本科模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教案

1、4.1 共射極單管放大電路的研究1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響；（2）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(cè)試方法；（3）熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.1。表4.1 實(shí)驗(yàn)4.1的設(shè)備與器材序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源雙路030V1臺(tái)2雙蹤示波器010M1臺(tái)3函數(shù)信號(hào)發(fā)生器低頻1臺(tái)4模擬電路實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)5電子毫伏表1只6萬(wàn) 用 表1只7數(shù)字電壓表0200V1只8數(shù)字毫安表0200mA1只9晶體管特性圖示儀1臺(tái)全班共用10三極管90131只11電阻1

2、k/0.25W1只Re12電阻2.4k/0.25W2只RS、Rc、RL13電阻20k/0.25W1只Rb1、Rb214電阻500k/0.25W1只Rb215鋁電解電容10F/25V2只C1、C216鋁電解電容50F/25V1只Ce3. 實(shí)驗(yàn)電路與說明實(shí)驗(yàn)電路如圖4.1所示，為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)ui后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)u0，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。安裝電路時(shí)，要注意電解電容極性、直流電源正負(fù)極和信號(hào)源

3、的極性。圖4.1 共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）電路安裝 安裝之前先檢查各元器件的參數(shù)是否正確，區(qū)分三極管的三個(gè)電極，并測(cè)量其值。 按圖4.1所示電路，在面包板或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上搭接電路。安裝完畢后，應(yīng)認(rèn)真檢查連線是否正確、牢固。（2）測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn) 電路安裝完畢經(jīng)檢查無(wú)誤后，首先將直流穩(wěn)壓電源調(diào)到12V，接通直流電源前，先將RW調(diào)至最大， 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零,再接通直流電源, 調(diào)節(jié)RP，使IC2.0mA（即Ue2.0V）。 用萬(wàn)用表測(cè)量電路的靜態(tài)電壓UCC、UBQ、UEQ、UBEQ、UCEQ，并記錄在表4.2中。表4.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量測(cè)試內(nèi)容UCC /VUbQ /V

4、UeQ /VUbeQ /VUceQ /VIcQ /mA測(cè)量值理論計(jì)算值（3）測(cè)量電壓放大倍數(shù) 將信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)調(diào)到頻率為1kHz、幅度為10 mV左右的正弦波，接到放大電路輸入端,然后用示波器觀察輸出信號(hào)的波形。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，要保證輸出信號(hào)不產(chǎn)生失真。如輸出信號(hào)產(chǎn)生失真，可適當(dāng)減小輸入信號(hào)的幅度。 用電子毫伏表測(cè)量測(cè)量下述二種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表22；用公式和，計(jì)算出不接負(fù)載時(shí)對(duì)輸入電壓Ui的電壓放大倍數(shù)和對(duì)信號(hào)源Us的電壓放大倍數(shù)，記錄在表4.3中。表4.3 電壓放大倍數(shù)的測(cè)量測(cè)試內(nèi)容不接負(fù)載（RL=）接上負(fù)載（RL=2.4k）Us/mVU

5、i/mVUo/VAuAusUs/mVUi/mVUo/VAuAus測(cè)量值理論計(jì)算值（4）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響置Rc2.4k，RL2.4k， ui0，調(diào)節(jié)RP使Ic2.0mA，測(cè)出Uce值，再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電壓u0 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小RW，使波形出現(xiàn)失真，繪出u0的波形，并測(cè)出失真情況下的Ic和Uce值，記入表4.4中。每次測(cè)IC和UCE 值時(shí)都要將信號(hào)源的輸出旋鈕旋至零。表4.4 Rc2.4k RL UimVIc/mAUce/Vu0波形失真情況管子工作狀態(tài)2.0(5) 測(cè)量最大不失真輸出電壓的幅度置RC2.4k，RL2.4k，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)

