電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)（新）.doc

實(shí)驗(yàn)一 基本放大電路的設(shè)計(jì)一、 晶體管放大電路基本參量的測(cè)試1. 自行搭接晶體管放大電路， 改變Rb(K)，其它參量不變，完成下表：輸入量測(cè)試參數(shù)計(jì)算與判定改變Rb(K)，其它量不變IB(A)IE(mA)Auri(K)ro(K)通頻帶帶寬BW(KHz)晶體管工作狀態(tài)及值1.確定Rb的范圍：2.確定晶體管在各個(gè)工作狀態(tài)下IB、IE、Rb的范圍：2.自行搭接晶體管放大電路， 改變Rc(K)，其它參量不變，完成下表：輸入量測(cè)試參數(shù)計(jì)算與判定改變Rc(K)，其它量不變IB(A)IE(mA)Auri(K)ro(K)通頻帶帶寬BW(KHz)晶體管工作狀態(tài)及值1.確定Rc的范圍：2.確定晶體管在各個(gè)工作狀態(tài)下IB、IE、Rc的范圍：3.自行搭接晶體管放大電路， 改變Re(K)，其它參量不變，完成下表：輸入量測(cè)試參數(shù)計(jì)算與判定改變Re(K)，其它量不變IB(A)IE(mA)AuRi(K)Ro(K)通頻帶帶寬BW(KHz)晶體管工作狀態(tài)及值1.確定Re的范圍：2.確定晶體管在各個(gè)工作狀態(tài)下IB、IE、Re的范圍：二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.根據(jù)上面幾個(gè)表格的數(shù)據(jù)，確定你所選的最佳的靜態(tài)工作點(diǎn)（Q點(diǎn)）。2.應(yīng)用同一型號(hào)、不同值的晶體管，測(cè)試值改變后，表格中有哪些參量發(fā)生改變？3.電壓放大倍數(shù)Au如何調(diào)整？通頻帶帶寬BW(KHz)如何調(diào)節(jié)？4.熟悉三極管的主要技術(shù)參數(shù)，了解三極管做開(kāi)關(guān)、放大器、比較器等應(yīng)用時(shí)應(yīng)如何設(shè)置？5.以上測(cè)試先仿真，再在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證。三、 實(shí)際電路設(shè)計(jì)晶體管放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)際調(diào)試一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)分立元件組成的放大器。主要技術(shù)指標(biāo)為：電壓放大倍數(shù)Au=100；輸入阻抗Ri47K；帶寬BW=50Hz100KHz；已知：輸入信號(hào)電壓=20mV，f =1KHZ；負(fù)載電阻RL=5.1K；工作溫度范圍045。二、設(shè)計(jì)所需器材與設(shè)備（1）12V直流電源；（2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；（3）雙蹤示波器；（4）交流毫伏表；（5）直流電壓表；（6）直流毫安表；（7）頻率計(jì)；（8）萬(wàn)用電表；（9）器件：晶體三極管3DG61(50100)或90111、電阻器、電容器若干；其他工具：電烙鐵等電路裝配工具；（10）電腦；投影儀等。三、設(shè)計(jì)目的（1）能夠正確畫(huà)出典型共集電極放大電路和分壓偏置式典型共射極放大電路；（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定工作電源VCC的大小、選擇晶體三極管；計(jì)算并選擇其他阻容元件；（3）測(cè)試元器件，安裝電路；并將電路的偏置進(jìn)行調(diào)整至合適的工作狀態(tài)；（4）掌握晶體管放大電路參數(shù)的測(cè)量方法，并測(cè)量放大電路的輸入電阻、輸出電阻、放大倍數(shù)、最大不失真輸出電壓和頻帶寬度；（5）能夠?qū)痉糯箅娐返某Ｒ?jiàn)故障進(jìn)行分析，并能夠排除一些基本的故障。四、設(shè)計(jì)思路（一） 總體設(shè)計(jì)（1）課題分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100；輸入阻抗Ri47K；采用單級(jí)雙極型三極管放大電路是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，就本題而言，系統(tǒng)可分為二級(jí)：輸入級(jí)和主放大級(jí)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。圖1-9 晶體管電壓放大器方框圖（2）方案討論輸入級(jí)：主要完成阻抗變換，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗Ri47K的設(shè)計(jì)要求；主放大級(jí)：主要完成電壓放大作用，實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設(shè)計(jì)要求。（二） 主放大級(jí)電路設(shè)計(jì)（1）電路類(lèi)型選擇：為了實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設(shè)計(jì)要求，主放大級(jí)宜采用固定分壓偏式共射大電路形式，工作穩(wěn)定性最好。（2）電路結(jié)構(gòu)：如右圖1-10所示。（3）元件選取與參數(shù)計(jì)算：選擇半導(dǎo)體三極管圖1-10 固定分壓偏置式放大電路從給出的技術(shù)要求可知，該電路工作在低頻小信號(hào)場(chǎng)合，工作溫度范圍又較寬，故可選擇熱穩(wěn)定性較好的低頻小功率三級(jí)管3DG6B，從手冊(cè)上查出它的主要參數(shù)是PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO20V，對(duì)該管進(jìn)行實(shí)測(cè)，假設(shè)=60。 )確定電源電壓VCC 為保證放大輸出信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生非線性失真，一般取VCC2+UE+2UCES由于輸入信號(hào)電壓幅值為則輸出信號(hào)電壓幅值為若取三極管館和壓降的臨界值UCES1V，則靜態(tài)集一射壓降設(shè)置在U CEQ+UCES=3.82V又由于這種典型放大單元靜點(diǎn)的工程(估算)條件是：I1I2IB和UBUBE一般取I1=I2=(5-10)IB和UB=(510)VBE。硅管UB=35V，鍺管UB=13V若近似取UB=4V，UE=UB-0.7=3.3V再按VCC2+UE+UCES=22.82+3.3+1=10V。考慮留有余量取VCC=12V(標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電壓)。計(jì)算和確定集電極電阻RC由放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析可知，RC是決定靜態(tài)工作點(diǎn)和滿(mǎn)足電壓增益要求的一個(gè)關(guān)鍵元件。一般應(yīng)從輸入至輸出逐步推算。先確定輸入回路的動(dòng)態(tài)范圍：基極信號(hào)電流的幅值為，取若=1K，則為了使輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)不出現(xiàn)非線性失真，即信號(hào)動(dòng)態(tài)工作不進(jìn)入輸入特性下面的彎曲部分，通常取最小基極電流 。