集成电路实验讲义

1、2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院1集成电路原理与应用集成电路原理与应用实实 验验 2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院2实验指导实验指导 实验实验1积分器和微分器（积分器和微分器（A741）实验实验2仪器放大器和差动放大器（仪器放大器和差动放大器（OPA2111、INA106）实验实验3电压比较器（电压比较器（LM311）实验实验4U/F变换器和变换器和F/U变换器（变换器（LM331）实验实验5函数信号发生器（函数信号发生器（ICL8038）实验实验6二阶低通有源滤波器（二阶低通有源滤波器（LM741）202

2、2年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院3实验实验1积分器和微分器（积分器和微分器（A741）【实验目的实验目的】（1）学会用集成运放设计积分器和微分器，）学会用集成运放设计积分器和微分器， 熟悉电路原理熟悉电路原理 和元件参数的计算。和元件参数的计算。（2）熟悉积分器和微分器的特点、性能，并会应用。）熟悉积分器和微分器的特点、性能，并会应用。【实验仪器实验仪器】 万用表，示波器，信号发生器，万用表，示波器，信号发生器， “集成电路原理及应用集成电路原理及应用”实验箱实验箱2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院4【实验原理实验

3、原理】1 A741芯片简介芯片简介 A741是第二代集成运放的典型代表是第二代集成运放的典型代表 是采用硅外延平面工艺制作的单片式高增益运放。是采用硅外延平面工艺制作的单片式高增益运放。 其特点是：其特点是： 采用频率内补偿，采用频率内补偿， 具有短路保护功能，具有短路保护功能， 具有失调电压调整能力，具有失调电压调整能力， 具有很高的输入差模电压和共模电压范围，具有很高的输入差模电压和共模电压范围， 无阻塞现象，功耗较低，电源电压适应范围较宽。无阻塞现象，功耗较低，电源电压适应范围较宽。 有很宽的输入共模电压范围，不会在使用中出现有很宽的输入共模电压范围，不会在使用中出现“阻塞阻塞”， 在诸

4、如积分电路、求和电路及一般的反馈放大电路中使用，在诸如积分电路、求和电路及一般的反馈放大电路中使用， 均不需外加补偿电容。均不需外加补偿电容。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院5A741采用采用DIP8和和SO8封装封装+ININOFFSETNELL+12345678A741OFFSETNELLVNC+VOUTPUT图图11-2-1 A741的引脚及功能的引脚及功能2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院62 积分器积分器图图11-2-2 积分器和微分器电路原理图积分器和微分器电路原理图2374615IC2uA741

5、R510kR410kRp2100k-12V+12VC31000pUo2C20.1u2374615IC1uA741R31MR110kR210kRp1100k-12V+12VC10.1uUi1Uo1R6100S2S1Ui2当开关当开关S1断开时，断开时，IC1及其周围元件构成反相型积分器。及其周围元件构成反相型积分器。 2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院7 积分器积分器 广泛应用于扫描电路、广泛应用于扫描电路、A/D转换和模拟运算等方面。转换和模拟运算等方面。 其输出电压和输入电压的积分成线性关系。其输出电压和输入电压的积分成线性关系。ttuCRtu)d(

6、1)(i111o1 输出电压与输入电压输出电压与输入电压的关系为的关系为2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院83 微分器微分器2374615IC2uA741R510kR410kRp2100k-12V+12VC31000pUo2C20.1u2374615IC1uA741R31MR110kR210kRp1100k-12V+12VC10.1uUi1Uo1R6100S2S1Ui2当开关当开关S1断开、断开、S2闭合时，闭合时，IC2及其周围元件构成反相型微分器。及其周围元件构成反相型微分器。 图图11-2-2 积分器和微分器电路原理图积分器和微分器电路原理图20

7、22年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院9 微分器微分器 其输出电压和输入电压的微分成线性关系，广泛应其输出电压和输入电压的微分成线性关系，广泛应用于波形变换和模拟运算等方面。用于波形变换和模拟运算等方面。 输出电压与输入电压的关系为输出电压与输入电压的关系为 tuCRtutdd)()(i225o22022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院104 积分器和微分器积分器和微分器当开关当开关S2断开、断开、S1闭合时，闭合时，IC1、IC2及其周围元件构成积分器和微分器。及其周围元件构成积分器和微分器。2374615IC2uA741

8、R510kR410kRp2100k-12V+12VC31000pUo2C20.1u2374615IC1uA741R31MR110kR210kRp1100k-12V+12VC10.1uUi1Uo1R6100S2S1Ui2图图11-2-2 积分器和微分器电路原理图积分器和微分器电路原理图2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院11 将将“积分器和微分器积分器和微分器”模块安装在实验箱底板上，模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。合上电源开关。1. 电路设计与仿真电路设计与仿真 参照图参照图11-2-2设计积分器和微分器。设计积分器和微分器。 用用Proteus

