模擬電子技術(shù)指導書

模擬電子技術(shù)指導書遼東學院信息技術(shù)學院模擬電子技術(shù)實驗指導書主編楊震姓名學號班級專業(yè)層次2015年12月目錄實驗一常用電子儀器的使用1實驗二單級交流放大器4實驗三射級輸出器的測試7實驗四差動放大器10實驗五負反饋放大電路14實驗六集成運算放大器基本運算電路18實驗七有源濾波器231實驗一常用電子儀器的使用實驗類型驗證性實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、實驗目的1學習示波器、函數(shù)信號產(chǎn)生器的基本使用方法；2初步掌握用數(shù)學存儲示波器觀察各種波形和讀取波形參數(shù)的方法。二、實驗內(nèi)容及步驟（一）儀器使用方法1函數(shù)信號發(fā)生器的使用功能簡介能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和直流頻率范圍100MHZ8MHZ振幅05MV10VPP使用方法選擇波形按“功能”鍵1調(diào)整衰減按“FSTEP/衰減”鍵一次，旋轉(zhuǎn)盤或按箭頭鍵選擇衰減0，20，40，和60DB。2調(diào)整振幅調(diào)節(jié)“幅度”旋鈕，改變輸出函數(shù)振幅。按“幅度/偏量”鍵，顯示振幅。3調(diào)整頻率液晶顯示無游標出現(xiàn)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤使游標出現(xiàn)。按箭頭鍵移動游標，以改變頻率；轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤改變頻率。2示波器使用方法1開電源之前檢查輸入電壓，確認電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)所在檔與輸入的電壓一致，接通電源，按照下表11設(shè)置示波器。上述旋鈕均處于規(guī)定位置后，打開電源，或INTEN鈕順時針轉(zhuǎn)，約15秒后將出現(xiàn)亮線。若系統(tǒng)不用，電源仍連接，把INTEN鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，以降低亮度。注意在正常直觀操作下，把下列非矯正功能裝置放到“CAL”位置。VAR轉(zhuǎn)到箭頭方向，同時VOTLS/DIV校正到指定的值1SWPVAR轉(zhuǎn)到箭頭方向，同時TIME/DIV校正到指定的值用CH1位置把掃描線放到屏中心的水平標度線上，此時掃描線可能由于地磁場作用使其標度線傾斜，調(diào)前面光跡轉(zhuǎn)動裝置直到掃描線為水平。2若使用探頭，信號被減小到1/10送入示波器，為避免測量誤差要進行檢查。把探頭的尖端連到矯正矩形波電壓CAL05V，1KHZ的輸出端。若矯正電容是最佳的，波形是方波。若不是，調(diào)節(jié)探頭上的半固定調(diào)節(jié)器（微調(diào)器）到最佳。3測量方法直流電壓的測量把ACGNDDC開關(guān)放到GND，位置處于零電平以利于在屏上觀察。這個位置不一定在屏的中心。VOLTS/DIV放在適當電平，把ACGNDDC開關(guān)放到DC，此時，由于掃描線只在直流電壓線上移動，直流電壓信號可以用VOLTS/DIV的值乘移動寬度來取得。交流電壓的測量和直流電壓的測量一樣，零電平可以放到便于檢查的任何處。此外若小振幅信號疊加在直流電壓上，為便于觀測而放大信號，ACGNDDC開關(guān)可放到AC，使直流電不通過，對觀察的靈敏度可提高。周期和頻率的測量掃描時間（TIME/DIV）乘波形周期占的格數(shù)為波形周期，頻率為周期的倒數(shù)，但若使用10MAG（5MAG），掃描被放大，TIME/DIV必須轉(zhuǎn)換到1/10（1/5）的指示值。使用中要注意以下幾點，否則測量結(jié)果不正確“探頭衰減”設(shè)置必須與探頭實際衰減一致。（按通菜單顯示）波形超出了顯示屏（過量程），此時讀數(shù)不準確或為“”，請調(diào)整垂直標度，以確保讀數(shù)有效。信號的頻率顯示與右下角的頻率不一致時（此時波形不穩(wěn)），按“觸發(fā)菜單”，改變觸發(fā)信源，單通道輸入時選擇信號做信源，選擇“觸發(fā)耦合”，信號頻率不高時，選擇“高頻抑制”，信號頻率較高時，選擇“低頻抑制”。如果讀數(shù)區(qū)顯示“”，則為波形記錄不完整，使用電壓/格和時間/格來糾正此問題。如果信號很?。◣缀练瑒t波形上疊加了噪聲電壓，（此時波形不穩(wěn)且不清晰），需按“采集”鍵，選擇“平均”模式來減少噪聲，次數(shù)越高，波形越好。