6、生器輸出，使Us逐漸增大，用示波器觀察輸出信號(hào)的波形。直到輸出波形剛要出現(xiàn)失真而沒有出現(xiàn)失真時(shí)，停止增大Us，這時(shí)示波器所顯示的正弦波電壓幅度，就是放大電路的最大不失真輸出電壓幅度，將該值記錄下來。然后繼續(xù)增大Us，觀察輸出信號(hào)波形的失真情況。5. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析（1）用理論分析方法計(jì)算出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，填入表4.2中，再與測(cè)量值進(jìn)行比較，并分析誤差的原因。（2）通過電路的動(dòng)態(tài)分析，計(jì)算出電路的電壓放大倍數(shù)，包括不接負(fù)載時(shí)的Au、Aus以及接上負(fù)載時(shí)的Au、Aus。將計(jì)算結(jié)果填入表8.3中，再與測(cè)量值進(jìn)行比較，并分析產(chǎn)生誤差的原因。（3）回答以下問題： 放大電路所接負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，對(duì)電路

7、的電壓放大倍數(shù)有何影響？ 怎樣用測(cè)量信號(hào)電壓的方法來測(cè)量放大電路的輸入電阻和輸出電阻？（4）心得體會(huì)與其他。4.3 負(fù)反饋放大電路的研究1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）加深理解放大電路中引入負(fù)反饋的方法；（2）研究負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響；（3）掌握負(fù)反饋放大器性能的測(cè)試方法。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.8。表4.8 實(shí)驗(yàn)4.3的設(shè)備與器材序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源雙路030V1臺(tái)2雙蹤示波器010M1臺(tái)3函數(shù)信號(hào)發(fā)生器低頻1臺(tái)4模擬電路實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)5電子毫伏表1只6萬(wàn) 用 表1只7數(shù)字電壓表0200V1只8數(shù)字毫安表0200mA1只9三極管90132只10電阻100/0.2

8、5W1只RF111電阻1k/0.25W2只Re1、Re212電阻2.4k/0.25W3只RC1、RC2、RL13電阻5.1k/0.25W1只RS14電阻8.2k/0.25W1只Rf15電阻10k/0.25W1只Rb216電阻20k/0.25W1只Rb317電阻680k/0.25W1只Rb118鋁電解電容10F/25V3只C1、C2、C319鋁電解電容20F/25V1只Cf20鋁電解電容100F/25V2只Ce1、Ce23. 實(shí)驗(yàn)電路與說明由于晶體管的參數(shù)會(huì)隨著環(huán)境溫度改變而改變，不僅放大器的工作點(diǎn)、放大倍數(shù)不穩(wěn)定，還存在失真、干擾等問題。為改善放大器的這些性能，常常在放大器中加入負(fù)反饋環(huán)節(jié)負(fù)反

9、饋在電子電路中的應(yīng)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(dòng)態(tài)指標(biāo)，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根據(jù)輸出端取樣方式和輸入端連接方式的不同，可以把負(fù)反饋放大器分成四種基本組態(tài)：電流串聯(lián)負(fù)反饋、電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋。圖4.5為帶有負(fù)反饋的兩級(jí)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)反饋的判斷法可知，它屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋 圖4.5 帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級(jí)阻容耦合放大器4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）電路安裝 安裝之前先檢查各元器件的參數(shù)

10、是否正確，區(qū)分三極管的三個(gè)電極，并測(cè)量其值。 按圖4.5所示電路，在面包板或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上搭接電路。安裝完畢后，應(yīng)認(rèn)真檢查連線是否正確、牢固。（2）測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn) 電路安裝完畢經(jīng)檢查無(wú)誤后，首先將直流穩(wěn)壓電源調(diào)到12V，再接通直流電源，輸入信號(hào)暫時(shí)不接。 用直流電壓表分別測(cè)量第一級(jí)、第二級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，記入表4.9。表4.9 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)Ub/VUe/VUC/VIC/mA第一級(jí)第二級(jí)（3）測(cè)試基本放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo) 把Rf斷開后，其他連線不動(dòng)，將信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)調(diào)到頻率為1kHz、幅度為5mV左右的正弦波，接到放大電路輸入端,然后用示波器觀察輸出信號(hào)的波形。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，要保證輸出信

