现代电路与系统-实验报告

10【试验目的】

1、使用集成运算放大器设计产生正弦波、方波和三角波。2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测量。【试验要求】11-2kHz左右的波形。2、测试主要的性能指标。【试验原理及电路设计】一、 方案选择本设计要求产生三种不同的波形：正弦波、方波、三角波。实现方案有：产生三角波；方案二，首先产生方波，积分得到三角波，再通过差分放大器产生正弦波；前局部电路调整好了就不会影响后面波形，且电路简洁便利焊接。综合考虑，选择方案一。二、 正弦波振荡电路的工作原理：产生正弦波自激振荡的条件：.Xi”AXoXfF.1-1振荡电路方框图.Xi”AXoXfF.1-1振荡电路方框图络的反响系数。满足自激振荡的条件是：1 1

；幅值条件；相位条件i f

i

”A。i正弦波自激振荡电路的组成局部：〔同相比例放大电路R50K可变电阻调整。阻值5Auf

Auf

的计算公式如下：

A 1 uf R1R50kR5

RR4

A，uf，

=7R5

0kRf

R10k A，4 ，

=2。所以，增益调整范围是2～7倍，但为了满足起振的条件，应调整R5

uf

1，即A >3,则Ruf 5

1-2放大电路局部〔正反响：正反响信号取自U，经选频网络连接至同相比例器的输入端o〔运放的同相输入端，U=U。f +③选频网络〔RC串并联选频网络〕网络，所以其输入电压为U，输出电压为U 。0 f图1-3 RC串并联选频网络通过计算可求出RC串并联选频网络的频率特性，其谐振频率f 0依据电路图的参数，可计算出

1 。2RCf 1 1 1.592KHzo 2RC 21010310109④二极管稳幅电路稳幅原理：反并联二极管的方式。利用二极管的非线性自动调整负反响的强弱来掌握输、D2将交替导通和截止，总有一个处于正向导通状态的二极R4

并联，Af

RR5 DR

,由于二极管正向电阻R随UD D

升而增加，也就是说3

随振幅增大而下降，直到满足振幅平衡条件为止,即fU U R AO D D

1-4正弦信号发生电路3Multisim1-6所示。图图1-5 正弦波起振仿真图1-6稳定之后的正弦波仿真图三、 方波、三角波产生器原理1RC网络组成反响和定时电路。电容充电时，输出波形的正半周，电容放电时，输出波形的负半周。由于充、放电时间一样，所以输出的是方波〔q＝50%〕在有用电路中，将方波发生电路中的RC充、放电回积分电路原理图方波电路原理图路用积分运算电路来取代，滞回比较器和积分电路的输出互为另一个电路的输入，如图1-7所示。其左边为同相输入滞回比较器，右边为积分运算电路。滞回比较器输出为方波，经积分运算电路后变换为三角波。

f R3U4R2R5C1 RU方波幅值为：UO

Z

；三角波幅值为：U

2RzR31-7方波、三角波发生电路原理图2、仿真验证在Multisim中仿真时，可以通过调整R1，从而到达试验要求的频率。软件中的波形窗口1-8、1-9所示。图图1-8方波仿真图1-9三角波仿真图【试验设备及元件】数字型万用表，示波器，直流电源，恒温电烙铁，集成运放uA741，二极管IN4001，电阻电容假设干。【试验调试及结果分析】11-10所示，图1-10 正弦波电路板2、正弦波电路调试结果及试验分析本设计主要调试就在正弦波振荡频率的调整。依据试验原理，调试过程中，只要调图1-10中的可调电位器，即可满足正弦波频率要求。在示波器上显示波形如图1-11所示，频率为1.377kHz，满足试验要求。达不到试验测试的目的。调试过程中，电位器的调整是波形是否失真的打算性因素。图1-11 正弦波波形3、方波、三角波电路焊接实际焊接的电路板如图1-12所示。1-12方波、三角波实际电路图4、方波、三角波电路调试结果及试验分析2.1kHz。电位器能够，对方波的上升和下降时间起到打算作用。图1-13 方波波形1-14三角波波形试验二有源滤波器的制作【试验目的】1、观看有源滤波器的频率响应特性。2、测定带通滤波器的带宽、品质因数及中心频率。3、生疏和把握有源滤波器的频率响应特性。【试验要求】1、将试验一产生的方波进展滤波，得到一样频率的正弦波。2、测试有源滤波器主要性质参数。【试验原理及电路设计】器常常用于抗干扰的设备中，以便接收某一频段带范围内的有效信号，而消退高频段及低频段的干扰和噪声。带通滤波器设计步骤：1、依据传递函数设计。依据对滤波器特性的要求，设计某种类nn阶传递函数分解为几个低阶传递函数的乘积形式；2、电路设计。再依据所设计的传递函数，设计和计算相应的元件参数值；3、电路装配和调试。对整个滤波器电路进展相应的调整和性能测试，检验设计结果。带通滤波器可以由低通滤波器和高通滤波器串联而成。假设低通滤波器的截止频率为f，