則靜態(tài)基流 取IB=40A再在輸出回路進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算：管子的電流放大作用有 又由于，若取，則 取標(biāo)稱(chēng)值2.2K計(jì)算確定射極電阻Re 取標(biāo)稱(chēng)值1.5K計(jì)算確定由I1I2=(5-10)IB，取I1=I2=5IB=540=0.2mA再按 即為標(biāo)稱(chēng)值 取標(biāo)稱(chēng)值39K或43K實(shí)際電路中Rb1用一個(gè)固定電阻與一個(gè)可調(diào)電阻串聯(lián)來(lái)代替，方便工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)。以上所確定的各電阻元件的阻值后，還要檢驗(yàn)它們的額定功率，即 取1/8W RJ1.8K電阻 取1/8W RJ1.5K電阻 取1/16W RJ43K電阻 取1/16W RJ20K電阻確定耦合電容和射極旁路電容C1、C2和Ce工程計(jì)算式分別為：，式中下限頻率fL20HZ，信號(hào)源內(nèi)阻RS=幾歐幾十歐，輸入電阻Rirbe，輸出電阻RORC，為與CE構(gòu)成回路的等效電阻，且，。如放大電路是用于放大低頻信號(hào)(f=20HZ200KHZ)，則耦合電容和射極旁路電容的容量可不必按上式計(jì)算，可直接取經(jīng)驗(yàn)標(biāo)稱(chēng)值：，校驗(yàn)由于 符合指標(biāo)要求。（三） 輸入級(jí)電路設(shè)計(jì)圖1-11共集電極電路（1）電路類(lèi)型選擇：為實(shí)現(xiàn)輸入阻抗Ri47K的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)模擬電路知識(shí)，輸入級(jí)宜選用共集電極電路（射極輸出器）。這種電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點(diǎn)。（2）電路結(jié)構(gòu)：射極跟隨器的原理圖如圖1-11所示。 它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，它具有輸入電阻高，輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近于1，輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化以及輸入、輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。（3）元件選取與參數(shù)計(jì)算：選擇半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管的選擇同任務(wù)二，但要注意，對(duì)于小信號(hào)輸入級(jí)，為降低熱噪聲，工作電流不宜過(guò)大，一般Ic1mA。)確定Rb一般，取，實(shí)際電路中可以用一個(gè)200K的固定電阻與一個(gè)470K的可調(diào)電阻串聯(lián)使用。計(jì)算Re對(duì)于射極輸出器，其輸入電阻Ri(1)(RERL)47K，即：(RERL) 0.77K其中RL是主放大電路的輸入電阻Ri，見(jiàn)任務(wù)二，Ri0.86K，求得Re7.36，取標(biāo)稱(chēng)值Re=7.5KC1、C2的選取同任務(wù)二。驗(yàn)算輸入電阻RiRi(1)(RERL)=617.5K/0.86K=47.1K47K，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（四） 晶體管放大器的組裝（1）元件測(cè)試：參看電子工藝實(shí)訓(xùn)教程/殷志堅(jiān)。（2）根據(jù)你所設(shè)計(jì)的晶體管放大器電路在多功能面包板和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)箱上搭接元器件。 （五） 晶體管放大器的調(diào)試（1）測(cè)試儀器的準(zhǔn)備、檢查與調(diào)試方案：準(zhǔn)備以下儀器：12V直流電源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、交流毫伏表、直流電壓表、直流毫安表、頻率計(jì)和萬(wàn)用電表等。儀器檢查：檢查和校正交注毫伏表、頻率計(jì)、示波器、萬(wàn)用表、直流電壓表的直流電流表；用萬(wàn)表或電壓表將穩(wěn)壓電源調(diào)至+12V；用交流毫伏表、頻率計(jì)將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器調(diào)至正弦波20mV/1KHz輸出。調(diào)試方案：在多級(jí)放大電路中，前后級(jí)電路相互影響，因此調(diào)試方法采用從后往前調(diào)。即先調(diào)主放大電路、再調(diào)輸入級(jí)電路。（2）主放大電路的調(diào)試1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試：測(cè)量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)ui0的情況下進(jìn)行， 即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測(cè)量晶體管的集電極電流IC以及各電極對(duì)地的電位UB、UC和UE。一般實(shí)訓(xùn)中，為了避免斷開(kāi)集電極，所以采用測(cè)量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測(cè)出UE，即可用IE=UE/Re，IB=IE/（1+），IC=IB。同時(shí)也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。(a) (b)圖1-12 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)uO波形的影響靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測(cè)試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)uO的負(fù)半周將被削底，如下圖6-1(a)所示；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂，如圖1-12(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿(mǎn)足要求。如不滿(mǎn)足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來(lái)改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。為了滿(mǎn)足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。2）放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動(dòng)態(tài)范圍）等。電壓放大倍數(shù)Au的測(cè)量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ui和uo的有效值Ui和UO，則Au=Uo/Ui。