东南大学电子信息工程之信号与系统电子线路实践教学计.doc

20082009学年第三学期电 子 电 路 实 践教学计划和要求东南大学电工电子实验中心2009年2月一、基本情况：总 学 时：32 学时比例：1（课内）： 1（课外）学 分：1学分适用范围：2007级电类专业(除计算机系)和物理系全体学生先修课程：高等数学、物理、电路分析、模拟电子线路实验教材：电子线路实践王尧等编，东南大学出版社出版实验地点：九龙湖校区电工电子实验楼，电子技术实验15室及7室实验模式：每组一人，开放实验时 间：2009.32009.6 每周一14:0021:00，周二至周四09:2021:00，周五09:2017:30二、 教学要求：预习要求：1、 在进实验室前完成与所作实验相关的预习内容，并将其写在实验报告的实验原理部分，对正确性无把握的可先写在其他纸上，完成实验后再补到实验报告上。2、 指导教师将不定期抽查实验预习情况，如果有2次或2次以上没有预习，实验总评成绩降一等3、 预习中有问题可以登录电工电子实验中心的网站查找解答或提出问题。网址为：，也可以直接发邮件给您的带班教师，具体邮件地址可询问各自的带班教师。实验要求：1、 实验采用开放模式，您可以在每周一的14:0021:00，周二至周四09:2021:00，周五的09:2017:30中任何时间到实验室完成实验。实验前请仔细阅读开放实验规章制度，并在以后的实验中认真遵守。请特别关注严重违规行为的条款，因为两次以上严重违规将取消期末考试资格。2、 每次实验要记得带校园卡、元件包、导线、连接线、万用表。在进入实验室时，请在刷卡机上出示您的校园卡，在刷卡机分配的实验室和实验座位上完成实验，严禁窜座。3、 进入实验座位后前请先检查自己座位上的仪器，如有缺失和损坏请及时和值班教师联系，实验过程中如果发生仪器故障，也请和值班教师联系，值班教师检查确认后才可以更换，请勿自行更换。4、 开始实验前请先在课程网站()上查看与该实验相关的课件和其他各种信息。实验中遇到问题首先应该自己思考解决，课程网站提供了一部分常见问题解答，可作为参考。确实解决不了可询问值班教师，但对于课程网站上能找到答案的问题，值班教师将不予回答，请理解。5、 原则上每次实验至少要完成一项实验内容，单次实验时间不少于1个小时，每两周实验总时数不得低于2.5小时。否则将被通报，如有特殊情况请提前和指导教师联系。如果有2次或2次以上两周实验总时数低于2.5小时，将取消期末考试资格。6、 实验中途请勿随意离开实验室，如确实有特殊情况请向值班教师请假或者刷卡下机。请记住中途无故离开15分钟以上的属于严重违规行为。7、 为了某些实验的特殊需要，在每个实验室配置了一组特殊仪器，包括频率特性测试仪、频谱分析仪、失真度仪等，如有需要可自行操作，但操作前请认真阅读说明书和操作指南，有问题可咨询值班教师。8、 如有元器件损坏，可到413室刷一卡通购买（不收现金），该室同时提供焊接设备，如需焊接，可自行前往操作。9、 实验完成后请关闭计算机和所有仪器电源、仪器归位、整理线缆、打扫干净实验桌面，刷卡下机实验报告要求：1、 实验原理请不要大量的抄书上已有的内容，以完成预习思考题、理论计算和理论设计为主。2、 记录实验数据时，书上已给出表格的按书上表格记录，没有的要自拟表格，原则上不允许不画表格记录数据。3、 对于所有要求观察记录的波形，必须记录在坐标纸上，并标注波形的各项参数，特别注明的除外。4、 每项实验内容都必须对测量过程中遇到的问题、实际测量和理论值的差别等做总结和分析。5、 回答实验思考题6、 如果采用计算机记录或处理数据的话，可将结果打印后贴在实验报告的相关位置，有另外的预习报告，也可粘贴在实验报告的最后一页7、 实验报告必须在指定时间完成并提交，如果有两次或两次以上无故迟交报告，实验总评成绩降一等；如果有两次或两次以上未交实验报告，取消期末考试资格；如果有2次或2次以上抄袭实验报告，取消期末考试资格。三、 考核方法：本课程最终成绩由平时实验成绩、综合实验成绩、实验理论知识测试成绩和期末考试成绩四部分组成。实验理论测试采用机考方式，期末考试采取给定电路参数，设计并搭试电路的模式。具体成绩组成如下：平时实验成绩25期中成绩函数发生电路验收成绩20实验理论知识测试成绩15期末考试成绩40注：每位同学在整个学期至少要完成二项选做实验内容，否则最高成绩为良四、 实验教学计划：实验名称实验时数实验时间6、8、11、16、22、61系4系模拟运算和积分电路3第六周第九周单级低频电压放大电路6第七、八周第六、七周差分放大电路4第九周第八周模拟运算和电流、电压转换电路3第十周第十周比较器和精密整流电路3第十一周第十一周波形发生电路3第十二周第十二周有源滤波器实验6第十三、十四周第十三、十四周实验理论知识测试1第十四周第十四周函数发生器设计4第十五周第十五周期末考试2.5第十六周第十六周实验一 模拟运算电路和积分电路实验时数：3学时时间要求：第6周(3.233.29)内完成，第7周(3.304.5)内交实验报告教 材：电子线路实践Page 2030实验检查：带班教师检查学习目标：1、 了解运放调零和相位补偿的基本概念。