实验二集成运算放大器的基本应用 (I) 模拟运算电路 一 实验目的 1 研究由集成运算放大器组成的比例 加法 减法和积分等基本运算电路的功能 2 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题 二 实验仪器与器件 1 示波器; 2 毫伏表; 3 函数信号发生器 ; 4 万用表; 5 直流稳压电源; 6

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1 深圳大学实验报告 课程名称 : 模拟电子技术 实验项目名称 : 模拟运算电路 ( 实验二 ) 学院 : 光电工程学院 专业 : 光电信息工程 授课教师 : 张敏 实验指导教师 : 报告人 : 学号 : 实验时间 : 实验报告提交时间 : 教务处制

2 实验二集成运算放大器的基本应用 (I) 模拟运算电路 一 实验目的 1 研究由集成运算放大器组成的比例 加法 减法和积分等基本运算电路的功能 2 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题 二 实验仪器与器件 1 示波器; 2 毫伏表; 3 函数信号发生器 ; 4 万用表; 5 直流稳压电源; 6 集成运算放大器 LM741; 7 电阻器 电容器若干支 ( 或模盒 MK-2 MK-9) 三 实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路 当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时, 可以灵活地实现各种特定的函数关系 在线性应用方面, 可组成比例 加法 减法 微分和对数等模拟运算电路 1 理想运算放大器特性在大多数情况下, 将运放视为理想运放, 就是将运放的各项技术指标理想化 满足下列条件的运算放大器称为理想运放 : 开环电压增益 A vd = 输入阻抗 R i = 输出阻抗 R o = 0 带宽 f BW = 失调与漂移均为零等 理想运放在线性应用时的两个重要特性 : (1) 输出电压 U o 输入电压之间满足关系式 U o = A vd (U + U - ) 由于 A id =, 而 U o 为有限值, 因此,U + U - 0V 称为 虚短 (2) 由于 R i =, 故流进运放两个输入端的电流可视为零, 即 I Ib =0 称为 虚断 这说明运放对其前级吸取电流极小 上述两个特性是分析理想应用电路的基本原则, 可简化运放电路的计算 1. 基本运算电路

3 U o (1) 反相比例运算电路电路如图 1 所示 对于理想, 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 R f U i, 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差, 在同相输入端应接入 R 1 平衡电阻 R 2 = R 1 R f Rf 100k +12V Ui R1 10k Δ 7 6 Uo R2 9.1k 1 5 Rp 10k 4-12V 图 1 反相比例运算电路 (2) 反相加法电路反相加法电路如 2 所示, 输出电压与输入电压之间的关系 U R f R f ( U ) i2 U 2 R3=R1//R2//R f R R 0 i 1 2 Rf Ui1 R1 100k +12V Ui2 10k R2 10k Δ 7 6 Uo R3 6.2k 1 5 Rp 10K 4-12V 图 2 反相加法电路 (3) 同相比例运算电路 R f 图 3(a) 同相比例运算电路, 它的输出电压与输入电压之间的关系 U 0 (1 ) U R R2=R//Rf 1 i

4 Rf 100k +12V Ui R1 10k R2 9.1k Δ 1 5 Rp 10k Uo -12V 图 3(a) 同相比例运算电路 R i 时,u o =u i, 即得到如图 3(b) 所示的电压跟随器 图中 R 2 =R f 用以减小漂移和起保护作用 一般 R f 取 10kΏ, R f 太小起不到保护作用 ; 太大则影响跟随 性 Rf 10k +12V Ui R2 10k Δ 1 5 Rp 10k Uo -12V 图 3(b) 电压跟随器 (4) 差动放大电路 ( 减法器 ) 对于图 4 所示减法运算电路, 当 R i = R 2,R 3 =R f 时, 有如下关系式 Rf 100k +12V Ui1 Ui2 R1 10k R2 10k Δ 7 6 Uo R3 100k 1 5 Rp 10K 4-12V U R f 0 i2 i R1 ( U U ) 1 图 4 减法运算电路 (5) 积分运算电路