輸入電阻Ri的測(cè)量為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖6-2電路在被測(cè)放大器的輸入端與信號(hào)源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表測(cè)出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得 ，通常取R與Ri為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)訓(xùn)可取R12K。輸出電阻R0的測(cè)量按圖1-13電路，在放大器正常工作條件下，測(cè)出輸出端不接負(fù)載 RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù)，圖1-13輸入、輸出電阻測(cè)量電路即可求出：在測(cè)試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號(hào)的大小不變。最大不失真輸出電壓UOPP的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍）圖1-14 靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)太大引起的失真如上所述，為了得到最大動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖1-14）時(shí)，說(shuō)明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)，使波形輸出幅度最大，且無(wú)明顯失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出UO（有效值），則動(dòng)態(tài)范圍等于。或用示波器直接讀出UOPP來(lái)。3）放大電路頻率特性測(cè)量（測(cè)量帶寬BW）將放大器負(fù)載斷開(kāi)，先將輸人信號(hào)頻率調(diào)到1KHZ，幅度調(diào)到使輸出幅度最大而不失真。保持輸人信號(hào)幅度不變，改變頻率，按表3-2測(cè)量并記錄。接上負(fù)載、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。 F(HZ)501002505001k2.5k5k10k25k50k100k200kuoRL=RL=5.1K（3）輸入電路的調(diào)試1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試：測(cè)量方法與主放大電路相同。但在多級(jí)放大電路中，輸入級(jí)通常要求高輸入阻抗，低輸出阻抗，低噪音。因此輸入級(jí)的集電極電流不宜過(guò)大，這里可以將輸入級(jí)的集電極電流調(diào)至0.50.8mA左右。2）放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測(cè)量可以仿照主放大電路的方法做。（4）總調(diào)將調(diào)試好的輸入電路與主放大電路連接好，測(cè)量晶體管放大器的總體性能指標(biāo)。測(cè)量方法與主放大電路類(lèi)同。并將測(cè)量結(jié)果記錄下來(lái)。（自己設(shè)計(jì)記錄表格）（1）如果要求放大器的輸出阻抗低于50；該放大電路如何設(shè)計(jì)；（2）如果要進(jìn)一步展寬頻帶至20500KHz該放大電路如何設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)二 集成運(yùn)算放大器參數(shù)測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?通過(guò)對(duì)集成運(yùn)算放大器A741參數(shù)的測(cè)試，了解集成運(yùn)算放大器組件主要參數(shù)的定義和表示方法。2掌握運(yùn)算放大器主要參數(shù)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：集成運(yùn)算放大器是一種使用廣泛的線性集成電路器件，和其它電子器件一樣，其特性是通過(guò)性能參數(shù)來(lái)表示的。集成電路生產(chǎn)廠家為描述其生產(chǎn)的集成電路器件的特性，通過(guò)大量的測(cè)試，為各種型號(hào)的集成電路制定了性能指標(biāo)。符合指標(biāo)的就是合格產(chǎn)品，否則就是不合格產(chǎn)品。要能夠正確使用集成電路器件，就必須了解集成電路各項(xiàng)參數(shù)的含義及數(shù)值范圍。集成電路的性能指標(biāo)可以從產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或器件手冊(cè)查到，因此，我們必須學(xué)會(huì)看產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和查閱器件手冊(cè)。由于集成電路是半導(dǎo)體器件，而半導(dǎo)體器件的性能參數(shù)常常有較大的離散性，因此，我們還必須掌握各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試方法，這樣才能保證在電路中使用的器件是合格產(chǎn)品，滿(mǎn)足電路設(shè)計(jì)的需要。運(yùn)算放大器的性能參數(shù)可以使用專(zhuān)用的測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試（“運(yùn)算放大器性能參數(shù)測(cè)試儀”），也可以根據(jù)參數(shù)的定義，采用一些簡(jiǎn)易的方法進(jìn)行測(cè)試。本次實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)使用常規(guī)儀表，對(duì)運(yùn)算放大器的一些重要參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)試的方法。實(shí)驗(yàn)中采用的集成運(yùn)算放大器型號(hào)為A741（同類(lèi)產(chǎn)品有LM741，CF741，F(xiàn)007等），是一種第二代通用運(yùn)算放大器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可參看教材P238 圖3-26F007的電路原理圖，其引腳排列如圖2.1所示。它是一種八腳雙列直插式器件，其引腳定義如下：圖 2.1 A741引腳、 調(diào)零端； 反相輸入端； 同相輸入端； 電源負(fù)極； 輸出端； 電源正極； 空腳。以下為主要參數(shù)的測(cè)試方法：1輸入失調(diào)電壓：理想運(yùn)算放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)其輸出也為零。但在真實(shí)的集成電路器件中，由于輸入級(jí)的差動(dòng)放大電路總會(huì)存在一些不對(duì)稱(chēng)的現(xiàn)象（由晶體管組成的差動(dòng)輸入級(jí)，不對(duì)稱(chēng)的主要原因是兩個(gè)差放管的UBE不相等），使得輸入為零時(shí)，輸出不為零。這種輸入為零而輸出不為零的現(xiàn)象稱(chēng)為“失調(diào)”。