f，并且满足H

f fH

，则通频带为fH

fL

L。在有用电路中，带通滤波器电路可以由单个集成运放构成。有源带通滤波器电路原理图如图2-1所示。RR4R3uiR1C1uoUA741R2C22-1有源带通滤波器2-1RR1 2

R，CC1

C时，分析可得电路的传输函数为

1

R 1R30U 0

R 1 f 00

i 120

4

3j3 R R4 4 0其中，0

RC，

π 2πRC。R3

R时上限频率、下限频率分别为4f H 0f 0.618fL 0实际设计的电路图如2-2所示，2-2带通滤波电路原理图CCR组成高通电路，由带通滤波器的电压放大倍数为：AA upu 1jQ(f

f0)f f0其中，Q

1 ,f 1 ,A 1R103A 10U0

2RC U0 R7ff

f (3A )f f

/QQ值越大时，通带放大倍数数值愈大，H L U0 0 0频带愈窄，选频效果就愈好。R10，并可适当调整方波的频率范围，使得滤波器输出不失真1-10所示，之后经过有源滤波器【试验设备及元件】UA7411片，电阻10kΩ3个、kΩ1个、50kΩ1个，电容22nF2个【试验调试及结果分析】12-5所示，2-5有源带通滤波实际电路2、滤波波电路调试结果及试验分析试验中使用的输入信号是试验一中产生的方波信号，调整其频率f0为2.165kHz。通过滤2.146kHz2-6所示，根本满足了试验的要求。调试过程，可以调整电路中的可调电位器，从而保证波形不失真。2-6有源滤波结果【试验目的】

1、学习测量集成运算放大器相关参数的方法。2、学习示波器等仪器的使用。3、对UA741指标的测试，了解运算放大器器件组成的主要参数的定义和表示法〔主要是输入失调电压/失调电流，U ，I的测量。【试验要求】

IO IO1UA741运放的开环增益以及失调电压。2、测试运算放大器的主要参数。【试验原理及电路设计】μA7413-1所示。它是一种八脚双列直插式器件，其引脚定义如下：①、⑤调零端；②反相输入端；①、⑤调零端；②反相输入端；③同相输入端；④电源负极；⑥输出端；⑦电源正极；8UA7417+V65Uo123-V4.图图3-1 μA741引脚⑧⑧空脚。以下为主要参数的测试方法：输入失调电压：be IO一个抱负的运算放大器，当两输入端加上一样的直流电压或直接接地时，其输出端的直流电压应等于零。但由于电路参数的不对称性，输出电压并不为零，这种现象称为运算放大器的零点偏离或失调，为了使放大器的输出端电压回到零，必需在放大器的输入端加上一个UIOUIOUIO主要取决于输入级U的对称性，U一般为±1~10mV。be IO数：RF 5.1KVCCRF 5.1KVCC+12VK1IB17RB2K2UA741IB26UoRB2K3K2415R1 R2 R351 51 5.1KVEE-12V3-2U ，IIO IO测试电路U IO Aod式中：UIo—输入失调电压U —输入为零时的输出电压值ooodA —运算放大器的开环电压放大倍数od本次试验承受的失调电压测试电路如图3-21及K1及

KRB

短接，用万O12用表测量此时的输出电压U 失调电压，则输入失调电压可由下式计算：O12U IOIOIIO

R1R R1

U O1IO当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为IIOOS〔有的资料中使用符号I 。OS

I I I 公式〔3-2〕IO B1 B2B1，B2式中：I I 分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流。B1，B2B1，B2输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于I IB1，B2本身的数值已很小uAnA级3-2所示，测试分两步进展：2 O1 合开关K1及K，测出输出电压U ，如前所述，这是输入失调电压U 2 O1 RBUO2；IIO为：R 1

