实验3比例放大电路的设计和调试

1、模拟电子技术基础实验实验3 比例放大电路的设计和调试STEP1 前期注意事项写在最前面：写在最前面：1.请认真阅读本课件。包括实验板结构，实验仪器使用，实验步骤。请认真阅读本课件。包括实验板结构，实验仪器使用，实验步骤。2.实验实验3继续执行继续执行预习考核环节预习考核环节。 在实验开始时，在实验开始时，闭卷考试。闭卷考试。 考试通过方能开始实验操作。考试通过方能开始实验操作。 考试内容：考试内容：LM324管脚分布及使用方法，管脚分布及使用方法， 双电源接法，双电源接法， 实验板结构，实验仪器使用，实验测试步骤。实验板结构，实验仪器使用，实验测试步骤。 3.本次实验需要焊接，必须带电烙铁及本

2、次实验需要焊接，必须带电烙铁及烙铁架烙铁架，可以自备万用表。，可以自备万用表。4.4.实验报告请于第实验报告请于第1414周周三（周周三（6 6月月3 3日）中午日）中午1:00-1:301:00-1:30由负责的同由负责的同学按学按学号排好顺序学号排好顺序整班交至整班交至21A#10621A#106室。过时不候。室。过时不候。晚交视作未交晚交视作未交。12VSTEP2 预习部分基本选题基本选题. 用用LM324实现增益为实现增益为20dB反相比例放大器，最小电阻为反相比例放大器，最小电阻为2k，要求完，要求完成以下内容：成以下内容：2.输入正弦波交流信号，用双踪示波器同时观察输入输出波形，并

3、确定闭环增输入正弦波交流信号，用双踪示波器同时观察输入输出波形，并确定闭环增益益 及输出动态范围。及输出动态范围。3.在线性范围内，测量反相比例放大器的上限截止频率在线性范围内，测量反相比例放大器的上限截止频率 ，并画出幅频特性，并画出幅频特性曲线。曲线。4.测量输入电阻测量输入电阻 。HfiRufA实验书实验书p74 基本选题的任务分析得知，我们需要搭建前面设计好基本选题的任务分析得知，我们需要搭建前面设计好的电路，然后完成以下几个指标的测试，这样才能验证同的电路，然后完成以下几个指标的测试，这样才能验证同学们设计的电路是否正确。学们设计的电路是否正确。（1 1）工作点稳定，即测量静态工作点

4、；）工作点稳定，即测量静态工作点；（2 2）空载时的电压放大倍数）空载时的电压放大倍数Auf;Auf;输出电压动态范围输出电压动态范围UoppUopp；（3 3）上限截止频率）上限截止频率f fH H；（4 4）输入电阻）输入电阻RiRi。认真分析任务，明确测试指标一、实验名称：二、设计任务（实验选题）三、设计过程（含电路图）参考实验设计范例，充分说明电路中各元件参数选择的依据。五、自拟实验步骤在拟定实验步骤的过程中，自拟测量数据记录表格六、预习思考题七、元件表仿真不加分啦，而且仿真之后要处理实验数据，不处理的倒扣分啊标准标准A4A4纸，干净整洁纸，干净整洁预习设计报告格式STEP3 实验室操

5、作部分1.检查元件(5)2.焊接电路(5)3.规范操作（5）4.仪器使用（15）5.测试指标（1）静态工作点测试(10)（2）动态指标：A.空载闭环放大倍数（10）；B.动态范围Vpp（10）C.上限截止频率上限截止频率f fH H（10）D.输入电阻输入电阻Ri(10)Ri(10)6.实验善后(10)操作验收内容通过前两次实验，仪器使用和实验操作都应该已经掌握，所以本次实验应将重点放在运放LM324的使用，然后通过实验的方法加深理论知识的理解。例如1、LM324如何正常工作？2、如何用LM324实现反相比例，电路怎么搭建？3、动态范围与谁有关？4、输入电阻理论值是多少？为什么？ 如图所示器件