為討論方便，人們將由于器件內(nèi)部的不對(duì)稱(chēng)所造成的失調(diào)現(xiàn)象，看成是由于外部存在一個(gè)誤差電壓而造成，這個(gè)外部的誤差電壓叫做“輸入失調(diào)電壓”，記作UIO或VOS（在童詩(shī)白主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一書(shū)中使用符號(hào)UIO，而在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程一書(shū)中使用符號(hào)VOS。下文中的類(lèi)似情況不再說(shuō)明）。輸入失調(diào)電壓在數(shù)值上等于輸入為零時(shí)的輸出電壓除以運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)：式中：UIO 輸入失調(diào)電壓 UOO 輸入為零時(shí)的輸出電壓值A(chǔ)OD 運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)圖2.2 UIO，IIO測(cè)試電路本次實(shí)驗(yàn)采用的失調(diào)電壓測(cè)試電路如圖2.2所示。閉合開(kāi)關(guān)K1及K2，使電阻RB短接，測(cè)量此時(shí)的輸出電壓UO1即為輸出失調(diào)電壓，則輸入失調(diào)電壓 實(shí)際測(cè)出的UO1可能為正，也可能為負(fù)，高質(zhì)量的運(yùn)算放大器UIO一般在1mV以下。測(cè)試中應(yīng)注意： 將運(yùn)放調(diào)零端開(kāi)路（即不接入調(diào)零電路）； 要求電阻R1和R2，R3和RF的阻值精確配對(duì)。2輸入失調(diào)電流IIO當(dāng)輸入信號(hào)為的零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端的輸入偏置電流之差稱(chēng)為輸入失調(diào)電流，記為IIO（有的資料中使用符號(hào)IOS）。式中：IB1，IB2分別是運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的輸入偏置電流。輸入失調(diào)電流的大小反映了運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)輸入級(jí)的兩個(gè)晶體管的失配度，由于IB1，IB2本身的數(shù)值已很?。ˋ或nA級(jí)），因此它們的差值通常不是直接測(cè)量的，測(cè)試電路如圖4.2所示，測(cè)試分兩步進(jìn)行：1）閉合開(kāi)關(guān)K1及K2，將兩個(gè)RB短路。在低輸入電阻下，測(cè)出輸出電壓UO1，如前所述，這是輸入失調(diào)電壓UIO所引起的輸出電壓。2）斷開(kāi)K1及K2,將輸入電阻RB接入兩個(gè)輸入端的輸入電路中，由于RB阻值較大，流經(jīng)它們的輸入電流的差異，將變成輸入電壓的差異，因此，也會(huì)影響輸出電壓的大小，因此，測(cè)出兩個(gè)電阻RB接入時(shí)的輸出電壓UO2，從中扣除輸入失調(diào)電壓UIO的影響（即UO1），則輸入失調(diào)電流IIO為：一般，IIO在100nA以下。測(cè)試中應(yīng)注意：將運(yùn)放調(diào)零端開(kāi)路。 兩端輸入電阻RB應(yīng)精確配對(duì)。3開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)Aod集成運(yùn)放在沒(méi)有外部反饋時(shí)的直流差模放大倍數(shù)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)，用Aod 表示。它定義為開(kāi)環(huán)輸出電壓UO與兩個(gè)差分輸入端之間所加差模輸入信號(hào)Uid 之比：或 （dB）按定義Aod應(yīng)是信號(hào)頻率為零時(shí)的直流放大倍數(shù)，但為了測(cè)試方便，通常采用低頻（幾十赫茲以下）正弦交流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，而且在開(kāi)環(huán)情況下UO的漂移量太大，難以直接進(jìn)行測(cè)量，故一般采用閉環(huán)測(cè)量方法。Aod的測(cè)試方法很多，現(xiàn)采用交、直流同時(shí)閉環(huán)的測(cè)試方法，如圖2.3所示。圖2.3 Aod的測(cè)試電路被測(cè)運(yùn)放一方面通過(guò)RF、R1、R2完成直流閉環(huán)，以抑制輸出電壓漂移；另一方面通過(guò)RF和RS實(shí)現(xiàn)交流閉環(huán)，外加信號(hào)US經(jīng)R1、R2分壓，使Uid足夠小，以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，同相輸入端電阻R3應(yīng)與反相輸入端電阻R2相匹配，以減小輸入偏置電流影響，電容C為隔直電容。被測(cè)運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)為：Aod一般約為105（100dB）左右。測(cè)試中應(yīng)注意：測(cè)試前電路應(yīng)首先消振及調(diào)零。被測(cè)運(yùn)放要工作在線性狀態(tài)。輸入信號(hào)頻率應(yīng)較低，一般用50100HZ，輸出信號(hào)幅度應(yīng)較小，而且無(wú)明顯失真。4共模抑制比KCMR集成運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)Aod與共模電壓放大倍數(shù)Aoc之比稱(chēng)為共模抑制比，記為KCMR（或CMRR）?；驁D2.4 KCMR測(cè)試電路式中：Aod差模電壓放大倍數(shù)；Aoc共模電壓放大倍數(shù)。共模信號(hào)是指加在運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端上幅值、相位都相等的輸入信號(hào)，是一種無(wú)用的信號(hào)（常因電路結(jié)構(gòu)、干擾和溫漂造成）。理想運(yùn)算放大器的輸入級(jí)是完全對(duì)稱(chēng)的，其共模電壓放大倍數(shù)為零，所以當(dāng)只輸入共模信號(hào)時(shí)，理想運(yùn)放的輸出信號(hào)為零；當(dāng)輸入信號(hào)中包含差模信號(hào)與共模信號(hào)兩種成份時(shí)，理想運(yùn)放輸出信號(hào)中的共模成份為零。但在實(shí)際的集成運(yùn)算放大器中，因?yàn)殡娐方Y(jié)構(gòu)不可能完全對(duì)稱(chēng)，所以其共模電壓放大倍數(shù)不可能為零，當(dāng)輸入信號(hào)中含有共模信號(hào)時(shí)，其輸出信號(hào)中必然含有共模信號(hào)的成分。輸出端共模信號(hào)愈小，說(shuō)明電路對(duì)稱(chēng)性愈好，也就是說(shuō)運(yùn)放對(duì)共模干擾信號(hào)的抑制能力愈強(qiáng)。人們用共模抑制比KCMR來(lái)衡量集成運(yùn)算放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。KCMR愈大，對(duì)共模信號(hào)的抑制能力越強(qiáng)，抗共模干擾的能力越強(qiáng)。KCMR的測(cè)試電路如圖2.4所示。為了便于測(cè)試，采用閉環(huán)方式。集成運(yùn)放工作在閉環(huán)狀態(tài)下的差模電壓放大倍數(shù)，根據(jù)使用的電阻值，用下面公式計(jì)算：使用圖2.4的電路可測(cè)得共模輸入信號(hào)Uic和共模輸出信號(hào)Uoc，根據(jù)測(cè)得的Uic、Uoc值用下式計(jì)算出共模電壓放大倍數(shù)：由Ad和Ac計(jì)算得共模抑制比：測(cè)試中應(yīng)注意：圖2.5 UICM測(cè)試電路 消振與調(diào)零； R1與R2、R3與RF之間阻值嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)。