2、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分等电路的设计方法。3、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。设计提示：1、 运放“调零”，是指运放作直流放大器用时，由于输入失调电压和失调电流的影响，当运放的输入为零时，输出不为零，这不仅影响运放的精度，严重时还会造成运放不能正常工作。调零一般是在运放的输人端外加一个补偿电压，抵消运放本身的失调电压，达到凋零的目的。有的运放有调零引出端如本实验用到的741，其调零电路如下图所示，调节电位器RW，可使运放输出电压为零。也有的运放无调零引出端，需要在同相端或反相端接一定的补偿电压来实现。图1 调零电路图2、 用示波器测量电压传输特性曲线的方法双端口网络的输出电压值随输入电压值的变化而变化的特性叫做电压传输特性。电压传输特性在实验中一般采用两种方法进行测量。一种是手工逐点测量法，另一种是采用示波器X-Y方式进行直接观察。手工逐点测量法可以在输入端加一个直流电压，逐步改变输入端电压，每改变一次记录一个输出电压值，最后把所有测量所得数据记录在坐标纸上，所有的点连接起来就是电压传输特性曲线。这种测量方式最大的优点是设备简单，只要有直流电压表就可以了，缺点是繁琐，同时由于是取有限的点进行测量，有可能丢失比较重要的信息点，所以测量精度有限。图2 电压传输特性曲线测量示波器X-Y方式进行直接观察，是把一个电压随时间变化的信号（如：正弦波、三角波、锯齿波）在加到电路输入端的同时加到示波器的X通道，电路的输出信号加到示波器的Y通道，利用示波器X-Y图示仪的功能，在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线，同时还可以测量相关参数。测量方法如图2所示。具体测量步骤如下：(1) 选择合理的输入信号的电压，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件；太小不能完全反应电路的传输特性。(2) 选择合理的输入信号频率，频率太高会引起电路的各种高频效应，太低则使显示的波形闪烁，都会影响观察和读数。一般取50500Hz即可。(3) 选择示波器输入耦合方式，一般要将输入耦合方式设定为DC，比较容易忽视的是在X-Y方式下，X通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的，同样也要设成DC。(4) 选择示波器显示方式，示波器设成X-Y方式，对于模拟示波器，将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y方式；对于数字示波器，按下“Display”按钮，在菜单项中选择X-Y。(5) 进行原点校准，对于模拟示波器，可把两个通道都接地，此时应该能看到一个光点，调节相应位移旋钮，使光点处于坐标原点；对于数字示波器，先将CH1通道接地，此时显示一条竖线，调节相应位移旋钮，将其调到和Y轴重合，然后将CH1改成直流耦合，CH2接地，此时显示一条水平线，调节相应位移旋钮，将其调到和X轴重合。3、 电压增益(电压放大倍数AV)测量方法电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值，包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益，测量时要注意表笔的正负。交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器测量输入电压Vi (有效值)或Vim(峰值)或Vip-p（峰-峰值）与输出电压Vo(有效值)或Vom(峰值)或 Vop-p（峰-峰值），再通过计算可得。测试框图如图所示，其中示波器起到了监视输出波形是否失真的作用。 测电压增益(电压放大倍数AV)预习思考：1、 设计一个反相比例放大器，|AV|=10，Ri10K，将设计过程记录在预习报告上2、 设计一个同相比例放大器，|AV|=11，Ri100K，将设计过程记录在预习报告上3、 根据29页实验内容1的指标要求设计电路并确定元件参数。4、 在积分器实验中，若信号源提供不出平均值为零的方波，能否通过耦合电容隔直流？若能的话，电容量怎样取？必做实验：1、 23页实验内容1，具体内容改为： (I) 图5-1电路中电源电压15V，R1=10k，RF=100 k，RL100 k，RP10k/100k。按图连接电路，输入直流信号Vi分别为2V、0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同Vi时的Vo值，列表计算Avf并和理论值相比较。