現(xiàn)代電路與系統(tǒng)-實驗報告

10【試驗目的】

1、使用集成運算放大器設計產生正弦波、方波和三角波。2、學習波形發(fā)生器的調整和主要性能指標的測量?！驹囼炓蟆?1-2kHz左右的波形。2、測試主要的性能指標。【試驗原理及電路設計】一、 方案選擇本設計要求產生三種不同的波形：正弦波、方波、三角波。實現(xiàn)方案有：產生三角波；方案二，首先產生方波，積分得到三角波，再通過差分放大器產生正弦波；前局部電路調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，增益調整范圍是2～7倍，但為了滿足起振的條件，應調整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，經選頻網絡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選頻網絡〔RC串并聯(lián)選頻網絡〕網絡，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)選頻網絡通過計算可求出RC串并聯(lián)選頻網絡的頻率特性，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整負反響的強弱來掌握輸、D2將交替導通和截止，總有一個處于正向導通狀態(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、三角波產生器原理1RC網絡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，可以通過調整R1，從而到達試驗要求的頻率。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，電阻電容假設干?！驹囼炚{試及結果分析】11-10所示，圖1-10 正弦波電路板2、正弦波電路調試結果及試驗分析本設計主要調試就在正弦波振蕩頻率的調整。依據(jù)試驗原理，調試過程中，只要調圖1-10中的可調電位器，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。達不到試驗測試的目的。調試過程中，電位器的調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、三角波電路調試結果及試驗分析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【試驗目的】1、觀看有源濾波器的頻率響應特性。2、測定帶通濾波器的帶寬、品質因數(shù)及中心頻率。3、生疏和把握有源濾波器的頻率響應特性。【試驗要求】1、將試驗一產生的方波進展濾波，得到一樣頻率的正弦波。2、測試有源濾波器主要性質參數(shù)?！驹囼炘砑半娐吩O計】器常常用于抗干擾的設備中，以便接收某一頻段帶范圍內的有效信號，而消退高頻段及低頻段的干擾和噪聲。帶通濾波器設計步驟：1、依據(jù)傳遞函數(shù)設計。依據(jù)對濾波器特性的要求，設計某種類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、電路設計。再依據(jù)所設計的傳遞函數(shù)，設計和計算相應的元件參數(shù)值；3、電路裝配和調試。對整個濾波器電路進展相應的調整和性能測試，檢驗設計結果。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，并可適當調整方波的頻率范圍，使得濾波器輸出不失真1-10所示，之后經過有源濾波器【試驗設備及元件】UA7411片，電阻10kΩ3個、kΩ1個、50kΩ1個，電容22nF2個【試驗調試及結果分析】12-5所示，2-5有源帶通濾波實際電路2、濾波波電路調試結果及試驗分析試驗中使用的輸入信號是試驗一中產生的方波信號，調整其頻率f0為2.165kHz。通過濾2.146kHz2-6所示，根本滿足了試驗的要求。調試過程，可以調整電路中的可調電位器，從而保證波形不失真。2-6有源濾波結果【試驗目的】

1、學習測量集成運算放大器相關參數(shù)的方法。2、學習示波器等儀器的使用。3、對UA741指標的測試，了解運算放大器器件組成的主要參數(shù)的定義和表示法〔主要是輸入失調電壓/失調電流，U ，I的測量?！驹囼炓蟆?/p>

IO IO1UA741運放的開環(huán)增益以及失調電壓。2、測試運算放大器的主要參數(shù)?！驹囼炘砑半娐吩O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調零端；②反相輸入端；①、⑤調零端；②反相輸入端；③同相輸入端；④電源負極；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：輸入失調電壓：be IO一個抱負的運算放大器，當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，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 失調電壓，則輸入失調電壓可由下式計算：O12U IOIOIIO

R1R R1

U O1IO當輸入信號為的零時，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輸入失調電流的大小反映了運放內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，測試分兩步進展：2 O1 合開關K1及K，測出輸出電壓U ，如前所述，這是輸入失調電壓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、電阻假設干。【試驗調試及結果分析】1、U,I

3-6所示。IO IO3-6U,I

測試實際電路圖2U,I

IO IO測試實際電路調試結果及試驗分析IO IOUO1，試驗測得3-7(a)所示，所以失調電壓為：UIOR5×UO1/(R5R6)=1.68mV。斷開兩位撥碼開關,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輸出失調電壓UO1測試結果 (b)輸出失調電壓UO2測試結果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測試實際電路調試結果及試驗分析0V即可。3-9所示。3-9調零結果測開環(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測試結果【試驗目的】

1、了解數(shù)模轉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)?！驹囼炘砼c電路設計】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DAC1時，輸出電流最大，當DAC存放器中數(shù)00。IOUT2

2，IOUT2

IOUT1

的和為一個常數(shù)，即IOUT1

＋IOUT2

＝常數(shù)。RFBV

反響電阻引出端，DAC0832內部已經有反響電阻，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，也可接一個負電壓，它打算0至255的數(shù)字量轉REF

化出來的模擬量電壓值的幅度，V網絡相連。

REF

范圍為(+10～-10)V。VREFD/A內部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。是集成在片內的外接運放的反響電阻?；鶞孰妷?10~10。當ILE=1,CS=0,WR=D7~D0存入8WR2=FE=0輸入存放器中所存內容進入8位DAC存放器并進展D/A轉換。當DAC0832外接運放A構成D/A轉換電路時，電路輸出量V0和輸入D7~D0的關系式為：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，所以還必需經過一個外接4-2所示。4-2電流轉換電壓電路圖2、集成運放的選擇鏈接的運放承受具有調零的低噪聲高速優(yōu)質運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,通過調整外接電阻,以到達改善放大器的性能和輸出電壓;;VCC-和Vcc+為正負電源供；電路設計0.1V1A。調整輸出級承受D/AD/A