模拟电子技术实验与课程设计样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。东华理工大学自编教材模拟电子技术实验指导书与课程设计编者:刘梅锋李百余朱兆优邓文娟审校:林刚勇东华理工学院电子工程学院二○○六年十月

前言《模拟电子技术》是电类专业重要的基础课,也是非电类工科专业的重要学习内容。模拟电子技术是一门实践性很强的课程,实验是学习电子技术的一个重要环节,它对巩固和加深课堂教学内容、提高学生的实际动手能力和工作技能,培养科学的工作作风具有重要的作用,为今后学好后续课和从事实际技术工作奠定坚实的基础。本门课程实验内容的安排遵循由浅到深、由易到难的规则,考虑不同层次的需要,既有基本测试验证性的内容,又有设计研究性的内容。为提高实验的思想性、科学性和启发性,有些实验只提出设计要求及电路原理简图,由学生自己完成方案的选择、实验步骤的安排和实验结果的表格记录等,充分发挥学生的创造性和主观能动性。本书还编写了基本实验、设计性实验共二十个,还编写了三个模拟电子技术课程设计。每个实验均能够在模拟电路实验系统中完成,学生可根据情况从中选做,实验前由任课老师根据各专业的具体情况和教学内容确定实验项目,选择实验内容。本课程是实践性、技能性和理论性很强的学科,必须理论联系实际,在理论知识的指导下,经过实践逐步加深对电子技术理论的理解,勤思考、多动手,不断地发现问题、分析问题和解决问题,注重自己能力的培养,才能有所收益、有所发展、有所创新。电子技术日新月异,教学改革任重道远,由于水平有限,对书中的错误和缺点恳请读者批评指正,以便今后不断改进。10月17日

目录TOC\o"1-2"\h\z第一部分模拟电子技术实验 2实验一单级放大电路(一) 2实验二单级放大电路(二) 2实验三射极跟随器 2实验四差动放大电路 2实验五积分与微分电路 2实验七RC正弦波振荡器 2实验八LC正弦波振荡电路 2实验九比较器 2实验十波形发生器 2实验十一集成功率放大器 2实验十二整流滤波和并联稳压电路 2实验十三串联稳压电路 2实验十四集成稳压器 2实验十五电流/电压转换电路 2实验十六电压/频率转换电路 2实验十七设计带负反馈的二级放大电路 2实验十八运算放大器的应用设计 2实验十九互补对称功率放大器 2实验二十波形变换电路设计 2第二部分模拟电子技术课程设计 2课题一多级放大电路的设计 2课题二RC有源滤波器的快速设计 2课题三函数发生器 2附录一:《模拟电子技术》课程设计报告撰写要求 2附录二:模拟电路实验系统使用说明 2

第一部分模拟电子技术实验

实验一单级放大电路(一)一、实验目的熟悉电子元器件和模拟电路实验箱,学习基本放大电路的组成。掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响。学习测量放大器Q点和Av方法,了解共射极电路特性。二、实验仪器1．示波器2．信号发生器3．万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求1．三极管及单管放大器工作原理。2．放大器动态和静态的测量方法。四、实验内容及步骤(一)装接电路与简单测量图1－1工作点稳定的放大电路1．判断实验箱上三极管的极性及好坏,测量+12V电源是否正常以及电解电容的极性和好坏。2．按图1-1所示连接电路(注意要关断电源之后再接线),Rp调到电阻最大位置。3．接完后仔细检查,经认真检查后方可通电。(二)静态测量与调整1.改变Rp,记录Ic分别为0.8mA、1.2mA、1.6mA、2mA时三极管V的β值。提示:Ib和Ic的测量和计算方法测Ib和Ic一般可用间接测量法,即经过测Vc和Vb,Rc和Rb计算出Ib和Ic(注意:图1－1中Ib为支路电流)。此法虽不直观,但操作比较简单,建议初学者采用。直接测量法,即将微安表和毫安表直接串联在基极(集电极)中测量。此法直观,但操作不当容易损坏仪器和仪表。不建议初学者采用。

测量Rb时应关断电源,并断开Rp的下端。2.调整静态工作点,调RP使Ve=1.8V(或使Uce=5~6V),计算并填表1.1.表1.１实测计算Ube(v)Uce(v)Rb(kΩ)Ib(μA)Ic(mA)(三)动态研究按图1－2所示电路接线,调整Q点(方法同前)。图1－2小信号放大电路将信号发生器的输出信号调到f＝1KHz,UP-P为500mV,接至放大电路的A点,经过R1、R2衰减(100倍),Ui点得到5mV的小信号,观察Ui和Uo端波形,并比较相位,填表1.2。信号频率不变,逐渐加大信号幅度,观察Vo不失真时的最大值并填入表1.2表1.2实测实测计算估算Ui(mv)Uo(v)AuAu五、实验报告记录全部的实验测量结果及波形。结合电路理论知识,计算单级放大电路的电压放大倍数,并与实际测量值进行比较,分析误差结果、产生误差的原因及改进办法或方案。按实验内容和测量要求详细写出实验报告。

实验二单级放大电路(二)实验目的学习测量放大器ri、r0的方法、观察放大器的非线性失真,了解共射极电路特性。学习放大电路的动态性能。二、实验仪器1．示波器2．信号发生器3．万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求三极管及单管放大器工作原理。放大器动态和静态的测量方法。四、实验内容及步骤1．输入电阻测量按图1-1接线。如图2-1,在输入端串接一个5.1k电阻Rs,测量Us与Ui即可计算riri＝Ui/IbIb＝(US－Ui)/RS则ri＝[Ui/(US-Ui)].RS2．输出电阻测量按图1-1接线。如图2-2,测量有负载和空载时的U0,即可计算出r0,将上述测量及计算结果填入表2.1中。r0＝[(U0-UL)/UL]RL＝(U0/UL-1)RL表2.1测输入电阻(Rs=5.1kΩ)测输出电阻(RL=5.1kΩ)实测计算估算实测计算估算US(mv)Ui(mv)ririU0RL=∞U0RL=ro(kΩ)ro(kΩ)3．按图1-2接线,保持Ui＝5mv不变,放大器接入负载RL,按表2.2中给定不同参数的情况下测量Ui和Uo,并将计算结果填表中。表2.2给定参数实测实测计算估算RCRLUi(mv)Uo(v)AuAu5K15K15K12K22K5K12K2K24．保持Ui＝5mv不变,转动电位器以增大或减小Rp,观察输出端Uo波形的变化,并用万用表测量三极管Vb、Vc、Ve的值,并填入表2.3中。表2.3(注意:如果截止失真不明显可适当增加输入信号的幅度.)Rp5VbVcVe输出波形现象小合适大五、实验报告1.记录全部的实验测量结果及波形。2.结合电路理论知识,计算单级放大电路的输入电阻、输出电阻,并与实际测量值进行比较,分析误差结果、产生误差的原因及改进办法或方案。3.按实验内容和测量要求详细写出的实验报告。