11、號(hào)不產(chǎn)生失真。如輸出信號(hào)產(chǎn)生失真，可適當(dāng)減小輸入信號(hào)的幅度。 在uO不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)量US、Ui、UL，記入表4.10中，保持US不變，斷開負(fù)載電阻RL（注意，Rf不要斷開），測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓UO，記入表4.10中。(4)測(cè)試負(fù)反饋放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)將實(shí)驗(yàn)電路恢復(fù)為圖4.5的負(fù)反饋放大電路。 適當(dāng)加大US（約10mV），在輸出波形不失真的條件下，測(cè)量負(fù)反饋放大器的Auf、Rif和ROf， 記入表4.10。表4.10 測(cè)量數(shù)據(jù)基本放大器US/mVUi/mVUL/VUO/VAuRi/kRO/k負(fù)反饋放大器US/mV Ui/mV UL/V UO/V AufRif/kROf/k5.

12、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析（1）用理論分析方法計(jì)算出基本放大器和負(fù)反饋放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)，填入表4.7中，再與測(cè)量值進(jìn)行比較，并分析誤差的原因。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。（3）回答以下問題： 怎樣把負(fù)反饋放大器改接成基本放大器？為什么要把Rf并接在輸入和輸出端？ 如輸入信號(hào)存在失真，能否用負(fù)反饋來改善？（4）心得體會(huì)與其他。4.5 基本運(yùn)算電路的測(cè)試1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 研究由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運(yùn)算電路的功能；(2) 學(xué)會(huì)上述電路的測(cè)試和分析方法。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.12示。表4.12 實(shí)驗(yàn)4.5的設(shè)備與器材序號(hào)名稱型

13、號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源雙路030V1臺(tái)2雙蹤示波器010M1臺(tái)3函數(shù)信號(hào)發(fā)生器低頻1臺(tái)4模擬電路實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)5電子毫伏表1只6萬(wàn) 用 表1只7數(shù)字電壓表0200V1只8數(shù)字毫安表0200mA1只9集成運(yùn)算放大器A7411片10電阻若干11電容若干12連接導(dǎo)線若干 3. 實(shí)驗(yàn)電路與說明集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路?；具\(yùn)算電路(1) 反相比例運(yùn)算電路電路如圖4.7所示。對(duì)于理想運(yùn)放， 該電路的輸出

14、電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 為了減小輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2R1 / Rf。(2) 反相加法電路電路如圖4.8所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R3R1 / R2 / Rf圖4.7 反相比例運(yùn)算電路 圖4.8 反相加法運(yùn)算電路 (3) 同相比例運(yùn)算電路圖4.9(a)是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R2R1 / Rf當(dāng)R1時(shí)，UOUi，即得到如圖4.9(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2Rf，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般Rf取10k，Rf太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。 圖4.9 同相比例運(yùn)算電路（4）動(dòng)放大電路（減法器）減法運(yùn)

15、算電路如圖4.10所示。圖4.10 減法運(yùn)算電路圖 圖4.11 積分運(yùn)算電路對(duì)于圖4.10所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)R1R2，R3Rf時(shí)，有如下關(guān)系式(5) 積分運(yùn)算電路反相積分電路如圖4.11所示。在理想化條件下，輸出電壓uO(t)等于式中，uC(0+)是t0+時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)uc(0+)0，則即輸出電壓 uo(t)隨時(shí)間增長(zhǎng)而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的Uo值所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放最大輸出范圍的限值。4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)放組件各管腳的位置；切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否