其中Vi通过电阻分压电路产生(II) Vi输入0.2V、 1kHz的正弦交流信号，在双踪示波器上观察并记录输入输出波形，在输出不失真的情况下测量交流电压增益，并和理论值相比较。注意此时不需要接电阻分压电路。(III) 设定输入信号频率为1kHz，增加输入信号的幅度，测量最大不失真输出电压值。(IV) 用示波器X-Y方式，测量电路的传输特性曲线，计算传输特性的斜率和转折点值。(V) 电源电压改为12V，重复(III)、(IV)，将实验结果和(III)、(IV)的结果进行分析比较。2、 29页内容1全部实验选做实验：1、按图5-1连接电路，电路中电源电压15V，R1=10k，RF=100 k，RL100 k，RP10k/100k。，将输入端接地，用万用表测量并记录输出端电压值；如果不为0，按照预习思考题中的电路接入调零电路，调节电位器RW，使运放输出电压为零。分析如果不调零1（I）的实验结果会增加多少误差，以及如果不调零对必做实验内容1（II）的结果有没有影响。注意事项：1、 要注意运放器件的管脚顺序和电解电容的极性。2、 使用运算放大器时要注意不能超过各项参数的极限值，如最大电源电压、最大输入电压、最大输出电流等。电源电压应预先调到所需的电压值后再接入到实验电路中，同时请注意正负电源的接法。3、 部分实验需要输入可调的直流电压，这可通过由电位器串接电阻组成分压电路来实现，串接固定电阻的目的是限流，避免烧坏器件和电源。4、 在完成积分器实验时，输入方波不能含直流成分。5、 仪器和电路的接地：在电路的调试过程中，如果仪器的接地端连接不正确,或者接触不良,会直接影响测量精度,甚至影响到测量结果的正确与否。在实验中直流稳压电源的地、示波器的“地”、函数信号发生器、交流毫伏表的“地”都必须和电路的“地”连接在一起,否则会导致信号不正确。6、 运算放大器电路的调试方法1) 在调试741应用电路时，一般采用以下步骤2) 检查集成电路插接方向是否正确；3) 测量7脚的电压是否为正电源电压值，4脚的电压是否为负电源电压值；4) 根据电路特性，测量2脚和3脚电压值是否符合理论值。以反相放大器为例，电路中2脚=3脚=0V。如果3脚电压不等于0V，一般是同相端外接电路开路，如果2脚和3脚不等，则有可能运算放大器损坏；5) 用万用表测量运放的好坏。主要测正负电源端与其它各引脚之间是否短路，若无短路则正确；电路中主要晶体管的PN结电阻值是否正确，应该正向电阻小，反向电阻大。测试时注意，不用小电阻档（如“1”档），以免测试电流过大；也不要用大电阻档（如“10K”档），以免电压过高损坏运放。对于完好的741，测试结果应该如所示，如果测得阻值与表中值相差太多，说明运放的差动输入级或者推挽输出管有损坏。表笔阻值表笔阻值表笔阻值表笔阻值黑+红-黑+红-黑+红-黑+红-7脚3脚无穷大7脚2脚无穷大7脚6脚无穷大6脚4脚1M3脚7脚44K2脚7脚46K6脚7脚10K4脚6脚10K7、 请保留本实验的原始测量数据，在后面的“模拟运算电路和电流、电压转换电路”还需要用到。实验二 单级低频电压放大电路实验时数：6学时时间要求：第7、8周(3.304.12)内完成，第9周(4.134.19)内交实验报告教 材：电子线路实践Page16实验检查：带班教师检查学习目标：1、 掌握单级放大电路的工程估算、安装和调试2、 了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法3、 掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源 、交流电压表、函数发生器的使用技能训练设计提示：1、 对于图1-3中的偏置电路，只有R2支路中的电流I1IBQ时，才能保证VBQ恒定实现自动稳定工作点的作用，所以工程中一般取：（硅管）（锗管）2、 为了提高电路的稳定性，一般要求VBQVBE，工程中一般取VBQ=(510)VBE，即VBQ=(35)V（硅管），VBQ=(13)V（锗管）3、 电路的静态工作点电流 由于是小信号放大，所以ICQ一般取0.52mA4、 ICQ确定后通过以下公式可计算R1和R2的值： 5、 交流电压放大倍数6、 交流输入阻抗7、 交流输出阻抗8、 电路频率特性的下限频率值主要受C1，C2和CE影响，其关系分别为 9、 幅频特性曲线、上限频率、下限频率、截止频率中心频率、带宽的测量方法 (a)单级放大器放大特性 (b)低通特性 (c)高通特性 (d)带通特性幅频特性反应了电路增益和频率之间的关系，上图列出了常见的幅频特性类型。 (a)和(d)中的fL表示下限频率，fH表示上限频率，(d)中的f0表示中心频率，带宽BW=fH-fL； (b)和(c)中的 f0表示截止频率。在实验中可采用“逐点法”测量不同频率时的电压放大倍数AV来测量幅频特性。测量时，保持输入信号幅度不变，改变输入信号频率，每改变一次信号频率，用交流毫伏表或示波器测量一个输出电压值，计算其增益，然后将测试数据列表、整理并在坐标纸上将其连接成曲线。