9、软件（或软件（或Multisim 软件）对积分器和软件）对积分器和 微分器电路进行仿真。微分器电路进行仿真。 记录仿真结果。记录仿真结果。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院122. 积分器积分器（1）将开关）将开关S1断开。断开。（2）调零：）调零：将输入端将输入端ui1接地，用数字万用表测输出电压接地，用数字万用表测输出电压 uO1，调节调，调节调零电位器零电位器Rp1，直至，直至UO1=0（或（或UO10）。）。（3）输入方波信号：）输入方波信号：用信号发生器，用信号发生器，在输入端在输入端ui1加入方波信号，频率为加入方波信号，频率为100Hz，

10、电压幅，电压幅度为度为2V。用数字示波器观察用数字示波器观察ui1、uO1的波形，并记录其数值。的波形，并记录其数值。输入信号的电压幅度不变，改变频率，输入信号的电压幅度不变，改变频率，观察并记录观察并记录ui1、uO1的波形。的波形。 输入信号的频率不变，改变电压幅度，输入信号的频率不变，改变电压幅度，观察并记录观察并记录ui1、uO1的波形。的波形。（4）输入正弦波：）输入正弦波：用信号发生器，用信号发生器，在输入端在输入端ui1加入正弦波信号，频率为加入正弦波信号，频率为100Hz，电压，电压有效值为有效值为1V。用数字示波器观察用数字示波器观察ui1、uO1波形及相位差，并记录其数值。

11、波形及相位差，并记录其数值。改变正弦波信号的频率，改变正弦波信号的频率，观察并记录观察并记录ui1、uO1的波形及相位差。的波形及相位差。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院133微分器微分器（1）将开关）将开关S1断开，断开，S2闭合。闭合。（2）调零：）调零：将输入端将输入端ui2接地，用数字万用表测输出电压接地，用数字万用表测输出电压uO2，调节调零电位，调节调零电位器器Rp2，直至，直至UO2=0（或（或UO20）。）。（3）输入方波信号：）输入方波信号：用信号发生器，在输入端用信号发生器，在输入端ui2加入方波信号，频率为加入方波信号，频率为2

12、00Hz，电压，电压幅度为幅度为2V。用数字示波器观察用数字示波器观察ui2、uO2的波形，并记录其数值。的波形，并记录其数值。（4）输入正弦波：）输入正弦波：用信号发生器，在输入端用信号发生器，在输入端ui2加入正弦波信号，频率为加入正弦波信号，频率为160Hz，电压有效值为电压有效值为1V。观察并记录。观察并记录ui2、uO2的波形及相位差。的波形及相位差。改变正弦波信号的频率，改变正弦波信号的频率，观察并记录观察并记录ui2、uO2的波形及相位差。的波形及相位差。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院144积分器和微分器积分器和微分器（1）将开关）将

13、开关S2断开、断开、S1闭合。闭合。（2）输入方波信号：）输入方波信号： 用信号发生器，在输入端用信号发生器，在输入端ui1加入方波信号，加入方波信号，频率为频率为100Hz，电压幅度为，电压幅度为2V。 用数字示波器观察用数字示波器观察uo1、uo2的波形，并记录其的波形，并记录其数值。数值。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院15【实验报告要求实验报告要求】（1）用）用Altium Designer 09软件画出实验电路原理图，软件画出实验电路原理图，并并 将此图粘贴到实验报告中。将此图粘贴到实验报告中。（2）画出实验观察到的输入、输出信号的波形，与

14、画出实验观察到的输入、输出信号的波形，与Proteus 软件（或软件（或Multisim 软件）仿真结果比较，并予软件）仿真结果比较，并予以分析。以分析。（3）分析积分时间常数对输出电压斜率的影响。）分析积分时间常数对输出电压斜率的影响。（4）写出收获和体会。）写出收获和体会。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院16【预习要求预习要求】（1）预习本书）预习本书2.2节和节和2.3节。节。（2）查阅）查阅A741的数据手册或的数据手册或pdf，列表记录其主要参，列表记录其主要参数。数。（3）根据实验内容和要求，设计实验数据记录表格，）根据实验内容和要求，设

15、计实验数据记录表格，供实验测试时使用。供实验测试时使用。（4）熟悉）熟悉Altium Designer 09软件。软件。（5）熟悉）熟悉Proteus 软件（或软件（或Multisim 软件）。软件）。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院17【思考题思考题】（1）造成积分误差的因素有哪些？如何减小积分误差？）造成积分误差的因素有哪些？如何减小积分误差？（2）在图）在图11-2-2中，若将中，若将R3开路，积分器能否正常积分？开路，积分器能否正常积分？为什么？为什么？R3的阻值对积分精度有何影响？的阻值对积分精度有何影响？（3）在图）在图11-2-2中，若