16、則將會(huì)損壞集成塊。（1）反相比例運(yùn)算電路 按圖4.7連接實(shí)驗(yàn)電路，接通±12V電源，輸入端對(duì)地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。 輸入f100Hz，Ui0.5V的正弦交流信號(hào)，測(cè)量相應(yīng)的Uo，并用示波器觀察uo(t)和ui(t)的相位關(guān)系，記入表4.13中。表4.13Ui0.5V，f100HzUi/VU0/Vui 波形uo 波形Au實(shí)測(cè)值計(jì)算值（2）同相比例運(yùn)算電路 按圖4.9(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容1，將結(jié)果記入表4.14中。 將圖4.9(a)中的R1斷開，得圖4.9(b)電路重復(fù)內(nèi)容。表4.14Ui0.5Vf100HzUi/V U0/V ui(t) 波形uo(t) 波形Au實(shí)測(cè)值計(jì)

17、算值（3） 反相加法運(yùn)算電路 按圖4.8連接實(shí)驗(yàn)電路。調(diào)零和消振。 輸入信號(hào)、采用直流信號(hào)，圖4.12所示電路為簡(jiǎn)易直流信號(hào)源，由實(shí)驗(yàn)者自行完成。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意選擇合適的直流信號(hào)幅度以確保集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測(cè)量輸入電壓Ui1、Ui2及輸出電壓UO，記入表4.15中。圖4.12 簡(jiǎn)易可調(diào)直流信號(hào)源表4.15 反相加法器測(cè)量數(shù)據(jù)Ui1/VUi2/VUO/V（4）減法運(yùn)算電路 按圖4.10連接實(shí)驗(yàn)電路。調(diào)零和消振。 采用直流輸入信號(hào)，實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容（3），記入表4.16中。 表4.16 減法器測(cè)量數(shù)據(jù)Ui1/VUi2/VUO/V（5）積分運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)電路如圖4.11所示。 打開S2，閉

18、合S1，對(duì)運(yùn)放輸出進(jìn)行調(diào)零。 調(diào)零完成后，再打開S1，閉合S2，使uC(o)0。預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui0.5V，接入實(shí)驗(yàn)電路，再打開S2，然后用直流電壓表測(cè)量輸出電壓UO，每隔5秒讀一次UO，記入表4.17中，直到UO不繼續(xù)明顯增大為止。 表4.17 積分器測(cè)量數(shù)據(jù)T/s051015202530U0/V5. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析(1) 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。(2) 將理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。(3) 分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。(4) 回答以下問題： 在反相加法器中，如Ui1 和Ui2 均采用直流信號(hào)，并選定Ui21V，當(dāng)考慮到運(yùn)算放大器的最

19、大輸出幅度(±12V)時(shí)，Ui1的大小不應(yīng)超過多少伏？ 在積分電路中，如R1100k， C4.7F，求時(shí)間常數(shù)。假設(shè)Ui0.5V，問要使輸出電壓UO達(dá)到5V，需多長(zhǎng)時(shí)間（設(shè)uC(o)0）？(5) 心得體會(huì)與其他。4.8 RC正弦振蕩器的設(shè)計(jì)與調(diào)試（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握RC正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試方法。學(xué)會(huì)安裝調(diào)試由分立元件組成的多級(jí)電子電路系統(tǒng)。學(xué)會(huì)振蕩頻率的測(cè)量方法。2. 實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備與器材見表4.20。表4.20 實(shí)驗(yàn)4.8的設(shè)備與器材序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源二路030V1臺(tái)2模擬電路實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)3函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)4雙蹤示波器