由于函数发生器的输出信号幅度在不同的频率会有变化，因此每改变一次频率都要用交流毫伏表或示波器测量输入信号的幅度，一定要保证输入信号的幅度不改变。为了更快更准确的测量幅频特性，必须根据不同幅频特性类型，选择不同的测量技巧。对于(a)可先测出中频区的输出电压值，然后调高或调低频率使输出电压降到中频电压值的0.707倍，从而找到fL和fH，然后在fL和fH之间和左右找3至5个点进行测量，即可较准确的绘制曲线。(b)和(c)也可参考这种方式来测量。对于(d)可从较低的频率值逐步增加频率，用交流毫伏表或示波器测量输出信号，刚开始输出信号幅度随着频率的增加而增加，当增加到某一个频率时，输出信号幅度随着频率的增加开始减小，则该频率为中心频率，记下该频率对应的幅度，然后调高或调低频率使输出电压降到中心频率电压的0.707倍，从而找到fL和fH。预习思考：1、 器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑VCBOVCEOVEBOICIEhFEVCE(sat)VBEfT2、 偏置电路图1-3中偏置电路的名称是什么，简单解释是如何自动调节BJT的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1 、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么。3、 电压增益：(I) 对于一个低频放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。(II) 实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问如果用万用表或示波器可不可以，有什么缺点。4、 输入阻抗：(I) 放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为RS，试画出图1-3中放大电路的输入等效电路图，回答下面的连线题，并做简单解释。 Ri = RS放大器从信号源获取较大电压 Ri RS放大器从信号源获取最大功率(II) 教材图1-4是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。(III) 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图1-3中放大电路的输入阻抗。5、 输出阻抗：(I) 放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力，试分析图1-3中放大电路的输入阻抗受那些参数的影响，设负载为RL，画出输出等效电路图，回答下面的连线题，并做简单解释。 RO = RL负载从放大器获取较大电压 RO RL负载从放大器获取最大功率(II) 教材图1-5是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。(III) 对于小信号放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以减小图1-3中放大电路的输出阻抗。6、 频率特性和通频带：(I) 对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大，下限频率足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以增加图1-3中放大电路的上限频率，那些方法可以降低下限频率。7、 计算图1-3中各元件参数的理论值，其中已知：VCC=12V，Vi=5mV，RL=3K，RS=50， T为9013指标要求：AV50，Ri1 K，RO3K，fL100kHz（建议IC取2mA）8、 负反馈对放大器性能的影响引入交流负反馈后，放大器的电压放大倍数将下降，其表达式为式中，F为反馈网络的传输系数；AV为无负反馈时的电压放大倍数。引入负反馈后通频带加宽，负反馈放大器的上限频率fHF与下限频率fLF的表达式分别为 和。引入负反馈还会改变放大器的输入电阻与输出电阻，其中并联负反馈能降低输入阻抗，串联负反馈能提高输入阻抗，电压负反馈使输出阻抗降低，电流负反馈使输出阻抗升高。必做实验：1、 除1-(1)外的全部实验（所有波形必须定量记录，包括幅度、频率等，输入和输出波形必须记录在同一坐标内）。