輸入信號(hào)Uic幅度必須小于集成運(yùn)放的最大共模輸入電壓范圍UICM5共模輸入電壓范圍UICM集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓稱(chēng)為共模輸入電壓范圍，超出這個(gè)范圍，運(yùn)放的KCMR會(huì)大大下降，輸出波形產(chǎn)生失真，有些運(yùn)放還會(huì)出現(xiàn)“自鎖”現(xiàn)象以及永久性的損壞。(A)UICM的測(cè)試電路如圖2.5所示。圖2.6 UOPP測(cè)試電路被測(cè)運(yùn)放接成電壓跟隨器形式，輸出端接示波器，觀察最大不失真輸出波形，從而確定UICM值。6最大輸出電壓UOPP集成運(yùn)放的最大輸出電壓又稱(chēng)輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍，記為UOPP，該參數(shù)與電源電壓、外接負(fù)載及信號(hào)源頻率有關(guān)。測(cè)試電路如圖2.6所示。改變US幅度，觀察UO削波頂失真開(kāi)始時(shí)刻，從而確定UO的不失真范圍，這就是運(yùn)放在某一定電源電壓下可能輸出的電壓峰峰值UOPP。集成運(yùn)算放大器在使用時(shí)應(yīng)考慮的一些問(wèn)題1）輸入信號(hào)選用交、直流量均可，但在選取信號(hào)的頻率和幅度時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)放的頻響特性和輸出幅度的限制。圖2.7 調(diào)零電路2）調(diào)零。為提高運(yùn)算精度，在運(yùn)算前，應(yīng)首先對(duì)直流輸出電位進(jìn)行調(diào)零，即保證輸入為零時(shí)，輸出也為零。當(dāng)運(yùn)放有外接調(diào)零端子時(shí)（如A741的、腳），可按組件要求接入調(diào)零電位器RW，調(diào)零時(shí)，將運(yùn)放輸入端接地，用直流電壓表測(cè)量輸出電壓UO，細(xì)心調(diào)節(jié)RW，使UO為零（即失調(diào)電壓為零）。如運(yùn)放沒(méi)有調(diào)零端子，可按圖2.7所示電路設(shè)置調(diào)零電路。一個(gè)運(yùn)放如不能調(diào)零，大致有如下原因： 組件正常，接線有錯(cuò)誤。 組件正常，但負(fù)反饋不夠強(qiáng)（RF / R1太大），為此可將RF短路，觀察是否能調(diào)零。 組件正常，但由于它所允許的共模輸入電壓太低，可能出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，因而不能調(diào)零。為此可將電源斷開(kāi)后，再重新接通，如能恢復(fù)正常，則屬于這種情況。 組件正常，但電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行消振。 組件內(nèi)部損壞，應(yīng)更換的集成塊。3）消振。一個(gè)集成運(yùn)放自激時(shí)，表現(xiàn)為即使輸入信號(hào)為零，亦會(huì)有輸出，使各種運(yùn)算功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞器件。在實(shí)驗(yàn)中，可用示波器監(jiān)視輸出波形。為的消除運(yùn)放自激，常采用如下措施 若運(yùn)放有相位補(bǔ)償端子，可利用外接RC補(bǔ)償電路，產(chǎn)品手冊(cè)中有補(bǔ)償電路及元件參數(shù)提供。 電路布線，元、器件布局應(yīng)盡量減少分布電容。 在正、負(fù)電源進(jìn)線與地之間接上幾十F 的電解電容和0.010.1 F的陶瓷電容相并聯(lián)，以減小電源引入的影響。注：自激消除方法請(qǐng)參考模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)有關(guān)章節(jié)。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元件1模擬電路實(shí)驗(yàn)箱（型號(hào)：THM-1） 2信號(hào)發(fā)生器（型號(hào)：XD22）3雙蹤示波器（型號(hào)：XJ4241） 4交流毫伏表（型號(hào)：GB-9）5數(shù)字萬(wàn)用表（型號(hào)：DT890） 6.集成運(yùn)算放大器 F74117. 電阻器 512 ，51K2, 1K2 2K2, 10K2，100K28電解電容器 100F1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)在THM-1型“模擬電路實(shí)驗(yàn)箱”上進(jìn)行。（一）THM-1型模擬電路實(shí)驗(yàn)箱面板結(jié)構(gòu)與使用方法：1大園孔是供插入連接導(dǎo)線插頭使用，小園孔和集成電路插座用來(lái)插入元件。仔細(xì)觀察大園孔和小園孔的連接關(guān)系，以便正確連線。有些大園孔內(nèi)部已經(jīng)連接了元件，并在面板上用元件符號(hào)標(biāo)出，為使用提供了方便。與本次實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的元件大園孔中不要插入連接導(dǎo)線，以免加錯(cuò)電壓，損壞實(shí)驗(yàn)箱中的元件。2面板的左上角“POWER”是總電源開(kāi)關(guān)，左下角方框“DC SOURCE”中是直流組合電源，本次實(shí)驗(yàn)中使用的電源VCC (12V)和VEE（12V）由此處供給。3面板中部下邊有4個(gè)電位器，其中1K、100和10K三個(gè)電位器是多圈電位器，使用時(shí)應(yīng)注意旋轉(zhuǎn)動(dòng)作輕柔，不要使勁硬扭，以免損壞。4連接導(dǎo)線容易在與插頭連接處內(nèi)部折斷，所以在拔插導(dǎo)線時(shí)，不準(zhǔn)直接拉扯導(dǎo)線，而應(yīng)捏緊插頭，左右微微轉(zhuǎn)動(dòng)，就勢(shì)拔出或插入插頭。（二）應(yīng)正確使用集成運(yùn)算放大器，使用前，首先必須看清運(yùn)放管腳排列及外接電源極性和電壓值，切忌正、負(fù)電源接反，若電源接反，則將燒毀集成運(yùn)算放大器。（三）實(shí)驗(yàn)步驟：1 測(cè)量輸入失調(diào)電壓UIO按圖2.2連接實(shí)驗(yàn)電路，閉合開(kāi)關(guān)K1、K2，用直流電壓表測(cè)量輸出電壓UO1，并計(jì)算UIO 。記入表2-1. 表2-1UIO（mV）IIO(nA)Aod(db)CMRR(db)實(shí)測(cè)值典型值實(shí)測(cè)值典型值實(shí)測(cè)值典型值實(shí)測(cè)值典型值2. 測(cè)量輸入失調(diào)電流IIO實(shí)驗(yàn)電路如圖2-2,打開(kāi)K1，K2，用直流電壓表測(cè)量UO2,計(jì)算IIO。記入表4-1。3. 測(cè)量開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod按圖2-3連接實(shí)驗(yàn)電路，運(yùn)放輸入端加頻率100HZ , 大小約為30mV50mV正弦信號(hào)作為Ui，用示波器監(jiān)視輸出波形。