5 反相积分电路如图 5 所示 在理想化条件下, 输出电压 u o 等于 式中,u c (o) 是 t =0 时刻, 电容 C 两端的电压值, 即初始值 如果 u i (t) 是幅值为 E 的阶跃电压, 并设 u c (o) =0V, 则 1 t U 0 ( t) Edt R C 0 1 即输出电压 u o (t) 随时间增长而线性下降 显然 RC 的数值越大, 达到给定的 u o 值所需的时间就越长 积分输出电压 u o 所能达到的最大值受集成运放最大输出 范围的限值 E R C 在进行积分运算之前, 首先应对运放调零 为了便于调节, 将 K i 闭合, 即 通过电阻 R 2 的负反馈作用帮助实现调零 但在完成调零后, 应将 K i 打开, 以 免因 R 2 的接入造成积分误差 K 2 的设置一方面为积分电容放电提供供通路, 同 时可实现积分电容初始电压 u c (o) =0V; 另一方面, 可控制积分起始点, 即在加 入信号 u i 后, 只要 K 2 一打开, 电容就交被恒流充电, 电路也就开始进行积分运 算 1 t K2 C Rf 1M 10uF K1 +12V Ui R1 100k Δ 7 6 Uo R3 100k 1 5 Rp 10k 4-12V 图 5 积分运算电路 四 实验内容及方法 实验前要看清运放组件各引脚的位置, 切忌正 负电源极性接反和输出短路, 否则将会损坏集成块 1 反相比例运算电路 (1) 按图 1 连接实验电路, 接通 ±12V 电源, 输入端 u i 对地短路, 即进行调 零和消振

6 (2) 输入频率 f =100Hz,U i =0.5V 的正弦交流信号, 测量相应的 U o, 并用示波器观察 U o 和 U i 的相位关系, 将数据记录表 1 中 Av Ui/V Uo/V 实测值计算值 2 同相比例运算电路 (1) 按图 3(a) 连接实验电路 实验步骤同实验内容 1, 输入频率 f =100Hz u i =0.5V 的正弦交流信号, 将测量结果记入表 2 中 (2) 将图 3(a) 中的 R i 断开, 得图 3(b) 电路, 重复内容 (1) Av Ui/V Uo/V 实测值计算值 3 反相加法运算电路按图 2 连接实验电路, 接通 ±12V 电源, 输入端 u i1 u i2 对短路, 即进行调零和消振 输入信号采用直流信号, 图 6 所示电路为简易直流信号源, 由实验者自行完成 Rp1 1k -12V 1.5k Rp1 1k 1.5k +12V 1.5k 1.5k Ui2 Ui1 图 6 简易直流信号源实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放在线性区 用直流电压表测量输入电压 U o, 并记录入表 3 中 表 3 U i1 /V U i2 /V U o /V 4 减法运算电路

7 按图 4 连接实验电路并接通 ±12V 电源, 将输入端 u i1 u i2 对地短路, 即进行调零和消振 采用直流输入信号, 实验步骤内容 3, 将测量结果记入表 4 中 U i1 /V U i2 /V U o /V 5. 积分运算电路实验电路如果 3 5 所示 打开 K 2, 闭合 K 1, 对运放输出 u o 进行调零 调零完成后, 再打开 K 1, 闭合 K 2, 使 u c (o) = 0 预先调好直流输入电压 U i = 0.5V, 接入实验电路, 再打开 K 2, 然后用直流测输出电压 U o, 每隔 5s 读一次 U o, 将测结果记入表 5 中, 直到 U o 不继续明显增大为止 t/s U o /V 五 实验总结 (1) 整理实验数据, 画出波形图 ( 注意波形间的相位关系 ) (2) 将理论计算结果和实测数据相比较, 分析产生误差的原因 (3) 分析实验中出现的现象和问题

8 实验过程与结果记录 : 要求 : 如实记录实验过程和实验结果, 数据表格 图像应有相应的文字说明

9 实验结果分析及思考题 : 要求 : 对实验结果进行计算和分析, 回答实验讲义或实验现场遇到的思考题

10 实验收获 : 要求 : 简要阐述实验的收获, 或对实验提出自己的意见和建议 指导教师批阅意见 :( 在相应栏目中打 ) 预习情况实验过程报告撰写 评价等级 掌握实验原理和实验要求 实验态度 动手能力和团队协作能力 如实记录实验过程 正确记录实验结果并有适当的文字说 对实验结果进行适当的分析并回答思 总体 评价 明 考题 好 中 差 成绩评定 : 指导教师签字 : 年月日 备注 : 注意事项 : 实验过程与结果记录 实验结果分析及思考题两项应实事求是按照实验过程的具体操作 实验观察到的现象以及记录的数据或图像撰写, 对实验结果进行适当的分析, 并回答实验讲义上的思考题和指导教师现场提出的思考题

