测控电路实验指导

注意：接线时务必封闭电源，接好线检查无误方可翻开电源开关，实验过程中不要使电源连续工作太长时间，免得造成芯片过热烧坏。实验1高共模克制比放大电路――仪器放大器一、实验目的1．进一步认识运算放大电路的应用。2．掌握仪器放大器的调试及丈量方法。二、实验电路原理一般来说，关于丈量放大器，主要要求其放大倍数要高，以便对轻微信号进行放大；其输入阻抗要高，以便减少对轻微信号的影响；其共模克制比要高，以便克制线路上可能串入的共模扰乱。下边介绍两种高共模克制比放大电路：1．两运放仪器放大器来自传感器的信号往常都陪伴着很大的共模电压<包含扰乱电压）。一般采纳差动输入集成运算放大器来克制它，可是一定要求外接电阻完整均衡对称、运算放大器拥有理想特性。不然放大器将有共模偏差输出，其大小既与外接电阻对称精度有关，又与运算放大器自己的共模克制能力有关。一般运算放大器共模克制比可达80dB，而采纳由几个集成运算放大器构成的丈量放大电路，共模克制比可达100～120dB。图5－1所示是由两个运算放大器构成共模抑限制100dB的差动放大电路――两运放仪器放大器。图5－1两运放仪器放大器由电路可得uo1=(1+>ui1,=所以uu－(1+>uo=(1+>i2i1因输入共模电压uic=(ui1+ui2>/2，输入差模电压uid=ui2－ui1,可将上式改写为uu+uo=(1－>ic+(1+>id为了获取零共模增益，上式等号右边第一项一定为零，可取＝＝1/8此时，电路的差动闭环增益为Kd=1+这类电路采纳了两个同相输入的运算放大器，因此拥有极高的输入阻抗。2．三运放仪器放大器在自动控制和非电量系统中，常用各样传感器将非电量<温度、应变、压力等）的变化变换为电压信号，尔后输入系统。但这类电信号的变化特别小<一般只有几毫伏到几十毫伏），所以要将电信号加以放大，有的甚至放大上千倍或上万倍，所以都采纳这类仪表放大电路<如图11-2所示）。电路有两级放大级，第一级由A1、A2构成，他们都是同相输入，输入电阻高，并且由于电路构造对称，可克制零点漂移；第二级由A3构成差动放大电路，它拥有很大的共模克制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。假如R2=R3、R4=R5、R6=R7改变R1的电阻阻值，即可调理放大倍数，而不影响电路的对称性。图5－2三运放仪器放大电路由电路可得由此可得，于是，输入级的输出电压，级运算放大器A1、A2输出之差为其差模增益由此可得，当A1、A2性能一致时，输入级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关，而其共模输出、失调及漂移均在R1两头互相抵消，所以电路拥有优秀的共模克制能力，又不要求外面电阻般配。但为了除去A1、A2偏置电流等的影响，往常取R2=R3。第二级A3构成差分放大电路，外接电阻完整对称。有<R4=R5，R2=R3）电路的总电压放大倍数为2/8此外，这类电路还拥有增益调理能力，调理R1能够改变增益而不影响电路对称性。三运放仪器放大器克制共模成分的能力取决于A3，所以，它的增益常设计为1，即取R4=R5=R6＝R7。并且，要求这四个电阻一定严格般配，以保证电路严格对称。三、实验设施1.RTCLK01测控电路实验箱4.±12V直流电源2.函数信号发生器5.直流电压表3.双踪示波器四、实验内容及步骤1．检查芯片比较如图5－3所示反相放大电路检查芯片。VI=0.1V、R1=10kΩ、Rf=100kΩ、R2=10kΩ，丈量VO的幅值。2．μA741芯片检查无误后，实验电路如图5－1、5－2仪器放大器，令f=1kHz，VI1=VI2=0V，用数字万用表丈量VO1=VO2=VO。3．丈量共模电压放大倍数单端输入，vI=5mV，f=1kHz的输入信号，丈量输出电压vO的值。4．丈量差模电压放大倍数双端输入，v=5mV，f=1kHz的输入信号，丈量输出电压v的值。IO五、报告要求1．计算仪器放大器的放大倍数AV的值与理论值比较。2．掌握仪器放大器的应用范围。六、预习要求复习仪器放大器的工作原理，推导出AV的计算关系式。认识仪器放大器在精细丈量和控制系统中的应用范围。实验2、幅度调制与解调实验、认识幅度调制解调的原理与方法。