16、将中，若将C3开路，微分器能否正常微分？开路，微分器能否正常微分？为什么？为什么？2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院18实验实验2仪器放大器和差动放大器仪器放大器和差动放大器 （OPA2111、INA106）【实验目的实验目的】（1）熟悉仪器放大器及其工作原理。）熟悉仪器放大器及其工作原理。（2）熟悉差动放大器及其工作原理。）熟悉差动放大器及其工作原理。（3）掌握）掌握OPA2111、INA106的使用方法和应用电路。的使用方法和应用电路。（4）学会自动校零的方法，并会应用。）学会自动校零的方法，并会应用。（5）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会应用。

17、）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会应用。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院19【实验仪器实验仪器】 万用表万用表 示波器示波器 信号发生器信号发生器 直流稳压电源直流稳压电源 “集成电路原理及应用集成电路原理及应用”实验实验箱箱2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院20【实验原理实验原理】1OPA2111、INA106芯片简介芯片简介（1）OPA2111是双低噪声精密运算放大器是双低噪声精密运算放大器（BURR-BROWN， Dual Low-Noise Precision Difet Operational A

18、mplifer），偏流极低（），偏流极低（ 4pA），建立时间极短（），建立时间极短（1s建立至建立至0.01精度），噪声很小（精度），噪声很小（8nVHz、10kHz），经自动校零可使失调电压低于），经自动校零可使失调电压低于5V，零漂，零漂 0.028VC，折算到输入端其零电位调节速率为，折算到输入端其零电位调节速率为2Vs。常用于仪器放大器和小信号放大器。常用于仪器放大器和小信号放大器。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院21B43OPA2111采用采用DIP8（或（或006E）塑封和）塑封和TO-99（或（或001B）金属封装。金属封装。如图所示

19、，是如图所示，是OPA2111引脚及功能引脚及功能。OPA2111V+IN AIN AOUT AA125678+VOUT B+IN BIN B2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院22（2）INA106是单片增益差动放大器是单片增益差动放大器（BURR-BROWN，Precision Gain=10 Differential Amplifier），由一个精密运放和四个金属膜电阻组），由一个精密运放和四个金属膜电阻组成，因四个电阻均经激光修正，所以具有很高的精成，因四个电阻均经激光修正，所以具有很高的精度，其电压放大倍数的精度和共模抑制比均很高。度，其电压放

20、大倍数的精度和共模抑制比均很高。INA106可提供精密差分放大器的功能，无需精密可提供精密差分放大器的功能，无需精密电阻网络，可用于增益为电阻网络，可用于增益为10、10、11的差动放大的差动放大及仪表放大。及仪表放大。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院23INA106采用采用DIP8和和SO8封装。封装。如图所示，是如图所示，是INA106的引脚及功能的引脚及功能。SENSEV+IN IN REF100k100k10k10k+1235678INA106NCOUTPUT+V42022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院2

21、42自动校零仪器放大器自动校零仪器放大器R110kR21MR3100R4100kR5100kC11uS1S2UiUo48231IC1A1/2OPA21156748IC1B1/2OPA2111+15V+15V-15V-15V1234图图11-2-5 自动校零仪器放大器自动校零仪器放大器 2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院252自动校零仪器放大器自动校零仪器放大器 图中图中IC1A是主放大器，是主放大器，IC1B是辅助放大器。是辅助放大器。IC1B配合配合IC1A完成自动校零功能。完成自动校零功能。 当开关当开关S1打在打在2，开关，开关S2打在打在4时，

22、完成自动校零；时，完成自动校零； 当开关当开关S1打在打在1，开关，开关S2打在打在3时，完成小信号放大。时，完成小信号放大。 图中参数对应的电压放大倍数为：图中参数对应的电压放大倍数为： Au= R2R1= 100倍。倍。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院263高精度差动放大器高精度差动放大器R710kR810k10kR620210kE1Uo48231IC2A1/2OPA211156748IC2B1/2OPA2111+15V+15V-15V-15V+_E2100k100k+15V-15V4762315IC3 INA106_+S3S4Vi2Vi3图图1

23、1-2-6 高精度差动放大器高精度差动放大器2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院27) 12(1000) 12)(210(167oEEEERRU在图在图11-2-6中，中， 第一级是由第一级是由OPA2111构成的高精度仪用放大器，构成的高精度仪用放大器， 第二级是由第二级是由INA106构成的高精度差动放大器。构成的高精度差动放大器。 当开关当开关S3、S4断开时，信号由断开时，信号由Vi2、Vi3输入，输入， 输出电压为输出电压为 Uo=10（Vi2Vi3） 当开关当开关S3、S4闭合时，信号由闭合时，信号由E1、E2输入，输入， 输出电压为输出电压