11 深圳大学实验报告 课程名称 : 模拟电子技术 实验项目名称 : 晶体管共射单级放大器 ( 实验一 ) 学院 : 光电工程学院 专业 : 光电信息工程 授课教师 : 张敏 实验指导教师 : 报告人 : 学号 : 实验时间 : 实验报告提交时间 : 教务处制

12 实验一 晶体管共射单级放大器 一 实验目的 1 掌握放大器静态工作点调试方法及其对放大器性能的影响 2 学习测量放大器静态工作点 放大倍数 Av 输入电阻 r i 输出电阻 r 的方法, 了解共射极电路特性 3 观察静态工作点和交 直流负载线对放大器和波形的影响 4 学习放大器的动态性能 5 熟悉常用电子仪器的使用方法及电子元器件的识别和模拟电路实验设备 的性能 二 实验仪器与器件 1 示波器 ; 2 毫伏表 ; 3 函数信号发生器 ; 4 万用表 ; 5 直流稳压电源 ; 6 频率计 ; (β =50-100) 电阻器 电容器若干 ( 或模盒 MK-1) 三 实验原理图 1 为电阻分压式单管共射放大器实验电路图 Us Rs 4.7k Ui C1 47uF RP1 470k RB11 4.7k RB12 12k DG1 S9013 RC1 2k RE 51 RE1 510 C2 47uF Vcc +12V C7 47uF RL2 2k Uo 图 1 共射极单管放大器实验电路它的偏置电路采用 RB(RB11+Rp1) 和 RB12 组成的分压电路, 并在发射极中接有电阻 Re(RE+RE1), 以稳定放大器静态工作点 当在放大器的输入端加入输入信号 Ui 后, 在放大器的输出端便可得到一个与 Ui 相位相反, 幅值被放大了的输出信号 Uo, 从而实现了电压放大

13 在图 1 电路中, 当流过偏置电阻 RB 和 RB12 的电流远大于三极管 BG1 的基 极电流 Ib 时 ( 一般 5~10 倍 ), 它的静态工作点可用下式估算 Ub (RB12/(RB+RB12)) Vcc Ie=(U b -U be )/R e Ic U CE =Vcc-Ic(Rc+Re) 电压放大倍数 A V =-β (R c //R L )/ [r be + (1+β )Re] 输入电阻输出电阻 Ri=RB//RB 12 //[r be + (1+β )Re] R O R C 由于电子器件性能的分散性比较大, 因此在设计和制作晶体管放大电路时, 离不开测量和调试技术 在设计前应测量所有元器件的参数, 为电路设计提供必 要的依据 在完成设计和装配后, 还要测量和调试放大器的静态工作点和各项性 能指标 一个优质放大器, 必然是理论设计与实验调整相结合的产物 因此, 除 了学习放大器理论知识与设计方法外, 还必须掌握必要的测量和调试技术 放大器的测量和调试一般包括 : 放大器静态工作点的测量和调试, 消除干扰 与自激振荡及放大器动态性能指标的测量和调试等 1 放大器静态工作点的测量和调试 (1) 静态工作点的测量 测量放大器静态工作点, 应在输入信号 Ui=0 的情况下进行, 即将放大器输 入端短接, 然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表分别测量晶体管的集电 极电流 Ic 以及各电极对地的电位 Ub Uc 和 Ue 一般实验中, 为了避免断开集 电极, 所以采用测量电压, 然后算出 Ic 的方法 例如, 只要测出 Ue, 即可用 Ic Ie=Ue/Re 算出 Ic( 也可据 Ic=(Vcc-Uc)/Rc, 由 Uc 测定 Ic), 同时也能算出 Ube =Ub-UE,Uce=Uc-Ue 为了减少误差, 提 高测量精度, 应选用内阻较高的直流电压表 2) 静态工作点的调试 测量放大器静态工作点是指对管子集电极电流 Ic( 或 Uce) 的调整与测试 静态工作点是否合适, 对放大器的性能和输出波形都有很大影响 如工作点 偏高, 放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真, 此时 UO 的负半周将被削 底, 如图 2(a) 所示 ; 如工作点偏低则易产生截止失真, 即 UO 的正半周将被 削顶 ( 而截止失真不如饱和失真明显 ), 如图 2(b) 所示 所以在选定工作点以 后还必须进行动态调试, 即在放大器输入端加入一定的 Ui, 检查输出电压 UO 的 大小和波形是否满足要求 如不满足, 则应调整静态工作点的位置