20、1臺(tái)5頻率計(jì)220V/12V，20VA1臺(tái)6交流毫伏表待選1臺(tái)7直流電壓表待選1塊8晶體三極管9011(50100)若干9電阻器若干10電容器若干3. 設(shè)計(jì)要求與提示(1) 設(shè)計(jì)要求 本振蕩器要求振蕩頻率為f0=320Hz(誤差在1%)，放大環(huán)節(jié)用分立元件，輸出無(wú)明顯失真，取UCC12V。 兩級(jí)阻容耦合放大電路不要求設(shè)計(jì)，應(yīng)設(shè)計(jì)選頻網(wǎng)絡(luò)的連接電路以及計(jì)算RC的參數(shù)。 計(jì)算選擇元器件參數(shù)，進(jìn)行元器件測(cè)試。 在實(shí)驗(yàn)箱上連接實(shí)驗(yàn)電路。 自選設(shè)備和調(diào)試方案，對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。 測(cè)量振蕩器的振蕩頻率，測(cè)量結(jié)果不滿足，調(diào)整參數(shù)直到滿足，記錄波形及其參數(shù)。(2) 設(shè)計(jì)提示RC正弦波振蕩器電路形式較多，可供選擇

21、的參考電路如圖4.18所示。 圖4.18 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器此電路為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（文氏橋）振蕩器。振蕩頻率： 起振條件： |3電路特點(diǎn)： 可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負(fù)反饋穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩波形。4. 注意事項(xiàng)(1) 安裝電路后，斷開選頻網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量放大器靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)。(2) 可適當(dāng)調(diào)節(jié)負(fù)反饋深度以滿足起振條件和改善波型。5. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析(1) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 畫出設(shè)計(jì)電路和提供元器件選擇依據(jù)； 將規(guī)定的振蕩頻率下的RC參數(shù)的實(shí)測(cè)值和理論估算值列表進(jìn)行比較，整理測(cè)試數(shù)據(jù)并分析誤差。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)所設(shè)計(jì)的RC振蕩器的特點(diǎn)。(2) 思考與總結(jié) 如何用示波器來測(cè)量振

22、蕩電路的振蕩頻率。 分析反饋電阻的作用，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以說明。5.1 RC有源低通與帶阻濾波器1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握濾波電路頻率特性的測(cè)量方法和主要參數(shù)的調(diào)整方法；(2) 了解頻率特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀私鉃V波電路的應(yīng)用；(3) 鞏固有源濾波電路的理論知識(shí)，加深理解濾波電路的作用。2. 實(shí)驗(yàn)電路與說明有源濾波器是一種重要的信號(hào)處理電路，它可以突出有用頻段的信號(hào)，衰減無(wú)用頻段的信號(hào)，抑制干擾和噪聲信號(hào)，達(dá)到選頻和提高信噪比的目的。實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇低通、高通、帶通或帶阻濾波器，并確定濾波器的具體形式。有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。RC 有源濾波器按照所實(shí)現(xiàn)的傳輸函

23、數(shù)的階數(shù)分，可分為一階、二階和高階RC有源濾波器。從電路結(jié)構(gòu)上看，除運(yùn)算放大器和電阻元件外，一階 RC 有源濾波器含有一個(gè)電容；二階 RC 有源濾波器含有兩個(gè)電容。一般的高階 RC 有源濾波器可以由一階和二階濾波器通過級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(1) 一階有源低通濾波電路一階有源低通濾波電路如圖5.1所示。操作步驟如下： 啟動(dòng)EWB，輸入并保存圖5.1所示電路。 測(cè)試準(zhǔn)備：輸入幅度1V、1kHz的正弦波，運(yùn)行電路，用示波器觀察us、uo的波形，以確保電路正常工作。圖 5.1 一階有源低通濾波電路 觀測(cè)并調(diào)整頻率特性測(cè)量幅頻特性：按表5.1要求用波特圖儀測(cè)量幅頻特性，觀察電位器RP2和電容

