实验3比例放大电路的设计和调试(最终版)

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。 没有通过考试的同学本次实验预习成绩为没有通过考试的同学本次实验预习成绩为0。 考试内容：实验板结构，实验仪器使用，实验测试步骤；考试内容：实验板结构，实验仪器使用，实验测试步骤； 重点考察重点考察 双电源接法，双电源接法，4个运放的使用。个运

2、放的使用。3.本次实验需要焊接，必须带电烙铁及本次实验需要焊接，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。 必须准备镊子。必须准备镊子。12V一、一、实验内容和预习报告实验内容和预习报告二、认识元器件二、认识元器件三、三、LM324反相比例放大电路反相比例放大电路四、四、LM324基本选题基本选题A的测试的测试五、五、LM324基本选题基本选题B的测试的测试六、六、LM324基本选题基本选题C的测试的测试七、实验报告七、实验报告实验内容实验内容：基本选题基本选题A.用用LM324构成反相比例放大器，最小电阻为构成反相比例放大器，最小电阻为2k，要求完成以下内容：，要求完成以

3、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 。基本选题基本选题B.用用LM324构成反相比例放大器，最小电阻为构成反相比例放大器，最小电阻为2k，要求完成以下内容：，要求完成以下内容：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

4、负载能力”的概念。的概念。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。基本选题基本选题C.用用LM324构成反相比例放大器，最小电阻为构成反相比例放大器，最小电阻为2k，要求完成以下内容，要求完成以下内容1.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。HfiRufALLL10k1k0.1kRRR，oi100uu 一、实验内容和预习报告ufA选题内容：选题内

5、容：选题选题A：基本选题：基本选题A选题选题B：基本选题：基本选题A +基本选题基本选题B选题选题C：基本选题：基本选题A +基本选题基本选题B +基本选题基本选题C 根据上述选题内容，完成各类数据指标的测试。根据上述选题内容，完成各类数据指标的测试。一、实验内容和预习报告一、实验名称：一、实验名称：二、设计任务（实验选题）二、设计任务（实验选题）三、设计原理及过程（含电路图）三、设计原理及过程（含电路图）参考实验范例，充分说明电路中各元件参数选参考实验范例，充分说明电路中各元件参数选择的依据。择的依据。四、仿真验证（部分实验）四、仿真验证（部分实验）要对实验选题中的所有实验指标均完成验证。要

6、对实验选题中的所有实验指标均完成验证。五、自拟实验步骤五、自拟实验步骤在拟定实验步骤的过程中，自拟测量数据记录在拟定实验步骤的过程中，自拟测量数据记录表格表格六、预习思考题六、预习思考题七、元件表七、元件表 预习报告预习报告一、实验内容和预习报告一、实验内容和预习报告一、实验内容和预习报告二、二、认识元器件认识元器件三、三、LM324反相比例放大电路反相比例放大电路四、四、LM324基本选题基本选题A的测试的测试五、五、LM324基本选题基本选题B的测试的测试六、六、LM324基本选题基本选题C的测试的测试七、实验报告七、实验报告 如图所示器件即为LM324，集成运算放大器。该器件为双列直插（

7、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。LM324二、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，依次往右为2、3、4、5、6、7， 8脚在脚在7脚对面，

8、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标识位标识位二、认识元器件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一、实验内容和预习报告一、实验内容和预习报告二、认识元器件二、认识元器件三、三、LM324反相比例放大电路反相比例放大电路四、四、LM324基本选题基本选题A的测试的测试五、五、LM324基本选题基本选题B的测试的测试六、六、LM324基本选题基本选题C的测试的测试七、实验报告七、实验报告三、三、LM324反

9、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LM324的第的第1个运放上，个运放上，并标出并标出Ui和和Uo的位置。的位置。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LM324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. 请自己依此类推，搞定其他位置的运放。请自己依此类推，搞定其他位置的运放。一、实验内容和预习报告一、实验内容和预习报告二、认识元器件二、认识元器件三、三、LM32

10、4反相比例放大电路反相比例放大电路四、四、LM324基本选题基本选题A的测试的测试五、五、LM324基本选题基本选题B的测试的测试六、六、LM324基本选题基本选题C的测试的测试七、实验报告七、实验报告四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试（一）初步认识电路板（一）初步认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

11、量两个点间的电阻。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。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个节点个节点用红线相连的用红线相连的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。（一）初步认识电路板（一）初步认识电路板四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试第第3个个LM3