（二）實驗原理示波器用于觀察電路中各點的波形，以監(jiān)視電路是否正常工作，同時還用于測量波形的周期，幅度，相位差及觀察電路的特性曲線等。數(shù)學存儲示波器不但有模擬示波器的一般功能，還能對信號的各種參數(shù)進行測量、存儲和運算。1正弦信號的測量正弦波的主要參數(shù)為幅值、周期或頻率，測量正弦波的峰峰值時，讀出波形峰峰值在垂直方向所占的格數(shù)H，以及垂直刻度數(shù)A（電壓/格），則正弦波的峰峰值VPPHA，幅值UMUPP2UM，有效值U2。測量周期時，讀出正弦波一個周期在水平方向所占格數(shù)L，以及水平刻度值B（時間/格），則正弦波周期TLB。2方波信號的測量方波脈沖信號的主要波形參數(shù)為周期T，脈沖寬度TP及幅值UM，測量方法與正弦波信號的測量相同。（三）實驗設(shè)備6500型數(shù)字存儲示波器1臺；函數(shù)信號發(fā)生器1臺（四）實驗內(nèi)容與步驟1測量正弦波信號的參數(shù)由函數(shù)信號發(fā)生器輸出正弦波，按照表12的要求調(diào)節(jié)電壓和頻率，用示波器觀察并分別測量其周期和峰峰值，并同時顯示值記入表格中。將測量值、計算值與顯示值比較，分析誤差原因。表1222測量方波信號的參數(shù)由函數(shù)信號發(fā)生器輸出方波，按照表13的要求調(diào)節(jié)電壓和頻率，用示波器分別測量幅值和周期，填入表13中，將測量值、計算值與顯示值比較，分析誤差原因。表13三、實驗要求1實驗前預習示波器等儀器的原理；2預習示波器等儀器使用方法并在實驗中嚴格按照儀器使用方法操作。四、思考題1用交流電壓表測量交流電壓時，信號頻率的高低對讀數(shù)有無影響能否用DA16型毫伏表測量20HZ以下的交流電壓。2用示波器觀察波形時，要達到如下要求，應調(diào)節(jié)哪些旋鈕1波形清晰2波形穩(wěn)定3亮度及波形在屏幕上位置適中4改變波形個數(shù)5改變波形高度3用示波器觀察正弦波時，若屏幕上出現(xiàn)下列現(xiàn)象時，是哪些開關(guān)和旋鈕位置不對如何調(diào)節(jié)注本次實驗不寫實驗報告，采取當堂考試的辦法評定成績。3實驗二單級交流放大器實驗類型驗證性實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、1234實驗目的深入理解放大器的工作原理。學會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，理解電路元件參數(shù)對靜態(tài)工作點和放大器性能的影響。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。熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。二、實驗內(nèi)容和步驟（一）單級交流放大器電路圖21圖211、調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點1不加輸入信號（輸入端短接），調(diào)節(jié)基極偏置電阻RB2,使VC3V。測量晶體管基極電位VB和發(fā)射極電位VE的值記錄到表21中，同時計算基極和集電極電流IB、IC的值也記錄到該表中。2計算基極和集電極電流IB、IC。應按下式計算IBECVBRBRB1RB2RBECVCRCIC注意在測量電阻值RB2時，應將它與三極管斷開，并切斷電源。也可以用萬用表測量RB1及RC兩端電壓VRC,則IB4VRB1VRC，IC。RB1RC表212動態(tài)調(diào)試，測量電壓放大倍數(shù)1測量電壓放大倍數(shù)輸入端和低頻信號發(fā)生器輸出端連接，調(diào)整信號發(fā)生器使其輸出頻率為F1KHZ、UI5MV正弦波，輸出端接負載電阻分別為RL2K、RL51K、RL，用毫伏表測量輸出電壓的值且記錄于表22中，并計算在不失真情況下的電壓放大倍數(shù)A。2觀察負載電阻的變化對放大倍數(shù)的影響。在上步的基礎(chǔ)上，改變RC的阻值令RC3K，負載不變?nèi)詾镽L2K，重新測量電壓放大倍數(shù)，記錄于表23中。3觀察輸入、輸出電壓相位關(guān)系。保持信號發(fā)生器輸出頻率為F1KHZ、UI5MV正弦波，用示波器觀察當RC2K、RL2K時的輸入電壓和輸出電壓波形，比較輸入電壓和輸出電壓相位關(guān)系，并畫于表24中。5（4）觀察靜態(tài)工作點對放大器輸出波形的影響。輸入端和低頻信號發(fā)生器輸出端連接，調(diào)整信號發(fā)生器使其輸出頻率為F1KHZ、UI5MV的正弦波，輸出端接負載電阻為RL51K。用示波器觀察輸入電壓和輸出電壓波形，畫于表25中。