四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電工電子綜合實(shí)踐——計(jì)數(shù)器

1、四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電工電子綜合實(shí)踐計(jì)數(shù)器大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 電工電子綜合實(shí)踐 校外學(xué)習(xí)中心： 自修大學(xué) 學(xué) 生 姓 名： 羅歡潮 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 層 次： 專升本（業(yè)余） 年 級(jí)： 2012年秋 學(xué) 號(hào)： DH6 實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 間： 2013年7月 實(shí)驗(yàn)題目計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90，74LS161的功能，學(xué)習(xí)其使用方法。2.掌握將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器變換成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。3.了解同步一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和最大輸出電壓的測(cè)試方法。5.掌握比例運(yùn)算、加法運(yùn)算、減法運(yùn)算、積分運(yùn)算電路的調(diào)整，微分運(yùn)算電路的連接與測(cè)試。了解集成運(yùn)算放大器非線性應(yīng)用的

2、特點(diǎn)。儀器儀表目錄1、計(jì)算機(jī)（奔騰以上微機(jī)，40臺(tái)，Windows 98/2000/xp，安裝Multisim 2001）2、FLUKE 45型雙顯示數(shù)字萬(wàn)用表 20臺(tái)3、TDS 210型數(shù)字式實(shí)時(shí)示波器 20臺(tái)4、AFG310任意波形發(fā)生器 20臺(tái)5、雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源 40臺(tái)6、各種模擬、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)板、實(shí)驗(yàn)箱 若干7、HG4181型數(shù)字相位計(jì) 10臺(tái)8、TH2820型LCR數(shù)字電橋 20臺(tái)9、電動(dòng)式功率表 40臺(tái)10、各種電路實(shí)驗(yàn)板、實(shí)驗(yàn)箱 若干實(shí)驗(yàn)容及操作步驟放大電路的調(diào)試Rf 圖1 反相比例放大器 1反相比例放大電路的特點(diǎn)由運(yùn)算放大器組成的反相比例放大電路如圖1所示。 根據(jù)集成運(yùn)

3、算放大器的基本原理，反RP相比例放大電路的閉環(huán)特性為：閉環(huán)電壓增益： （1）輸入電阻（2）輸出電阻（3）其中： Auo為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益，環(huán)路帶寬 （4）其中：BWo為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)帶寬。最佳反饋電阻 =（5）上式中：Rid為運(yùn)放的差模輸入電阻，Ro為運(yùn)放的輸出電阻。平衡電阻 （6）從以上公式可以看出，由運(yùn)算放大器組成的反相輸入比例放大電路具有以下特性：（1）在深度負(fù)反饋的情況下工作時(shí)，電路的放大倍數(shù)僅由外接電阻R1和 Rf 的值決定。（2）由于同相端接地，故反相端的電位為“虛地”，因此，對(duì)前級(jí)信號(hào)源來(lái)說(shuō)，其負(fù)載不是運(yùn)放本身的輸入電阻，而是電路的閉環(huán)輸入電阻R1。由于Rif = R1，因此反相比

4、例放大電路只適用于信號(hào)源對(duì)負(fù)載電阻要求不高的場(chǎng)合（小于500k）（3）在深度負(fù)反饋的情況下，運(yùn)放的輸出電阻很小。2反相比例放大電路的設(shè)計(jì)反相比例放大電路的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)給定的性能指標(biāo)，計(jì)算并確定運(yùn)算放大器的各項(xiàng)參數(shù)以及外電路的元件參數(shù)。例如，要設(shè)計(jì)一個(gè)反相比例放大電路，性能指標(biāo)和已知條件如下：閉環(huán)電壓增益Auf，閉環(huán)帶寬BWf，閉環(huán)輸入電阻Rif，最小輸入信號(hào)UImin，最大輸出電壓UOmax，負(fù)載電阻RL，工作溫度圍。設(shè)計(jì)步驟如下：選擇集成運(yùn)算放大器選用集成運(yùn)算放大器時(shí)，應(yīng)先查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)，了解以下主要參數(shù)：運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益Auo，運(yùn)放的開(kāi)環(huán)帶寬BWo，運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓UIO、輸入失調(diào)

5、電壓溫漂¶UIO/¶T，輸入失調(diào)電流IIo、輸入失調(diào)電流溫漂¶IIO/¶T，輸入偏置電流IIB，運(yùn)放的差模輸入電阻Rid和輸出電阻Ro等。 為了減小比例放大電路的閉環(huán)電壓增益誤差，提高放大電路的工作穩(wěn)定性，應(yīng)盡量選用輸入失調(diào)參數(shù)小，開(kāi)環(huán)電壓增益和差模輸入電阻大，輸出電阻小的集成運(yùn)放。 為了減小比例放大電路的動(dòng)態(tài)誤差，（主要是頻率失真與相位失真），集成運(yùn)算放大器的增益帶寬積Au·BW和轉(zhuǎn)換速率SR還應(yīng)滿足以下關(guān)系： Au·BW >Auf·BWf SR > 2fmaxUOmax上式中，fmax 是輸入信號(hào)的最高工作頻

6、率。 UOmax 是集成運(yùn)算放大器的最大輸出電壓。計(jì)算最佳反饋電阻 按以下公式計(jì)算最佳反饋電阻： = 為了保證放大電路工作時(shí)，不超過(guò)集成運(yùn)算放大器所允許的最大輸出電流IOmax，Rf 值的選取還必須滿足：。 如果算出來(lái)的Rf太小，不滿足上式時(shí)，應(yīng)另外選擇一個(gè)最大輸出電流IOmax較大且能滿足式（1）中要求的運(yùn)算放大器。在放大倍數(shù)要求不高的情況下，可以選用比最佳反饋電阻值大的Rf。（3）計(jì)算輸入電阻R1 由上式計(jì)算出來(lái)的R1必須大于或等于設(shè)計(jì)要求規(guī)定的閉環(huán)輸入電阻Rif。否則應(yīng)改變Rf的值，或另選差模輸入電阻高的集成運(yùn)算放大器。（4）計(jì)算平衡電阻RP RP=R1/Rf（5）計(jì)算輸入失調(diào)溫漂電壓