实验三射极跟随器一、实验目的1．掌握射极跟随器的特性和测量方法。2．进一步学习放大器中各项参数的测量方法。二、实验仪器1．示波器2．函数发生器3．万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求1．参照教材有关章节内容,熟悉射极跟随器原理及特点。2．根据图3-1元器件参数,估算静态工作点,画出交、直流负载线。图3-1射极跟随器四、实验内容1．按图3-1电路接线。2．直流工作点的调整。接上电源,将电源开关合上,在B点输入频率f＝1KHz正弦波信号,电路的输出端用示波器观测,重复调节电位器Rp4及信号源的输出幅度,使电路的输出幅度在示波器屏幕上得到一个最大不失真波形,然后断开输入信号,用万用表测量晶体管各极对地的电位,测量的结果即为该放大器静态工作点,将所测数据填入表3-1中。(也可按照前面所学的方法调整Q点.)表3-1Ve(V)Ube(V)Ic(mA)(计算值)测量值3．测量电压放大倍数AV接入负载RL=1KΩ,在B点输入频率为f＝1KHz正弦波信号,调节输入信号幅度(此时电位器Rp4不能再旋动),用示波器观察,在输出最大不失真情况下,测量Ui,UL的值,将所测数据填入表3-2中。表3-2Ui(V)UL(V)Au测量值4．测量输出电阻ro在B点输入频率为f＝1KHz的正弦波信号,幅度Ui＝100mv左右,当断开和接上负载RL＝2.2KΩ时,用示波器观测输出波形,分别测出空载时输出电压Uo(RL＝∞)和有负载输出电压UL(RL＝2.2KΩ)值,则ro=(Uo/UL-1)RL将所测数据填写入表3-3中。表3-3Uo(mV)UL(mV)ro测量值5．测量放大器输入电阻ri(采用换算法)在电路输入端串入一个5.1Ｋ电阻(如图3-1),从Ａ点加入频率为f＝1KHz的正弦信号,用示波器观察输出波形,再分别用示波器测量Ａ点、Ｂ点波形的幅值Us、Ui.则ri=[Ui/(Us-Ui)].Ｒs.将测量数据填写入表3-4中。表3-4US(mV)Ui(mV)ri测量值6．测量射极跟随器的跟随特性在电路的输出端接入负载ＲL＝2.2KΩ,在Ｂ点加入频率为f＝1KHz正弦信号,逐渐增大输入信号幅度Ui,用示波器观测电路的输出端,在保证输出波形不失真的情况下,测出对应的UL值,根据测量结果计算Ａv电压放大倍数。将所测数据填写入表3-5中。表3-512345Ui(mV)UL(mV)Ａu五、实验报告要求1．给出实验原理图,标明实验的元件数值。2．整理实验数据,说明实验中出现的各种现象,得出有关的结论,画出必要的波形曲线。3．将实验结果与理论计算比较,分析产生误差的原因。

实验四差动放大电路一、实验目的1．熟悉差动放大器工作原理2．掌握差动放大器的基本测试方法二、实验仪器1．示波器2．函数发生器3．万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求1．计算图4-1的静态工作点(设rbe=3K,β=100)及电压放大倍数在图4-1基础上画出单端输入和共模输入的电路四、实验内容及步骤差动放大原理实验电路如图4-1所示。图4-1差动放大电路原理图测量静态工作点①调零将输入端短路并接地(即b1-b2短路并接地),接通直流电源,调节电位器Ｒp1使差动放大电路的双端输出电压Uo＝０。②测量静态工作点用万用表测量三个三极管(Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3)各极对地的电压,并填入表4-1中。表4-1Vc1Vc2Vc3Vb1Vb2Vb3Ve1Ve2Ve3实测值(二)测量差模电压放大倍数在输入端加入直流电压信号Vid＝±0.1Ｖ(即Vb1＝0.1V,Vb2＝－0.1V)按表4-2要求,用万用表测量差动放大器单端和双端输出电压并记录,由测量数据计算出单端和双端输出的电压放大倍数。(注意:差动放大器输入的直流电压信号从实验箱OUT1和OUT２上接入,调节电位器可改变直流信号的大小和极性,使OUT1和OUT２分别调为＋0.1V和－0.1V再接入到差动放大器的Ｖb1和Ｖb2输入端。)表4-2(注意:电压放大倍数=输出变化量/输入变化量)测量计算项差模输入测量值计算值Vc1Vc2VoAd1Ad2AdVb1＝0.1VVb2＝－0.1V(三)测量共模电压放大倍数调节好的OUT1和OUT２值不变,将输入端b1、b2短接,先后分别接到信号源OUT1和OUT２上,再分别用万用表测量出差放电路共模输入时的单端和双端输出的电压信号,并填入表4-3中,由测量数据计算出单端和双端输出的电压放大倍数,进一步再计算出共模抑制比CMRR=|Ad/Ac|。表4-3测量计算项共模输入测量值计算值Vc1Vc2VoAc1Ac2AcVb1＝Vb2＝0.1VVb1＝Vb2＝－0.1V(四)测量单端输入差放电路放大倍数1．在图4-1中将b2接地,组成单端输入差动放大器,从b1端输入直流信号Ｖi=±0.1V,用万用表测量差放电路的单端输出和双端输出电压信号,记录并填于表4-4中。根据测量值计算单端输入时单端输出和双端输出的电压放大倍数,并与在双端输入时的单端输出和双端输出的差模电压放大倍数进行比较。2．用信号发生器产生一个幅度Ｖi＝50mV,频率f＝1KHz的正弦波信号加入差动放大器的b1端,b2接地。这时用示波器分别测量记录单端输出和双端输出的电压波形和幅度、频率,填入表4-4中,根据测量值计算单端和双端输出的差模电压放大倍数。表4-4电压值放大倍数AVVC1VC2V0Ad1Ad2Ad直流0.1V直流-0.1V正弦信号50mv/1kHZ(注意:输入交流信号时,用示波器监视Ｖc1,Ｖc2波形,若有失真现象,可适当减小输入电压幅值,使Ｖc1,Ｖc2都不失真。)五、实验报告1．根据实测数据计算图4-1差动放大器的静态工作点,并与预习计算结果相比较。2．整理实验数据,计算各个信号输入时的Ａd,并与计算值相比较。3．计算实验步骤３中Ａc和CMRR值。总结差放电路的性能和特点。实验五积分与微分电路一、实验目的1．学会用运算放大器组成积分微分电路.2．学会积分微分电路的特点及性能。二、实验仪器1．示波器2．函数发生器。3．万用表4．模拟电路实验箱。三、预习要求1．分析图5-1电路,若输入正弦波,其相位差是多少?当输入信号100Hz有效值为2V时,Vo=?2．分析图5-2电路,若输入正弦波,其相位差是多少?当输入信号为160Hz有效值为1V时,输出Vo=?3．拟定实验步骤,做好记录表格。四、实验内容(一)积分电路图5-1积分电路1．实验电路如图5-1所示。先从OUT1调出+1v的直流电压接入电路的输入端,即使Vi＝+1v,合上开关Ｋ,用示波器观察积分电路的输出波形Vo,然后断开开关Ｋ(开关Ｋ用一根导线代替,断开时拔出导线的一端)在示波器上观察输出波形的变化。2．测量饱和输出电压及有效积分时间。3．将图5-1中的积分电容C1改为0.1u,开关Ｋ断开,在积分电路的输入端用信号发生器分别输入一个幅度为2V、频率为100Hz的方波和正弦波,用示波器观察输出信号的幅度大小和输入与输出波形的相位关系,并记录波形。(注意:若因为输入信号含有直流电平而使得输出波形失真,可经过调节信号发生器的直流电平旋钮消除失真.)4．信号发生器的输出幅度不变,改变信号发生器的输出频率,再用示波器观察输出信号的幅度大小和输入与输出波形的相位关系,并记录波形。(二)微分电路实验电路如5-2所示。图5-2微分电路1．用信号发生器输入一个频率为f＝160Hz,有效值为1V的正弦波信号到积分电路的输入端Vi,用示波器观察电路的Vi与Vo波形,并测量输出电压幅度。2．电路连接不变,改变电路输入信号的频率(在20Hz~400Hz之间),用示波器观察Vi和Vo的幅值和波形变化情况并记录。3．用信号发生器输入一个频率为f＝200Hz,峰－峰值为1V的方波信号到积分电路的输入端Vi,按正弦波步骤重复实验,用示波器观察电路的输出波形Vo。(可在Vi端串连一个200Ω左右的电阻消除振荡)(三)积分－微分电路电路如图5-3所示。图5-3积分——微分电路1．用信号发生器输入一个频率为f＝200Hz,峰－峰值为1V的方波信号到积分－微分电路的输入端Vi,用示波器观察Vi和Vo的波形并记录(消除振荡方法同上)2．电路连接不变,将积分－微分电路的输入端的输入的信号Vi频率改为500Hz,再重复上一步的实验。(五)实验报告1．整理实验中的数据及波形,总结积分,微分电路特点。2．比较实验结果与理论计算值,分析误差原因。实验六有源滤波器一、实验目的1．熟悉有源滤波器的电路构成及其特性。2．学会测量有源滤波器的幅频特性。二、实验仪器1．示波器2．函数发生器3.万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求1．实验前预习教材有关滤波器的内容。2．分析图6-1、图6-2、图6-3所示电路的工作原理,写出它们的电压增益特性的表示式。3．计算图6-1、图6-2电路的截止频率和图6-3电路的中心频率。四、实验内(一)低通滤波器实验电路如图6-1所示。其中:反馈电阻RF选用22K电位器,5K7为设定值。图6-1低通滤波器按表6.1内容测量并记录.Vi(v)1111111111频率(Hz)510153060100150200300400Vo(v)表6.1(二)高通滤波器实验电路如图6-2所示图6-2高通滤波器按表6.2内容测量并记录.表6.2Vi(v)1111111111频率(HZ)10203050100130160200300400Vo(V)(三)带阻滤波器实验电路如图6-3所示。1．实测电路的中心频率。2．以实测出的中心频率为中心,逐步上下改变输入信号的频率,测出带阻滤波器电路的幅频特性,自拟表格。图6-3带阻滤波器五、实验报告1．整理实验数据,画出各电路测量出的信号波形曲线,并与计算值对比,分析误差。2．如何构成带通滤波器?试设计一个中心频率为300Hz,带宽为200Hz的带通滤波器。