24、为2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院28【实验内容及步骤实验内容及步骤】 将将“仪器放大器和差动放大器仪器放大器和差动放大器”模块安装在实验箱底板模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。上，合上电源开关。1电路设计与仿真电路设计与仿真参照图参照图11-2-5设计自动校零仪器放大器，图设计自动校零仪器放大器，图11-2-6设计高设计高精度差动放大器，用精度差动放大器，用Proteus 软件（或软件（或Multisim软件）对以软件）对以上两个电路进行仿真，并记录仿真结果。上两个电路进行仿真，并记录仿真结果。2自动校零自动校零当开关当开关S1打在打在2、开关

25、、开关S2打在打在4时，完成自动校零功能，即时，完成自动校零功能，即零输入时，实现零输出。用数字万用表测量输出电压零输入时，实现零输出。用数字万用表测量输出电压Uo，并，并记录数值。记录数值。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院293仪器放大器仪器放大器-1 当开关当开关S1打在打在1、开关、开关S2打在打在3时，完成小信号放大功能。时，完成小信号放大功能。（1）用信号发生器在输入端）用信号发生器在输入端Ui输入正弦信号，输入正弦信号， 频率为频率为300Hz，电压（峰峰值）为，电压（峰峰值）为50mV。 用数字示波器观察输出端用数字示波器观察输出端Uo

26、的波形，并记录输出电压数的波形，并记录输出电压数值，计算放大倍数。值，计算放大倍数。（2）用信号发生器在输入端）用信号发生器在输入端Ui输入正弦信号，输入正弦信号， 频率固定为频率固定为300Hz，将电压值逐渐加大。，将电压值逐渐加大。 用数字示波器观察输出端用数字示波器观察输出端Uo的波形，并记录输出电压数的波形，并记录输出电压数值，计算放大倍数。值，计算放大倍数。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院303仪器放大器仪器放大器-2（3）用信号发生器在输入端）用信号发生器在输入端Ui输入正弦信号输入正弦信号， 电压（峰峰值）固定为电压（峰峰值）固定为50

27、mV，频率逐渐加大。，频率逐渐加大。 用数字示波器观察输出端用数字示波器观察输出端Uo的波形，并记录输出电压的的波形，并记录输出电压的数值，计算放大倍数。数值，计算放大倍数。（4）在输入端）在输入端Ui输入直流信号输入直流信号，电压为电压为5150mV。 用数字万用表测试输出端用数字万用表测试输出端Uo的电压，的电压， 并记录输出电压的数值，计算放大倍数。并记录输出电压的数值，计算放大倍数。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院314差动放大器差动放大器（1）将开关）将开关S3、S4断开，信号由断开，信号由Vi2、Vi3输入。输入。 在在Vi2、Vi3输入

28、端，分别加入直流电压，输入端，分别加入直流电压， 用数字万用表测量并记录输出端电压用数字万用表测量并记录输出端电压Uo的数值。的数值。（注：（注：Vi2、Vi3电压之差要小于电压之差要小于1.5V；Vi2、Vi3最大电最大电压值应小于压值应小于10V。）。）（2）将开关）将开关S3、S4闭合，信号由闭合，信号由E1、E2输入。输入。 用信号发生器用信号发生器在在E1、E2输入端，分别加入方波信号，两输入端，分别加入方波信号，两路信号频率相同路信号频率相同（注：范围为（注：范围为100300Hz），），两路信号电两路信号电压范围在压范围在100300mV。 用数字示波器观察并记录输出端用数字示波

29、器观察并记录输出端Uo的波形，并作出相应的波形，并作出相应的解释。的解释。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院32【实验报告要求实验报告要求】（1）用）用Altium Designer 09软件画出实验电路原理图，软件画出实验电路原理图，并将此图粘贴到实验报告中。并将此图粘贴到实验报告中。（2）记录实验观察到的输入、输出信号的波形或数据，）记录实验观察到的输入、输出信号的波形或数据，与与Proteus 软件（或软件（或Multisim 软件）仿真结果比较，并软件）仿真结果比较，并予以分析。予以分析。（3）通过实验分析该仪器放大器的带宽和精度。）通过实验分

30、析该仪器放大器的带宽和精度。（4）写出收获和体会。）写出收获和体会。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院33【预习要求预习要求】（1）预习本书）预习本书2.4节。节。（2）预习本书）预习本书2.5节。节。（3）查阅）查阅OPA2111、INA106的数据手册或的数据手册或pdf，列表，列表记录其主要参数记录其主要参数。（4）根据实验内容和要求，设计实验数据记录表格，）根据实验内容和要求，设计实验数据记录表格，供实验测试时使用。供实验测试时使用。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院34 【思考题思考题】（1）使用仪器