2、 实验修改内容：(I) 3-（1）的内容和3-（2）、3（3）合并，表11修改为静态工作点电流ICQ(mA)1x(设计值)测量值测量值理论值误差输入端接地VBQ(V)VCQ(V)VEQ(V)输入信号Vi=5mVVS(mV)VO(V)VO (V)计算值VBEQVCEQAVRi/kRO/k(II) 内容4增加下表完全截止截止失真饱和失真完全饱和测量值VBQ(V)VCQ(V)VEQ(V)计算值ICQ(mA)VBEQVCEQR1(III) 内容6修改为：调整ICQ=x(设计值)，保持Vi=5mV不变，改变信号频率，用逐点法测量不同频率下的VO值，计入表1-2中，并画出幅频特性曲线，记录下限频率fL、上限频率fH，计算带宽BW增加以下内容：a） 输入Vi=5mV，f=fL，用示波器双踪显示输入输出波形，记录波形，并测量两者间的相位差b） 输入Vi=5mV，f=fH，用示波器双踪显示输入输出波形，记录波形，并测量两者间的相位差(IV) 负反馈对放大器性能的影响在实验电路中增加反馈电阻RF=10，构成电流串联负反馈放大器, 调整ICQ=x(设计值)，测量该电路的增益、输入阻抗、输出阻抗、下限频率fL、上限频率fH、带宽BW，并和前面实验测量的结果进行分析比较。选做实验：1、 1-(1)全部内容 。2、 利用失真度仪测量4-(1)、4-(2)中失真波形的失真度。注意事项：1、 各仪器的地线应与电路的地公共接地。2、 稳压电源的输出电压应预先调到所需的电压值再接入实验电路中。3、 若电路存在自激，可改变元件的接线位置或走向，并注意电解电容的极性。4、 在测幅频特性时，随着频率升高，信号发生器的输出幅度可能会下降，从而出现输入信号Vi与输出信号Vo同时下降的现象。所以在实验中要经常测输入电压值，使其维持5mV不变。实验三 差分放大电路实验时数：4学时时间要求：第9周(4.134.19)内完成，第10周(4.204.26)内交实验报告教 材：电子线路实践Page 914实验检查：值班教师随机抽查学习目标：1、 了解差模电压、共模电压的基本概念2、 掌握差分放大电路的基本工作原理、性能特点，了解差分电路的四种基本组合3、 掌握差分放大电路主要参数（差模增益、共模增益、共模抑制比、输入电阻、输出电阻，频率响应、传输特性）的计算及在MultiSim中的测量方法4、 了解电路不对称对差分放大电路的性能的影响以及采用恒流源对提高电路性能的重要性。5、 掌握MultiSim软件中的各项高级分析功能设计提示：1、 主要电路参数计算公式输出方式双端单端差模电压增益共模电压增益共模抑制比差模输入电阻共模输入电阻输出电阻2、 在MultiSim双击图中的三极管，弹出三极管功能界面，点击界面上的“Edit Model”可以打开三极管的模型编辑窗口。在这个窗口中可以看到三极管的各项模型参数，将相关的模型参数代入中相关的公式即可计算差分电路的各项参数。其中最主要的几个参数为：BF（理想正向放大倍数）、RB（零偏最大基极电阻）、RE（发射极欧姆电阻）、RC（集电极欧姆电阻）预习思考：1、 理论计算实验电路31和32的各项参数值（本内容选做）电路31电路32双端单端双端单端差模增益R5=4.5 kRC1=RC2=5.1 kR5= 2 kRC1=RC2=5.1 kR5= 4.5 kRC1=RC2=8 k共模增益R5=4.5 kRC1=RC2=5.1 kR5= 2 kRC1=RC2=5.1 kR5= 4.5 kRC1=RC2=8 k差模输入电阻R5=4.5 kRC1=RC2=5.1 kR5= 2 kRC1=RC2=5.1 kR5= 4.5 kRC1=RC2=8 k共模输入电阻R5=4.5 kRC1=RC2=5.1 kR5= 2 kRC1=RC2=5.1 kR5= 4.5 kRC1=RC2=8 k共模抑制比R5=4.5 kRC1=RC2=5.1 kR5= 2 kRC1=RC2=5.1 kR5= 4.5 kRC1=RC2=8 k输出电阻R5=4.5 kRC1=RC2=5.1 kR5= 2 kRC1=RC2=5.1 kR5= 4.5 kRC1=RC2=8 k2、 为什么说恒流源的电流Io不能太大，但也不能太小?3、 简述差分电路不对称对其性能的影响，列举常见的造成差分电路不对称原因。4、 在实际电路测量中，能用晶体管毫伏表或示波器直接跨接在差分放大器的两个输出端之间测量差分放大器的双端输出电压吗？为什么？必做实验：1、 实验内容1122、 实验内容5和内容6中的“重复14的内容”改为 “重复23的内容”3、 将内容3、5、6的实验结果和预习题中计算的理论结果进行比较。4、 实验内容8中“将Vi2改为Vi1控制的电压源E1”修正为“将Vi1改为直流电压源，Vi2改为Vi1控制的电压源E1”5、 实验内容12“将Q2的模型中的Forward current gain coefficient改为200”修正为“将Q2的型号改为2N3904”选做实验：1、 实验内容13、14 2、 自己设计一个方案，测量差分放大器的差模输入电阻、共模输入电阻和输出电阻，并将测得结果和理论值进行比较。3、 将内容13中重复3、5、6的实验结果和预习题中计算的理论结果进行比较。注意事项：1、 实验中心可提供MultiSim教学版软件下载，供您在课外学习使用，详情请询问指导老师。