实验七RC正弦波振荡器一、实验目的1．掌握桥式RC正弦波振荡器的电路构成及工作原理。2．熟悉正弦振荡器的调整、测试方法。3．观察RC参数对振荡频率的影响,学习振荡频率的测定方法。二、实验仪器1．示波器2．函数发生3．万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求1．复习RC桥式振荡器的工作原理。2．完成下列填充题:①如图7-1中,正反馈支路是由组成,这个网络具有特性,要改变振荡频率只要改变或的数值即可。②如图7-1中,RP3和R2组成反馈,其中用来调节放大器的放大倍数,使电路的放大倍数AV≥3。图7-1RC正弦振荡器四、实验内容1．按图7-1接线,调节电位器电阻,使RP4＝R1,RP4的电阻值需预先调好再接入。2．用示波器观察输出电压V0的波形。3．思考:①若电路元件完好,接线正确,电源电压也正常,但测量结果V0＝0,原因何在?应怎么解决?②若在输出端有信号V0,但出现明显失真,原因何在?应如何解决?4．测量输出信号V0的频率f0,并与计算值比较。5．改变振荡频率在模拟电路实验箱上设法使实验电路中的文氏桥电阻R1＝RP4=20k(或者使C1=C2=0.2u)。注意:改变参数前,必须先关断模拟电路实验箱电源开关,检查无误后再接通电源。测f0之前,应适当调节RP3,使输出信号V0无明显失真后,再测频率,并读出V0的幅值。6．测定运算放大器放大电路的闭环电压放大倍数AVf在实验步骤5的基础上,关断实验箱电源,保持RP3值不变,使信号发生器输出的频率与步骤5相同。断开图7-1中的”A”点接线,把低频信号发生器的输出电压接至运放的同相输入端(电路接成如图7-2),调节此输入信号Vi的幅值,使输出信号V0等于步骤5中读出的V0值,再测出此时的输入信号Vi的幅值,即可计算出电压放大倍数Avf＝V0/Vi=————倍。7．自拟详细步骤,测定RC串并联网络的幅频特性曲线。图7-2五、实验报告1．图7-1电路中,哪些参数与振荡频率有关?将振荡频率的实测值与理论估算值比较,分析产生误差的原因。2．总结改变负反馈深度对振荡起振的幅值条件及输出波形的影响。3．完成预习要求第2项内容。4．作出RC振荡器串-并联网络的幅频特性曲线。实验八LC正弦波振荡电路一、实验目的研究LC正弦波振荡电路特性。LC选频放大电路幅频特性。二、实验仪器1．示波器2．函数发生器3．模拟电路实验箱三、预习要求LC电路三点式振荡电路振荡条件及频率计算方法,计算图8所示电路中当电容C分别为0.047u和0.01u时的振荡频率。LC选频放大电路幅频特性。图8四、实验内容测选频放大电路的幅频特性曲线按图8接线,先选电容C为0.01u。调1RP使晶体管V的集电极电压为6V(此时2Rp=0)。调信号源幅度和频率,使f约等于16KHz,Vi=10Vp-p,用示波器监视输出波形,调2RP使失真最小,输出幅度最大,测量此时幅度,计算Au。微调信号源频率(幅度不变)使VOUT最大,并记录此时的f及输出信号幅值。改变信号源频率,使f分别为(f0-2),(f0-1),(f0-0.5),(f0+0.5),(f0+1),(f0+2),(单位:KHz),分别测出相对应频率的输出幅度。将电容C改接为0.047u,重复上述实验步骤。LC振荡电路的研究图8去掉信号源,先将C=0.01接入,断开R2。在不接通B、C两点的情况下,令2RP=0,调1RP使V的集电极电压为6V。(1)振荡频率接通B、C两点,用示波器观察A点波形,调2RP使波形不失真,测量此时振荡频率,并与前面实验的选频放大电路谐振频率比较。将C改为0.047u,重复上述步骤。(2)振荡幅度条件在上述形成稳定振荡的基础上,测量Vb、Vc、Va。求出Au·F值,验证Au·F是否等于1。调2RP,加大负反馈,观察振荡器是否会停振。在恢复的振荡的情况下,在A点分别接入20K、1K5负载电阻,观察输出波形的变化。影响输出波形的因素在输出波形不失真的情况下,调2RP,使2RP为0,即减小负反馈,观察振荡波形的变化。先调1RP使波形不失真,然后调2RP观察振荡波形变化。五、实验报告1．由实验内容1作出选频的|AU|~f曲线。2．记录实验内容2的各步实验现象并解释原因。3．总结负反馈对振荡幅度和波形的影响。分析静态工作点对振荡条件和波形的影响。注:本实验中若无频率计,可由示波器测量周期再进行换算。

