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（2015年秋季，周五第十一、十二節(jié)）小組成員：姓名：郭振超學(xué)號：2014301801姓名：劉昊然學(xué)號：2014301803日期：2015年12月19日一、單級共射放大電路一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;（1） 掌握用Multisim13.0仿真軟件分析單極放大器主要性能指標(biāo)的辦方法。 （2）熟悉常用電子儀器的使用方法，熟悉基本電子元器件的作用。（3）學(xué)會并熟悉“先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)”的電子線路的基本調(diào)試方法。（4）分析靜態(tài)工作點(diǎn)對放大器性能的影響，學(xué)會調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。（5）掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻級最大不失真輸出電壓的測試方法

2、。（6）測量放大器的頻率特性。二、實(shí)驗(yàn)儀表及元器件元件名稱參數(shù)及數(shù)量元件名稱參數(shù)及數(shù)量雙路直流穩(wěn)壓電源一臺函數(shù)信號發(fā)生器一臺示波器一臺毫伏表一臺萬用表一塊三極管一個(gè)電阻5個(gè)47k電位器一個(gè)電解電容10F(2個(gè))100F（一個(gè)）模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一臺三、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示，采用基極固定分壓式偏置電路。電路在接通直流電源Vcc而未加入輸入信號（vi=0）時(shí)，三極管三個(gè)極電壓和電流稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q VBEQ=（0.60.7）V硅管；（0.20.3）V 鍺管VCEQ=R2VCC/(RP+R1+R2)ICQ=IEQ=（VBQ-VBEQ）/ReIBQ=ICQ/1.靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇和測量放大器

3、的基本任務(wù)是不失真地放大小信號。為此應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。為了獲得最大不失真的輸出電壓，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在輸出特性曲線上交流福在線的中點(diǎn)（Q點(diǎn)）。若工作點(diǎn)選得太高則易引起飽和失真；而選的太低，又易引起截止失真。靜態(tài)工作點(diǎn)的測量是指在接通電源電壓后放大器輸入端不加信號時(shí)，測量晶體管集電極電流 ICQ、管壓降V。 靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整現(xiàn)象動(dòng)作歸納 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)無失真動(dòng)作減小增大減小輸入信號加大輸入信號2.電壓放大倍數(shù)的測量  電壓放大倍數(shù)是指放大器輸出電壓V0與輸入電壓Vi之比,其值與負(fù)載RL有關(guān)，是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。AV=V0/VI 式（1）3.輸入電

4、阻和輸出電阻的測量（1）輸入電阻。放大電路的輸入電阻可用電流電壓法測量求得。 在輸入回路中串接一外電阻R=1k,用示波器分別測出電阻兩端的電壓VS和VI,則可求得放大電路的輸入電阻為          RI=R=R 式（2） (2)  輸出電阻。放大電路的輸出電阻可通過測量放大電路輸出端 開路時(shí)的輸出電壓，帶上負(fù)載后的輸出電壓VL，經(jīng)計(jì)算求得=RL 式（3）四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （一）仿真部分  1、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測量（1）按圖連接電路（2）輸入端

5、加1kHz、幅度為100mV(峰峰值)的正弦波，調(diào)節(jié)電位器， 使示波器顯示的輸出波形達(dá)到最大不失真。即逐漸增大輸入信號的幅度，使放大器的輸出信號略有失真（飽和失真或者截止失真），調(diào)節(jié)電位器RP，消除失真。重復(fù)上述步驟，直到略微增大輸入信號的幅值，輸入信號同時(shí)出現(xiàn)截止失真和飽和失真，再略微減小輸入信號幅值，輸出信號的失真現(xiàn)象同時(shí)消失。此時(shí)得到的輸出信號電壓，即為最大不失真輸出電壓。（3）采用直流點(diǎn)工作分析法。測定直流工作點(diǎn)Q。記錄數(shù)據(jù)于表1。2、放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測試（1）電壓放大倍數(shù)的測量。調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在如下圖的電路中閉合開關(guān)J1，J2，調(diào)整輸入信號為1kHz、幅度為100m