2、 实验室计算机所装的MultiSim软件为书上介绍的EWB的升级版，在具体界面上可能有一些不同，请注意参看课程网站中的介绍实验四 模拟运算电路和电流、电压转换电路实验时数：3学时时间要求：第10周(4.204.26)内完成，第11周(4.275.3)内交实验报告教 材：电子线路实践Page 2030实验检查：值班教师随机抽查学习目标：1、 了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法。设计提示：预习思考：1、 查询741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义。2、 根据24页实验内容4的指标要求（指标要求以本节实验部分修改的为准），设计电路并确定元件参数，同时估算该电路的最大不失真输出电压范围，下限频率、上限频率，并和双电源供电的比例运算电路做一个简单的比较。3、 对于29页实验内容2试根据数据手册中的相关参数计算4、 当R1=1 k，RL分别为1k和10k时最大允许输出电流值为多少5、 当R1=100，RL分别为100和1k时最大允许输出电流值为多少6、 当R1=1 k、RL为1 k，输入电压Vi为0.5V、1V和3V时，计算负载电阻RL的取值范围。必做实验：1、 23页实验内容1，具体内容改为： (I) 图5-1电路中电源电压15V，R1=10k，RF=100 k，RL220，RP10k/100k。按图连接电路，测量最大不失真输出电压，并和第一次实验数据进行比较，分析数据不同的原因。（提示：考虑运算放大器的最大输出电流）(II) 将电路改成下图所示，这样可以通过三极管实现扩流，将输出电流由运放的25mA增加到500mA，重复（I）的实验，并对实验数据进行比较和分析（本内容选做）(III) 保持Vi0.2V不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。(IV) 将输入正弦交流信号频率调到前面测得的fH，逐步增加输入信号幅度，观察输出波形，直到输出波形开始变形（看起来不象正弦波了），记录该点的输入、输出电压值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析，并和手册上的转换速率值进行比较。(V) 输入信号改为占空比为50%的双极性方波信号，调整信号频率和幅度，直至输出波形正好变成三角波，记录该点输出电压和频率值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析（这是较常用的测量转换速率的方法，此项内容选做）(VI) RF改为10 k，自己计算RP的阻值，重复（III）（IV）。列表比较前后两组数据的差别，从反相比例放大器增益计算、增益带宽积等角度对之进行分析。并总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响。2、 24页实验内容4，具体内容改为：(I) 设计一个单电源交流放大器，输入电压=1V， Avf = 5，fL=100kHz，输入电阻大于100k，输出电阻小于100。（带宽设计时可参考单级放大器实验）(II) 测量并记录V+、V-、Vo的值(III) 在输入端加入0.1V、 1kHz的正弦交流信号，观察并记录输入输出波形，测量Vo值，计算Avf；(IV) 用示波器观察C2两端波形（示波器输入耦合方式置于“DC”档），分析直流分量(V) 自拟方案测量输入、输出电阻值、上限频率、下限频率。选做实验：1、 29页内容2全部实验：(I) 图6-12中50K电位器改为1K，同时在电位器和15V电源之间接入510限流电阻，表6-1中470K电阻全部改为470、5.6K电阻改为4.7K。(II) 完成表6-1中的实验，并对的实验结果进行分析同时与预习思考题中计算的理论值进行比较。实验五 比较器和精密整流电路实验时数：3学时时间要求：第11周(4.275.3)内完成，第11周(5.45.10)内交实验报告教 材：电子线路实践Page 4651实验检查：值班教师随机抽查学习目标：1、 熟悉常用的单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器的基本工作原理、电路特性和主要使用场合2、 掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数的计算方法，研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响3、 了解集成电压比较器LM311的使用方法，及其与由运放构成的比较器的差别。4、 掌握半波和全波精密整流电路的电路组成、工作原理和电路参数计算。5、 进一步熟悉传输特性曲线的测量方法和技巧设计提示： 1、 单门限电压比较器分同相输入和反相输入两种，电路结构和传输特性曲线如下图所示。 反相输入单门限比较器 同相输入单门限比较器传输特性曲线窗口比较器电路 传输特性曲线2、 窗口比较器电路如上图所示，它由同相比较器A1、反相比较器A2及二极管D1，D2组成。