逐步增大RB2的阻值，測量并記錄VC，觀察并記錄VO波形；減小RB2的阻值，測量并記錄VC，觀察并記錄VO波形。表25（二）實驗設(shè)備1實驗箱2示波器3信號發(fā)生器4毫伏表5數(shù)字萬用表（三）預習要求1閱讀教材中有關(guān)單管放大電路的內(nèi)容并估算實驗電路的性能指標。假設(shè)3DG6的100，RB120K，RB260K，RC24K，RL24K。估算放大器的靜態(tài)工作點，電壓放大倍數(shù)AU，輸入電阻RI和輸出電阻RO2能否用直流電壓表直接測量晶體管的UBE為什么實驗中要采用測UB、UE，再間接算出UBE的方法3怎樣測量RB2阻值4當調(diào)節(jié)偏置電阻RB2，使放大器輸出波形出現(xiàn)飽和或截止失真時，晶體管的管壓降UCE怎樣變化5改變靜態(tài)工作點對放大器的輸入電阻RI有否影響改變外接電阻RL對輸出電阻RO有否影響三、實驗要求1認真預習相關(guān)理論內(nèi)容（詳見預習要求）2詳實記錄實驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，作好實驗總結(jié)。四、實驗結(jié)果分析6實驗三射級輸出器的測試實驗類型驗證性實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、實驗目的1掌握射級輸出器電路的特點和性能。2進一步熟悉放大電路各項指標的測試方法。3理解射極輸出器電壓跟隨范圍的意義。二、實驗內(nèi)容及步驟（一）實驗說明射級輸出器電路具有輸入電阻高、輸出電阻低、電壓放大倍數(shù)接近于1、輸出電壓與輸入電壓同相的特點，輸出電壓能夠在較大的范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化，又稱為射極跟隨器。其主要技術(shù)指標為輸入電阻輸出電阻電壓放大倍數(shù)為了加大輸入電阻，同時降低輸出電阻，電路中應選用值較大的晶體管，且偏置電阻R應盡可能大，而RE不能太小，使工作電B流IE較大為好。電壓跟隨范圍，指跟隨器輸出電壓隨輸入電壓作線性變化的區(qū)域。在右圖所示的晶體管輸出特性曲線上，如果把靜態(tài)工作點Q取在交流負載線的中點，電壓UCE可有最大不失真的動態(tài)范圍，此時輸出電壓UO的跟隨范圍可達最大值。（二）射級輸出器的實驗電路如圖32所示圖31圖32圖337（三）實驗設(shè)備1、實驗板2、示波器3、信號發(fā)生器4、數(shù)字萬用表5、毫伏表（四）實驗內(nèi)容及步驟1測試靜態(tài)工作點射級輸出器直流通路如圖33，按表31中數(shù)據(jù)測量靜態(tài)工作點，將結(jié)果填入表中。表312測量電壓放大倍數(shù)電路如圖32所示。實驗電路中的源內(nèi)阻RS51K，輸入信號的頻率為1KHZ，輸入信號的幅度選擇應使電路輸出在整個測量過程中不產(chǎn)生波形失真，在不接負載電阻RL和負載電阻RL2K情況下將測量結(jié)果填寫在表32中。3測量射級輸出器的輸入電阻與輸出電阻RIVI輸入電阻為VIV，由此可得RIRRSRISVSVIS輸出電阻值斷開負載R，測量負載開路時的輸出電壓VOO，然后接上負載R2K，再次測量輸出電壓LLVO，按公式ROVOO1RL計算，填入表33中。VO4電壓跟隨范圍保持輸入信號為1KHZ，逐漸增大輸入信號UI的大小，用示波器觀察輸出波形，記錄UI和UO的值，得出電壓跟隨范圍。表348三、實驗要求1測量RI、RO和AV時，應在輸出不失真的情況下進行。若輸出波形失真，可適當降低輸入信號的大小。2詳實記錄實驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，作好實驗總結(jié)。四、實驗結(jié)果分析1、理論計算圖32的靜態(tài)工作點并與實測值比較。2、整理實驗結(jié)果，說明射極輸出器的特點。9實驗四差動放大器實驗類型驗證性實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、實驗目的1加深對差動放大器性能及特點的理解2學習差動放大器主要性能指標的測試方法二、實驗內(nèi)容（一）實驗原理圖41是差動放大器的基本結(jié)構(gòu)。它由兩個元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。當開關(guān)K撥向左邊時，構(gòu)成典型的差動放大器。調(diào)零電位器RP用來調(diào)節(jié)T1、T2管的靜態(tài)工作點，使得輸入信號UI0時，雙端輸出電壓UO0。