6、V(峰-峰值)的正弦信號。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測出Vi，VO的有效值，根據(jù)式（1）電壓放大倍數(shù)。記錄于表2。（2）輸入電阻的測量。 如上圖所示電路中斷開開關(guān)J1，閉合開關(guān)J2，調(diào)整輸入電壓1kHz、幅度為100mV(峰-峰值)的正弦信號。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測出電阻兩端的電壓VS和VI,根據(jù)式（2）進(jìn)行計(jì)算 RI。結(jié)果記錄于表2（3）輸出電壓的測量。 如上圖所示電路中閉合開關(guān)J1，調(diào)整輸入電壓1kHz、幅度為100mV(峰-峰

7、值)的正弦信號。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器，觀察輸入輸出電壓波形。在輸出波形不失真的情況下，用萬用表測出開關(guān)J2打開和閉合兩種情況下開路時(shí)的輸出電壓，帶上負(fù)載后的輸出電壓VL，由式（3）求得。數(shù)據(jù)記錄于表2。（4）用掃描分析法測量放大電路的幅頻特性。完成表三。（二）實(shí)驗(yàn)室操作部分靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測量（1）按照實(shí)驗(yàn)電路在面包板上連接好電路，檢查無誤后接通12V直流電 源。（2）在放大電路輸入端加入1kHz、幅度為100mV(峰-峰值)的正弦信號， 在放大電路的輸出端接示波器，調(diào)節(jié)電位器，使示波器所顯示的輸出波形不失真，然后關(guān)掉信號發(fā)生器的電源，用萬用表，測量三極 管三個(gè)極分別對地的電壓、

8、 、，計(jì)算 VCEQ,ICQ 數(shù)據(jù)記錄與表四。（3）測量放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)完成表五。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、仿真部分表一 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真 電壓（V）電流（mA）實(shí)際測量值VCEQICQ2.852748.129602.145865.983741.93526表二放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)測試、計(jì)算結(jié)果（仿真）實(shí)際測量值參數(shù)ViV0AV   RI負(fù)載開路70.709mV1.225V17.3253.091 k1.993kRL=2k70.709mV613.617mV8.678VI、V0 的波形（保證不失真）表三 用掃描分析法測量放大電路的幅頻特性參數(shù)fLfHBW仿真值18.3093kHz55.8

9、222MHz4.87e82、實(shí)驗(yàn)室操作部分表四 靜態(tài)工作點(diǎn)測量 電壓（V）電流（mA）實(shí)際測量值VCEQICQ3.5166.6102.8613.7492.625表五放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)測試計(jì)算結(jié)果實(shí)際測量值參數(shù)ViV0AV   RI負(fù)載開路33.33mv0.588v17.6581272.185kRL=2k33.33mv0.281v8.431二、集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 加深對集成運(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)掌握由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法、積

10、分和微分等基本運(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)儀表及元器件 (1) 雙路直流穩(wěn)壓電源一臺：(2) 函數(shù)信號發(fā)生器一臺；(3) 示波器一臺；(4) 毫伏級電壓表一臺；(5) 萬用表一塊；(6) 集成運(yùn)算放大器（a747)一片；(7) 電容0.01F兩個(gè)，電阻若干；(8) 模擬電路試驗(yàn)臺一臺。三 實(shí)驗(yàn)原理(1) 反向加法運(yùn)算電路。電路如下圖所示：對于理想運(yùn)算放大器，該電路輸出電與輸入電壓之間的關(guān)系為：=-（）=/此時(shí)，=-（）(2) 同相減法運(yùn)算電路。減法電路實(shí)際上是反相放大電路和同相放大電路的組合，電路如下圖所示：輸出電與輸入電壓之間的關(guān)系為=（1+）（- 當(dāng)，時(shí)=（-

11、）(3) 反相積分運(yùn)算電路。電路如下所示：在理想條件下，該電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為（t）=-dt+(0)式中 (0)是t=0時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即為初始值。如果 是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)(0) ，則 即輸出電壓 和時(shí)間成正比即（t）=-dt+(0)=t。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的 值的所需時(shí)間更長。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)算放大器最大輸出范圍的限制。四 、實(shí)驗(yàn)過程以及仿真結(jié)果1. 反相加法電路在Multisim13電路窗口創(chuàng)建如圖所示電路。輸入端加入幅度為100mV、頻率為1kHz的正弦信號 和幅度為50mV、頻率為1kHz的正弦信號 。點(diǎn)擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分