6、即为LM324，集成运算放大器。该器件为双列直插（该器件为双列直插（DIP）14脚封装，管脚分别排列脚封装，管脚分别排列在器件两侧，针状的管脚在器件两侧，针状的管脚可以插入可以插入14脚脚IC插座中。插座中。在器件表面会有一个半圆形在器件表面会有一个半圆形的缺口，习惯上把这个凹的缺口，习惯上把这个凹陷放在左手边。陷放在左手边。注意：半圆形的凹陷是标识注意：半圆形的凹陷是标识位，与右侧中间的圆点区位，与右侧中间的圆点区分开。分开。LM324认识元器件认识元器件标识位标识位 LM 324管脚排列如图所示，管脚排列如图所示，将标识位放在左手边，左将标识位放在左手边，左下角为下角为1脚，依次往右为脚，

7、依次往右为2、3、4、5、6、7， 8脚在脚在7脚对面，再依次往左脚对面，再依次往左9、10、11、12、13、14。是一个是一个U字形的排列。字形的排列。 LM324标识位标识位所有双列直插所有双列直插(DIP)封装的集封装的集成电路芯片都是相同的排列成电路芯片都是相同的排列顺序顺序右下图是右下图是LM324各管脚功能各管脚功能认识元器件认识元器件用运放用运放LM324实现实现反相比例放大电路反相比例放大电路LM324LM324内含内含4 4个独立的运放，每个运放都能实现设计要求。个独立的运放，每个运放都能实现设计要求。将设计好的电路（左图），画到右图中将设计好的电路（左图），画到右图中LM

8、324的第的第3个运放上，个运放上，并标出并标出Ui和和Uo的位置。的位置。请考虑采用请考虑采用LM324的其他几个的其他几个运放时，如何连接电路运放时，如何连接电路焊接电路 反相比例放大电路实验板图正面UiUoVcc初识电路板初识电路板正面正面背面背面仔细观察电路板，判断出哪些点是相连的，相当于一个节点；哪些是彼此仔细观察电路板，判断出哪些点是相连的，相当于一个节点；哪些是彼此独立的。利用这个关系，尽量少用导线完成电路焊接。独立的。利用这个关系，尽量少用导线完成电路焊接。若不能判断两个节若不能判断两个节点是相连的还是断开的，用万用表的欧姆档测量两个点间的电阻。点是相连的还是断开的，用万用表的

9、欧姆档测量两个点间的电阻。用白线相连的用白线相连的4个个点相当于点相当于1个节点个节点用白线相连的用白线相连的3个个点相当于点相当于1个节点个节点两个节点是彼此两个节点是彼此独立的。独立的。每个黄框里是每个黄框里是1 1个个LM324LM324的管脚分布区域，只能做运放用；其他区域可视的管脚分布区域，只能做运放用；其他区域可视为公共区域，用来搭建外围电路。为公共区域，用来搭建外围电路。第第3个个LM324第第1个个LM324第第2个个LM324第第4个个LM324电路板说明电路板说明以以LM324LM324芯片中的第芯片中的第1 1个运放为例说明电路的焊接，第个运放为例说明电路的焊接，第2 2

10、、3 3、4 4个运放的个运放的管脚分别参考前面的管脚分布图，实验中教师会管脚分别参考前面的管脚分布图，实验中教师会指定用某个运放指定用某个运放完成完成实验（比如要求用第实验（比如要求用第2 2个运放完成实验），必须按照教师要求做。个运放完成实验），必须按照教师要求做。1脚第脚第1个运个运放输出端放输出端2脚第脚第1个运个运放反相输入放反相输入端端3脚第脚第1个运放个运放同相输入端同相输入端4脚接电源脚接电源+12v11脚接电源脚接电源-12v电路板说明电路板说明反相比例放大器焊接图反相比例放大器焊接图（用（用LM324中第中第1个运放）个运放）请指出焊接电路中，请指出焊接电路中，R1,R2,