31、放大器时，为什么要校零？如何校零？）使用仪器放大器时，为什么要校零？如何校零？（2）设计小信号放大器，在）设计小信号放大器，在PCB布线时有哪些注意事项？布线时有哪些注意事项？（3）如何应用仪器放大器和差动放大器？举出几个应用实例。）如何应用仪器放大器和差动放大器？举出几个应用实例。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院35 实验实验3电压比较器（电压比较器（LM311）【实验目的实验目的】（1）熟悉单限电压比较器和双限电压比较器的工作原）熟悉单限电压比较器和双限电压比较器的工作原理、电路特性和应用方面。理、电路特性和应用方面。（2）掌握）掌握LM311的

32、使用方法和应用电路。的使用方法和应用电路。（3）掌握电压比较器设计、测试和调整的方法。）掌握电压比较器设计、测试和调整的方法。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院36【实验仪器实验仪器】 万用表万用表 示波器示波器 信号发生器信号发生器 直流稳压电源直流稳压电源 “集成电路原理及应用集成电路原理及应用”实验箱实验箱2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院37【实验原理实验原理】1LM311芯片简介芯片简介 LM311是专用电压比较器芯片是专用电压比较器芯片（High-Performance Voltage Compar

33、ator），电源电压范围大（），电源电压范围大（5Vl5V）、偏置电流小（）、偏置电流小（100nA）、失调电流小）、失调电流小（6.0nA）、差分输入电压范围大（）、差分输入电压范围大（30V）。）。 其输出与其输出与TTL、DTL及及MOS电路相容，并可驱动指示电路相容，并可驱动指示灯和继电器。灯和继电器。可单电源供电，也可双电源供电，有集电极输出和发射可单电源供电，也可双电源供电，有集电极输出和发射极输出两种形式，还具有外部平衡调节端和选通控制端。极输出两种形式，还具有外部平衡调节端和选通控制端。 2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院38LM311

34、采用采用DIP8和和SO8封装。封装。如图所示，如图所示，是是LM311的引脚及功能。的引脚及功能。图图11-2-7 LM311的引脚及功能的引脚及功能GNDVIN-IN+12345678LM311BALANCE+VOUTPUTBALANCE/STROBE2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院392 2单限电压比较器单限电压比较器IN+ 2IN- 3EMIT OUT1BAL5COL OUT7BAL/STRB6IC1LM311Rp10kR5kS2S1+12V-12V+5VUi48Uo图图11-2-8 单限电压比较器单限电压比较器2022年1月26日星期三集成

35、电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院40（1）过零电压比较器）过零电压比较器 当开关当开关S1闭合、闭合、S2断开时，是过零电压比较器。断开时，是过零电压比较器。 当输入电压当输入电压Ui 0时，输出高电平，时，输出高电平，Uo =5V； 输入电压输入电压Ui 0时，输出低电平，时，输出低电平，Uo =0。（2）任意电平比较器）任意电平比较器 当开关当开关S2闭合、闭合、S1断开时，是任意电平比较器。断开时，是任意电平比较器。 调节电位器调节电位器Rp，可得到任意参考电位，可得到任意参考电位Er （注：本电路设计（注：本电路设计0Er5V）。）。 当输入电压当输入电压Ui Er时，输

36、出高电平；时，输出高电平； 输入电压输入电压Ui Er时，输出低电平，时，输出低电平，Uo =0。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院41窗口电压比较器可以用来判断输入信号窗口电压比较器可以用来判断输入信号ui是否位于两是否位于两个指定电位之间，个指定电位之间，把其中较小的一个电位称为把其中较小的一个电位称为下门限下门限电位电位EmL，较大的一个电位称为，较大的一个电位称为上门限电位上门限电位EmH，二者，二者之差称为之差称为门限宽度门限宽度 Em。当输入信号当输入信号ui落入门限宽度落入门限宽度 Em之内或之内或“窗口窗口”之内之内时，时，为一种逻辑电

37、平（如为高电平），为一种逻辑电平（如为高电平），而输入电压在而输入电压在“窗口窗口”之外之外时，为时，为另一种逻辑电平（如为低电平），另一种逻辑电平（如为低电平），具有这种传输特性的比较器称为窗口电压比较器。具有这种传输特性的比较器称为窗口电压比较器。 3窗口电压比较器窗口电压比较器2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院42R5k+12V-12V+_UoUiEmH132478+_132478+12V-12V+5VEmLLM311LM311IC2IC3uiuo0EmLEmH图图11-2-9 窗口电压比较器窗口电压比较器 图图11-2-10 窗口比电压较器的传