12、析，此時(shí)電路在示波器XSC1顯示的輸入、輸出波形如圖所示。2. 同相減法電路在Multisim13 電路窗口創(chuàng)建如圖所示電路。輸入端加入幅度為100mV、頻率為1kHz的正弦信號 和幅度為250mV、頻率為1kHz的正弦信號 。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)電路在示波器XSC1顯示的輸入輸出波形如圖所示。3. 積分電路在Multisim13 電路窗口創(chuàng)建如圖所示電路。輸入端加入幅度為100mV、頻率為1kHz的方波信號 。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)電路在示波器XSC1顯示的輸入輸出波形如圖所示。三、多級負(fù)反饋放大電路一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握用Multisim 13 仿真研究多級負(fù)反饋

13、放大電路。（2） 學(xué)習(xí)基層運(yùn)算放大器的應(yīng)用，掌握多級集成運(yùn)算放大電路的工作特點(diǎn)。（3） 研究負(fù)反饋對放大器性能的影響，掌握負(fù)反饋放大器性能指標(biāo)的測試方法。（4） 測試開閉環(huán)的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)和通頻帶。（5） 比較電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和通頻帶在開閉環(huán)時(shí)的差別。（6） 觀察負(fù)反饋對非線性失真的改善作用。二、 實(shí)驗(yàn)儀表及元器件（1） 雙路直流穩(wěn)壓電源一臺。（2） 函數(shù)信號發(fā)生器一臺。（3） 示波器一臺。（4） 毫伏級電壓表一臺。（5） 萬用表一塊。（6） 集成運(yùn)算放大器（A741）兩片。（7） 電阻1k一個(gè)，3.9k三個(gè)，5.1k一個(gè)，10k兩個(gè)，

14、100kk一個(gè)200k，一個(gè)，300k一個(gè)。 （8） 模擬電路實(shí)驗(yàn)箱一臺。三、 實(shí)驗(yàn)原理（1）反饋。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一定的電路形式作用到輸出回路，用來影響其輸出量（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的措施成為反饋。      若反饋的結(jié)果使凈輸入量減小，則稱之為負(fù)反饋；反之，稱之為正反饋。若反饋存在于直流通路，則稱為直流反饋；若反饋存在于交流通路，則稱為交流反饋。（2）實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。該放大電路由兩級運(yùn)放構(gòu)成的而反相比例器組成，在末級的輸出端引入了反饋網(wǎng)絡(luò)Cf、Rf2和 Rf1，構(gòu)

15、成了交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。圖1（3）放大器基本參數(shù)1. 開環(huán)參數(shù)。將反饋支路的P點(diǎn)與B點(diǎn)相連，便可得到開環(huán)時(shí)的放大電路。由此可測出開環(huán)時(shí)放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻，輸出電阻、反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)F和通頻帶，即=()F=-式中：為N點(diǎn)對地的交流電壓；為負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓；為加上負(fù)載時(shí)的輸出電壓；和和分別為放大器的上、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1/ 倍時(shí)的頻率值。2.閉環(huán)參數(shù)。通過開環(huán)時(shí)放大電路的電壓放大倍數(shù)，輸入電阻，輸出電阻，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)F和上、下限頻率和，可以計(jì)算求得多級反饋放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電壓和通頻帶的理論值，即&

16、#160;=(1+)=式中=測量放大電路的閉環(huán)特性時(shí)，應(yīng)將反饋電路的P點(diǎn)與A點(diǎn)相連，以構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)需要適當(dāng)增大輸入信號電壓，使輸出電壓（接入負(fù)載時(shí)的測量值）達(dá)到開環(huán)時(shí)的測量值，然后分別測出、及（負(fù)載開路時(shí)的測量值）的大小，并由此得到負(fù)反饋放大電路閉環(huán)特性的實(shí)際測量值為 =()F=上述所得結(jié)果應(yīng)與開環(huán)測試時(shí)由上式所計(jì)算的理論值近似相等，否則應(yīng)該找出原因后重新測量。在進(jìn)行上述測試時(shí)，應(yīng)保證各點(diǎn)信號波形與輸入信號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)行測量。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）仿真部分 1.觀測負(fù)反饋對放大電路輸出波形的影響，并測量電壓放大倍數(shù)及反饋深度。