12、24第第1个个LM324第第2个个LM324第第4个个LM324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、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

13、脚接电源脚接电源-12v（一）初步认识电路板（一）初步认识电路板四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试（二）反相比例放大器焊接图（用（二）反相比例放大器焊接图（用LM324中第中第1个运放）个运放）1-2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，避免短路避免短路四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试（三）测量步骤（三）测

14、量步骤注意：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四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试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

15、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“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四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试ABCDA-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

16、的外壳接地。端子是仪器机箱的外壳接地。b.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

17、零。此时，直流稳压电压并未损坏，是一种正常现象。可以用万用表确认一下。可以用万用表确认一下。c.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-从路从路正极正极四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试问题问题2 2： 双电源如何加到双电源如何加到LM324中？中？12V四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试A-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“

18、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！注意线的颜色！四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试通电观察通电观察。 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。四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试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

19、。说明。说明4管脚对地管脚对地是是+12v。四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试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，红表笔接地，黑档位测量，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。四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试1 1、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

20、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。四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试1 1、静态工作点静态工作点的测量。的测量。如果用万用表测量如果用万用表测量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。如果是其他值，如果是其他值，则是因为静态测则是因为静态测量输入端接地没量输入端接地没有接好。有接好。(1)(1)利用信号发生器利用信号发生器( (如图所示）为待测电路输入端提供输如图所示）为待测电路输入端提供输入信号入信号Ui。输入信号使

21、用正弦波，频率为。输入信号使用正弦波，频率为200Hz，信号，信号幅度是幅度是0.5 VPP 。四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试VrmsVppmVppmVrms2交流闭环增益及输出动态范围交流闭环增益及输出动态范围问题：问题：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。两个红色两个红色“鳄

22、鱼鳄鱼夹夹”，分别是函数，分别是函数信号发生器与示波信号发生器与示波器第器第1路路1管脚输出端，管脚输出端，红色红色“鳄鱼夹鳄鱼夹”是示波器第是示波器第2路路“共地共地”4个黑色个黑色“鳄鱼夹鳄鱼夹”都是都是“地地”，分别是电源分别是电源的的“地地”线，线，函数信号发函数信号发生器的生器的“地地”线，和示波线，和示波器的两路器的两路“地地”线。线。(2)正确的接法正确的接法如图所示。如图所示。“鳄鱼夹鳄鱼夹”在连接的时都要红正黑负。在连接的时都要红正黑负。所有地线都要夹在一起，称为所有地线都要夹在一起，称为“共地共地”UiUo四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试（3）在示波器上同时观

23、察输入输出波形）在示波器上同时观察输入输出波形用示波器的第用示波器的第1路（黄线）显示输入，第路（黄线）显示输入，第2路（蓝线）显示输路（蓝线）显示输出，可以看出输入输出波形反相，读数可以算出出，可以看出输入输出波形反相，读数可以算出故，闭环增益满足设计要求。故，闭环增益满足设计要求。oufi5.32=10.0750.528UAU注意：输入信号幅度太注意：输入信号幅度太小，示波器检测不出来。小，示波器检测不出来。一般一般100mV以下就不行以下就不行了。了。四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试（4）输出动态范围）输出动态范围增大输入电压，观察输出波形出现失真时，确定输增大输入电压，观

24、察输出波形出现失真时，确定输出动态范围为出动态范围为22.6Vpp。3、幅频特性幅频特性（测量上限频率）（测量上限频率）在输入信号幅度不变情况下，在输入信号幅度不变情况下，增加输入信号的频率增加输入信号的频率，使，使放大倍数（或者输出电压）降为中频段的放大倍数（或者输出电压）降为中频段的0.707倍，此倍，此时输入信号的频率即是时输入信号的频率即是上限上限频率。频率。如果在高频段，输出信号的波形失真，该如何解决？原如果在高频段，输出信号的波形失真，该如何解决？原因是什么？因是什么？答：是输入信号的幅度太大，降低输入信号幅度。答：是输入信号的幅度太大，降低输入信号幅度。注意：在整个测量过程中，都

25、要保证输出波形不失注意：在整个测量过程中，都要保证输出波形不失真。！真。！四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试图图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上限上限频率频率四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试左图是左图是200Hz200Hz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