14 U0 U0 0 T 0 T (a) 图 2 (b) 静态工作点对 Uo 波形失真的影响 改变电路参数 Vcc Rc RB(RB11+Rp1) Rb2 都会引起静态工作点的变 化 但通常都采用调节偏置电阻 Rp1 的方法来改变静态工作点, 如减少 Rp1, 可 使静态工作点提高 最后还要说明的是, 上面所说的工作点 偏高 或 偏低 不是绝对的 应 该是相对信号的幅度而言, 如信号幅度小, 即使工作点较高或较低也不一定会出 现失真 所以确切的说, 产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所 致 如需满足较大信号幅度的要求, 静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中心 2 放大器的动态指标测试 放大器的动态指标包括电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 最大不失真输 出电压 ( 动态范围 ) 和通频带等 (1) 电压放大倍数 Av 测量 调整放大器到合适的静态工作点, 然后加入输入电压 Ui, 在输出电压 Uo 不 失真的情况下, 用交流毫伏表测出 u i 和 u o 的有效值 Ui 和 Uo, 则 U AV U O i (2) 输入电阻 r i 的测量 为了测量放大器的输入电阻, 按图 3 所示电路在放大器的输入端与信号源的 之间串入一已知电阻 Rs, 在放大器正常工作的情况下, 用交流毫伏表测出 Us 和 Ui, 则根据输入电阻的定义可得 测量时应注意 : U Ri I i i Ui U Rs Rs U i Rs Us Ui a 由于电阻 Rs 两端没有电路公共接地点, 所以测量 Rs 两端电压 U U 需分别测出 Us 和 Ui, 然后按 U =Us-Ui 求出 RS 值 RS RS 时必

15 b 电阻 Rs 的值不宜取得过大过小, 以免产生较大的测量误差, 通常取 R 与 Ri 为一级数量级, 本实验可取 R=1-5KΩ Rs4.7k Ii 信号源 Us Ui Ri 放 大 器 Ro Uo K R L Uo(UL) (3) 输出电阻 Ro 的测量 图 3 输入 输出电阻的测量电路 按图 3 所示电路, 在放大器正常工作条件下, 测出输出端不接负载 RL 时的 输出电压 UO 和接入负载的输出电压 UL, 根据 即可求出 Ro U O l RL R R O O L L U O R ( U / U 1) R 在测试中应注意, 必需保持 R L 接入前后输入信号的大小不变 (4) 最大不失真输出电压 Uop-p 的测量 ( 最大动态范围 ) 如上所示, 为了得到最大动态范围, 应将静态工作点最好尽量调到靠近交流 负载线的中心点上 为此在放大器正常工作情况下, 逐步增大输入信号的幅度, 并同时调节 Rp1( 改变静态工作点 ), 用示波器观察 Uo, 当输出波形同时出现削 底和削顶现象时 ( 如图 4) 时, 说明静态工作点已调到靠近交流负载线的中心点 上 然后反复调整输入信号, 使波形输出幅度最大, 且无明显失真时, 用交流毫 2 伏表测出 Uo( 有效值 ), 则动态范围等于 来 2U O L, 或用示波器直接读出 Uop-p (5) 放大器频率特性的测量 放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数 Av 与输入信号频率 f 之间关 系的曲线