实验九比较器一、实验目的1．掌握比较器的电路构成及特点。2．学会测试仪器的方法。二、实验仪器1．示波器2．函数发生器3．万用表4．模拟电路实验箱三、预习要求(一)分析图9-1电路,回答以下问题1．比较器是否要调零?原因何在?2．比较器的两个输入电阻是否要求对称?为什么?3．运算放大器的两个输入端电位差如何估计?(二)分析图9-2电路,估算:1．使比较器输出端输出信号Vo由＋Vom变为－Vom的临界输入值Vi。2．使比较器输出端输出信号Vo由－Vom变为＋Vom的临界输入值Vi。3．若在比较器电路的输入端输入Vi的幅度有效值为1V的正弦波信号,试画出Vi－Vo的对应波形图。(三)分析图9-3电路,估算:1．使比较器输出端输出信号Vo由＋Vom变为－Vom的临界输入值Vi。2．使比较器输出端输出信号Vo由－Vom变为＋Vom的临界输入值Vi。3．若在比较器电路的输入端输入Vi的幅度有效值为1V的正弦波信号,试画出Vi－Vo的对应波形图。(四)按照实验内容准备好记录的表格和记录波形的座标纸。四、实验内容(一)过零比较器电路如图9-1所示。图9-1过零比较器1．按图9-1连线,当输入端Vi悬空时,用万用表测量比较器输出端Vo的电压值。2．从信号发生器中输出正弦波信号接到比较器的输入端Vi,当Vi输入的信号频率为500Hz,有效值为1V的正弦波时,用示波器观察输出端Vi与Vo的波形,并做好记录。3．改变输入Vi的幅值,用示波器观察Vo变化。(二)反相滞回比较器实验电路如图9-2所示。图9-2反相滞回比较器1．按图9-2接线,Vi接DC电压源,测出Vo由＋Vom→－Vom时的临界值。2．同样的,Vi接DC电压源,测出Vo由－Vom→＋Vom的临界值。3．从信号发生器中输出正弦波信号接到比较器的输入端Vi,当Vi输入的信号频率为500Hz,有效值为1V的正弦波时,用示波器观察输出端Vi与Vo的波形,并做好记录。(三)同相滞回比较器实验电路如图9-3所示。图9-3同相滞回比较器1．按图9-3接线,并参照(二)的实验步骤和方法。2．将实验结果与反相滞回比较器的结果相比较。五、实验报告1．整理实验数据和波形。2．分析实验数据结果和误差。3．总结实验原理,说明各种比较器特点。

实验十波形发生器一、实验目的1．掌握波形发生电路的特点和分析方法。2．熟悉波形发生器设计方法。二、实验仪器1．示波器2．万用表3．模拟电路实验箱三、预习要求1．分析图10-1电路的工作原理,定性地画出Vo和Vc的波形。2．若图10-1电路中R1支路的电阻为10K(即Rp4＝０),计算输出信号Vo的频率。3．分析图10-2电路,如何才能使电路输出信号的占空比变大?利用实验箱上元器件画出电路原理图。4．在图10-3电路中,如何才能改变输出信号的频率?设计两种电路实现方案,并画出电路原理图。5．对于图10-4电路中,如何才能实现连续地改变电路的振荡频率?利用实验箱上的元器件,画出电路原理图。四、实验内容(一)方波发生器实验电路如图10-1所示,双向稳压管ZDW一般能稳压在4~6V之间。图10-1方波发生器1．按电路图10-1接线,用示波器观察电路的Vc、Vo波形幅度和频率,并与预习计算值比较。2．分别测出Rp4=0和100K时输出信号的频率和幅值,并与预习计算值相比较。3．要获得更低的频率,应如何选择电路参数?试利用实验箱上的元器件进行实验,并观测信号的变化。(二)占空比可调整的矩形波发生器实验电路如图10-2所示图10-2占空比可调整的矩形波发生器1．按图10-2接线,接通电源,用示波器观察并测量电路的振荡频率、幅值和波形的占空比。2．若要使占空比更大,应如何选择电路参数?用实验验证。(三)三角波发生电路实验电路如图10-3所示。图10-3三角波发生器1．按图10-3接线,用示波器分别观测电路的Vo1及Vo的波形幅度和频率并记录。2．分析如何改变输出波形的频率?按预习方案分别进行实验并记录下波形幅度和频率。(四)锯齿波发生电路实验电路如图10-4所示。图10-4锯齿波发生器1．按图10-4接线,用示波器观测电路的Vo1及Vo的输出信号幅度和频率,并记录。2．按预习时的方案改变锯齿波频率,并测量变化范围。五、实验报告1．画出各实验的波形图。2．画出各实验预习要求的设计方案、电路图,写出实验步骤及结果。3．总结波形发生电路和特点,并回答:波形产生的电路有没有输入端?

实验十一集成功率放大器一、实验目的1．熟悉集成功率放大器的工作特点。2．掌握集成功率放大器的主要性能指标及测量方法。二、实验仪器1．示波器2．函数发生器3．万用表4．元器件:集成功率放大器芯片LM3861片8Ω扬声器1个电解电容10u,220u,47u各1个三、预习要求1．复习集成功率放大器工作原理,对照图11-2分析电路工作原理。2．如图11-1电路中,若VCC＝12V,RL＝8Ω,估算该电路的PCM,PE值。3．阅读实验内容,准备记录数据的表格。图11-1集成功率放大器四、实验内容1．按照图11-1电路,在实验箱上连接好线路,在没加信号时测静态工作电流。2．在输入端接1KHz正弦波信号,用示波器观察输出波形,逐渐增大输入信号的电压幅度,直到出现输出信号失真为止,记录下此时输入和输出信号的电压幅度和波形。3．去掉1脚、8脚之间的10u电容,重复上述实验。4．改变集成功率放大器的电源电压,分别选5V和9V两档接入,再重复上述实验,记录实验结果。四、实验报告1．根据实验测算值,计算各种情况下PCM,PE及η。2．作出电源电压与输出电压,输出功率的关系曲线。图11-2集成功率放大器LM386内部电路