38、输特性窗口比电压较器的传输特性如图如图11-2-9所示，是窗口电压比较器。所示，是窗口电压比较器。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院43【实验内容及步骤实验内容及步骤】将将“电压比较器电压比较器”模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。1单限电压比较器单限电压比较器（1）过零电压比较器）过零电压比较器 当开关当开关S1闭合时，闭合时， 用信号发生器在用信号发生器在ui 输入端加输入端加频率为频率为1kHz、电压有效值为、电压有效值为2V的正的正弦波信号，弦波信号，用双踪示波器观察用双踪示波器观察ui 、uo 的波形，

39、画出传输特性曲线。的波形，画出传输特性曲线。 当开关当开关S1闭合时，闭合时， 用信号发生器在用信号发生器在ui 输入端加正弦波信号，输入端加正弦波信号，先固定输入信号的频先固定输入信号的频率，逐渐改变输入信号电压值，率，逐渐改变输入信号电压值，用双踪示波器观察用双踪示波器观察ui 、uo 波形；波形； 再再固定输入信号的电压值，逐渐改变输入信号的频率，固定输入信号的电压值，逐渐改变输入信号的频率，用双踪示用双踪示波器观察波器观察ui 、uo 的波形。的波形。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院44（2）任意电平比较器）任意电平比较器当开关当开关S2闭合

40、时闭合时，调节电位器，调节电位器Rp，参考电位，参考电位Er得到一个数值，用信号发生器得到一个数值，用信号发生器在在ui 输入端加入输入端加入频率为频率为1kHz、电压有效值为、电压有效值为2V的正弦波信号，的正弦波信号，用用双踪示波器观察双踪示波器观察ui 、uo 的波形，画出传输特性曲的波形，画出传输特性曲线。线。当开关当开关S2闭合时，闭合时，调节电位器调节电位器Rp，参考电位，参考电位Er得到一个数值，用信号发生器得到一个数值，用信号发生器在输入端在输入端ui 加入加入正弦波信号，先固定输入信号的频率，逐渐改变输正弦波信号，先固定输入信号的频率，逐渐改变输入信号的电压值，入信号的电压值

41、，用双踪示波器观察用双踪示波器观察ui 、uo 的波的波形；再固定输入信号的电压值，逐渐改变输入信号形；再固定输入信号的电压值，逐渐改变输入信号的频率，用双踪示波器观察的频率，用双踪示波器观察ui 、uo 的波形。的波形。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院452窗口电压比较器窗口电压比较器（1）用多路输出直流稳压电源给）用多路输出直流稳压电源给EmL、EmH提供参提供参考电压，如取考电压，如取EmL=2V，EmH=4V， 用信号发生器用信号发生器在输入端在输入端ui加入频率为加入频率为1kHz、电压有、电压有效值为效值为10V的正弦波信号，的正弦波信号

42、，用双踪示波器观察输入用双踪示波器观察输入ui、输出输出uo波形，画出传输特性曲线。波形，画出传输特性曲线。（2）改变改变EmH、EmL上下门限电压的数值，上下门限电压的数值，用双踪用双踪示波器观察输入示波器观察输入ui、输出、输出uo的波形。的波形。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院46【实验报告要求实验报告要求】（1）用）用Altium Designer 09软件画出实验电路原理图，软件画出实验电路原理图，并将此图粘贴到实验报告中。并将此图粘贴到实验报告中。（2）画出实验观察到输入、输出信号波形图，与）画出实验观察到输入、输出信号波形图，与Prot

43、eus软件（或软件（或Multisim软件）仿真结果比较，并予以分软件）仿真结果比较，并予以分析。析。（3）将实验数据与计算值比较，若有误差，分析其原）将实验数据与计算值比较，若有误差，分析其原因。因。（4）写出收获和体会。）写出收获和体会。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院47【预习要求预习要求】（1）预习本书）预习本书3.6节。节。（2）查阅）查阅LM311的数据手册或的数据手册或pdf，列表记录其主要参数。，列表记录其主要参数。（3）根据实验内容和要求，设计实验数据记录表格，供）根据实验内容和要求，设计实验数据记录表格，供实验测试时使用。实验测试

44、时使用。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院48【思考题思考题】（1）电压比较器是否需要调零？）电压比较器是否需要调零？（2）什么叫传输特性？它与波形图有什么区别？）什么叫传输特性？它与波形图有什么区别？（3）用）用LM311设计一个迟滞电压比较器。设计一个迟滞电压比较器。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院49 实验实验4U/F变换器和变换器和F/U变换器（变换器（LM331）【实验目的实验目的】（1）熟悉）熟悉U/F变换器和变换器和F/U变换器的工作原理、电路特性和变换器的工作原理、电路特性和 应用方面。应用方