RE為兩管共用的發(fā)射極電阻，它對差模信號無負反饋作用，因而不影響差模電壓放大倍數(shù)，但對共模信號有較強的負反饋作用，故可以有效地抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。圖41差動放大器實驗電路當開關(guān)K撥向右邊時，構(gòu)成具有恒流源的差動放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻RE，可以進一步提高差動放大器抑制共模信號的能力。1、靜態(tài)工作點的估算典型電路EEUBEIE（認為UB1UB20）REIC1IC2恒流源電路1IE2IC3IE3R2UEEUBER1R2CCRE310IC1IC11I2C32、差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)當差動放大器的射極電阻RE足夠大，或采用恒流源電路時，差模電壓放大倍數(shù)AD由輸出端方式?jīng)Q定，而與輸入方式無關(guān)。雙端輸出RE，RP在中心位置時，ADUOUIRC1RBRBE1RP2單端輸出AD1UC11UC21AD，AD2ADUI2UI2RC11RP2RE2當輸入共模信號時，若為單端輸出，則有UC1AC1AC2若為雙端輸出，在理想情況下UIRBRBERC2REACUO0UI實際上由于元件不可能完全對稱，因此AC也不會絕對等于零。3、共模抑制比CMRR為了表征差動放大器對有用信號（差模信號）的放大作用和對共模信號的抑制能力，通常用一個綜合指標來衡量，即共模抑制比CMRRADADDB或CMRR20LOGACAC差動放大器的輸入信號可采用直流信號或交流信號。本實驗由函數(shù)信號發(fā)生器提供頻率F1KHZ的正弦信號作為輸入信號。（二）預習要求1根據(jù)實驗電路參數(shù)，估算典型差動放大器和具有恒流源的差動放大器的靜態(tài)工作點及差模電壓放大倍數(shù)（取12100）。2測量靜態(tài)工作點時，放大器輸入端A、B與地應如何連接3實驗中怎樣獲得雙端和單端輸入差模信號怎樣獲得共模信號4怎樣進行靜態(tài)調(diào)零點用什么儀表測UO（三）實驗設(shè)備與器件1、12V直流電源2、函數(shù)信號發(fā)生器3、雙蹤示波器4、交流毫伏表5、直流電壓表（四）實驗內(nèi)容與步驟1、典型差動放大器性能測試按圖41連接實驗電路，開關(guān)K撥向左邊構(gòu)成典型差動放大器。1測量靜態(tài)工作點調(diào)節(jié)放大器零點將放大器輸入端A、B與地短接，接通12V直流電源，用直流電壓表測量輸出電壓UO，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器RP，使UO0。調(diào)節(jié)要仔細，力求準確。11測量靜態(tài)工作點零點調(diào)好以后，用直流電壓表測量T1、T2管各電極電位及射極電阻RE兩端電壓URE，記入表41中，并計算IC、IB及UCE的值，填入表41中。表412測量差模電壓放大倍數(shù)將函數(shù)發(fā)生器接放大器的A輸入端與地，放大器B輸入端接地，構(gòu)成單端輸入方式。調(diào)節(jié)輸入信號為F1KHZ，UI100MV的正弦信號，用示波器觀察輸出端（集電極C1或C2與地之間），在輸出波形無失真的情況下，用交流毫伏表測UC1，UC2，記入表42中，并觀察UI，UC1，UC2之間的相位關(guān)系及URE隨UI改變而變化的情況。3測量共模電壓放大倍數(shù)將放大器A、B端短接，信號源接A端與地之間，構(gòu)成共模輸入方式。調(diào)節(jié)輸入信號F1KHZ，UI1V，在輸出電壓無失真的情況下，測量UC1，UC2之值記入表42，并觀察UI，UC1，UC2之間的相位關(guān)系及URE隨UI改變而變化的情況。2、具有恒流源的差動放大電路性能測試將圖41電路中開關(guān)K撥向右邊，構(gòu)成具有恒流源的差動放大電路。重復內(nèi)容12、13的要求，記入表42。12三、實驗要求1、認真預習相關(guān)理論內(nèi)容（詳見預習要求）2、詳實記錄實驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，作好實驗總結(jié)。四、實驗結(jié)果分析1、整理實驗數(shù)據(jù)，依據(jù)電路估算典型差動放大電路放大器與具有恒流源的差動放大器兩種情況下的靜態(tài)工作點和差模電壓放大倍數(shù)，可取12100。2、總結(jié)兩種情況下的優(yōu)缺點。13實驗五負反饋放大電路實驗類型驗證性實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、實驗目的1學習負反饋放大電路主要性能指標的測試方法。