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.12示。 表4.12 實(shí)驗(yàn)4.5的設(shè)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(shí)驗(yàn)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(yùn)算放大器 A741 1片 10 電阻 若干 11 電容 若干 12 連接導(dǎo)線 若干 3. 實(shí)驗(yàn)電路與說明 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(shí)，可以靈活地實(shí)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(yùn)算電路

15、?；具\(yùn)算電路 (1) 反相比例運(yùn)算電路 電路如圖4.7所示。對于理想運(yùn)放， 該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 RfUU? i0R 1為了減小輸入級偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)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(guān)系為 RRffU?)U(U? i2i1ORR 21RR/ R/ R f2 1 3 圖4.7 反相比例運(yùn)算電路 圖4.8 反相加法運(yùn)算電路 k? 同相比例運(yùn)算電路 (3) 圖4.9(a)是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 Rf)U(1U? iOR 1RR/ R f21 當(dāng)R時(shí)，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(hù)作用，太大則影響跟隨性。 移和起保護(hù)作用。一般取10k，ff 同相比例運(yùn)算電路4.9 圖 ）動放大電路（減法器）（4 所示。減法運(yùn)算電路如圖4.10 積分運(yùn)算電路 圖4.11 圖4.10 減法運(yùn)算電路圖 時(shí)，有如下關(guān)系式RR所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)RR，對于圖4.10f213Rf)UU?U?( i10i2R 1 積分運(yùn)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(shí)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(shè)+ic1Et?t?-Edt(t)u? oORCRC 11 u(t)隨時(shí)間增長而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的U 即輸出電壓值所需的oo時(shí)間就越長。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放最大輸出范圍的限值。 4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)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，否則將會損壞集成塊。 （1）反相比例運(yùn)算電路 電源，輸入端對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。12V連接實(shí)驗(yàn)電路，接通4.7按圖 u(t)和0.5V的正弦交流信號，測量相應(yīng)的U，并用示波器觀察 輸入f100Hz，U oiou(t)的相位關(guān)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(shí)測值 計(jì)算值 （2）同相比例運(yùn)算電路 中。，將結(jié)果記入表4.14 按圖4.9(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容1 電路重復(fù)內(nèi)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(shí)測值 計(jì)算值 （3） 反相加法運(yùn)算電路 按圖 4.8連接實(shí)驗(yàn)電路。調(diào)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(shí)驗(yàn)者自行完成。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意選擇合適的直流信號幅度以確保集

19、成運(yùn)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(diào)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(yùn)算電路 按圖4.10連接實(shí)驗(yàn)電路。調(diào)零和消振。 采用直流輸入信號，實(shí)驗(yàn)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) U/V i1/V U i2 U/V O （5）積分運(yùn)算電路 實(shí)驗(yàn)電路如圖4.11所示。 打開S，閉合S，對運(yùn)放輸出進(jìn)行調(diào)零。 12 調(diào)零完成后，再打開S，閉合S，使u(o)0。 C21 預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓U0.5V，接入實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析 (1) 整理實(shí)驗(yàn)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(jì)算結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。 (3) 分析討論實(shí)驗(yàn)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(dāng)考慮到運(yùn)算i2i1i2放大器的最大輸出幅度(12V)時(shí)，U的大小不應(yīng)超過多少伏？ i1 在積分電路中，如R100k， C4.7F，求時(shí)間常數(shù)。假設(shè)

21、U0.5V，問要使輸i1出電壓U達(dá)到5V，需多長時(shí)間（設(shè)u(o)0）？ CO(5) 心得體會與其他。 4.8 RC正弦振蕩器的設(shè)計(jì)與調(diào)試（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)） 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 掌握RC正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.20。 表4.20 實(shí)驗(yàn)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030V 臺1 2 模擬電路實(shí)驗(yàn)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(jì) ，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(shè)計(jì)要求與提示 (1) 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，應(yīng)設(shè)計(jì)選頻網(wǎng)絡(luò)的連接電路以及計(jì)算RC的參數(shù)。 計(jì)算選擇元器件參數(shù)，進(jìn)行元器件測試。 在實(shí)驗(yàn)箱上連接實(shí)驗(yàn)電路。 自選設(shè)備和調(diào)試方案，對電路進(jìn)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(jì)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(luò)振蕩器 此電路為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（文氏橋）振蕩器。 1?f ORC2 振蕩頻率： ?A|3| 起振條件：電路特點(diǎn)： 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(xiàng) (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(diǎn)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(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析 (1) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 畫出設(shè)計(jì)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(shí)測值和理論估算值列表進(jìn)行比較，整理測試數(shù)據(jù)并分析誤差。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)所設(shè)計(jì)的RC振蕩器的特點(diǎn)。 (2) 思考與總

24、結(jié) 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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以說明。 5.1 RC有源低通與帶阻濾波器 1. 實(shí)驗(yàn)?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)挠绊懀私鉃V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(shí)驗(yàn)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(dá)到選頻和提高信噪比的目的。實(shí)際使用時(shí)，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(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大