11、RF1-2管脚间，管脚间，反馈电阻反馈电阻Rf输入信号输入信号Ui到到2管脚间，电管脚间，电阻阻R111脚接黑导线脚接黑导线接电源接电源-12v4脚接红导线脚接红导线接电源接电源+12v3管脚到地，管脚到地，平衡电阻平衡电阻R2接地，远离接地，远离正负电源，正负电源，避免短路避免短路反相比例放大器焊接图反相比例放大器焊接图（用（用LM324中第中第1个运放）个运放）焊接焊接ok！仪器使用仪器使用ok！问题：运放问题：运放LM324如何能够正常工作？如何能够正常工作？答：需要答：需要双电源供电双电源供电注意：如果正负电源加反，注意：如果正负电源加反，LM324将烧坏，是要扣分滴！将烧坏，是要扣分

12、滴！ 如果正负电源只加了一个，静态是不为如果正负电源只加了一个，静态是不为0滴！滴！ 如果没有共地，运放是不能正常工作滴！如果没有共地，运放是不能正常工作滴！总之，正负电源是否加对，直接决定实验能否做出来。总之，正负电源是否加对，直接决定实验能否做出来。所以，这个很重要。所以，这个很重要。双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12V调节两路直流稳压电源调压钮，调至调节两路直流稳压电源调压钮，调至12V。利用万用表分别测。利用万用表分别测试两路直流稳压电源输出端的电源。试两路直流稳压电源输出端的电源。正确理解图正确理解图2-2所示的所示的+12V和和-12V电源，正确理解电源，正确理解“

13、共地共地”。问题问题1 1：将左图中的：将左图中的ABCDABCD点，分别标到右图的电源接线柱上。点，分别标到右图的电源接线柱上。ABC连接方法一：连接方法一：D双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12VABCDA-主路主路正极正极B-主路主路负极负极C-从路从路正极正极D-从路从路负极负极双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12V连接方法二连接方法二a.将主路的负极、从路的正极和标注将主路的负极、从路的正极和标注GND的端子用短路线接在一起。的端子用短路线接在一起。GND端子是仪器机箱的外壳接地。端子是仪器机箱的外壳接地。双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12

14、Vb.然后将直流稳压电源的中间那个然后将直流稳压电源的中间那个“独立独立/跟踪跟踪”的按键的按键按下，实现按下，实现“跟踪跟踪”功能。功能。这样从路（右路）的电压跟随主路（左路）的电压变化，不管之前从路的电压是这样从路（右路）的电压跟随主路（左路）的电压变化，不管之前从路的电压是多少，在跟踪状态时，从路的电压跟主路电压一致。多少，在跟踪状态时，从路的电压跟主路电压一致。需要说明的是，跟踪状态时，从路显示的电压可能和主路的一致，也有可能需要说明的是，跟踪状态时，从路显示的电压可能和主路的一致，也有可能显示全零。此时，直流稳压电压并未损坏，是一种正常现象。显示全零。此时，直流稳压电压并未损坏，是一

15、种正常现象。双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12Vc.将实验室提供的三根电源线连接到仪器的各端子。红线是电源主路将实验室提供的三根电源线连接到仪器的各端子。红线是电源主路的正极，紫线是电源从路的负极，绿线接公共端。的正极，紫线是电源从路的负极，绿线接公共端。ABCA-主路主路正极正极B-地地C-从路从路正极正极双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12V问题问题2 2： 双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12VA-主路主路正极接正极接4管脚管脚B-接到电路板接到电路板的的“地地”，实，实现现“共地共地”C-从路从路负极接负极接11管脚管脚ABC注意线的颜色！注