2加深理解放大電路中引入負反饋的方法和負反饋對放大器各項性能指標的影響。二、實驗內(nèi)容和步驟（一）實驗原理負反饋在電子電路中有著非常廣泛的應用,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，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有的實用放大器都帶有負反饋。負反饋放大器有四種組態(tài)，即電壓串聯(lián)，電壓并聯(lián)，電流串聯(lián)，電流并聯(lián)。本實驗以電壓串聯(lián)負反饋為例，分析負反饋對放大器各項性能指標的影響。1、圖51為帶有負反饋的兩級阻容耦合放大電路，在電路中通過RF把輸出電壓UO引回到輸入端，加在晶體管T1的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻RF1上形成反饋電壓UF。根據(jù)反饋的判斷方法可知，它屬于電壓串聯(lián)負反饋。主要性能指標如下1閉環(huán)電壓放大倍數(shù)AVFAV1AVFV其中AVUOUI基本放大器（無反饋）的電壓放大倍數(shù)，即開環(huán)電壓放大倍數(shù)。1AVFV反饋深度，它的大小決定了負反饋對放大器性能改善的程度。圖51帶有電壓串聯(lián)負反饋的兩級阻容耦合放大器2反饋系數(shù)FVRF1RFRF13輸入電阻14RIF1AVFVRIRI基本放大器的輸入電阻4輸出電阻ROFRO1AVOFVRO基本放大器的輸出電阻AVO基本放大器RL時的電壓放大倍數(shù)2、本實驗還需要測量基本放大器的動態(tài)參數(shù)，怎樣實現(xiàn)無反饋而得到基本放大器呢不能簡單地斷開反饋支路，而是要去掉反饋作用，但又要把反饋網(wǎng)絡的影響（負載效應）考慮到基本放大器中去。為此1在畫基本放大器的輸入回路時，因為是電壓負反饋，所以可將負反饋放大器的輸出端交流短路，即令UO0，此時RF相當于并聯(lián)在RF1上。2在畫基本放大器的輸出回路時，由于輸入端是串聯(lián)負反饋，因此需將反饋放大器的輸入端（T1管的射極）開路，此時（RFRF1）相當于并接在輸出端?？山普J為RF并接在輸出端。根據(jù)上述規(guī)律，就可得到所要求的如圖52所示的基本放大器。圖52基本放大器（二）實驗儀器1實驗箱2示波器3信號發(fā)生器4毫伏表5數(shù)字萬用表（三）實驗內(nèi)容與步驟實驗電路圖如圖53所示1、調(diào)試靜態(tài)工作點連接圖53的靜態(tài)通路，調(diào)整圖中的W1和W2，使UC1UC256V（取55V），測量各級靜態(tài)工作點，填入表51中。表5115圖53實驗電路圖2觀察負反饋對放大倍數(shù)的影響。按圖53將電路補充完整，在輸入端加入UI2MV、F1KHZ的正弦波信號，分別測量電路在開環(huán)（A，A斷開且將A接地）與閉環(huán)工作時（A與A連接）的輸出電壓（應保證輸出波形不失真），并計算電路在開環(huán)和閉環(huán)工作時的電壓放大倍數(shù)A，記入表52（EC12V）中。3觀察負反饋對放大倍數(shù)穩(wěn)定性的影響。在上述情況下，改變電源電壓將EC從12V變到10V。分別測量電路在開環(huán)與閉環(huán)工作狀態(tài)時的輸出電壓（保持輸出波形不失真），計算電壓放大倍數(shù)，記入表52（EC10V）中，比較穩(wěn)定度。4觀察負反饋對波形失真的影響將圖53電路開環(huán)，逐步加大UI的幅度，用示波器觀察輸出信號出現(xiàn)失真（注意不要過分失真），記錄失真波形于表53中。將電路閉環(huán)（A與A相連接），保持輸入電壓不變，觀察輸出波形，記錄在表53中。增加UI的幅度，使輸出波形接近于開環(huán)時失真的輸出波形，記錄此時的UI值。表53165幅頻特性測量（對帶寬的影響）在上述實驗基礎(chǔ)上EC12V、UI1MV，輸出端不接負載，調(diào)信號源使F下降（保持UI不變）測量UO，且在AU0707AVO處多測幾點，找出下限頻率。同理令F上升找出上限頻率，不接負載，有、無反饋進行比較。數(shù)據(jù)記入表54。表54三、實驗要求1、認真預習相關(guān)理論內(nèi)容（詳見預習要求）2、詳實記錄實驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，作好實驗總結(jié)。四、實驗結(jié)果分析總結(jié)負反饋對放大器性能的影響。