16 图 4 静态工作点正常, 输入信号太大引起的失真单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图 5 所示,Avm 为中频电压放大倍数, 通常规定电压放大倍数随频率的变化下降到中频放大倍数的 1/ 2 倍, 即 0.707Avm 时所对应的频率分别称为下限频率 fl 和上限频率 fh, 则通频带 fbw=fh-fl 放大器的幅频特性曲线就是测量输入不同频率信号时的电压放大倍数 Av 为此, 可采用前述测 Av 的方法, 每改变一个信号频率, 测量其相应的电压放大倍数 测量时应注意取点要恰当, 在低频段与高频段应多测几点, 在中频段可以少测几点 此外, 在改变频率时, 要保持输入信号的幅度不变, 且输出波形不失真 Av Avm 0.707Avm f BW f L 图 5 幅频特性曲线 f H 四 实验内容及方法 1 连接线路 (1) 按图 1 所示, 连接电路 ( 注意 : 接线前先测量 +12V 电源, 关断电源后再连线 ), 将 Rp1 的阻值调到最大位置 (2) 接线完毕仔细检查, 确定无误后接通电源 2 静态工作点的测试实验电路图如图 1 所示, 使函数信号发生器输出为零, 调节 RP1, 使 Ue=1.4V ( 此时 Ic=2.5mA), 记录用直流电压表测量 Ub Ue Uc 的值 填入表 1: Ub Ue Uc 表 1

17 3 电压放大倍数的测试 在放大器输入端加入频率为 1kHz 的正弦波信号 Us, 调节信号发生器的输出 幅度旋钮使放大器输入电压 ui 为 10mV 有效值, 同时用示波器观察放大器输出 电压 Uo 的波形, 在不失真的情况下用交流毫伏表测量下述 3 种情况下的 Uo 值, 记录填入表 2, 并用双踪示波器观察 Uo 与 Ui 的相位关系, 进行比较 ( 注 : 估 算时, 需要上网查 9013 管的 β, 再估算电路放大倍数 ) 给定参数实测实测计算估算 Rc R L Ui(mV) Uo(V) Av Av 2k 5.1k 2k 2k 4 测量最大不失真输出电压 表 2 信号源频率不变, 同时调节信号源的幅度和电位器 PR1, 用示波器测量输出 最大不失真幅度 Uop-p 值, 记录表 3 中 Uc/V Ui/mV Uo/V 表 3 5 观察静态工作点对输出波形失真的影响 (4) 取 Rc 为 2k,RL 为 2k,ui=0, 调节 RP1, 使 Ue=1.4V( 此时 Ic=2.5mA), 测出 Uce 值, 再逐步增大输入信号幅度, 输出幅度足够大但不失真, 然后保持输 入信号不变, 分别增大和减小 RP1, 使放大器出现饱和和截止失真, 并测出失真 时的 Ub Uc Ue 值记录表 4 中 Rp1 Ub Uc Ue 输出波形情况 最大 合适 最小 6 测放大器输入, 输出电阻 表 4 置 Rc 为 2k,RL 为 2k,Ic 为 2.5mA 输入信号为 1kHz 正弦波, 在输出幅 度不失真的情况下, 用交流毫伏表测量出 Us Ui 和 UL 值 保持 Us 不变, 断开 RL, 测量输出电压 Uo, 均记录表 5 中 Ri/kΩ Ui/mV Us/mV 计算测量值值 表 5 U L /V Uo/V 测量值 Ro/kΩ 计算值

18 7 测量幅频特性曲线置 Rc 为 2k,RL 为 2k,Ic 为 2.5mA 保持输入信号 Ui 的幅度不变 ( 一般取放大器输出幅度最大不失真时输入信号幅度的 50%), 改变信号源频率 f, 逐点测出相应的输出电压 Uo, 记录表 6 中 f(khz) Uo(V) Av= Uo/Ui 计算出放大器的下限频率 f L 和上限频率 f H, 描绘出幅频特性曲线, 根据通 频带的计算公式 f BW =f H -f L 求出通频带 测量时为了使信号源频率 f 取值合适, 可 先粗测一下, 找出中频范围, 然后再仔细读数 五 实验报告 1 列表整理测量结果, 并把实测的静态工作点 电压放大倍数 输入电 阻 输出电阻的值与理论计算值比较 ( 取一组数据进行比较 ), 分析产生误差的 原因 阻的影响 2 总结 Rc RL 静态工作点对放大器电压放大倍数 输入电阻及输出电 3 分析讨论在实验过程中出现的问题 fo