17、在圖1中，將輸入信號設(shè)置為：正弦信號，頻率1kHZ，幅度為10Mv，接入四通道示波器同時(shí)觀測輸入、輸出波形。（1） 開關(guān)P打向B，測的電路無反饋時(shí)的波形圖如下并測量此時(shí)放大電路的輸出電壓。（2） 開關(guān)P打向A，測的電路有反饋時(shí)的波形圖如下并測量此時(shí)放大電路的輸出電壓。記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算反饋深度，記錄下表。開環(huán)A反饋深度1+AF7.071mV1.179V166.7377606.54閉環(huán)7.071mV351.555mv45.6142.觀測負(fù)反饋對放大電路輸出波形非線性失真的影響將輸出電壓幅度增大到100mV，電路圖如下在無反饋時(shí)輸出波形幅度大但失真明顯，如下圖所示在有反饋時(shí)輸出波形幅度小但失真消失，如

18、下圖所示3.觀測負(fù)反饋對通頻帶的影響引入負(fù)反饋后，放大電路總的通頻帶得到了拓寬。調(diào)節(jié)輸入信號如10mV，如圖1打開波特圖儀。（1）開關(guān)P打向B，單擊仿真開關(guān)，測的電路無反饋時(shí)的幅頻特性如下圖所示（2）開關(guān)P打向A，單擊仿真開關(guān)，測的電路有反饋時(shí)的幅頻特性如下圖所示 四、RC文氏電橋振蕩電路 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）學(xué)習(xí)RC正弦波振蕩器的組成及其震蕩條件。 （2）學(xué)會測量、調(diào)試振蕩器。 二、實(shí)驗(yàn)原理 文氏電橋振蕩電路又稱RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩電路，它是一種較好的正弦波產(chǎn)生電路，適用于頻率小于1MHz，頻率范圍寬，波形較好的低頻振蕩信號。 從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號的，為了產(chǎn)生正弦波，必

19、須在放大電路中加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器通常是得不到正弦波的，這是由于正反饋量很難控制，故還需要加入一些其它電路。 如圖所示，是用運(yùn)算放大器組成的文氏電橋RC正弦波震蕩電路： 圖中R3，R4，Rp 構(gòu)成負(fù)反饋支路，調(diào)節(jié)電位器Rp可以改變負(fù)反饋的深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。 R1，R2，C1，C2的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋之路并兼做選頻網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管D1，D2利用正向電阻的非線性特性構(gòu)成穩(wěn)幅電路。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)半周對稱，同時(shí)接入R4以消除二極管的非線性影響。

20、若 R1=R2，C1=C2，則振蕩頻率為f0=正反饋的電壓與輸出電壓同 相位（此為電路振蕩的相位平衡條件），且正反饋的系數(shù)為1/3。為滿足電路的起振條件，放大器的電壓放大倍數(shù)AV>3由此可得出當(dāng)時(shí)，可滿足自激振蕩的振幅起振條件。在實(shí)際應(yīng)用中R6略 應(yīng)大于R3，這樣既可以滿足起振條件，又不會因?yàn)檫^大而引起波形嚴(yán)重失真。此外，若對所有的頻率成分不加選擇的反饋放大，則無法輸出正弦信號。為了輸出單一的正弦波，還必須進(jìn)行選頻，僅僅使某一頻率的正弦信號被放大和反饋形成震蕩，而使其它的頻率成分被抑制。由于振蕩的頻率為f0=1/2RC，故在電路中可變換電容來進(jìn)行振蕩的頻率的粗調(diào)，可用電位器代替R1，R2

21、來進(jìn)行頻率的細(xì)調(diào)。 電路起振以后，由于元件的不穩(wěn)定性，如果電路增益增大，輸出幅度將越來越大，最后由于二極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。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。圖中負(fù)反饋支路的兩個(gè)二極管即為自動(dòng)限幅元件，主要利用二極管的正向電阻隨所加電壓而改變的特性，來自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）按所示的電路圖連接好仿真實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)、 ，檢查無誤后，接通+12V直流電源。（2）啟動(dòng)仿真，用示波器觀察有無正弦波的輸出。若無輸出，可從小到大調(diào)節(jié)使得節(jié)波形從無到有，恰好出現(xiàn)震蕩波形，記錄波形；然后繼續(xù)增大，直至穩(wěn)定不失真，記錄波形；繼續(xù)增