17實驗六集成運算放大器基本運算電路實驗類型驗證性實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、實驗目的1研究由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功能。2正確理解運算電路中各元件參數(shù)之間的關(guān)系和“虛短”、“虛斷”、“虛地”的概念。二、實驗內(nèi)容一設(shè)計要求設(shè)計運算電路，滿足U0（10UI15UI2）的運算關(guān)系。（二）實驗原理1、理想運算放大器特性集成運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。當外部接入不同的元器件組成負反饋電路時，可以實現(xiàn)比例、加法、減法、積分、微分等模擬運算電路。理想運放，是將運放的各項技術(shù)指標理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。開環(huán)電壓增益AUD輸入阻抗RI輸出阻抗RO0帶寬FBW失調(diào)與漂移均為零等。理想運放在線性應用時的兩個重要特性1輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式UOAUD（UU）由于AUD，而UO為有限值，因此，UU0。即UU，稱為“虛短”。2由于RI，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即IIB0，稱為“虛斷”。這說明運放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運放應用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。2、基本運算電路1反相比例運算電路電路如圖61所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為UO減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻R2R1/RF。RFU。為了R1I圖61反相比例運算電路圖62反相加法運算電路182反相加法電路電路如圖62所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為UORFRUI1FUI2R3R1/R2/RFR1R23同相比例運算電路圖63A是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為UO1RFUIR2R1/RFR1當R1時，UOUI，即得到如圖63B所示的電壓跟隨器。圖中R2RF，用以減小漂移和起保護作用。一般RF取10K，RF太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。A同相比例運算電路B電壓跟隨器圖63同相比例運算電路4差動放大電路（減法器）對于圖64所示的減法運算電路，當R1R2，R3RF時，有UORFI2UI1R1圖64減法運算電路圖圖65積分運算電路5積分運算電路反相積分電路如圖65所示。在理想化條件下，輸出電壓UO等于UOT1TOUIDTUCO，R1C19式中UCO是T0時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果UIT是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)UCO0，則UOT1ETEDTT，即輸出R1CR1CO電壓UOT隨時間增長而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達到給定的UO值所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限值。在進行積分運算之前，首先應對運放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié)，將圖中K1閉合，即通過電阻R2的負反饋作用幫助實現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應將K1打開，以免因R2的接入造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，同時可實現(xiàn)積分電容初始電壓UCO0，另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號UI后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進行積分運算。