16、意线的颜色！双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12V通电观察通电观察。 接上电源之后，观察电路是否有异常现象，如接上电源之后，观察电路是否有异常现象，如集成块冒烟、发烫或有异常气味等，应立即切断电集成块冒烟、发烫或有异常气味等，应立即切断电源，检查电路，排除故障。源，检查电路，排除故障。验证双电源正确加到验证双电源正确加到LM324中中用万用表直流电压用万用表直流电压50v档位测量，红表笔接档位测量，红表笔接4管脚，管脚，黑表笔接地，万用表读数为黑表笔接地，万用表读数为12V。说明。说明4管脚对地管脚对地是是+12v。用万用表直流电压用万用表直流电压50v档位测量，红表笔接地，黑档

17、位测量，红表笔接地，黑表笔接表笔接11管脚，万用表读数为管脚，万用表读数为12V。说明。说明11管脚对管脚对地是地是-12v。验证双电源正确加到验证双电源正确加到LM324中中一切准备就绪，开始完成测量指标，进入学习状态。一切准备就绪，开始完成测量指标，进入学习状态。 静态工作点静态工作点的测量的测量 -输入信号输入信号Ui=0时的输出时的输出Uo。（理论值是（理论值是0）。）。如何做到如何做到Ui=0？用白色的导线将输入端与用白色的导线将输入端与“地地”点相连。点相连。用万用表测用万用表测量量1管脚输出管脚输出端端Uo ，电压，电压为为0v。1.测量静态工作点测量静态工作点如果用万用表测量如

18、果用万用表测量1管脚输出端电压为管脚输出端电压为+12v，说明，说明11管脚的管脚的负压没有加进去，若为负压没有加进去，若为-12v，则是，则是4管脚的正压没有加进去。管脚的正压没有加进去。检查检查+-12V电源连接线是否接反。电源连接线是否接反。1.测量静态工作点测量静态工作点请参照实验教材请参照实验教材P170页方法判断页方法判断运放好坏。运放好坏。从这次实验开始，请大家要开始自己设计实验了。从这次实验开始，请大家要开始自己设计实验了。根据以前学到的知识：根据以前学到的知识：1.自行自行设计测量电压放大倍数的步骤。设计测量电压放大倍数的步骤。2.自行自行决定输入信号大小决定输入信号大小3.

19、自行自行判断测量数据是否准确。判断测量数据是否准确。2、闭环电压增益、闭环电压增益思考：思考：1 1、请在图中标出输入、请在图中标出输入UiUi，输出，输出UoUo的位置。的位置。 2、函数信号发生器的红黑夹子分别夹在什么位置。、函数信号发生器的红黑夹子分别夹在什么位置。 3、用示波器第、用示波器第1路观察输入信号，用第路观察输入信号，用第2路观察输出信路观察输出信 号，红黑夹子都分别夹在什么位置。号，红黑夹子都分别夹在什么位置。 4、“共地共地”如何实现？如何实现？ 5、输入信号应该多大？、输入信号应该多大？2、闭环电压增益、闭环电压增益增大输入电压，观察输出波形出现临界失真时，确增大输入电

20、压，观察输出波形出现临界失真时，确定输出动态范围为定输出动态范围为22.6Vpp。注意思考动态范围和注意思考动态范围和以前测量的以前测量的Uomax之间关系之间关系。3、输出动态范围、输出动态范围动态范围反映放大电路的动态范围反映放大电路的什么特征？理论计算公式什么特征？理论计算公式是多少？是多少？左图中为了大家能够正确左图中为了大家能够正确理解失真，给大家提供的理解失真，给大家提供的是失真波形，但是测量时是失真波形，但是测量时是不能失真的。是不能失真的。3、输出动态范围、输出动态范围其实，动态范围就是运算其实，动态范围就是运算放大器所能提供的最大输放大器所能提供的最大输出不失真电压，也就是我