实验十二整流滤波和并联稳压电路一、实验目的:1．熟悉单相半波、全波、全式整流电路工作原理。2．观察了解电容滤波器的作用。3．了解并联稳压电路的组成和工作原理。二、实验仪器:1．示波器2．万用表3．元器件:二极管IN41484个,稳压管1个(可利实验箱上的)电阻3.3K-1/4W和1K-1/4各1个三、实验内容(一)整流电路:实验电路如图12-1和12-2所示。1．半波整流、桥式整流实验电路分别为图12-1,图12-2所示。2．分别连接二种整流电路,用示波器观察V2及VL的波形,并用万用表测量V2,VL的幅值。图12-1半波整流图12-2桥式整流(二)电容滤波电路:实验电路如图12-3所示。图12-3电容滤波电路1．分别用不同的电容接入电路,RL先不接,用示波器观察波形,用万用表的电压挡测VL并记录。 2．接上RL,先用RL＝1KΩ,重复上述1的实验并记录。3．将RL改为150Ω,重复上述1的实验并记录。(三)并联稳压电路:实验电路如图12-4所示图12-4并联稳压电路1．电源输入电压不变,当负载变化时,观测稳压电路的稳压性能。改变负载电阻,使负载电流为IL=5mA,10mA,15mA时,分别用万用表测量出VL,ＶR,ＩL,ＩR,将测量结果填入表12-1中,并计算电源输出电阻Ro。表12-1ＩL(mA)VL(V)ＶR(V)ＩR(mA)1551010152．负载不变,当电源电压变化时,测量电路的稳压性能:用可调的直流电压模拟200V电源电压变化,电路接入前可调电源调到10V,然后再调到8V、9V、11V、12V,按表12-2内容分别测量VL,ＩL,ＩR填于表中,并计算并联稳压电路的稳压系数。

表12-2Vi(V)VL(V)ＩL(mA)ＩR(mA)10891112五、实验报告1．整理实验数据,并按实验内容计算。2．总结整流滤波电路和并联稳压电路的特点。

实验十三串联稳压电路一、实验目的1.掌握晶体管直流稳压电源的调试方法。2.掌握稳定度、内阻和纹波电压的测量方法。实验仪器示波器信号发生器万用表模电实验箱三、实验预习要求1.了解稳压电源的工作原理及其指标的物理意义。2.了解稳压电源的调整步骤和稳定度、动态内阻的测量方法。图13-1串联型稳压电路四、实验内容及方法1.特性指标测量(1)检查无误,接通电源,在空载时调节图13-1电路中的电位器Rp,记录输出电压变化范围。(2)再调节电位器Rp1。使输出电压为6V。(3)接上负载,改变RL,记录Vo～IL关系值。2.质量指标测量测量仪器连接如图13-2所示。(1)稳定度s①使Vi=10V。②调节”被测稳压器”的电位器Rp使输出电压Vo=6V。图13-2图13-2测量s和ro电路③然后改变负载RL,使负载电流固定在某一定值(如IL=80mA)。④调整标准直流稳压器输出,使测量电压差ΔVo=Vo-Vo′(见图13-2)等于零。⑤改变输入电压Vi±10%,测量输出电压差ΔVo,填入表13-1中,求s。表13-表13-1输入电压Vi(V)99.51010.511输出电压差ΔVo(V)

稳定度s

(2)动态内阻ro测量电路同上。表13-2保持图13-2中输入电压Vi为10V,改变负载电流IL,测量输出电压差ΔVo,填入表13-2中,求出ro表13-2

负载电流IL(mA)1020406080100输出电压Vo(V)66-ΔV6-ΔV6-ΔV6-ΔV6-ΔV(3)纹波电压的测量图13-3纹波电压的测量拆去图13-2中标准直流稳压器,接入220V、图13-3纹波电压的测量①把输出电压Vo调到6V,负载电流调为50mA,用晶体管毫伏表测量纹波电压。②保持输入电压Vi为10V,改变负载IL,观察IL变化对纹波电压的影响。六、实验报告1.绘出实验电路图。2.计算出s和ro。七、思考题如何在稳压电源中增添限流或短路保护电路?

实验十四集成稳压器一、实验目的1．了解集成稳压器的特性和使用方法。2．掌握直流稳压电源主要参数测试方法。二、实验仪器1．示波器2．万用表3．元器件:三端稳压器7805和LM317各1个三极管90131个二极管IN41483个电阻、电容若干三、预习要求1．复习教材中直流稳压电源部分关于电源主要参数及测试方法。2．查阅手册,了解实验使用稳压器的主要技术参数。3．计算如图14-6电路中R2的电阻值。估算如图14-3电路中的输出电压范围。4．拟订测试步骤及记录数据的表格。四、实验内容(一)稳压器的测试:实验电路如图14-1所示。图14-1三端稳压器1．测试内容①稳压器的输出电压。②电压调整率。③电流调整率。④纹波电压(峰值)。(二)稳压器性能实验:如图14-1的电路,测试直流稳压电源性能。1．保持稳定输出电压的最小输入电压。2．输出电流最大值及过流保护性能。(三)三端稳压器的灵活应用1．改变输出电压:实验电路如图14-2和图14-3所示。图14-2三端稳压电源图14-3三端稳压电源分别按图14-2和图14-3接线,测量上述电路输出电压及变化范围。2．扩大输出电流:实验电路如图14-4所示。按图14-4连接好电路,用万用表测量输出电流,并与实验内容(二)比较。图14-43．组成恒流源:实验电路如图14-5所示。图14-5按图14-5连接好线路,用万用表测试电路恒流的作用。(四)可调稳压器:实验电路如图14-6所示。图14-6可调稳压器LM317最大可接入电压40V,输出1.2~37V可调,本实验输入电压只加15V。按图接线,用万用表测试:1．电压输出范围。2．VT电压是否随V0ut变化而变化?3．按实验内容(一)测试各项指标。为了方便,可在可调电压的中间值固定电压测五、实验报告1．分析实验结果,计算实验内容(一)的电路各参数。2．画出实验内容(二)的输出保护特性曲线。总结本实验所用的两种三端稳压器的应用方法。

实验十五电流/电压转换电路一、实验任务将4mA~20mA的电流信号转换成±10V的电压信号。要求以4mA为满量程的0%对应-10V,12mA为50%对应0V,20mA为100%对应+10V。二、实验仪器万用表2块(或毫安表一块,电压表一块)三、预习内容按实验箱面版图,设计一个能产生4mA~20mA电流的电流源(提示:利用可调电源317L电路单元串接适当电阻)。画出电路实际接法。分析图15-1电路的工作原理,根据实验箱面板图中元器件参数选择图中元器件参数。设计调试方法和步骤。图15-1电流/电压转换电路四、实验内容按预习内容1接线,并调试好毫安信号源。参照图15-1,按预习设计图接线,并调试。五、实验报告要求整理实验数据,分析电流/电压转换电路的工作原理和变换过程。理论计算电流转换成电压的转换值,并与实验测量值比较,是否存在误差?分析产生误差的原因。本实验电路可改为电压/电流转换电路吗?试分析并画出电路图。按本实验思路设计一个电压/电流转换电路,将±10V电压转换成4mA~20mA电流信号。