用交流毫伏表測(cè)量Uo和Ui,并計(jì)算Aod。 記入表2-1。4. 測(cè)量共模抑制比KCMR 按圖2-4連接實(shí)驗(yàn)電路，運(yùn)放輸入端加 f = 100Hz , Uic = 12V正弦信號(hào)，監(jiān)視輸出波形。測(cè)量Uoc 和 Uic,計(jì)算Ad 、AC 及 KCMR ,記入表2-1。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 將所有測(cè)得的數(shù)據(jù)與典型值進(jìn)行比較。2. 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題進(jìn)行分析、討論。六、預(yù)習(xí)要求1查閱集成運(yùn)算放大器 A741 典型指標(biāo)數(shù)據(jù)及管腳功能。2根據(jù)查閱的典型數(shù)據(jù)，計(jì)算可能的數(shù)據(jù)值（如Uo1,Uo2等），以供實(shí)驗(yàn)時(shí)參考。3. 測(cè)量輸入失調(diào)參數(shù)時(shí)，為什么運(yùn)放反相端及同相輸入端的電阻要精選，以保證嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)?4. 測(cè)量輸入失調(diào)參數(shù)時(shí)，為什么要將調(diào)零端開(kāi)路，而在進(jìn)行其它測(cè)試時(shí)，則要求對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)零?5. 測(cè)試信號(hào)的頻率選取的原則是什么？ 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用項(xiàng)目“方波、三角波發(fā)生器的應(yīng)用測(cè)試”2.1.1項(xiàng)目說(shuō)明1項(xiàng)目目標(biāo)1）了解電路的基本功能原理，學(xué)會(huì)用集成運(yùn)算放大器組成方波、三角波發(fā)生器；2）學(xué)會(huì)方波、三角波發(fā)生器的調(diào)試與測(cè)量方法；3）能按要求正確畫(huà)出電路接線工藝圖；4）能正確焊裝、檢測(cè)、調(diào)試電路。2項(xiàng)目原理（1）方波發(fā)生器圖2-1-1 基本方波發(fā)生器電路基本方波發(fā)生器如圖2-1-1電路（R1 = 100kW，C = 0.01mF，R2 = 100kW，R3 = 86kW）所示。其中電阻R2 與R3 組成正反饋支路；電阻R1 與電容C 組成的充放電回路是運(yùn)算放大器的負(fù)反饋支路。運(yùn)算放大器反相輸入端的電壓，同相輸入端的電壓 。輸出電壓uo的極性由與比較的結(jié)果來(lái)決定：若，則為負(fù)；若，則為正。在接通電源的瞬間，為負(fù)或?yàn)檎儗倥既?，假設(shè)一接上電源時(shí)，輸出電壓為正值，（飽和壓降），則同相輸入端的電壓為：接著輸出電壓經(jīng)過(guò)電阻R1向電容C充電，按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)，輸出電壓開(kāi)始翻轉(zhuǎn)，R2、R3支路的正反饋?zhàn)饔檬狗D(zhuǎn)過(guò)程在極短的時(shí)間內(nèi)完成，輸出電壓由躍變?yōu)椋⑼ㄟ^(guò)正反饋使輸出電壓保持為。此時(shí)變?yōu)椋和瑫r(shí)，電容器C通過(guò)電阻R1放電，下降。當(dāng)下降到等于u+ 時(shí)，輸出電壓再一次翻轉(zhuǎn)， 使。如此周而復(fù)始， 則輸出電壓為周期性的方波，如圖2-1-2所示。圖 2-1-2 uC與uO的波形方波的上升沿和下降沿與集成電路的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，方波的幅值由運(yùn)放的飽和壓降 決定，限制在之間。由于電容C的充放電都是經(jīng)過(guò)R1進(jìn)行的，充放電的時(shí)間常數(shù)相等，因此可得到對(duì)稱(chēng)的方波。其周期為：方波的頻率為：當(dāng)選擇R3 = 0.86R2時(shí)，由于：故方波的頻率可由下式求得： （2-1-1）由式2-1-1可知，改變R1或C的值，就可以改變方波的頻率。 為了防止放大器輸出電流太大而過(guò)載，往往在放大器的輸出端串聯(lián)一個(gè)限流電阻R0。另外為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，可在方波發(fā)生器的輸出端加上由穩(wěn)壓管組成的限幅器。如圖2-1-3所示。圖2-1-3 方波發(fā)生器電路圖中：R1 = 100kW，R0 = 3.9kW，R2 = 100kW， R3 = 86kW，C = 0.01mF。D1和D2采用穩(wěn)壓管1N5229，其穩(wěn)壓值為4.3V，正向壓降為0.7V。此時(shí)，方波的幅度完全由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定。 （2） 三角波與方波發(fā)生器方波與三角波發(fā)生器由電壓比較器加積分器組成。如圖 2-1-4所示。圖2-1-4 方波與三角波發(fā)生器圖中：R1 = 6.8kW，R2 = 10kW，R3 = 30kW，R0 = 3.9kW，R4 = 20kW，R5 = 20kW，C = 0.1mF，D1和D2采用穩(wěn)壓管1N5229。若a點(diǎn)斷開(kāi)，運(yùn)算放大器A1與R1、R2、R3及R0、D1、D2組成電壓比較器。運(yùn)算放大器的反相端接基準(zhǔn)電壓，同相端接輸入電壓，R1為平衡電阻。比較器輸出的高電平等于，低電平等于，當(dāng)比較器的時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出電壓從高電平跳到低電平或從低電平跳到高電平）。設(shè)= ，則有 (2-1-2)將上式整理，得到比較器翻轉(zhuǎn)的下門(mén)限電位為： (2-1-3)若Uo1 = UZ，則比較器翻轉(zhuǎn)的上門(mén)限電位為： (2-1-4)比較器的門(mén)限寬度為： (2-1-5)由式（2-1-2）（2-1-5），可得到比較器的電壓傳輸特性，如圖 2-1-5 所示。圖 2-1-5 比較器電壓傳輸特性a點(diǎn)斷開(kāi)后，運(yùn)算放大器A2與R4、C及R5組成反向積分器，該反向積分器的輸入信號(hào)為方波 ，積分器的輸出電壓為：當(dāng)時(shí)： 當(dāng)時(shí)：因此，當(dāng)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖 2-1-6 所示。圖 2-1-6 三角波、方波發(fā)生電路的輸出波形當(dāng)a點(diǎn)閉合時(shí)，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，能自動(dòng)產(chǎn)生方波與三角波。三角波的幅度為：因從0上升到所需時(shí)間為四分之一周期T，故： (2-1-6)所以，三角波（或方波）的頻率為： (2-1-7)式（2-1-6）和（2-1-7）表明，若要維持三角波的幅值不變，則R2、R3的比值應(yīng)固定，調(diào)節(jié)R4或C的值可以改變?nèi)遣ǖ念l率。2.1.2 學(xué)生本課程需完成的項(xiàng)目?jī)?nèi)容1、設(shè)計(jì)一個(gè)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的常見(jiàn)的方波三角波產(chǎn)生電路。