该电路的功能是，可以判别输入电压的值Vi是否介于下参考电压VRL与上参考电压VRH之间(所谓的窗)。如果VRLViVRH，比较器的输出电压的值Vo为反向最大输出电压-VOM，如果ViVRH，则输出电压Vo将等于运放的正向最大输出电压VOM，窗口比较器广泛用于电平检测和报警。3、 普通运放作为电压比较器运用时，由于运算放大器转换速率的限制，仅适合于对输出翻转速度要求不太高的场合，如果对输出翻转速度要求比较高可选择集成电压比较器。集成电压比较器比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；集成电压比较器的输出方式分为普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出三种情况。LM311为集电极（或漏极）开路输出，必须在输出端接一个电阻至电源才能正常工作。下图为LM311作为单门限电压比较器的典型电路，其中RPU为上拉电阻预习思考：1、 用运算放大器LM741设计一个单门限比较器，将正弦波变换成方波，运放采用双电源供电，电源电压为12V，要求方波的前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的1/10，请根据LM741数据手册提供的参数，计算输入正弦波的最高频率可为多少。2、 画出迟滞比较器的输入输出波形示意图，并在图上解释怎样才能在示波器正确读出上限阈值电平和下限阈值电平3、 查询LM311的数据手册，列表记录其主要参数，并做简单解释。4、 完成必做实验和选做实验的电路设计和理论计算。5、 设运算放大器为双电源供电，最大输出电压为VOM，试根据精密全波整流电路的原理，推导图10-2的传输特性曲线，写出推导过程并画出传输特性曲线。必做实验：1、 单门限电压比较器：(I) 用LM741构成一个单门限电压比较器，基准电平为0V，要求输出高低电平为6V，供电电压为12V，输入频率为KHZ的正弦波，用示波器观察输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录（提示：可以使用稳压管）(II) 输入信号改为100HZ的正弦波，用示波器的X-Y显示方式测试比较器的传输特性，改变基准电压为1V，观察传输特性曲线的变化，并用坐标纸定量记录显示的曲线（三条曲线要画在同一坐标平面内）。(III) 将输入信号改为KHZ的正弦波重复(I)的内容，将测得结果与(I)进行分析比较(IV) 将LM741改为LM311，重复（III），将测得结果与（III）进行分析比较。2、 迟滞比较器：(I) 用LM741设计一个迟滞电压比较器，当输入电压高于7V时输出为-6V，输入电压低于3V时输出为6V，运放供电电压为12V。(II) 分别输入1KHZ和10KHZ的正弦波，用示波器观测输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录显示的信号波形，比较并分析它们的结果。(III) 输入信号改为100HZ的正弦波，用示波器的X-Y显示方式测试比较器的传输特性，并用坐标纸定量记录显示的曲线。3、 精密半波整流电路：(I) 依照图10-1所示的电路图，连接电路，元件参数：R1=R2=10K，二极管为1N4148。(II) Vi输入一个频率为100Hz的正弦交流信号，有效值分别为5V、1V、1mv，用示波器观察输入输出信号波形，用毫伏表测量Vo值，对列表记录测量，并对结果进行分析比较。(III) 用示波器的X-Y显示方式测试该电路的电压传输特性，调节Vi幅度，找出输出的最大值Vomax。4、 精密全波整流电路：(I) 图102的精密全波整流电路和传输特性曲线修正为下图。图中R=10K，二极管为1N4148精密全波整流电路传输特性曲线(II) 搭接电路，重复半波整流电路（II）和（III） 的内容。选做实验：1、 有一个水箱，其水位传感器输出电压和水位成正比，水位为6米时水位传感器输出电压为3V，水位为1米时输出电压为1V，试设计一个水箱水位检测计，当水位超出6米或者低于1米时报警。2、 用LM311设计一个迟滞比较电路，当输入电压高于7V时输出为0V，输入电压低于3V时输出为5V，LM311供电电压为5V。注意事项：1、 实验中的基准电压由电源电压分压而得，分压电路中一定要串接限流电阻，避免烧坏器件和电源。2、 实验中稳压管的UZ为6V，实际实验中输出电压往往略大于6V，这是由于输出端为两个背靠背的稳压管，因此除了UZ外还要考虑另外一个正向导通的稳压管的正向导通压降。3、 输入交流信号不要含直流成分，测试输入输出波形时，注意示波器的触发源信号的选择，保证两信号的相位关系正确，作图时要注意坐标的名称、分度、测试条件等的标注4、 测量传输特性时示波器选择XY工作方式，ViX通道，VoY通道，垂直耦合方式选择DC档，注意示波器坐标原点的位置，以准确读取各项参数5、 数字存储示波器在显示小信号时干扰比较大，可在采样菜单中选择“平均”以提高波形显示清晰度。