22、大，直至恰好出現(xiàn)失真波形，記錄此時(shí)的波形以及的值。（3）調(diào)節(jié)可變電阻Rp，分別測量以上三種情況下，輸出電壓和反饋電壓的值，并將結(jié)果記錄在表1中，分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對起振條件和輸出波形的影響。（4）保持其他參數(shù)不變，觀察C1=C2=0.01F和C1=C2=0.02F兩種情況下（輸出波形最大且不真），用毫伏表測量和的有效值和以及頻率，并記錄結(jié)果于表 2中。（5）打開開關(guān)、，再次觀察波形。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （1）、閉合時(shí)仿真波形記錄 臨界起振 波形 正弦波輸出 波形失真 波形表1 正弦波振蕩器實(shí)測試數(shù)據(jù)表起振振幅最大且不失真臨界失真（輸出已失真）可變電阻6.6k9.4k9.5k反饋電壓41.368mv2.5

23、86V2.701V輸出電壓124.108mv7.758V8.102V表2 正弦波振蕩器實(shí)測試數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)值輸出電壓頻率fC1=C2=0.01F7.758V1.577kHzC1=C2=0.02F7.764V791.961Hz(3)、打開時(shí)仿真波形記錄 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （1）由振蕩器的原理可知，當(dāng)增大電位器R5阻值時(shí)，放大器的增益逐漸增大，當(dāng)達(dá)到R6 =（Rp+R4）>R3時(shí)，則振蕩器總體電壓放大倍數(shù)大于1，達(dá)到自激振蕩的條件。此時(shí)開始自激振蕩。當(dāng)繼續(xù)增大電位器時(shí)，增益繼續(xù)增大，二極管開始非線性限幅，當(dāng)輸出幅值過大時(shí)，超過二極管限幅最值，開始出現(xiàn)非線性失真。 （2）改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電容值，例如

24、改為0.02F，則理論上振蕩器的輸出信號的頻率變?yōu)樵瓉淼囊话?，?shí)驗(yàn)結(jié)果中如果忽略誤差，則結(jié)果符合理論計(jì)算和猜測。 （3）斷開二極管，電路失去限幅能力，一旦開始振蕩，稍微增大放大器的增益，便會達(dá)到放大器的最大輸出幅值，無法完成實(shí)際的應(yīng)用。五、方波發(fā)生器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 學(xué)會利用Mustusim 13.0仿真使用電壓比較器產(chǎn)生方波。（2） 學(xué)會調(diào)節(jié)方波電路的占空比。二、 實(shí)驗(yàn)原理通過電壓比較可以產(chǎn)生方波，如圖所示。圖一負(fù)相輸入端的電容充、放電時(shí)，其變化的電壓與經(jīng)過反饋的反饋的電壓進(jìn)行比較，就得到了方波。二極管D1,D2與電阻，R3組成的電路用來控制電容的充、放電時(shí)間，從而控制方波的占空比。穩(wěn)壓

25、二極管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選擇穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。此外，方波幅度和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓二極管的對稱性有關(guān)。為了得到對稱的方波輸出，通常贏選用高精度的雙向穩(wěn)壓二極管。R2為穩(wěn)壓二極管的限流電阻，其阻值由所選的穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電流來決定。設(shè)接通電源后輸出電壓，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，經(jīng)向C充電，充電時(shí)間常數(shù)為。當(dāng)電容兩端電壓略大于同相輸入電壓時(shí)，輸出電壓跳變，二極管D1截止，D2導(dǎo)通，電容經(jīng)R3向輸出端放電，放電時(shí)間常數(shù)為R3C。當(dāng)略小于時(shí)，輸出電壓又跳變?yōu)?。如此周而?fù)始進(jìn)行，隨著電容的充放電，輸出電壓不斷翻轉(zhuǎn)，形成方波。輸出脈沖高電平的時(shí)間為輸出脈沖

26、低電平的時(shí)間為振蕩頻率為占空比為可見調(diào)節(jié)電位器，改變的大小，即可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。但由于受運(yùn)算放大器上升因素的限制，不能得到太窄的矩形波。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一） 仿真分析在Multisim 13.0 電路窗口創(chuàng)建如圖一所示電路。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，此時(shí)示波器XSC1通道A顯示的曲線表示電容充、放電時(shí)負(fù)相輸入端的波形情況；通道B顯示的方波，并記錄波形圖。（二） 實(shí)驗(yàn)室操作1） 按照圖一所示連接好電路，檢查無誤后，接+12V直流電源。2） 用示波器觀察、處的波形，記錄波形并比較他們之間的相位關(guān)系。3） 用示波器測量、處波形的幅值和頻率。4） 調(diào)節(jié)可變電阻，用示波器觀察輸出電壓的變化情況。四