45、面。（2）掌握）掌握LM331的使用方法和应用电路。的使用方法和应用电路。（3）熟悉将电压信号转换成为频率信号的设计和调试方法。）熟悉将电压信号转换成为频率信号的设计和调试方法。（4）熟悉将频率信号转换成为电压信号的设计和调试方法。）熟悉将频率信号转换成为电压信号的设计和调试方法。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院50【实验仪器实验仪器】 万用表万用表 示波器示波器 信号发生器信号发生器 直流稳压电源直流稳压电源 “集成电路原理及应用集成电路原理及应用”实验箱实验箱2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院51【实验原

46、理实验原理】 1LM331芯片简介芯片简介 LM331是美国是美国NS（National Semiconductor）公司）公司生产生产的性价比较高的集成芯片（的性价比较高的集成芯片（U-F Converter）; 可用作可用作F/U变换器、变换器、U/F变换器、变换器、A/D变换器、线性频变换器、线性频率调制解调、长时间积分器等。率调制解调、长时间积分器等。 其内部由输入比较器、定时比较器、其内部由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关和输出保护管等部分组成。电流开关和

47、输出保护管等部分组成。 2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院52其主要技术指标：其主要技术指标：动态范围宽，可达动态范围宽，可达100dB；线性度好；线性度好；最大非线性失真小于最大非线性失真小于0.01%；频率范围频率范围1Hz100kHz；输入电压范围输入电压范围0.2+Vcc（V）；功耗）；功耗500mW；采用双电源供电或单电源供电，可工作在采用双电源供电或单电源供电，可工作在4.040V之间，之间，输出高达输出高达40V，且可防止，且可防止Vcc短路；短路；变化精度高，数字分辨率可达变化精度高，数字分辨率可达12位；位；外接电路简单，只需接入几个

48、外部元件就可构成外接电路简单，只需接入几个外部元件就可构成F/U变换变换器或器或U/F变换器，且容易保证转换精度。变换器，且容易保证转换精度。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院53LM331采用采用DIP8（或（或N08E）封装。）封装。如图所示，如图所示，是是LM331引脚及功能引脚及功能。CURRENTOUTPUT OUTPUTFREQUENCY OUTPUTREFERENCE CURRENT12345678LM331R-CGNDVccTHRESHOLDCOMPARATOR INPUT2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与

49、电子工程学院542U/F变换器变换器CMPR7R/C5C REF2C OUT1FREQ OUT3THR6IC1LM331R347R1100kR275kR510kCt0.01uC21uRp115kR1t6.8kfo1+15VUi1+5VR410kC11u4+15V8图图11-2-12 U/F变换器变换器输出频率和输入电压输出频率和输入电压之间的关系为之间的关系为ttSiRCRRUf12101109. 22022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院553F/U变换器变换器CMPR7R/C5C REF2C OUT1FREQ OUT3THR6IC1LM331R368kR

50、110kR210kR10kCt0.01uC11uC1uRp2110kR2t6.8kUo2+15Vfi2+15VR42.4kLL+15V84图图11-2-13 F/U变换器变换器输出频率和输入电压输出频率和输入电压之间的关系为之间的关系为i2tt2SLo209. 2fCRRRU2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院56【实验内容及步骤实验内容及步骤】 将将“U/F变换器和变换器和F/U变换器变换器”模块安装在实验箱底板上，合模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。上电源开关。1 U/F变换器变换器 用直流稳压电源在输入端用直流稳压电源在输入端Ui1输入直流电压

51、，使输入直流电压，使Ui1从从0V开始，逐渐加大电压值，用数字示波器观察输出端开始，逐渐加大电压值，用数字示波器观察输出端fo2的波形，读出频率值。的波形，读出频率值。（1）记录输入电压值和输出频率值的对应关系。）记录输入电压值和输出频率值的对应关系。（2）记录输入电压和输出频率的变化范围。）记录输入电压和输出频率的变化范围。（3）调节电位器）调节电位器Rp11，观察频率的变化。，观察频率的变化。（4）调节电位器）调节电位器R1t，观察频率的变化。，观察频率的变化。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院572F/U变换器变换器 用信号发生器在输入端用信号发

52、生器在输入端fi2加入方波信号，使加入方波信号，使fi2从从1Hz开始（输入电压范围为开始（输入电压范围为320V），逐渐加大信号频率，），逐渐加大信号频率， 用数字示波器观察输出端用数字示波器观察输出端uo2的波形。的波形。（1）记录输入频率值和输出电压值的对应关系。）记录输入频率值和输出电压值的对应关系。（2）记录输入频率和输出电压的变化范围。）记录输入频率和输出电压的变化范围。（3）调节电位器）调节电位器Rp21，观察电压的变化。，观察电压的变化。（4）调节电位器）调节电位器R2t，观察电压的变化。，观察电压的变化。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程