指標(biāo)要求如下：方波 輸出頻率：300HZ-10KHZ可調(diào) 脈沖幅度：（500mV6V）三角波 輸出頻率：300HZ-10KHZ可調(diào) 脈沖幅度：300mv 3 V輸出阻抗不大于100歐2、要求（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知的條件，確定電路的方案，計(jì)算并選取各單元電路的元件參數(shù)。（2）測(cè)量方波產(chǎn)生電路輸出方波的幅度和頻率，使之滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（3）測(cè)量三角波產(chǎn)生電路輸出三角波的幅度和頻率，使之滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2.1.3學(xué)生本課程需完成的具體的內(nèi)容1電路安裝1）認(rèn)真檢測(cè)電路元件；2）繪制元件裝配圖，有能力的學(xué)生可以嘗試?yán)L制印制板圖；3）元件成形、焊裝； 4）通電檢測(cè)調(diào)試。2安裝工藝要求 接線工藝圖繪制完成后，對(duì)照電路原理圖認(rèn)真檢查無(wú)誤，再在實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行電路焊裝，要求：1）嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行電路安裝； 2）所有元件焊裝前必須按要求先成型； 3）元件布置必須美觀、整潔、合理； 4）所有焊點(diǎn)必須光亮、圓潤(rùn)、無(wú)毛刺、無(wú)虛焊、錯(cuò)焊和漏焊 ； 5）連接導(dǎo)線應(yīng)正確、無(wú)交叉，走線美觀簡(jiǎn)捷； 6）電路通電應(yīng)正常工作。 3方波發(fā)生器的測(cè)試觀察并定量繪出輸出電壓和電容上的電壓的波形，用示波器測(cè)出方波的周期和峰峰值及的峰峰值，將測(cè)量結(jié)果填入表2-1 中，根據(jù)測(cè)出的周期T，算出方波的頻率。并與理論值相比較。表2-1 電路測(cè)量值測(cè)量值理論值參數(shù)T ( ms )f ( Hz )Uop-p（V）Ucp-p (V)fo( Hz )圖4-1-1 電路圖4-1-3 電路4方波與三角波發(fā)生器的測(cè)試用示波器測(cè)出三角波（或方波）的周期T，方波的峰峰值Uop-p1和三角波的峰峰值Uop-p2。將測(cè)量結(jié)果填入表2-2中，根據(jù)測(cè)出的周期T，算出三角波（或方波）的頻率。并與理論值相比較。表2-2電路測(cè)量值測(cè)量值理論值參數(shù)T ( ms )f ( Hz )Uop-p1 (V)Uop-p2 (V)fo ( Hz )圖2-1-4電路5項(xiàng)目報(bào)告書(shū)要求按要求完成項(xiàng)目報(bào)告書(shū)。6創(chuàng)新設(shè)計(jì)與探索 根據(jù)自己對(duì)上述報(bào)警電路的制作安裝情況，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的信號(hào)發(fā)生器電路，如鋸齒波發(fā)生器、正弦波發(fā)生器等，可畫(huà)出電路設(shè)計(jì)草圖，也可制作成實(shí)物，能工作、有效果給予分?jǐn)?shù)獎(jiǎng)勵(lì)。 7主要元件、材料及工具 1）電路所需電子元件，焊錫絲、軟導(dǎo)線若干； 2）實(shí)驗(yàn)板1塊； 3）電烙鐵、架1套，鑷子1把；4）萬(wàn)用表1塊；5）直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)；6）示波器1臺(tái)；7）晶體管毫伏表2臺(tái)。2.1.3 成果形式1）實(shí)物作品。2）項(xiàng)目報(bào)告書(shū)。2.1.4 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表2-13 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容配分評(píng) 分 標(biāo) 準(zhǔn)項(xiàng)目報(bào)告書(shū)40報(bào)告內(nèi)容完整、工整、數(shù)據(jù)真實(shí)（抄襲扣 10 分） 元件布局10元件布局美觀、合理、簡(jiǎn)捷。 元件焊裝工藝20元件成型及各焊點(diǎn)均符合工藝要求，元件無(wú)錯(cuò)焊、漏焊。 通電效果15通電后，電路按設(shè)計(jì)要求正常工作，不正常的，能排除故障，每次扣 5 分，不能排除的，扣 15 分。 創(chuàng)意、創(chuàng)新設(shè)計(jì)15創(chuàng)新設(shè)計(jì)有一定效果或能繪出設(shè)計(jì)草圖及做出演示樣品 實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)字鐘1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)。（2）從實(shí)際電路角度出發(fā)，建立系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思想，動(dòng)手能力，培養(yǎng)綜合運(yùn)用數(shù)字電路的能力。2、預(yù)習(xí)要求（1）預(yù)習(xí)石英晶體振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器的工作原理，了解所給芯片的使用方法，掌握常用器件的外圍電路，掌握60，24進(jìn)制的電路接法。（2）根據(jù)指導(dǎo)書(shū)所示原理框圖，在給定的元器件范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路圖，并標(biāo)出集成芯片的型號(hào)和引腳號(hào)碼（便于安裝、調(diào)試）。3、實(shí)驗(yàn)任務(wù) （1）給定的主要器件如下：CD4060 、74LS74、74LS153、74LS90、74LS390、CD4511、74LS85、74LS00、74LS08、74LS32、74LS04、74LS02、按鍵、電阻（也可以選擇功能類(lèi)似的CD 40xx，45xx芯片） （2）功能要求： 基本功能：以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“24翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位，校時(shí)功能，正點(diǎn)報(bào)時(shí)； 擴(kuò)展功能：鬧時(shí)功能；根據(jù)本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，學(xué)生從上述芯片中自行選擇來(lái)完成數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)與裝調(diào)。4、實(shí)驗(yàn)電路的原理與設(shè)計(jì)（1）數(shù)字鐘電路的組成數(shù)字鐘的原理組成框圖如圖1所示。