2、掌握用集成模拟乘法器构成调幅的方法。3、掌握用开关式原理实现相敏检波的方法。4、认识开关式原理实现相敏检波的主要指标、检波效率及波形失真。二、实验原理3/8调幅与检波原理简述调幅就是用低频调制信去控制高频振荡<载波）的幅度，使高频振荡的幅度呈调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中拿出低频信号。振幅调制信号按其不一样频谱构造分为一般调幅信号<AM），克制载波的双边带调制信号<DSB）、克制载波和一个边带的单边带调制信号。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上<比如晶体二极管和晶体三极管），经过非线性变换电路，就能够产生新的频次成分，再利用必定带宽的谐振回路选出所需的频率成分便可实现调幅。集成模拟乘法器调幅的原理开关式相敏检波原理简述：图6—1所示为开关式相乘调制电路用作相敏检波电路。这时在输入端送入图6—2c所示双边带调幅信号，而在V1、V2的栅极输入方波参照信号。由于载波信号的频次远高于调制信号，能够以为载波信号与调幅信号拥有同样的频次。在载波信号uc(参看图6－2b>为正的半周期uc＝“1”，Uc＝“1”，(这里“1”表示高电平，“o”表示低电平>V1导通、V2截止，有信号输出。这里Uc是Uc整形后的方波信号。在Uc为负的半周期，uc＝“0”，Uc＝“0”，V1截止、V2导通，输出为零。输出信号uo的波图6－1开关式相乘调制形如图6－2d所示。经低通滤波器滤除高频重量后获取与调制信号ux(见图a>成正比的输出。从图6－2d中还可看出，当调幅信号us(见图c>与载波信号uc(见图b>同相时，输出信号u。为正。当调幅信号us与载波信号uc反相时，输出信号uo为负。半波相敏检波电路的不足是输出信号的脉动较大，为了减小脉动量需采纳全波相敏检波电路。图e是全波相敏检波输出波形。图6－3是两种开关式全波相敏检波电路。图a中，在Uc＝“1”的半周期，同相输入端被接地，us只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为—l，输出信号u。如图c和图d中实线所示。在Uc＝“0”的半周期，V截止，us同时从同相输入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1。输出信号uo如图c和图d中虚线所示。在图b中，取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2。在Uc=“1”的半周期，V1导通、V2截止，同相输入端被接地，us从反相输入端输入，放大倍数为。在Uc=“0”的半周期，V1截止、V2导通，反相输入端经过R3接地，us从同相输入端输入，放大倍数为。成效与图a同样，实现了全波相敏检波。4/8a>b>c>d>图6－3开关式全波相敏检波电路a>电路图一b>电路图二c>us与Uc同相d>us与Uc反相由于一般调制信号的频次Ω远比载波信号的频次ωc要低，即Ω?ωc，在载波信号的若干个周期范围内，调制信号ux的值变化很小，能够将它当作一个常量。特别是在一些丈量中，被丈量不过在某一值邻近改动。为议论与表达方便起见，常将在载波信号的若干个周期范围内调制信号ux的值看作一个常量，这时调幅信号us为与载波信号<或参照信号）uc或Uc同频信号；ux为正时，us与uc<或Uc）同相；ux为负时，us与uc<或Uc）反相。在图6－3c和d中，就用这类方式表达。四、实验设施、零件与器件1、RTCLK02测控电路实验箱2、信号发生器；3、直流电压表；4、双踪示波器。五、实验内容与步骤在实验箱上找到本次实验的单元电路，比较“幅度调制与解调实验原理图”，熟习元件地点和实质电路布局—-实验线路上部为乘法器MC1496构成的调幅器，下部为开关式全波相敏检波电路。接通＋12V、-12V电源，以及函数信号发生器单元＋12V、-12V电源。对应发光二极管点亮。1、均衡调幅实验<1）当Uc、Ux=0时，测试mc1496各管脚电压，看能否与“附录一”原理部分讲的符合。