实验十六电压/频率转换电路一、实验任务按照图16－1连接电路,该图实际上就是锯齿波发生电路,只不过这里是经过改变输入电压Vi的大小来改变波形频率,从而将电压量转换成频率参量。二、实验仪器示波器万用表三、预习内容1．指出图16－1中电容C的充电和放电回路。2．定性分析用可调电压Vi改变Vo频率的工作原理。电阻R4和R5的阻值如何确定?当要求输出信号幅值为12Vp-p,输入电压值为3V,输出频率为300Hz,计算R4,R5的值。图16-1电压频率转换电路四、实验内容按图16-1接线,用示波器监视Vo波形。按表16-1内容,测量电压——频率转换关系。可先用示波器测量周期,然后再换算成频率。表16-1Vi(V)012345T(ms)F(Hz)五、实验报告要求1．根据实验结果,整理实验数据,画出频率——电压关系曲线2．分析电压/频率转换电路的工作原理和转换过程。

实验十七设计带负反馈的二级放大电路(设计性实验一)一、实验任务1．设计带负反馈的二级放大电路,要求闭环放大倍数在20~100之间。2．测试此放大电路的开环参数和闭环参数。二、实验要求1．设计成开环电路,调整电路接线和电路参数使输出不失真且无振荡,并达到放大倍数要求。2．设计成闭环电路,调整电路接线和电路参数使输出不失真且无振荡,并达到放大倍数要求。3．利用计算机仿真软件分析所设计的电路的可行性,并记录需要的数据。4．测量符合设计要求时开环电路的频率特性(即上限频率和下限频率)。5．测量符合设计要求时闭环电路的频率特性(即上限频率和下限频率)6．将测量值和计算值进行比较,研究负反馈对放大器性能的影响。三、实验提示和原理说明多级放大器的放大倍数存在级联关系,即:Av＝Av1×Av2×…×Avn。负反馈电路能改进失真,因此设计成闭环电路时可采用加入负反馈环节。若保持电路输入信号的幅度不变,逐步增加输入信号的频率,直到示波器上波形的幅度减小为原来的70％,这时得到的信号频率即为放大电路的上限频率fH;逐步减小输入信号的频率,直到示波器上波形的幅度减小为原来的70％,这时得到的信号频率即为放大电路的下限频率fL。四、实验报告1．结合Multisisim1仿真软件设计实验电路原理图,确定电路参数值,理论计算实验电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻、上限频率、下限频率,记录仿真电路图和仿真分析参数。2．设计实验步骤和实验测试数据表格,结合仿真结果,比较实验值与理论值,分析误差原因。3．整理实验数据,作出开环、闭环电路的频率特性曲线,标明上限频率和下限频率。4．根据实验数据,总结负反馈对放大电路的影响。实验十八运算放大器的应用设计(设计性实验二)一、实验任务1．利用运算放大器设计电压跟随器、反相比例放大器、同相比例放大器、比例求和电路等。2．分析和掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。二、实验要求1．设计电压跟随器,并用万用表测量其在一定输入电压下,带负载和不带负载时的输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行误差分析。2．设计反相比例放大器,满足关系式:U0=－10Ui,用万用表测量不同输入电压下的输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行线性度和误差分析。3．设计同相比例放大器,满足关系式:U0=11Ui,用万用表测量不同输入电压下的输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行线性度误差分析。4．设计反相求和放大电路,满足关系式:U0=－(10U1＋10U2),用万用表测量放大器的各输入、输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行误差分析5．设计双端输入求和放大电路,满足关系式:U0=10U2－10U1,二输入端电压各取正、负值的组合,测量放大器各不同的输入、输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行误差分析。6．利用计算机仿真软件分析所设计的电路的可行性,并记录需要的数据。三、实验提示和原理说明运算放大器的理想化条件:开环放大倍数A→∞,输入阻抗ri→∞,输出阻抗ro→0。注意和理解输出端与”＋”、”－”输入端的相位关系。四、实验报告1．结合Multisisim1仿真软件设计出实验电路原理图,确定电路参数值,理论计算电路的放大倍数,并记录仿真电路和仿真分析参数。2．设计实验步骤,总结本实验中五种运算电路的特点及性能。3．设计测试数据表格,分析理论计算与实验结果误差的原因。实验十九互补对称功率放大器(设计性实验三)一、实验任务1．设计一个3~10mW的互补功率放大器电路。2．观察静态工作点对互补功率放大器电路输出电压波形失真的影响。3．分析各元件的作用对电路进行改进,总结功率放大器电路特点和测量方法。二、实验要求1．利用计算机仿真软件分析所设计的电路的可行性,并记录需要的数据。2．采用单电源工作方式。3．调节电路中元件参数,使电路能输出的电压幅度达到最大且基本不失真。4．调节电路中元件参数,电路能得到最大的输出功率,效率能达到70％。5．改进电路,使输出的电压幅度值达到VCC/2。三、实验提示和原理说明互补电路工作原理:如右图所示,考虑到BJT发射结处于正向偏置时才导电,因此当信号处于正半周时,vBE1=vBE2>0,则T2截止,T1承担放大任务,有电流经过负载RL;而当信号处于负半周时,vBE1=vBE2<0,则T1截止,T2承担放大任务,仍有电流经过负载RL;这样,一个在正半周工作,而另一个在负半周工作,两个管子互补对方的不足,从而在负载上得到一个完整的波形,称为互补电路。2．采用单电源原理:当加入信号vi时,在信号的负半周,T1导电,有电流经过负载RL,同时向C充电;在信号的正半周,T2导电,则已充电的电容C起着双电源互补对称电路中电源—VCC的作用,经过负载RL放电。只要选择时间常数RLC足够大(比信号的最长周期还大得多),就能够认为用电容C和一个电源VCC可代替原来的+VCC和—VCC两个电源的作用。3．自举电路工作原理:上图虽然解决了工作点的偏置和稳定问题,但在实际运用中还存在其它方面的问题。如输出电压幅值达不到Vom=VCC/2。在额定输出功率情况下,一般输出级的BJT是处在接近充分利用的状态下工作。例如,当vI为负半周最大值时,iC3最小,vB1接近于+VCC,此时希望T1在接近饱和状态工作,即vCE1=VCES,故K点电位vK=+VCC-VCESVCC。当vi为正半周最大值时,T1截止,T2接近饱和导电,vK=VCES0。因此,负载RL两端得到的交流输出电压幅值Vom=VCC/2。上述情况是理想的。实际上,上图的输出电压幅值达不到Vom=VCC/2,这是因为当vi为负半周时,T1导电,因而iB1增加,由于Rc3上的压降和vBE1的存在,当K点电位向+VCC接近时,T1的基流将受限制而不能增加很多,因而也就限制了T1输向负载的电流,使RL两端得不到足够的电压变化量,致使Vom明显小于VCC/2。如何解决这个矛盾呢?如果把图中D点电位升高,使VD>+VCC,例如将图中D点与+VCC的连线切断,VD由另一电源供给,则问题能够得到解决。一般的办法是在电路中引入电阻和电容等元件组成的所谓自举电路,意思是电路本身把vD提高。四、实验报告1．结合Multisisim1仿真软件,完成互补功率放大器电路的设计,并记录仿真电路图和仿真分析参数。2．设计实验步骤,分析设计电路的可行性,理论计算互补功率放大器的输出电流、输出功率和效率等参数。3．实际测量此电路的各参数,并与理论值比较,分析其误差原因。4．总结功率放大器电路特点及测量方法。