21、出不失真电压，也就是我们以前常说的们以前常说的Uomax。但是一般来说，运算放大但是一般来说，运算放大器都是双电源供电，所以器都是双电源供电，所以动态范围是正半周的动态范围是正半周的最大最大输出不失真电压最大值输出不失真电压最大值Uom+,加上负半周的加上负半周的最大最大输出不失真电压最大值输出不失真电压最大值Uom-，也就是，也就是Uopp。最大输出不失真电压最大值最大输出不失真电压最大值-一句话里面有两个最大含义不一样，不要搞糊涂了一句话里面有两个最大含义不一样，不要搞糊涂了图图a 输出电压幅度输出电压幅度图图b 上限频率上限频率5.2*0.707上限上限频率频率左图是左图是200Hz20

22、0Hz中低频段的输入输出电压波形，输入电压峰峰值为中低频段的输入输出电压波形，输入电压峰峰值为528mV528mV，输出电压峰峰值为，输出电压峰峰值为5.32V5.32V。右图即为增大频率时，输出电压峰峰值降为右图即为增大频率时，输出电压峰峰值降为5.325.32* *0.707=3.76V0.707=3.76V左右。对应的上限频率为左右。对应的上限频率为35.09kHz35.09kHz这样测量的结果对吗？答：不对！这样测量的结果对吗？答：不对！4、上限截止频率、上限截止频率注意：在整个测量过程中，都要保证输出波形不失真！注意：在整个测量过程中，都要保证输出波形不失真！图图a 输出电压幅度输出

23、电压幅度图图b 上限频率上限频率1030*0.707上限上限频率频率正确的测量方法是降低输入信号的幅度，重新测量上限截正确的测量方法是降低输入信号的幅度，重新测量上限截止频率。止频率。提醒：由于输入信号比较小，同学需仔细手动调节示波器提醒：由于输入信号比较小，同学需仔细手动调节示波器水平、垂直方向旋钮，只用水平、垂直方向旋钮，只用“AUTOAUTO”键可能看不到波形。键可能看不到波形。右图中还能看到，输入输出波形不再是差右图中还能看到，输入输出波形不再是差1801800 0，输出波形滞，输出波形滞后了。为什么？理论值应该是多少？请测量出来进行比较。后了。为什么？理论值应该是多少？请测量出来进行

24、比较。4、上限截止频率、上限截止频率 上限截止频率的标准定义是，当放大倍数降低到中低频值的0.707倍所对应的高频频率。 如果输入信号一直保持不变，那么上限截止频率可以简化成测量输出电压降到0.707倍对应的高频频率。 如果输入信号发生改变，就需要计算中频段的电压放大倍数，寻找0.707倍时放大倍数对应的高频频率点了。4、上限截止频率、上限截止频率 在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一个已知电阻在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一个已知电阻 如图所示，在放大电路正常工作的情况下，用如图所示，在放大电路正常工作的情况下，用示波器或示波器或交流交流毫伏表测出毫伏表测出 和和 ，则根据输入电

25、阻的定义可得：，则根据输入电阻的定义可得： SRSUiU信信号号源源被被测测电电路路SRSUiUir/SiiiiSiRSSiUUURRIURUU=10kSR（）5、输入电阻、输入电阻iR示波器上显示的是第示波器上显示的是第1 1路（黄线）测量路（黄线）测量U US S，第，第2 2路（蓝线）路（蓝线）测量测量U Ui i 思考计算得到的思考计算得到的Ri与理论的与理论的输入电阻是否相符？输入电阻是否相符？5、输入电阻、输入电阻iR10SRk的取值应该跟理论值是一个数量级，这里给出只是一个示意。啊，终于都做完啦，去找老师验收。啊，终于都做完啦，去找老师验收。 但是，因为有很多时候同时做完的同学有

26、很多，老师一个人验收不过来，请大家耐心等候。 为了加快速度，请大家把电路状态都调到最开始的闭环电压增益，便于老师验收。 上限截止频率由于加入信号幅度小，不易调节，请先熟练操作。 电阻Rs不要卸下来,不给时间焊，否则输入电阻这个指标不验收了。 请认真理解每一个实验指标的意义，正确完成测量。如果验收一次不过，该项指标认为没有完成，不再验收第2遍了。实验善后恢复实验板。请断开电源，然后将实验板上的 电阻焊下，其他元件不动，只动电阻。关闭各台仪器，整理实验台。补充说明补充说明实验室提供：电阻、导线、焊锡、运放实验室提供：电阻、导线、焊锡、运放LM324， 实验中，指导教师会指定使用实验中，指导教师会指