I IIO

I UB2

U 1 公式〔3-3〕O2 RR R1 F BUoUiAod表示：U A od Uid

A或

20lgUOUid

公式〔3-4〕RR开环增益通常很高，只有在输入电压很小〔几百uV〕时才能保证输出不失真，但在开环UO3-2所示。RR通过 F

RF

实现沟通闭环，外USR1、R2分压，使Uid足够小，以保证运放工作在线性区，电容C为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数： R U

公式〔3-5〕A1

R1 Uo2iod 2i105〔100dB〕左右。50Hz以下，输出信号幅度应较小〔mV级，而且无明显失真。RF 5.1KRF 5.1KVCC+12VCR15.1K774126UoRS100uF1K3UiR251R3514Us1 5÷·UoRW 100KVEEAod的测14电路-12V图3-315电路设计：3-4、3-5所示。图3-4 U,I

测试电路IO IO图3-5 Aod测试电路【试验仪器和元件】元件：UA741芯片、2位拨码开关、电阻假设干。【试验调试及结果分析】1、U,I

3-6所示。IO IO3-6U,I

测试实际电路图2U,I

IO IO测试实际电路调试结果及试验分析IO IOUO1，试验测得3-7(a)所示，所以失调电压为：UIOR5×UO1/(R5R6)=1.68mV。断开两位拨码开关,将输入电阻R1,R2接入两个输入端的输入电路中，测出两个电阻3-7(b)所示。从中扣除输入UIO的影响〔O1=171.9mIO为：≈1.1nA输出失调电压UO1测试结果 (b)输出失调电压UO2测试结果3、Aod测试实际电路如图3-8所示。3-8Aod测试实际电路图4、Aod测试实际电路调试结果及试验分析0V即可。3-9所示。3-9调零结果测开环增益：本试验中，用函数信号发生器输出，频率30Hz、峰-峰幅值10mV的正弦信3-10-峰Uo=10.2V，测得的运放输入电压Ui=122mV。UoUi RUoUiod

R1210.20.122 10.20.1221

51

8444 即:Aod20lg1 51

78.5dB10.20.122 10.20.1223-10Aod测试结果【试验目的】

1、了解数模转换器的根本原理和使用方法。2、了解数字信号掌握模拟信号的根本方法。【试验要求】0～10V0.1V，1A，3、测试主要参数。【试验原理与电路设计】试验原理：1、DAC0832芯片的选择DAC0832芯片主要功能引脚的名称和作用如下：注：D7～D0IOUT1

图4-1DAC0832管脚图8位的数据输入端，D7为最高位。1，当DAC1时，输出电流最大，当DAC存放器中数00。IOUT2

2，IOUT2

IOUT1

的和为一个常数，即IOUT1

＋IOUT2

＝常数。RFBV

反响电阻引出端，DAC0832内部已经有反响电阻，所以RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反响电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它打算0至255的数字量转REF

化出来的模拟量电压值的幅度，V网络相连。

REF

范围为(+10～-10)V。VREFD/A内部T形电阻VccAGNDDGNDILE：CS：WR1：XFER：WR2：Rfb：Vref：

芯片供电电压，范围为(+5~15)V。模拟量地，即模拟电路接地端。数字量地，可与AGND接在一起使用。输入存放器允许，高电平有效。片选信号，低电平有效。写信号1，低电平有效。传送掌握信号，低电平有效。写信号2，低电平有效。是集成在片内的外接运放的反响电阻。基准电压-10~10。当ILE=1,CS=0,WR=D7~D0存入8WR2=FE=0输入存放器中所存内容进入8位DAC存放器并进展D/A转换。当DAC0832外接运放A构成D/A转换电路时，电路输出量V0和输入D7~D0的关系式为：VU REF R (d27d26d20) 公式(4-1)O 28R

f 7 6 0DAC0832输出的是电流，因试验要求制作一个直流稳压电源，所以还必需经过一个外接4-2所示。4-2电流转换电压电路图2、集成运放的选择链接的运放承受具有调零的低噪声高速优质运NE5534。NE5534封装以及接线如以下图4-3所示。Ralance1

COMP/BALIN-2 7

Vcc+IN+3

NE55346

OUTVcc- COMP4 54-3NE5534封装图及外围电路图注：IN-为反相输入端,IN+为同相输入端；OUT为输出端；为平衡输入端,主要作用是,使内部电路的差动放大电路处于平衡状态；COMp/Bal的作用为,通过调整外接电阻,以到达改善放大器的性能和输出电压;;VCC-和Vcc+为正负电源供；电路设计0.1V1A。调整输出级承受D/AD/A