<2）产生克制载波振幅调制在Uc端<TP101处）fo=32kHz的载波<由函数信号发生及波形变换单元供给，参照实验一：函数信号发生及波形变换电路实验），Ucp-p=1.2V；Ux端<TP102处）输入fo=1KHz信号，使UΩp-p为零，调理可调电阻RP<逆时针调理），使TP103处测试的信号uo=0<此时U4=U1）。渐渐增大UΩp-p<最大峰值为2V，太大会失真），直至出现克制载波的调幅信号5/8出现<用示波器在TP103处测试）。由均衡调幅部分产生的调幅波<Ux=0.3Vp-p，Uc=0.8Vp-p，Uo≈2Vp-p）作为实验相敏检波部分的调幅波输入信号。<3）产生有载波振幅调制信号在步骤<2）的基础上浮理RP<顺时针调理），使输出信号中有载波存在，(如波形失真，可适合减小调制信号幅度>，则输出有载波的振幅调制信号。2、开关式全波相敏检波实验――观察解调输出<1）、由均衡调幅部分产生的克制载波的调幅波<uo）接至相敏检波部分调幅波输入端<us）；未来自“函数信号发生及波形变换”单元的<调理移相电路RW使与调幅波us中的载波成分同相）接至相敏检波部分的载波输入端。<2）、用示波器观察解调器的输出TP107，含有大批的高频成分，接入低通滤波电路C6、C7、R18，观察输出波形，记录其频次和幅度。六、实验报告依据察看结果绘制相应的波形图，并作详尽剖析。实验3集成有源滤波器实验一、实验目的1、认识RC无源和有源滤波器的种类、基本构造及特征2、剖析和对照无源和有源滤波器的滤波特征二、原理说明滤波器是对输入信号的频次拥有选择性的一个二端口网络，它同意某些频次<往常是某个频带范围）的信号经过，而其余频次的信号遇到衰减或克制，这些网络能够由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也能够由RC元件和有源器件构成的有源滤波器，滤波器可分为低通滤波器<LPF）、高通滤波器<HPF）、带通滤波器<BPF）和带阻滤波器<BEF）四种1、低通滤波器低通滤波器是指低频信号能经过而高频信号不可以经过的滤波器，图1<a）、<b）即为典型的二阶无源和有源滤波器原理图（a）(b>无源低通滤波器图1有源低通滤波器2、高通滤波器只需将低通滤波器滤波网络中的电阻、电容交换即可变为高通滤波器，如图2<a）、<b）所示,高通滤波器的性能与低通滤波器相反，其频次响应和低通滤波器是“镜像”关系。6/8(a>(b>无源高通滤波器图2有源高通滤波器3、带阻滤波器带阻滤波器是在必定的频次范围内信号不可以经过<或遇到很大的衰减），而在其它范围内信号都能顺利经过。常用在抗扰乱设施中。典型原理图为3<a）、(b>所示<a）(b>无源带阻滤波器图3有源带阻滤波器4、带通滤波器这类滤波电路的作用是只同意在必定通频带范围内的信号经过，而比通频带下限频次低或比上限频次高的信号都被阻断。典型电路的原理图如4(a>、(b>所示(a)(b>无源带通滤波器图4有源带通滤波器三、实验设施序号名称型号与规格数目备注1函数信号发生器1RTXH-2扫频电源或自备2双踪示波器1自备3滤波器电路1RTXH-1或RTXH-2面包箱或RTXH01四、实验内容及步骤1）二阶低通滤波器无源低通滤波器第一计算此中心频次。实验电路如图1(a>所示，函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端，调理信号发生器，令其输出为U1=1V的正弦波，改变频次，使其在中心频次左边和右边变化,并保持U1=1V不变，丈量输出电压U2,记入表1-1(a>中。表1-1<a）f(Hz>7/8U2(V>②、有源低通滤波器实验电路如图1(b>所示重复上边的实验步骤，记入表1-1(b>中表1-1<b）f(Hz>U2(V>2）二阶高通滤波器实验电路如图2<a）、<b）,重复上边二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。3）二阶带阻滤波器实验电路如图3<a）、<b）,重复上边二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。4）二阶带通滤波器实验电路如图4<a）、<b）,重复上边二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。五、预习要求）为使实验能顺利进行，做到成竹在胸，课