实验二十波形变换电路设计(设计性实验四)一、实验任务设计方波变三角波的变换电路。设计一精密整流电路。设计正弦波变方波的变换电路。二、实验要求利用计算机仿真软件分析所设计的电路的可行性,并记录需要的数据。在方波变三角波变换电路中,适当调节设计电路中的器件参数,使得当输入f＝500Hz、幅值为±8V的方波信号时,能得到不失真的同频率、幅值为±4V的三角波。在精密整流电路中,要求当输入f＝500Hz,有效值为1V的正弦波信号,得到不失真且有效值近似为1V的信号。在正弦波变方波的变换电路中,要求方波幅值为±6V,频率与正弦波相同。三、实验提示熟悉波形变换电路的工作原理及特性。掌握波形变化电路的参数选择和调试方法。四、实验扩展分别改变说设计电路中输入波形频率,观察输出波形变化,如果波形失真应如何调整电路参数?分别改变说设计电路中输入波形频幅值,观察输出波形变化,如果波形失真应如何调整电路参数?将精密整流电路中的输入正弦波改为三角波,输出波形有何变化?五、试验报告结合Multisisim1仿真软件,按实验要求设计电路原理图、整理全部计算结果、实验步骤和表格数据。记录仿真电路图和仿真分析参数。总结波形变化电路的特点。

第二部分模拟电子技术课程设计

课题一 多级放大电路的设计一、设计任务1、设计课题:多级放大电路的设计设计一个阻容耦合三级放大电路,已给条件:vcc=12v,RL=2KΩ,信号源内阻RS=0,管子采用9013(β约为180)。要求技术指标:Auf>20,Au=500～,Rif>10KΩ,Rof<100Ω.2、设计步骤与要求①写出设计预习报告。②根据已知条件及性能指标要求,确定电路及器件(晶体管能够选择硅管或锗管)型号,设置静态工作点,计算电路元件参数。 ③计算所设计的电路,测试性能指标能否达到设计要求。 ④调整修改元件参数值再计算,直到满足放大器性能指标要求。(以上两步要求在进实验室前完成)⑤安装电路,并测试性能指标;调整修改元件参数值,使其满足放大器性能指标要求,将修改后的元件参数值标在设计的电路图上。⑥上述各项完成后,再进行研究与思考,研究内容见后面的”研究与思考题”部分。⑦所有内容完成后,写出课程设计报告,其要求详见附录一。3、仪器设备模电实验箱1台双踪示波器1台低频信号发生器1台万用表1只元器件及工具1套二、测试内容1、进行各级电路的静态和动态计算,完成电路设计(各级静态工作点应能调整);2、完成静态工作点的调整和测量;3、分别测量每一级的Au,Ri,Ro;4、三级连起来测总的Au,Ri,Ro(开环);5、引入负反馈后测Auf,Rif,Rof,观察负反馈对放大电路的影响。经过本课题的设计,要求掌握晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大器基本性能指标的测试方法、负反馈对放大器性能的影响。三、研究与思考题如何使反馈系数可调?如何使开环放大倍数可调?

课题二 RC有源滤波器的快速设计一、设计任务1、设计课题:语音滤波器设计性能指标要求:Δf=fH-fL=3000Hz-300Hz=2700Hz,AV=10,阻带衰减速率为-40dB/10倍频程。2、设计步骤与要求参考课题一。3、仪器设备同课题一。二、滤波器的传输函数与性能参数由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号经过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面,但因受运算放大器频带限制,这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同,可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器,它们的幅度特性如图2.1所示。图2.1具有理想的幅频特性的滤波器是很难实现的,只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的。常见的逼近方法是巴特沃斯(Butterworth)最大平坦响应和切比雪夫(Chebysher)等波动响应。在不允许带内有纹波的应用中,采用巴特沃斯响应的滤波器较好。如果给定阶图2.2数n和带内允许的偏差,采用切比雪夫响应的滤波器较好,因其带阻衰减速率比巴特沃斯响应的要大得多,但切比雪夫滤波器的相频特性比巴特沃斯的要差,如图2.2所示。一般来说,滤波器的幅频特性越好,其相频特性越差,反之亦然。滤波器的阶数n越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC网络的节数越多,元件参数计算越繁琐,电路调试越困难。因为任何高阶的滤波器均能够用较低阶的滤波器级联实现,故本课题主要介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。表2.1列出了二阶有源滤波器的传输函数,它们的幅频特性如图2.1所示。表2.1二阶RC滤波器的传输函数类型传输函数性能参数低通A(s)=AV——通带内的电压增益ωc——低、高通滤波器的截止角频率ω0——带通、带阻滤波器的中心角频率Q——品质因数,Q≈=(当BW<<ω0时)BW——带通、带阻滤波器的带宽高通A(s)=带通A(s)=带阻A(s)=实现表2.1所示传输函数的常见电路有电压控制电压源(VCVS)电路和无限增益多路反馈(MFB)电路。图2.3所示电路为压控电压源电路,其中运算放大器为同相输入接法,图2.3图2.4因此滤波器的输入阻抗很高,输出阻抗很低,滤波器相当于一个电压源,故称这种电路为电压控制电压源电路。其优点是电路性能稳定,增益容易调节。图2.4所示电路为无限增益多路反馈电路,其中运算放大器为反相输入接法,由于放大器的开环增益为无限大,反相输入端可视为虚地,输出端经过C2、R3形成两条反馈支路,故称这种电路为无限增益多路反馈电路。其优点是电路有倒相作用,使用元件少,但增益调节不太方便,对其它性能参数会有影响,其应用范围比VCVS电路要小。三、滤波器的快速设计方法图2.3是二阶压控电压源低通滤波器的电路,其传输函数的表示式为A(S)=(2-1)与表2.1低通滤波器传输函数的通用表示式相比较,可得滤波器性能参数的表示示为ωc2=(2-2)(2-3)AV=1+(2-4)在设计滤波器时,一般给定的性能指标有截止频率fc或截止角频率ωc,带内增益Av,以及滤波器的品质因数Q。对于二阶低通(或高通)滤波器,一般取Q=0.707,因为在截止角频率ωc处的幅频特性较为合适,如图2.5所示。图2.5幅频特性与Q的关系如果仅由ωc、Av及Q这三个数求出图2.3电路中的所有R、C元件的值是相当困难的。一般是先设计一个或几个元件的值,再由式(2-2)~(2-4)建立方程组,求解其它元件参数值,最后经过实验调整修改元件取值。设定的元件参数越多,方程求解越简单,但电路调整越困难。如果只设定一个元件参数,电路的调试最方便,但计算工作将变得相当繁琐,如果利用计算机,即使计算再复杂,也会迎刃而解。现在已经有人完成了这项工作,并将具有巴特沃斯响应、切比雪夫响应的n=2,3,…。8阶各种类型的有源滤波器的电路及其所用的RC元件的值制成设计表。设计人员只需要查表就能得到滤波器的电路及RC元件的值,称这种查表法为有源滤波器的快速设计方法。快速设计方法的应用条件与设计步骤要求给定滤波器的响应(巴特沃斯或切比雪夫),滤波器的电路形成(VCVS或MFB),滤波器的类型(低通、高通、带通、带阻及阶数n),`滤波器的性能参数fc、Av、Q或BW。如滤波器设计表2.2~表2.5所示。其设计步骤如下:根据截止频率fc,从图2.6(a)、(b)、(c)中选定一个电容C的标称值。图2.6截止频率fc,电容C及参数K的对应关系截止频率fc(1~102)Hz截止频率fc(102~104)Hz截止频率fc(104~106)Hz由右式计算参数K K=(2-5)式中,C′是以μF为单位的C值,如C=0.01μF,则C′=0.01。参数K也能够在图2.6选电容C的同时,查对应于fc的K值。从设计表中查出Av对应的电容值及K=1时的电阻值,再将这些电阻值乘以参数K,便可得到滤波器电阻的设计值。实验调整修改电阻值,测量滤波器的性能参数,绘制幅频特性。几点建议①电容C的选定应使 K值不要太大(建议K<10),否则滤波器的电阻值回很大。②电阻的标称值尽可能接近设计值,可适当选用几个电阻串、并联使阻值接近设计值。③尽可能采用金属膜电阻及容差小于10%的电容,不宜采用碳膜电阻及陶瓷圆片电容。注意事项①设计表中的元件标号应与电路的元件标号相一致。②若某项指标偏差较大,应根据设计表中性能参数的表示式,调整修改相应元件的值。③选择滤波器电路形式时可参考设计表中的应用说明。本课题介绍的有源滤波器快速设计方法,具有计算简单、元器件少、电路调整方便等优点。经过学习,要求掌握最基本的二阶滤波器设计方法与性能参数测试技术,并具备设计高阶滤波器的能力。四、研究与思考题1．低通滤波器的调试中,为什么要接调零电位器?用实验说明接入调零电位器后可改进滤波器的哪些性能。2．高通滤波器的上限频率受哪些因素影响?采取什么措施减小这些影响?3．用实验比较压控电压源电路(VCVS)与无限增益多路反馈电路(MFB)在电路的稳定性,性能参数的互相牵制,电路调整等方面的优缺点。4．本课题所介绍的滤波器的快速设计方法与常规设计方法(即先设定几个电阻、电容值再解方程求出其它元件值,然后经过实验调整)相比较,有哪些优越性?