24、C大小對(duì)截止頻率fH的影響，觀察電位器RP1大小對(duì)低頻增益Auf的影響。表5.1 測(cè)量分析一階有源低通濾波電路的幅頻特性測(cè)試條件（Usm=1V）Auf/dBfH/kHzRP2/kC/FRP1/k測(cè)量值理論值測(cè)量值理論值觀察相頻特性：用波特圖儀觀察相頻特性，參數(shù)設(shè)置參考值為：特性測(cè)量選擇“Phase”，Vertical坐標(biāo)類型選擇“Lin”，其坐標(biāo)范圍選擇起點(diǎn)I為“0°”、終點(diǎn)F為“90°”，Horizontal坐標(biāo)類型選擇“Log”，其坐標(biāo)范圍選擇起點(diǎn)I為“0.1Hz”、終點(diǎn)F為“10MHz”。 觀察低通濾波電路對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀狠斎敕葹?V的正弦波，觀察并比較信號(hào)頻率分

25、別為1kHz和10kHz時(shí)輸出電壓uo波形形狀、大小的變化。將參數(shù)恢復(fù)為圖5.1所示，進(jìn)行觀察比較，然后將輸入波形改成方波，再進(jìn)行觀察比較，并定性記錄波形。 設(shè)計(jì)一個(gè)低頻增益Auf為10dB、截止頻率fH為1kHz的低通濾波電路。(2) 100Hz二階帶阻濾波電路100Hz二階帶阻濾波電路如圖5.2所示。操作步驟如下： 輸入并保存圖5.2所示電路。 用波特圖儀測(cè)量幅頻特性。a. 測(cè)量并記錄通帶增益和帶阻濾波頻率。b. 觀察改變電阻R或電容C的大小對(duì)截止頻率的影響。c. 觀察電阻Rf的大小對(duì)通帶增益的影響。 觀察干擾信號(hào)和帶阻濾波電路的濾波效果。a 圖5.2中干擾信號(hào)ud為0.2V、100Hz的

26、正弦波，有用信號(hào)us為1V、10Hz的正弦波，電路的輸入信號(hào)ui由這兩者疊加而成，因此，對(duì)有用信號(hào)而言，干擾信號(hào)視為高頻干擾，用示波器觀察這種高頻干擾波形的特點(diǎn)，并定性記錄波形。然后運(yùn)行電路，用示波器比較ui和uo波形，觀察帶阻濾波電路的濾波效果。 圖5.2 100Hz二階帶阻濾波電路b. 將有用信號(hào)us改為1kHz，這時(shí)ud波形為低頻干擾波形，用示波器觀察其波形特點(diǎn)，并定性記錄波形。然后運(yùn)行電路，觀察帶阻濾波效果。 設(shè)計(jì)一個(gè)50Hz二階帶阻濾波電路。4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析(1) 整理測(cè)量記錄，分析測(cè)量結(jié)果。(2) 畫出圖5.1所示一階有源低通濾波電路的幅頻特性，總結(jié)其幅頻特性參數(shù)的調(diào)節(jié)方法。(

27、3) 畫出圖5.1所示電路輸入10kHz方波時(shí)的輸入、輸出波形，并分析輸出波形失真的原因。(4) 畫出圖5.2所示100Hz二階帶阻濾波電路的幅頻特性，總結(jié)其幅頻特性參數(shù)的調(diào)節(jié)方法。(5) 分別定性畫出有高頻干擾和低頻干擾的波形。5.3 方波三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)與研究(設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn))1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握方波三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)方法及工作原理。(2) 了解集成運(yùn)算放大器的波形變換及非線性應(yīng)用。2. 實(shí)驗(yàn)電路與說明(1) 技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波三角波產(chǎn)生電路。指標(biāo)要求如下： 方波。重復(fù)頻率：500Hz，相對(duì)誤差<±5；脈沖幅度：±（66.5）V 三角波