25、器。 RC 有源濾波器按照所實(shí)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(jié)構(gòu)上看，除運(yùn)算放大器和電阻元件外，一階 RC 有源濾波器含有一個(gè)電容；二階 RC 有源濾波器含有兩個(gè)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(shí)現(xiàn)。 3. 實(shí)驗(yàn)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。 u、u的波形，1V、1kHz的正弦波，運(yùn)行電路，用示波器觀察 測試準(zhǔn)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(diào)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(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(diǎn)I為“0”、終點(diǎn)F為“90”，Horizontal坐標(biāo)類型選擇“Log”，其坐標(biāo)范圍選擇起點(diǎn)I為“0.1Hz”、終點(diǎn)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(fù)為圖5.110kHz頻率分別為1kHz和時(shí)輸出電壓所示，o進(jìn)行觀察比較，然后將輸入波形改成方波，再進(jìn)行觀察比較，并定性記錄波形。 A為10dB、截止頻率f設(shè)計(jì)一個(gè)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(diǎn)，并定性記錄波形。然后運(yùn)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(shí)用示波器觀察其波形特點(diǎn)，b. 將有用信號改為1kHzds并定性記錄波形。然后運(yùn)行電路，觀察帶阻濾波效果。 設(shè)計(jì)一個(gè)50Hz二階帶阻濾波電路。 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析4. (1) 整理測量記錄，分析測量結(jié)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(jié)其幅頻特性參數(shù)的調(diào)節(jié)方法。 (3) 畫出圖5.1所示電路輸入10kHz方波時(shí)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(jì)與研究(設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)) 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 掌握方波三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)方法及工作原理。 (2) 了解集成運(yùn)算放大器的波形變換及非線性應(yīng)用。 2. 實(shí)驗(yàn)電路與說明 (1) 技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)用集成運(yùn)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

30、：500Hz，相對誤差5；脈沖幅度：（66.5）V 三角波。重復(fù)頻率：500Hz，相對誤差5；幅度：1.52V (2) 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)指標(biāo)要求和已知條件，確定電路方案，計(jì)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(jì)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(jì)要求。 (3) 預(yù)習(xí)要求 掌握集成運(yùn)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(jì)和調(diào)試方法。 (4) 設(shè)計(jì)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(yùn)算放大器或555定時(shí)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(yùn)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(yùn)算放大器組成的反相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較強(qiáng)）構(gòu)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)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(guān)計(jì)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(yùn)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(yùn)算放大器A與電阻R、R構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較器）。運(yùn)算放大器A與RC2112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(guān)計(jì)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(gè)FX118型高速運(yùn)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(gòu)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(diào)節(jié)三角波正斜率；R調(diào)節(jié)三角波負(fù)斜率；R調(diào)節(jié)輸出基線電平；R調(diào)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(yùn)算放大器 因此當(dāng)輸出方波的重復(fù)頻有關(guān)，的轉(zhuǎn)換速率S由于方波的前后沿與用作開關(guān)器件的AR1應(yīng)選用高速運(yùn)算放大器，一般要求選用通用型運(yùn)放即可。集A率較高時(shí)，集成運(yùn)算

34、放大器1開環(huán)增益高、應(yīng)選用輸入失調(diào)參數(shù)小，的選擇原則是：為了減小積分誤差，成運(yùn)算放大器A2 輸入電阻高、開環(huán)帶寬較寬的運(yùn)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(shè)計(jì)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(guān)，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(yīng)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(zhuǎn)電平（即A與R的比值決定了運(yùn)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(shè)計(jì)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(shí)間常數(shù)當(dāng)正反饋回路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。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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟3. 5.6）按圖進(jìn)行仿真，并測量輸岀波形。（1 5.7進(jìn)行仿真，并測量輸岀波形。（2）按圖 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，注意示波器接地端的正確連接。（實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析4.

36、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1) 設(shè)計(jì)電路圖。 元件參數(shù)的確定和元器件的選擇。 u的波形（標(biāo)出幅值、周期、相位關(guān)系），分 記錄并整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出輸出電壓O析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。 將實(shí)驗(yàn)得到的振蕩頻率、輸出電壓的幅值分別與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。 (2) 思考與總結(jié) 若要求輸出占空比可調(diào)的矩形脈沖，電路應(yīng)如何設(shè)計(jì)？ 總結(jié)設(shè)計(jì)與調(diào)試體會。 5.4 運(yùn)算放大器組成萬用表設(shè)計(jì)與調(diào)試（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)） 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 掌握萬用表電路的設(shè)計(jì)方法及工作原理。 (2) 了解集成運(yùn)算放大器的波形變換及非線性應(yīng)用。 2. 實(shí)驗(yàn)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

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(shè)計(jì)任務(wù) 萬用電表的電路是多種多樣的，建議采用運(yùn)算放大器根據(jù)參考電路設(shè)計(jì)一只完整的萬用電表。萬用表作電壓、電流或歐姆測量和進(jìn)行量程切換時(shí)應(yīng)用開關(guān)切換，但實(shí)驗(yàn)時(shí)可用引接線切換。 (3) 設(shè)計(jì)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(shí)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(yùn)算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實(shí)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(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)無關(guān)，只要改變uI?U/R。與被測電壓 的關(guān)系為，就可以進(jìn)行量程的切換。表頭電流電阻RI11ii應(yīng)當(dāng)指出：圖5.8適用于測量電路與運(yùn)算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當(dāng)被測電壓較高時(shí)，在運(yùn)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，浮地電流的測量是普遍存在的。例如：若被測電流無接地點(diǎn)，就屬于這種情況。為此應(yīng)把運(yùn)算放大器的電源也對地浮動，按此種方式構(gòu)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