（三）實驗設(shè)備與器件112V直流電源2函數(shù)信號發(fā)生器3交流毫伏表4直流電壓表5、集成運算放大器A7411四實驗內(nèi)容與步驟實驗前按設(shè)計要求選擇運算放大器、電阻等元件的參數(shù)，看清運放組件各管腳的位置；切忌正、負電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞集成塊。1調(diào)零參照圖66連接實驗電路，接通12V電源，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器RW，使輸出VO0V，運放調(diào)零后，在后面的實驗中不用再調(diào)零。2反向比例運算電路如圖57所示。根據(jù)電路參數(shù)計算AVO/VI，按給定的VI值計算和測量對應的VO值，把結(jié)果填入表61中。圖66圖673同相比例運算電路電路圖如圖68所示。根據(jù)電路參數(shù)計算AVO/VI，按給定的VI值計算和測量對應的VO值，把計算和實測結(jié)果填入表52中。20表62圖68圖694反相加法運算電路按如圖69所示連接電路。接通電源（12V），根據(jù)給定的VI1和VI2的值，計算并測量VO的值，將結(jié)果填入表63中，驗證UORFRUI1FUI2R3R1/R2/RFR1R2表635減法運算電路電路圖如圖610所示。圖610按如圖610所示連接電路。接通電源（12V），根據(jù)給定的VI1和VI2的值，計算并測量VO的值，21將結(jié)果填入表54中，驗證UORFI2UI1，有R1R2，R3RF。R1表646設(shè)計運算電路，滿足UO（10UI15UI2）的運算關(guān)系。（五）預習要求1復習集成運放線性應用部分內(nèi)容，并根據(jù)實驗電路參數(shù)計算各電路輸出電壓的理論值。2在反相加法器中，如UI1和UI2均采用直流信號，并選定UI21V，當考慮到運算放大器的最大輸出幅度12V時，UI1的大小不應超過多少伏3為了不損壞集成塊，實驗中應注意什么問題三、實驗要求1認真預習相關(guān)理論內(nèi)容（詳見預習要求）2詳實記錄實驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，作好實驗總結(jié)。四、實驗結(jié)果分析22實驗七有源濾波器實驗類型實驗課時指導教師日期時間教學周數(shù)實驗分室名稱實驗臺號實驗員一、實驗目的1熟悉用運放、電阻和電容組成有源低通濾波、高通濾波和帶通、帶阻濾波器。2學會測量有源濾波器的幅頻特性。二、實驗內(nèi)容（一）實驗原理（A）低通（B）高通C帶通（D）帶阻圖71四種濾波電路的幅頻特性示意圖由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號。可用在信息處理、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運算放大器頻帶限制，這類濾波器主要用于低頻范圍。根據(jù)對頻率范圍的選擇不同，可分為低通LPF、高通HPF、帶通BPF與帶阻BEF等四種濾波器，它們的幅頻特性如圖71所示。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現(xiàn)的，只能用實際的幅頻特性去逼近理想的。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高,幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級聯(lián)實現(xiàn)。1低通濾波器（LPF）低通濾波器是用來通過低頻信號衰減或抑制高頻信號。如圖72（A）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)與同相比例運算電路組成，23其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖72（B）為二階低通濾波器幅頻特性曲線。A電路圖B頻率特性圖72二階低通濾波器電路性能參數(shù)AUP1FORF二階低通濾波器的通帶增益R11截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。2RCQ1品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。3AUP2高通濾波器（HPF）與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。只要將圖72低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波