28、。重復(fù)頻率：500Hz，相對(duì)誤差<±5；幅度：1.52V(2) 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)指標(biāo)要求和已知條件，確定電路方案，計(jì)算并選取各單元電路的元件參數(shù)。 測(cè)量方波產(chǎn)生電路(圖5.6)、圖5.7)輸出方波的幅度和重復(fù)頻率，使之滿足設(shè)計(jì)要求； 測(cè)量三角波產(chǎn)生電路(圖5.6)、圖5.7)輸出三角波的幅度和重復(fù)頻率，使之滿足設(shè)計(jì)要求。(3) 預(yù)習(xí)要求 掌握集成運(yùn)算放大器波形變換與非正弦波產(chǎn)生電路的工作原理。 熟悉其設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。(4) 設(shè)計(jì)電路提示能產(chǎn)生方波（或矩形波）的電路形式很多。如由門電路、集成運(yùn)算放大器或555定時(shí)器組成的多諧振蕩器均能產(chǎn)生矩形波。再經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波（或鋸齒波）。

29、下面僅介紹由集成運(yùn)算放大器組成的方波三角波產(chǎn)生電路。 簡(jiǎn)單的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.5 簡(jiǎn)單的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.5所示是由集成運(yùn)算放大器組成的反相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較強(qiáng)）構(gòu)成的多諧振蕩器，RC積分電路起反饋及延遲作用，電容上的電壓uC即是它的輸入電壓，近似于三角波，這是一種簡(jiǎn)單的方波三角波產(chǎn)生電路，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出三角波的線性度差。該電路的有關(guān)計(jì)算公式為：振蕩周期： （5.1）輸出三角波uC的幅度： （5.2）輸出方波uO的幅度： （5.3） 常用的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.6 常用的方波三角波產(chǎn)生電路圖5.6所示是由集成運(yùn)算放大器組成的一種常用的方波三角波產(chǎn)生電路。圖中運(yùn)

30、算放大器A1與電阻R1、R2構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器（即遲滯比較器）。運(yùn)算放大器A2與RC構(gòu)成積分電路，二者形成閉合回路。由于電容C的密勒效應(yīng)，在A2的輸出端得到線性較好的三角波。為方波；為三角波。由圖5.6不難分析該電路的有關(guān)計(jì)算公式為：振蕩周期： （5.4）輸出方波uO1的幅度： （5.5）輸出三角波uO2的幅度： （5.6） 高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路例如圖5.7所示電路是一種高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路。圖5.7所示電路由兩個(gè)FX118型高速運(yùn)放組成，其中A1為積分器，A2為比較器，它們構(gòu)成正反饋振蕩電路，在端輸出三角波，在端輸出方波。圖5.1中D1、D2起限幅作用；R2調(diào)節(jié)三角波正

31、斜率；R3調(diào)節(jié)三角波負(fù)斜率；R4調(diào)節(jié)輸出基線電平；R5調(diào)節(jié)方波的幅值；雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ為。圖5.7 高精度的方波、三角波產(chǎn)生電路(5) 元件參數(shù)確定與元件選擇 選擇集成運(yùn)算放大器由于方波的前后沿與用作開關(guān)器件的A1的轉(zhuǎn)換速率SR有關(guān)，因此當(dāng)輸出方波的重復(fù)頻率較高時(shí)，集成運(yùn)算放大器A1應(yīng)選用高速運(yùn)算放大器，一般要求選用通用型運(yùn)放即可。集成運(yùn)算放大器A2的選擇原則是：為了減小積分誤差，應(yīng)選用輸入失調(diào)參數(shù)小，開環(huán)增益高、輸入電阻高、開環(huán)帶寬較寬的運(yùn)算放大器。 選擇穩(wěn)壓二極管DZ穩(wěn)壓二極管DZ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)壓管的穩(wěn)定電壓VZ。此外，方波幅度和