報(bào)時(shí)電路校時(shí)電路秒脈沖發(fā)生器秒計(jì)數(shù)器60進(jìn)制秒譯碼器秒顯示器分計(jì)數(shù)器60進(jìn)制分譯碼器分顯示器時(shí)計(jì)數(shù)器24進(jìn)制時(shí)譯碼器時(shí)顯示器圖1 數(shù)字鐘原理框圖在圖1中，秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心，它產(chǎn)生的秒信號(hào)輸入秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到59時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)給分計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器復(fù)位的同時(shí)分計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)分計(jì)數(shù)器達(dá)到59時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)給時(shí)計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器復(fù)位的同時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。（2）數(shù)字鐘主體電路的設(shè)計(jì)秒脈沖產(chǎn)生電路秒脈沖產(chǎn)生電路可由555電路產(chǎn)生，也可由石英晶體振蕩電路產(chǎn)生。石英晶體振蕩電路產(chǎn)生的頻率精確度高，故在本實(shí)驗(yàn)中可選用14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻器CD4060得到精確頻率。欲得到1秒信號(hào)，還需要加入分頻電路。14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻器1HZ分頻電路圖2 秒脈沖產(chǎn)生電路計(jì)數(shù)器電路可用于計(jì)數(shù)的芯片很多，比如可預(yù)置的 4 位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(74LS161)，可二/五分頻十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(74LS90)，可預(yù)置BCD雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器(74LS192)，雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74LS390）等，本實(shí)驗(yàn)中可選用上述芯片來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)。利用其典型應(yīng)用電路即可。譯碼顯示電路通過(guò)計(jì)數(shù)器所得的秒脈沖的個(gè)數(shù)為二進(jìn)制代碼，只有通過(guò)譯碼才能轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，才能通過(guò)LED數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行直觀觀察。常用的譯碼芯片有BCD 碼七段碼譯碼器（CD4511），BCD-7段譯碼器/內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動(dòng)芯片(74LS48)。譯碼顯示部分采用常用譯碼芯片構(gòu)成典型應(yīng)用電路即可。仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。要求4聲低音（500HZ）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57秒，最后一聲高音（1KHZ）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間均為1秒。分個(gè)位秒十位分十位門(mén)電路門(mén)電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)時(shí)信號(hào)門(mén)電路秒個(gè)位500HZ1KHZ 圖3 報(bào)時(shí)電路框圖分析蜂鳴器電路工作時(shí)的分、秒位數(shù)值，利用相關(guān)門(mén)電路完成正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。 校時(shí)電路 由于數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)可能出現(xiàn)誤差，這就需要校正時(shí)間。二種思路可供參考： I通過(guò)改變計(jì)數(shù)頻率來(lái)校時(shí)。利用多路數(shù)據(jù)選擇器，加上頻率選擇電路來(lái)控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的頻率，從而達(dá)到校時(shí)的目的。校時(shí)結(jié)束時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器選中1HZ頻率，計(jì)數(shù)器正常工作。數(shù)據(jù)選擇器多路頻率信號(hào)頻率選擇電路計(jì)數(shù)器電路圖4 校時(shí)電路一 II秒計(jì)數(shù)頻率不改變，仍為1HZ計(jì)數(shù)。改變時(shí)、分的計(jì)數(shù)頻率，校時(shí)脈沖采用1HZ脈沖，利用與非門(mén)組成的基本RS觸發(fā)電路來(lái)防止按鍵抖動(dòng)。RS觸發(fā)器校時(shí)脈沖控制電路進(jìn)位脈沖至計(jì)數(shù)器電路 圖5 校時(shí)電路二（3）數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能 鬧時(shí)功能通過(guò)按鍵輸入鬧時(shí)時(shí)間，到達(dá)該時(shí)間時(shí)驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”。利用按鍵通過(guò)雙四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸入鬧時(shí)時(shí)間，設(shè)定的時(shí)間信號(hào)輸入數(shù)據(jù)比較器和正常走時(shí)的時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)正常走時(shí)到達(dá)定時(shí)時(shí)間，比較器輸出電平驅(qū)動(dòng)音響電路工作。設(shè)定鬧時(shí)預(yù)置時(shí)間代 碼產(chǎn) 生電 路數(shù)據(jù)比較器電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器計(jì)數(shù)器輸出定時(shí)時(shí)間當(dāng)前時(shí)間圖6 鬧時(shí)電路框圖5、數(shù)字鐘電路的安裝與調(diào)試（1）數(shù)字鐘電路的仿真 根據(jù)所給芯片，擬定設(shè)計(jì)方案。用Proteus軟件繪制出該電路的原理圖，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。（2）數(shù)字鐘電路安裝按照實(shí)驗(yàn)前預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖連接電路，并檢查接線是否正確。（3）數(shù)字鐘電路的調(diào)試各部分功能調(diào)