53、学院58【实验报告要求实验报告要求】（1）用）用Altium Designer 09软件画出实验电路原理图，并将此图软件画出实验电路原理图，并将此图粘贴到实验报告中。粘贴到实验报告中。（2）列出电压）列出电压/频率变换的实验记录数据表格，与频率变换的实验记录数据表格，与Proteus 软件软件（或（或Multisim 软件）仿真结果比较，并予以分析。软件）仿真结果比较，并予以分析。（3）绘出电压）绘出电压/频率关系曲线，并讨论其结果。频率关系曲线，并讨论其结果。（4）列出频率）列出频率/电压变换的实验记录数据表格，与电压变换的实验记录数据表格，与Proteus 软件软件（或（或Multisim

54、 软件）仿真结果比较，并予以分析。软件）仿真结果比较，并予以分析。（5）绘出频率）绘出频率/电压关系曲线，并讨论其结果。电压关系曲线，并讨论其结果。（6）写出收获和体会。）写出收获和体会。 2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院59【预习要求预习要求】（1）预习）预习集成电路原理及应用集成电路原理及应用（第（第3版）第版）第4.3节节 U/F变换器和变换器和F/U变换器。变换器。（2）查阅）查阅LM331的数据手册或的数据手册或pdf，列表记录其主要参数。，列表记录其主要参数。（3）根据实验内容和要求，设计实验数据记录表格，供）根据实验内容和要求，设计实验

55、数据记录表格，供实验测试时使用。实验测试时使用。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院60【思考题思考题】（1）12位以上的位以上的A/D变换器价格较高，能否用变换器价格较高，能否用U/F变变换器来代替换器来代替A/D变换器？并说明使用条件？变换器？并说明使用条件？（2）在图）在图11-2-13中，中，C1能否取值太大？为什么？能否取值太大？为什么？（3）在图）在图11-2-13中，中，CL取值大小对输出电压有何影取值大小对输出电压有何影响？为什么？响？为什么？ （4）试举出几个）试举出几个U/F和和F/U的应用实例？的应用实例？2022年1月26日星期三

56、集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院61 实验实验5函数信号发生器（函数信号发生器（ICL8038）【实验目的实验目的】（1）掌握）掌握ICL8038的特点、功能和应用电路。的特点、功能和应用电路。（2）熟悉由）熟悉由ICL8038构成的函数信号发生器工作原理。构成的函数信号发生器工作原理。（3）掌握调试函数信号发生器的方法。）掌握调试函数信号发生器的方法。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院62 【实验仪器实验仪器】 万用表万用表 示波器示波器 信号发生器信号发生器 “集成电路原理及应用集成电路原理及应用”实验箱实验箱【实验原理实验原理】

57、 1ICL8038芯片简介芯片简介 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，它能同是精密波形产生与压控振荡器，它能同时时产生正弦波、方波、三角波产生正弦波、方波、三角波。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院63 ICL8038具有以下主要参数和主要特点：具有以下主要参数和主要特点：（1）工作频率范围：工作频率范围：0.001Hz500kHz。（2）波形失真度：不大于）波形失真度：不大于0.5。（3）同时有三种波形输出：）同时有三种波形输出：正弦波、方波、三角波。正弦波、方波、三角波。（4）电源：）电源：单电源为单电源为+10V+30V，双电源为，双电源

58、为5V15V。（5）足够低的频率温漂：最大值为）足够低的频率温漂：最大值为50ppm/C。（6）改变外接电阻、电容值，可改变输出信号的频率范围。）改变外接电阻、电容值，可改变输出信号的频率范围。（7）外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比。）外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比。（8）使用简单，外接元件少。）使用简单，外接元件少。2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院64ICL8038采用采用DIP14封装。封装。如图所示，是如图所示，是ICL8038的引脚及其功能的引脚及其功能。1234576141312111089SIN ADJ1SIN

59、OUTTRI OUTDF ADJ1DF ADJ2+VFMBLASNCNCSIN ADJ2VCSQ OUTFMINICL80382022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院65 2由由ICL8038构成的函数信号发生器电路原理图构成的函数信号发生器电路原理图1234567891011121314IC1 ICL8038R44.7kR510kR76.8kR120kR34.7kR24.7kR610kS2S1S3Rp110kRp21kRp4100kRp3100kC1105C3221C2103C4104C5224VT18050SINE OUTSQUARE OUTTRIANG

60、LE OUT10-30V图图11-2-15 由由ICL8038构成的函数信号发生器电路原理图构成的函数信号发生器电路原理图2022年1月26日星期三集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院66 8脚为调频电压控制输入端。脚为调频电压控制输入端。 该芯片的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与该芯片的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之脚之间外接一个电阻，图中间外接一个电阻，图中R3=4.7K。 电位器电位器RP2的作用是调节占空比或调节波形对称性。的作用是调节占空比或调节波形对称性。 调节调节RP1、RP2、RP3可使正弦波的失真度达到较理想的程度；可使正弦波的失