19 实验过程与结果记录 : 要求 : 如实记录实验过程和实验结果, 数据表格 图像应有相应的文字说明

20 实验结果分析及思考题 : 要求 : 对实验结果进行计算和分析, 回答实验讲义或实验现场遇到的思考题

21 实验收获 : 要求 : 简要阐述实验的收获, 或对实验提出自己的意见和建议 指导教师批阅意见 :( 在相应栏目中打 ) 预习情况实验过程报告撰写 评价等级 掌握实验原理和实验要求 实验态度 动手能力和团队协作能力 如实记录实验过程 正确记录实验结果并有适当的文字说 对实验结果进行适当的分析并回答思 总体 评价 明 考题 好 中 差 成绩评定 : 指导教师签字 : 年月日 备注 : 注意事项 : 实验过程与结果记录 实验结果分析及思考题两项应实事求是按照实验过程的具体操作 实验观察到的现象以及记录的数据或图像撰写, 对实验结果进行适当的分析, 并回答实验讲义上的思考题和指导教师现场提出的思考题

22 深圳大学实验报告 课程名称 : 模拟电子技术 实验项目名称 : 负反馈放大电路 ( 实验三 ) 学院 : 光电工程学院 专业 : 光电信息工程 授课教师 : 张敏 实验指导教师 : 报告人 : 学号 : 实验时间 : 实验报告提交时间 : 教务处制

23 实验二负反馈放大电路 一 实验目的 1 加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响 ; 2 掌握负反馈放大器性能的测试方法; 二 实验仪器与器件 1 示波器; 2 毫伏表; 3 函数信号发生器 ; 4 万用表; 5 直流稳压电源; 6 频率计; (β =50-100) 电阻器 电容器若干 ( 或模盒 MK-1) 三 预习要求 1 认真阅读实验内容要求, 估计待测量内容的变化趋势 2 计算该放大器开环和闭环电压放倍数 四 实验内容 1 负反馈放大器开环和闭环放大倍数的测试 (1) 开环电路 Ui C1 47uF RP1 470k RB11 4.7k RB12 12k DG1 S9013 RC1 2k RE 51 RE1 510 C2 47uF C3 47uF RP2 100k RB21 10k DG2 S9013 RB22 20k RC2 2k RE2 1k C5 47uF Vcc +12V C6 47uF Rf 10k Uo2 RL2 2k 图 3-1 负反馈放大电路 1 按图 3-1 接线, 断开反馈支路 C3 R f 2 输入端接入 f=1khz 的正弦波 ( 注意信号发生器小信号输出采用衰减法取小信号 ) 调整接线和参数使输出不失真且无振荡 3 按表 3-1 要求进行测量并填表 4 根据实测值计算开环放大倍数和输出电阻 R0 (2) 闭环电路 1 接入反馈支路 C3 R f 调整电路 2 按表 3-1 要求测量并填表, 计算 A Vf 3 根据实测结果, 验证 A Vf 1/F

24 R L (k) Ui(mV) U 0 (V) Av 开环 2k 闭环 2k 表 验证电压串联负反馈对输出电压的稳定性改变负载电阻 R L 值, 测量负反馈放大器的输出电压以验证负反馈对输出电压的稳定性基本放大器负反馈放大器 R L 2k 5.1k 2k 5.1k U O 表 负反馈对失真的改善作用 (1) 将图 3-1 电路开环, 逐步加大 Ui 的幅度, 使输出信号出现失真 ( 注意不要过分失真 ), 记录失真波形幅度 (2) 将电路闭环, 观察输出情况, 并适当增加 Ui 幅度, 使输出幅度接近开环时失真波形幅度 (3) 若 R L =2k 不变, 但 R f 接入 BG1 的基极, 会出现什么情况? 实验验证之 (4) 画出上述各步实验的波形图 4 测放大器频率特性 (1) 将图 3-1 电路先开环, 选择 Ui 适当幅度 ( 频率为 1kHz) 使输出信号在示波器上有满幅正弦波显示 (2) 保持输入信号幅度不变逐步增加频率, 直到波形减小为原来的 70%, 此时信号频率即为放大器上限频率 f H A vm A vm f L f f L f H f HF 图 3-2 幅频特性响应 (3) 条件同上, 但逐渐减小频率, 测得下限频率 f L (4) 将电路闭环, 重复 1~3 步骤, 并将结果填入表 3-3