27、定使用LM324的的1-4运放中运放中 的一个完成实验。（本的一个完成实验。（本ppt是以第是以第1个运放为例个运放为例做的，要求同学其他做的，要求同学其他3个运放也要会用。）个运放也要会用。）（考（考试会考滴，很重要哦！）试会考滴，很重要哦！）实验报告格式一、实验名称二、实验步骤及数据处理与理论数据（理论计算数据、仿真数据）要进行比较，计算误差。三、结果与故障分析 分析实验结果，对实验现象进行总结，分析误差产生原因，说明实验中遇到的故障和解决方法。四、收获与体会 总结本次实验中的经验教训，避免下次实验再发生相同的问题。 实验报告在规定时间内整班上交。 实验报告封皮到邮箱里下载，一定使用提供的

28、封皮模板 手写 将预习设计报告和自查表附在实验报告后面。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。将预习设计报告、原始数据和教师签字放在实验报告的最后。实验报告红包红包1. （10分）分）5.在输出端接入负载在输出端接入负载 ,观察输出电压波形观察输出电压波形的变化，体会的变化，体会“负载能力负载能力”的概念。的概念。红包红包2. （10分）分）6.改变电阻值实现运算为改变电阻值实现运算为 的反相比例放大器，重复的反相比例放大器，重复3测出上限截测出上限截止频率，体会止频率，体会“增益带宽积增益带宽积”的概念。的概念。红包红包3. （10分）分）1.输入可调直流电

29、压，测试电路的电压传输特性，并确定闭环增益输入可调直流电压，测试电路的电压传输特性，并确定闭环增益 及输入及输入输出动态范围。输出动态范围。ufALLL10k1k0.1kRRR，oi100uu 抢红包啦！红包不是白送的，只给有准备的人哦。红包不是白送的，只给有准备的人哦。1、预习报告必须写、预习报告必须写2、红包的仿真必须有、红包的仿真必须有3、预习考核必须通过、预习考核必须通过5.在输出端接入负载在输出端接入负载 ,观察输出电压波形的变化，记录不同负载下的电压观察输出电压波形的变化，记录不同负载下的电压放大倍数，体会放大倍数，体会“负载能力负载能力”的概念。的概念。LLL10k1k0.1kR

30、RR，输出端到输出端到“地地”之间之间的的RL查阅其他的一些参考资查阅其他的一些参考资料来预测一下输出电压料来预测一下输出电压的大小变化，请解释为的大小变化，请解释为什么？什么？红包红包1 1请在实验报告中，明确请在实验报告中，明确说明负载能力到底是什说明负载能力到底是什么意思？么意思？6.改变电阻值实现运算为改变电阻值实现运算为 的反相比例放的反相比例放大器，重复大器，重复2，3测出放大倍数和上限截止频率，体测出放大倍数和上限截止频率，体会会“增益带宽积增益带宽积”的概念。的概念。红包红包2 2思考：改变放大倍数之后，上限截止频率有何变思考：改变放大倍数之后，上限截止频率有何变化？为什么？化？为什么？oi100uu 1.在放大倍数为在放大倍数为10倍时，输入可调直流电压，测试电路倍时，输入可调直流电压，测试电路的电压传输特性，并确定直流闭环增益的电压传输特性，并确定直流闭环增益 及输入输及输入输出动态范围，完成表格出动态范围，完成表格3-2ufA表表3-23-2与实验书上的数据有区别，与实验书上的数据有区别，请按照请按照pptppt上的数据完成预习。上的数据完成预习。问题：表格问