26、。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！注意：在整个测量过程中，都要保证输出波形不失！注意：在整个测量过程中，都要保证输出波形不失！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1030*0.707上限上限频率频率四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试正确的测量方法是将输入信号的幅度降低到峰峰值为正确的测量方法是将输入信号的幅度降低到峰峰值为0.1Vpp0.1Vpp，重新测量上限截止频率。，重新测量上限截止频率。提醒：由于提醒：由于0.1Vpp0.1Vpp信信号比较小，同学需仔细调节示

27、波器调幅、调频旋钮，只号比较小，同学需仔细调节示波器调幅、调频旋钮，只用用“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，输出波形滞后了。滞后了。4、输入电阻输入电阻 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，用示波器或交流如图所示，在放大电路正常工作的情况下，用示波器或交流毫伏表测出毫伏表测出 和和 ，则根据输入电阻的定义可得：，则根据输入电阻的定义可得： 四、 LM324基本选题基本选

28、题A的测试的测试SRiRSUiU信信号号源源被被测测电电路路SRSUiUir/SiiiiSiRSSiUUURRIURUU=10kSR（）仪器的接法仪器的接法四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试RSUSUi四、 LM324基本选题基本选题A的测试的测试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 US=2.02VUi=384mV/384102.34k2020 384SiiiiSiRSSiUUURRIURUU思考这个计算得到的思考这个计算得到的Ri与与理论的输入电阻是否相符？理论的输入电阻是否相符

29、？问题：信号发生器的幅度应该是多少？答：问题：信号发生器的幅度应该是多少？答：1Vpp1Vpp以上。因为以上。因为信号加小了，信号加小了，UiUi在示波器上可能读不出来。在示波器上可能读不出来。一、实验内容和预习报告一、实验内容和预习报告二、认识元器件二、认识元器件三、三、LM324反相比例放大电路反相比例放大电路四、四、LM324基本选题基本选题A的测试的测试五、五、LM324基本选题基本选题B的测试的测试六、六、LM324基本选题基本选题C的测试的测试七、实验报告七、实验报告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

30、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。五、 LM324基本选题基本选题B的测试的测试LLL10k1k0.1kRRR，输出端到输出端到“地地”之间之间的的RL测试方法参测试方法参见基本选题见基本选题A的交流闭环的交流闭环增益增益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？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3测出上限截止频率，体会测出上限截止频率，体会“增益带宽积增益带宽积”的概念。的概念。五、 LM324基本选题基本

31、选题B的测试的测试把把Rf换成大换成大10倍的电阻倍的电阻测试方法参测试方法参见基本选题见基本选题A的上限截止的上限截止频率。频率。思考：改变思考：改变放大倍数之放大倍数之后，上限截后，上限截止频率有何止频率有何变化？变化？oi100uu 重新计算重新计算R2并更换并更换一、实验内容和预习报告一、实验内容和预习报告二、认识元器件二、认识元器件三、三、LM324反相比例放大电路反相比例放大电路四、四、LM324基本选题基本选题A的测试的测试五、五、LM324基本选题基本选题B的测试的测试六、六、LM324基本选题基本选题C的测试的测试七、实验报告七、实验报告1.输入可调直流电压，测试电路的电压传

32、输特性，并确输入可调直流电压，测试电路的电压传输特性，并确定闭环增益定闭环增益 及输入输出动态范围，完成表格及输入输出动态范围，完成表格3-2五、 LM324基本选题基本选题C的测试的测试ufA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：表格问题：表格3-2中要求输出直流电压值，如何中要求输出直流电压值，如何实现？实现？答案：用两个电阻一个电位器构成分压电路来实现。答案：用两个电阻一个电位器构成分压电路来实现。电路图如下：电路图如下：五、 LM324基本选题基本选题C的测试的测试Ui五、 LM324基本选题基本选题B的测试的测试R4右图为原理图，左图为实际右图为原理图，左图为实际焊接的电路，用万用表测量焊接的电路，用万用表测量电位器滑动端电压，调成表电位器滑动端电压，调成表格格3-2中的某个值，比如中的某个值，比如+2V。然后将电位器的滑动端接入然后将电位器的滑动端接入Ui。R3RPUi如图用白色导线将分如图用白色导线将分压电路和压电路和R1连上，将连上，将直流电压送入输入端。直流电压送入输入端。用万用表再次测量电用万用表再次测量电位器滑动端电压，位器滑动端电压， 问问题：电压还会是题：电压还会是+2V吗？为什么？吗？为什么？答：不是，电压值变答：不是