32、寬度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓管的對(duì)稱性有關(guān)，為了得到對(duì)稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓管（如2DW7型）。R3為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。 確定正反饋回路電阻R1與R2圖5.5或圖5.6所示電路中，R1與R2的比值決定了運(yùn)算放大器A1的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電平（即上、下門檻電壓），也就是決定了三角波的輸出幅度。因此根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的三角波輸出幅度，由式（5.2）或式（5.5）可以確定R1與R2的阻值。 確定積分時(shí)間常數(shù)RC積分元件R、C的參數(shù)值應(yīng)根據(jù)方波和三角波所要求的重復(fù)頻率來確定。當(dāng)正反饋回路電阻R1與R2的阻值確定之后，再選取電容C值，由式（5.1）或式（5.4）求得R。3

33、. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）按圖5.6進(jìn)行仿真，并測(cè)量輸岀波形。（2）按圖5.7進(jìn)行仿真，并測(cè)量輸岀波形。(3) 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)阻值的電阻。(4) 設(shè)計(jì)時(shí)要注意選擇電源的大小，不要使電路中的電流超過電流表的量程和電阻允許通過的電流值。（5）用示波器測(cè)量輸出波形時(shí)，注意示波器接地端的正確連接。4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析(1) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 設(shè)計(jì)電路圖。 元件參數(shù)的確定和元器件的選擇。 記錄并整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出輸出電壓uO的波形（標(biāo)出幅值、周期、相位關(guān)系），分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。 將實(shí)驗(yàn)得到的振蕩頻率、輸出電壓的幅值分別與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。(2) 思考與總結(jié) 若要求輸出占

34、空比可調(diào)的矩形脈沖，電路應(yīng)如何設(shè)計(jì)？ 總結(jié)設(shè)計(jì)與調(diào)試體會(huì)。5.4 運(yùn)算放大器組成萬(wàn)用表設(shè)計(jì)與調(diào)試（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握萬(wàn)用表電路的設(shè)計(jì)方法及工作原理。(2) 了解集成運(yùn)算放大器的波形變換及非線性應(yīng)用。2. 實(shí)驗(yàn)電路與說明(1) 技術(shù)指標(biāo)a.具有測(cè)量直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流及電阻的功能。b.直流電壓表量程為06V。c.直流電流表量程為010mA。d.交流電壓表量程為06V； 頻率范圍：50Hz1kHz。e.交流電流表量程為010mA。f.歐姆表量程分別為1k、10k、100k。(2) 設(shè)計(jì)任務(wù)萬(wàn)用電表的電路是多種多樣的，建議采用運(yùn)算放大器根據(jù)參考電路設(shè)計(jì)一只完整的

35、萬(wàn)用電表。萬(wàn)用表作電壓、電流或歐姆測(cè)量和進(jìn)行量程切換時(shí)應(yīng)用開關(guān)切換，但實(shí)驗(yàn)時(shí)可用引接線切換。(3) 設(shè)計(jì)方案提示在測(cè)量中，電表的接入應(yīng)不影響被測(cè)電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應(yīng)具有無(wú)窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零。但實(shí)際上，萬(wàn)用電表表頭的可動(dòng)線圈總有一定的電阻，從而影響被測(cè)量值，并引起誤差。此外交流電表中的整流二極管的壓降和非線性也會(huì)產(chǎn)生誤差。歐姆表中采用運(yùn)算放大器，不僅能得到線性刻度，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。 直流電壓表圖5.8為同相端輸入、高精度直流電壓表原理圖。為了減小表頭參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，將表頭置于運(yùn)算放大器的反饋回路中，這時(shí)，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無(wú)關(guān)，只要改變電阻R1，就可以進(jìn)行量程的切換。表頭電流I與被測(cè)電壓的關(guān)系為。應(yīng)當(dāng)指出：圖5.8適用于測(cè)量電路與運(yùn)算放大器共地的有關(guān)電路。此外，當(dāng)被測(cè)電壓較高時(shí)，在運(yùn)放的輸入端應(yīng)設(shè)置衰減器。 直流電流表圖5.9是浮地直流電流表的原理圖。在電流測(cè)量中，浮地電流的測(cè)量