实验六 波形发生电路实验时数：3学时时间要求：第12周(5.45.10)内完成，第13周(5.115.17)内交实验报告教 材：电子线路实践Page 4046实验检查：值班教师随机抽查学习目标：1、 掌握主要正弦信号和非正弦信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各参数对电路性能的影响。2、 了解各种波形之间变换方法，重点是正弦波、方波、三角波之间的变换3、 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。设计提示：1、 正弦波信号发生电路分析计算（图8-1）： (I) 放大器为同相放大器，其增益为 (II) 对于RC串联和RC并联电路 (III) 为了保证正反馈，该串并联网络在振荡频率f0时的相移必须为0，即上式中分母的虚部系数在f0时为0，即，由此推出(IV) 由于振荡频率f0时 ，所以为了保证满足环路增益大于1的起振条件，放大器的增益必须略大于3，即略大于2，当振荡器稳定是环路增益为1，放大器的增益为3，2、 矩形波信号发生电路计算（图8-4，RD1、RD2是二极管D1、D2的导通电阻）：(I) 当U0为正值的时候，二极管D1导通，D2截止，电容C充电的时间常数为：(II) 当U0为负值的时候，二极管D2导通，D1截止，电容C放电的时间常数为：，(III) RC电路总的充放电时间常数，设时，UC的初始值为，在时间内电容充电到UC的值为，根据电容器电压随时间变化规律当tT1（负脉冲宽度）时，时，上式为解上式可得：，同理正脉冲宽度周期占空比对于图8-2的方波信号发生器 3、 三角波信号发生电路计算(图8-5)(I) 幅度：同相端电位由U01和U02共同决定即：当V+ 0，U01=UZ; 当V+ 预习思考：1、 正弦波发生电路(I) 简述正弦波发生电路的振荡条件和主要组成部分并在图8-1的电路上标出主要组成部分名称(II) 电路中两个的二极管是如何起到稳幅作用的，为什么要在二极管两端并联一个电阻。(III) 根据图8-1中各元件的参数，计算输出正弦波的频率。是否R1、R2、C1、C2调到无穷小，输出信号频率就能无穷大，为什么。（提示：从运放的转换速率和增益带宽积来考虑）(IV) 如果RW=18k，二极管的正向导通压降为0.6V，试估算输出正弦波的幅度和电路的最大可能输出频率，影响输出信号频率精度的主要因素有哪些。(V) 如果图8-1中RW调到最小值时输出波形是什么，如果调到最大值时输出波形又是什么（定性说明即可）(VI) 简单总结一下在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数(VII) 阅读课程网站上介绍频率计测频率基本原理的相关资料2、 方波和矩形波发生电路(I) 简述矩形波发生电路的主要组成部分，并在图8-4中标出主要部分名称(II) 图8-2中RW调到最小值时输出信号频率是多少，调到最大值时输出信号频率又是多少(III) 稳压管为6V，要求输出方波的前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的10，试估算图8-2电路的最大输出频率(IV) 如果两个稳压管中间有一个开路，定量画出输出波形图，如果两个稳压管中间有一个短路呢(V) 简单总结一下，在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数。3、 三角波发生电路(I) 根据图8-5中的电路参数，计算该电路最大可能输出频率是多少，最大可能输出幅度为多少必做实验：1、 实验内容1正弦信号发生器全部内容，其中(4)中增加用频率计测量振荡频率内容：(I) EE1640C函数发生器/计数器：将被测信号接入函数发生器的外部输入通道(18)，调节方式选择按钮（15），使工作方式至于“外部计数”，此时频率显示窗口（1）显示的频率为被测信号的频率。如果需要衰减，可将函数发生器的扫描速率调节旋钮（8）逆时针旋到底（绿灯亮），此时外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统；如果需要直流耦合，调节扫描宽度/调制度调节旋钮（7）逆时针到底（绿灯亮），此时外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。(II) F05型数字合成函数/任意波信号发生器/计数器将待测信号从后面板“测频/计数输入”端口输入，按【Shift】键和【测频】键，进入频率测量功能模式。此时显示区下端功能状态显示区显示频率测量功能模式标志“Ext”和“Freq”。若再按【Shift】键和【计数】键设置当前处于计数测量功能模式。此时显示区下端功能状态显示区显示计