25 f H (Hz) 开环闭环表 3-3 五 实验报告 1 将实验值与理论值比较, 分析误差原因 2 根据实验内容总结负反馈对放大电路的影响 f L (Hz)

26 实验过程与结果记录 : 要求 : 如实记录实验过程和实验结果, 数据表格 图像应有相应的文字说明

27 实验结果分析及思考题 : 要求 : 对实验结果进行计算和分析, 回答实验讲义或实验现场遇到的思考题

28 实验收获 : 要求 : 简要阐述实验的收获, 或对实验提出自己的意见和建议 指导教师批阅意见 :( 在相应栏目中打 ) 预习情况实验过程报告撰写 评价等级 掌握实验原理和实验要求 实验态度 动手能力和团队协作能力 如实记录实验过程 正确记录实验结果并有适当的文字说 对实验结果进行适当的分析并回答思 总体 评价 明 考题 好 中 差 成绩评定 : 指导教师签字 : 年月日 备注 : 注意事项 : 实验过程与结果记录 实验结果分析及思考题两项应实事求是按照实验过程的具体操作 实验观察到的现象以及记录的数据或图像撰写, 对实验结果进行适当的分析, 并回答实验讲义上的思考题和指导教师现场提出的思考题

29 深圳大学实验报告 课程名称 : 模拟电子技术 实验项目名称 : 波形发生电路 ( 实验四 ) 学院 : 光电工程学院 专业 : 光电信息工程 授课教师 : 张敏 实验指导教师 : 报告人 : 学号 : 实验时间 : 实验报告提交时间 : 教务处制

30 实验四集成运算放大器的基本应用 (Ⅱ) 波形发生器 一 实验目的 (1) 学习用集成运算放大器构成正弦波形 方波和三角波发生器 (2) 学习发生器的调整和主要性能指标的测试方法 二 实验设备与器件 1 示波器; 2 毫伏表; 3 函数信号发生器 ; 4 万用表; 5 直流稳压电源; 6 集成运算放大器 LM741; 7 电阻器 电容器 二极管若干只 ( 或模盒 MK-2) 三 实验原理由集成运算放大器构成的正弦波 方波和三角波发生器有多种形式, 本实验选用地最常用的线路比较简单的几种电路加以分析 1 RC 桥式正弦波振荡器 ( 文氏桥振荡器 ) 图 5 1 为 RC 桥氏正弦波振荡器 其中 RC 串 并联电路构成正反馈支路同时兼作选频网络,R 1 R p1 及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节 调节电位器 R p1, 可以改变负反馈深度, 以满足振荡的振幅条件和改善波形 利用两个反向并联二极管 D 1 D 2 正向电阻的非线性特性来实现稳幅 D 1 D 2 采用硅管 ( 温度稳定性好 ), 且要求特性匹配, 才能保证输出波形正 负半周对称 R4 的接入是为了消弱二极管非线性的影响, 以改善波形失真 R4 2k D1 1N4148 Rp1 22k D2 1N4148 R1 10k Δ +12V 7 6 Uo Rp k R3-12V C2 R2 15k C1 10nF 15k 10nF 图 4 1 RC 桥氏正弦波振荡器 电路的振荡频率 f RC R f 起振的幅值条件 2 R 1 式中 :R f = RP+(R4 r D ),r D 为二极管正向导通电阻 调整反馈电阻 R f ( 调 R p ), 电路起振, 且波形失真最小 如不能起振, 应适当