7、要求UI << UImin。一般應(yīng)使 UImin > 100UI，這樣才能使溫漂引起的誤差小于1%。若UI不滿足要求，應(yīng)另外選擇漂移小的集成運(yùn)算放大器。3反相比例放大電路的調(diào)試與性能測(cè)試消除自激振蕩按照所設(shè)計(jì)的電路和計(jì)算的參數(shù)，選擇元件，安裝電路，弄清集成運(yùn)放的電源端，調(diào)零端、輸入與輸出端。根據(jù)所用運(yùn)放的型號(hào)和Auo的大小，考慮是否需要相位補(bǔ)償。若需要相位補(bǔ)償，應(yīng)從使用手冊(cè)中查出相應(yīng)的補(bǔ)償電路及其元件參數(shù)。當(dāng)完成相位補(bǔ)償后，將放大電路的輸入端接地，檢查無(wú)誤后，接通電源。用示波器觀察其輸出端是否有振蕩波形。若有振蕩波形，應(yīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整補(bǔ)償電路的參數(shù)，直至完全消除自激振蕩為止。在觀

8、察輸出波形時(shí)，應(yīng)把噪聲波形和自激振蕩波形區(qū)分開(kāi)來(lái)。噪聲波形是一個(gè)頻率不定，幅值不定的波形，自激振蕩波形是一個(gè)頻率和幅度固定的周期波形。調(diào)零把輸入端接地，用直流電壓表測(cè)量輸出電壓，檢查輸出電壓UO是否等于零，若UO不等于零，應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)運(yùn)放的調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。在輸入端加入U(xiǎn)I=的直流信號(hào),用直流電壓表測(cè)量輸出電壓。將測(cè)量值與計(jì)算值進(jìn)行比較，看是否滿足設(shè)計(jì)要求。 （4）觀察輸出波形在輸入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信號(hào)，用示波器觀察輸出波形，若輸出波形出現(xiàn)“平頂形”失真，表明運(yùn)放已進(jìn)入飽和區(qū)工作，此時(shí)應(yīng)提高電源電壓，以消除“平頂形”失真。 R1 Rf （二）同相比例放大電路

9、1同相比例放大電路的特點(diǎn)由運(yùn)算放大器組成的同相輸入比例，放大電路如圖2所示。 同相放大器的電壓放大倍數(shù)為： （7）同相放大器的輸入電阻為：圖2 同相比例放大器Rif=R1/Rf+Rid（1+Auo F）（8） 其中：Rid是運(yùn)放的差模輸入電阻，Auo是集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益，F(xiàn)=R1/(R1+Rf）為反饋系數(shù)。輸出電阻：Ro0 放大器同相端的直流平衡電阻為：RP = Rf / R1。 （9）放大器的閉環(huán)帶寬為： （10） 最佳反饋電阻 （11）2同相比例放大電路的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)同相比例放大電路，性能指標(biāo)和已知條件如下：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf，閉環(huán)帶寬BWf，閉環(huán)輸入電阻Rif，最小輸入信號(hào)U

10、Imin，最大輸出電壓UOmax，負(fù)載電阻RL，工作溫度圍。設(shè)計(jì)步驟：選擇集成運(yùn)算放大器在設(shè)計(jì)同相放大器時(shí)，對(duì)于所選用的集成運(yùn)算放大器，除了要滿足反相比例放大電路設(shè)計(jì)中所提出的各項(xiàng)要求外，集成運(yùn)放共模輸入電壓的最大值還必須滿足實(shí)際共模輸入信號(hào)的最大值。并且要求集成運(yùn)放具有很高的共模抑制比。當(dāng)要求共模誤差電壓小于UOC時(shí)，集成運(yùn)放的共模抑制比必須滿足： 式中：UIC是運(yùn)放輸入端的實(shí)際共模輸入信號(hào)。UOC是運(yùn)放的共模誤差電壓。異步計(jì)數(shù)器的分頻功能，學(xué)會(huì)調(diào)整同步，異步計(jì)數(shù)器的分頻數(shù)。實(shí)驗(yàn)分析集成算術(shù)邏輯單元（ALU）能夠完成一系列的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。它的功能如下表所示：引腳圖如下圖所示：該算術(shù)邏輯單元可以對(duì)兩個(gè)位數(shù)據(jù)和進(jìn)行種算術(shù)或邏輯運(yùn)算，并有清零和預(yù)置功能。所謂清零是使各數(shù)據(jù)輸出端的狀態(tài)為0。預(yù)置是使數(shù)據(jù)輸出端處于預(yù)定的狀態(tài)。輸入信號(hào)S2S0選擇種不同的運(yùn)算功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時(shí)，其輸出F3F2F1F0為二進(jìn)制數(shù)；進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)，則為含一定意義的代碼；進(jìn)行預(yù)置操作時(shí)，預(yù)定的狀態(tài)從A3A2A1A0端輸入?？梢愿鶕?jù)需要把若干片位ALU與超前進(jìn)位產(chǎn)生器連接，擴(kuò)展ALU的位數(shù)。下圖就是一種16位的ALU的連接方法 。這種運(yùn)算電路從最低位到最高位都