表2.2二阶低通滤波器(巴特沃斯响应)设计表压控电压源(VCVS)电路无限增益多路反馈(MFB)电路电路形式性能参数ωc2=ωc2=AV=1+AV=设计表电路元件值电路元件值增益1246810增益12610R11.4221.1260.8240.6170.5210.462R13.1112.5651.6971.625R25.3992.2501.5372.0512.4292.742R23.1115.13010.18016.252R3开路6.7523.1483.2033.3723.560R34.0723.2924.9774.723R406.7529.44416.01223.60232.038C10.2C0.15C0.05C0.033CC10.33CC2C2C2C2C电阻为参数K=1时的值,单位为kΩ。电阻为参数K=1时的值,单位为kΩ。应用说明增益容易调整,输入阻抗高,输出阻抗低。有倒相作用,输出阻抗低。运放Ri>10(R1+R2),输入端到地要有一直流通路。运放的Ri>10(R3+R1//R2),输入端到地的直流在ωC处,运放的开环增益至少应是滤波器增益的50倍。通路已由R2和R3完成。同相端可接电阻RP,减少失调。由表2.2二阶压控电压源(VCVS)电路的性能参数表示式可见,减小电容C与C1能够升高截止频率而不影响电压增益。

表2.3二阶高通滤波器(巴特沃斯响应)设计表压控电压源(VCVS)电路无限增益多路反馈(MFB)电路电路形式性能参数ωc2=ωc2=AV=1+AV=设计表电路元件值电路元件值增益1246810增益12510R11.1251.8212.5923.1413.5933.985R10.7500.9001.0231.072R22.2511.3910.9770.8060.7050.636R23.3765.62712.37923.634R3开路2.7821.3030.9680.8060.706C1C0.5C0.2CR402.7823.9104.8385.6406.356电阻为参数K=1时的值,单位为kΩ。电阻为参数K=1时的值,单位为kΩ。应用说明要求运放Ri>10R2。同相端接等于R2的电阻可减少失调,微调C或R3、R4的选取要考虑对失调的影响。C1对AV实现调整。在ωC处,运放的开环增益至少应是滤波器增益的50倍。在测二阶高通滤波器幅频特性时,需要注意的是:随着频率升高,信号发生器的输出幅度可能下降,出现滤波器的输入信号Ui与输出信号Uo同时下降的现象。产生的原因是,由于信号源的输出幅度下降引起的,这时应调整Ui使其维持Ui不变。测高频端电压增益时可能出现增益下降的现象,这主要是集成运放的高频响应或截止频率受到限制所引起的。

课题三 函数发生器一、设计任务1、设计课题:方波-三角波-正弦波函数发生器设计已知条件:双运放μA747一只。性能指标要求:频率范围100Hz～1kHz,1kHz～10kHz;输出电压方波UP-P≤24V,三角波UP-P=6V,正弦波UP-P>1V;波形特性尽量好。2、设计步骤与要求参考课题一。3、仪器设备同课题一。二、函数发生器的组成函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件能够是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也能够采用集成电路(如单片函数发生器模块5G8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题介绍由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后经过整形电路将正弦波变成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也能够首先产生三角波-方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题只介绍先产生方波-三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。其电路组成框图如图3.1所示图3.1函数发生器组成框图根据图3.1的组成框图,三角波→正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时,能够有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明,传输特性曲线的表示式为(3-10)(3-11)式中,α=IC/IE≈1;I0——差分放大器的恒定电流;UT——温度的电压当量,当室温为25℃时,UT≈如果Uid为三角波,设表示式为(3-12)式中,Um——三角波的幅度;T——三角波的周期。将式(3-12)代入式(3-10)或(3-11),则(3-13)利用计算机对式(3-13)进行计算,打印输出的IC1(t)或IC2(t)曲线近似于正弦波,则差分放大器的单端输出电压UC1(t)、UC2(t)亦近似于正弦波,从而实现了三角波→正弦波的变换,波形变换过程如图3.2所示。为使输出波形更接近正弦波,由图3.2可见:传输特性曲线越对称,线性区越窄越好;三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图3.2三角波→正弦波变换三、函数发生器的性能指标1、输出波形正弦波、方波、三角波等等。2、频率范围函数发生器的输出频率范围一般分为若干波段,如低频信号发生器的频率范围为:1Hz～10Hz,10Hz～100Hz,