31 加大 R f ; 如波形失真严重, 则说明负反馈太强, 应适当减小 R f 改变选频网络的参数 C 或 R, 即可调节振荡频率 一般采用改变电容 C 作频率量程切换, 而调节 R 作量程内的频率细调 2 方波发生器由集成运算放大器构成方波器和三角波器, 一般均包括比较器和 RC 积分器两大部分 图 5 2 所示为由滞回比较器及简单 RC 积分电路组成的方波 三角波发生器 它的特点是线路简单, 但三角波的线性度较差 主要用于产生方波, 或对三角波形要求不高的场合 Rf 20k Uc 2 Δ +12 V 7 6 Rs 2k Uo 3 + Rp R1' 10k 10k -12V RP' RP'' Rp1 22k D3 6.2V C1 10nF R2' 10k 图 4 2 方波 三角波发生器 电路振荡频率 f 0 2R f 1 2R2 C1 ln(1 ) R 1 式中 R1=R1 +RP,R2=R2 +RP 方波幅值 Uo=±Uz R2 三角波幅值 Uo= R R 1 2 U Z 调节电位器 R P ( 即改变 R 2 /R 1 ), 可以改变振荡频率, 但三角波的幅值也之变化, 如果互不影响, 则可通过改变 R f ( 或 C f ) 来实现振荡频率的调节 四 实验内容及方法 1 RC 桥式正弦振荡器按图 5 1 连接实验电路 实验步骤如下 : (1) 接通 ±12 电源, 调节电位器 R p1, 使输出波形从无到有, 从正弦波到出现失真 描绘 u o 波形 ; 记录临界起振 正弦波输出及失真情况下的 R p1 值 ; 分析负反馈强弱对起振条件及波形的影响 (2) 调节位器 R p1, 使输出电压 U o 幅值最大且不失真, 用交流毫伏表分别测量输出电压 U o 反馈电压 U + 和 U - 分析研究振荡的幅值条件 (3) 用示波器或频率计测量振荡频率 f o, 然后在选频网络的两个电阻 R 上并联同一值的电阻, 观察记录振荡频率的变化情况, 并与理论值进行比较

32 (4) 断开二极管 D 1 D 2, 重复 (2) 的内容, 将测试结果与 (2) 进行比较, 并分析 D 1 D 2 的稳幅作用 (5)RC 串联网络幅频特性观察将 RC 串并联网络与运放断开, 由函数信号发生器注入 3V 左右的正弦信号, 并用双踪示波器同时观察 RC 串并联网络输入 输出波形 保持输入幅值 (3V) 不变, 从低到高改变频率, 信号源达某一频率时,RC 串并联网络输出将达最大 值 ( 约 1V), 且输入 输出同相位 此时的信号源频率 f 1 f 0 ( 选做 ) 2 RC 2 方波发生器按图 5 2 连接实验电路 步骤如下 : (1) 将电位器 R p1 调至中心位置, 用双踪示波器观察并描绘出方波 U o 及三角波 U c 的波形 ( 注意对应关系 ), 测量其幅值及频率, 并记录之 (2) 改变 R p1 动点的位置, 观察 U o U c 幅值及频率变化情况 ; 把动点调至最上端和最下端, 测出频率范围, 记录之 (3) 将 R p1 恢复至中心位置, 将一只稳压短接, 观察 U o 波形, 分析 D3 限幅作用 五 实验总结 1 正弦波发生器 (1) 列表整理实验数据, 画出波形, 把实测频率与理论值进行比较 (2) 根据实验分析 RC 振荡器的振幅条件 (3) 讨论二极管 D 1 D 2 的稳幅作用 2 方波发生器 (1) 列表整理实验数据, 在同一张坐标纸上, 按比例画出方波和三角波图, 并标出时间和电压幅值 (2) 分析 Rp1 变化时, 对 U o 波形的幅值及频率影响 (3) 讨论 D3 的限幅作用

33 实验过程与结果记录 : 要求 : 如实记录实验过程和实验结果, 数据表格 图像应有相应的文字说明

34 实验结果分析及思考题 : 要求 : 对实验结果进行计算和分析, 回答实验讲义或实验现场遇到的思考题

35 实验收获 : 要求 : 简要阐述实验的收获, 或对实验提出自己的意见和建议 指导教师批阅意见 :( 在相应栏目中打 ) 预习情况实验过程报告撰写 评价等级 掌握实验原理和实验要求 实验态度 动手能力和团队协作能力 如实记录实验过程 正确记录实验结果并有适当的文字说 对实验结果进行适当的分析并回答思 总体 评价 明 考题 好 中 差 成绩评定 : 指导教师签字 : 年月日 备注 : 注意事项 : 实验过程与结果记录 实验结果分析及思考题两项应实事求是按照实验过程的具体操作 实验观察到的现象以及记录的数据或图像撰写, 对实验结果进行适当的分析, 并回答实验讲义上的思考题和指导教师现场提出的思考题

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