27、、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一） 仿真部分。（二） 實(shí)驗(yàn)室操作幅值頻率4.719V73.988Hz937.992mV-六、有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;(1)掌握在仿真情況下測試濾波器的波特圖與上限頻率。 (2)掌握濾波器上限頻率的測試方法，了解濾波器在實(shí)際中的應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)原理                         

28、0;                                     濾波器是具有頻率選擇功能的電路，它允許一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而對不需要傳送的頻率范圍的信號實(shí)現(xiàn)有效的抑制，從而“過濾”掉不需要的頻率信號，理想的濾波

29、器通帶內(nèi)具有均勻而穩(wěn)定的增，而在通帶以外則具有無窮大的衰減。濾波器在通信、電子工程、儀器儀表等領(lǐng)域中有著極其廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)濾波器通帶和阻帶的不同，濾波器可以分為低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型（1） 低通濾波器（LPF）。用來通過低頻信號，衰減或抑制高頻信號的濾波器稱為低通濾波器，如圖一所示為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級電容C1接至輸出端，通過引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖一（2） 高通濾波器（HPF）。與低通濾波器相反，高通濾波器通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。只要將圖一中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源

30、高通濾波器，如圖二所示。圖二（3） 帶通濾波器（BPF）。這種濾波器的作用是只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成，如圖三所示。圖三（4） 帶阻濾波器（BEF）。在雙T網(wǎng)絡(luò)后加一級同相比例運(yùn)算電路就構(gòu)成了基本的二階有源帶阻濾波器，如圖四所示。這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過（或者受到很大的衰減或抑制），而在其余的頻率范圍內(nèi)，信號則能順利通過。圖四三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一） 計(jì)算機(jī)仿真部分1、二階有源低通濾波器（1）按照圖一連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿

31、真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源低通濾波器的幅頻特性曲線。2、二階有源高通濾波器（1）按照圖二連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源高通濾波器的幅頻特性曲線。3、二階有源帶通濾波器（1）按照圖三連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源帶通濾波器的幅頻特性曲線。4、二階有源帶阻濾波器（1）按照圖四連接仿真電路。（2）單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析，記錄下此時(shí)波特圖儀顯示的二階有源帶阻濾波器的幅頻特性曲線。（二）實(shí)驗(yàn)室操作（1）二階有源低通濾波器。1）取Vi為峰值為100mV的正弦波信號，調(diào)整輸入信號的頻率，分別

32、測量輸入頻率在100Hz，150Hz，200Hz，1000Hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表一中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表一中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器上限頻率fH。（2）二階有源高通濾波器。1）取Vi為峰值為100mV的正弦波信號，調(diào)整輸入信號的頻率，分別測量輸入頻率在100Hz，150Hz，200Hz，1000Hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表二中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表二中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器下限頻率fL。（3）二階有源帶通濾波器。1）取Vi為峰值為100mV的正弦波信號，調(diào)整輸入信號的頻率，分別測量輸入頻率在100Hz，150Hz

33、，200Hz，1000Hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表三中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表三中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器下限頻率fL和上限頻率fH。（4）二階有源帶阻濾波器。1）取Vi為峰值為100mV的正弦波信號，調(diào)整輸入信號的頻率，分別測量輸入頻率在100Hz，150Hz，200Hz，1000Hz時(shí)輸出電壓的大小記錄在表三中。2）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)，記錄在表三中。3）根據(jù)計(jì)算的增益，估算濾波器下限頻率fL和上限頻率fH。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一）計(jì)算機(jī)仿真部分（1）二階有源低通濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源低通濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3dB的位置，該處即為二階

34、有源低通濾波器的上限截止頻率498.816Hz。與理論值498Hz接近。（2）二階有源高通濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源高通濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3dB的位置，該處即為二階有源高通濾波器的下限截止頻率501.414Hz。與理論值498Hz接近。（3）二階有源帶通濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源帶通濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3dB的位置，左邊該處即為二階有源帶通濾波器的下限截止頻率257.247Hz，右邊上限截止頻率959.055Hz。分別與理論值256Hz和968Hz接近。（4）二階有源帶阻濾波器移動(dòng)藍(lán)色游標(biāo)到達(dá)二階有源帶阻濾波器電壓放大倍數(shù)大約下降3dB的位置，左邊該處即為二階有源帶阻濾波

35、器的下限截止頻率330.157Hz，右邊上限截止頻率765.601Hz。分別與理論值328Hz和756Hz接近。（二）實(shí)驗(yàn)室操作。（1）二階有源低通濾波器輸入頻率/Hz1001502002503004006008001000Vo/mv111.164110.691109.563107.382103.80792.15761.56839.08826.03Av/(vo/vi)1.5721.5651.5491.5191.4681.3030.8710.5530.368Av/dB3.9293.8903.8013.6313.3352.299-1.200-5.145-8.683上限截止頻率498.816Hz（2

36、）二階有源高通濾波器輸入頻率/Hz1001502002503004006008001000Vo/mv4.610.30718.13827.77636.66461.02591.728103.531107.717Av/(vo/vi)0.0650.1460.2570.3930.5190.8491.2971.4641.523Av/dB-23.742-16.712-11.801-8.112-5.697-1.4222.2593.3113.654下限截止頻率501.414Hz（3）二階有源帶通濾波器輸入頻率/Hz1001502002503004006008001000Vo/mv22.61433.77644.5

37、7654.61563.35374.99475.1563.61552.95Av/(vo/vi)0.3200.4780.6300.7720.8961.0611.0630.9000.749Av/dB-9.897-6.411-4.013-2.248-0.9540.5140.531-0.915-2.510下限截止頻率257.247Hz，右邊上限截止頻率959.055Hz（4）二階有源帶阻濾波器輸入頻率/Hz1001502002503004006008001000Vo/mv109.567107.05102.86796.19985.83448.85347.41585.03697.228Av/(vo/vi)1

38、.5501.5141.4581.3601.2140.6910.6711.2031.375Av/dB3.8073.6033.2752.6701.684-3.210-3.4661.6052.766下限截止頻率330.157Hz，右邊上限截止頻率765.601Hz七、溫度控制電路的設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解傳感器的基本知識，掌握溫度傳感器的基本用法。（2） 了解有關(guān)控制的基本知識。 （3） 掌握根據(jù)溫度傳感器來設(shè)計(jì)控制電路的基本思想。 二、 設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求 （1）電源：單電源+12V或雙電源+12V供電均可。（2）要求溫度設(shè)定范圍為-20+130,溫度非線

39、性誤差不得超過5±。 （3）控制部分：監(jiān)控溫度高于設(shè)定的上限溫度或低于下限溫度時(shí)，分別點(diǎn)亮不同顏色的二極管。（低于規(guī)定溫度黃燈亮，高于規(guī)定溫度紅燈亮）三、 實(shí)驗(yàn)原理與電路設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)監(jiān)控溫度來做出相應(yīng)的報(bào)警響應(yīng)，該溫度傳感控制系統(tǒng)如圖環(huán)境溫度報(bào)警控制信號處理溫度傳感器溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號處理電路對其進(jìn)行處理，最后通過過報(bào)警控制電路來控制發(fā)光二極管的指示。（一）溫度傳感器 1、 有關(guān)溫度傳感元件介紹 （1）熱敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻器也稱PTC型熱敏電阻器，屬于直熱式熱敏電阻器，其主要特性是電阻值與溫度變化成正比例

40、關(guān)系，即當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻隨之增大。 （2）集成芯片LM35。LM35是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度成線性關(guān)系。因而，從使用角度來說，LM35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供常用的室溫精度。2、LM35特點(diǎn)與基本參數(shù)： 直接以攝氏溫度校準(zhǔn)； 線性比例因數(shù)：10.0mV/； 0.5的精確性保證(+25)； 額定全工作范圍：-55+150； 電源供電范圍：430V； 漏電電流：小于60

41、A； 低自發(fā)熱量，在靜止空氣中：0.08； 非線性特性：+1/4； 封裝形式及管腳說明、典型應(yīng)用：LM35采用TO-220塑料封裝形式。 （二） 溫度傳感元件的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求中隊(duì)電源的要求，熱敏電阻、LM35和AD590都可以選用，但根據(jù)對傳感器工作條件和精度要求綜合考慮，選擇LM35作為溫度傳感元件.（三）信號處理 由LM35的技術(shù)資料可知，LM35把溫度信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出范圍在-550+1500mV內(nèi)，并且輸出電壓和溫度呈良好的線性關(guān)系。要點(diǎn)亮發(fā)光二極管， 僅僅靠LM35提供的輸出電壓顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要對其輸出信號進(jìn)行放大。所以選擇電壓放大器作為信號處理部分。下面給出用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的同相比例放大器的應(yīng)用實(shí)例。如圖所示電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為即