模电实验教案实验

课程教案课程名称： 模拟电子技术实验任课教师：何淑珍所属院部：电气与信息工程学院教学班级：自动化1301-02教学时间：2014 2015学年第二学期湖南工学院课程基本信息课程 名称模拟电子技术实验课程代码G0490194总计：16 学时 讲课：学时实验：16 学时 上机：学时课程设计：周学分1类别必修课（2）选修课（）理论课（）实验课（2 ）任课 教师何淑珍职称讲师授课 对象专业班级：自动化1301-02共2个班课程简介（不 超过 1000 字）本课程是电类专业学生的一门实践必修课。本课程的目的是使学生掌握模拟电路方面的基本实验技术和实验方法，培养学生的基本技能、设计性综合能力、创新能力和计 算机应用能力，提高学生在模拟电子方面分析问题和解决问题的能力，把学生培养成爱 思考、爱实验、敢实验、会实验，善于将理论知识和实践结合的高素质硬件人才。课程主要实验内容有：单管共射极放大电路实验；负反馈放大电路的仿真；基本运算电路的设计与测试；功率放大器的仿真；RC有源低通和带阻滤波器的设计；RC正弦振荡器的设计与调试；方波、三角波发生器的设计和半导体直流稳压电源的设计与测试 共八个实验。本课程为考查课程，分优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。成绩根据课堂 实验和实验报告情况评定。基本 教材 和主 要参 考资 料教材：曹才开主编电路与电子技术头验，中南大学出版社，2009.11参考书：1. 康华光主编，电子技术基础（模拟部分）（第五版），高等教育出版社，2006.052. 曹才开主编，电工电子技术实验，清华大学出版社，2007.08湖南工学院教案用纸1实验一单管共射放大电路的研究一、本次实验主要内容按要求连接实验电路，调试静态工作点，测量电压放大倍数、输入电阻、输出 电阻，分析静态工作点对输出波形失真的影响。二、教学目的与要求学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响；掌 握放大器各性能指标及最大不失真输出电压的测试方法；熟悉常用电子仪器及模拟 电路实验设备的使用。三、教学重点难点1、静态工作点调试；2、输入电阻、输出电阻的测量。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸4实验一单管共射放大电路的研究（验证性）1. 实验目的（1）学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响;（2）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的 测试方法；（3）熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。2. 实验设备与器材实验所用设备与器材见表1.1。表1.1 实验1的设备与器材序号名称型号与规格数量备注1实验台1台2双踪示波器1台3交流毫伏表1只4万用表1只5晶体管1只6电阻若十7电容若干3. 实验电路与说明实验电路如图1.1所示，为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻 RE,以稳定放大器的静 态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号 Ui后，在放大器的输出端便可得到一个 与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号U0，从而实现了电压放大。安装电路时，要 注意电解电容极性、直流电源正负极和信号源的极性。图1.1共射极单管放大器实验电路 (以实验的实际电路参数为准 )4. 实验内容与步骤(1) 电路安装 安装之前先检查各元器件的参数是否正确，区分三极管的三个电极，并记 录其3值。 根据图1.1连接电路。电路连接完毕后，应认真检查连线是否正确、牢固。(2) 测试静态工作点 电路安装完毕经检查无误后，首先将直流稳压电源调到12V，接通直流电源 前，先将Rp调至最大， 函数信号发生器输出旋钮旋至零，再接通直流电源，调节Rp, 使lc = 2.0mA (即Ve = 2.0V)。 测试电路的静态工作点，并将数据记录在表1.2中。表1.2静态工作点的测量Rb2=测试内容Vcc NVbq /VVbeq NVceq NIcq /mA测量值理论计算值(3) 测量电路动态性能指标 将信号发生器的输出信号调到 频率为1kHz、峰峰值为30 mV左右的正弦波，接 到放大电路输入端，然后用示波器观察输出信号的波形。在整个实验过程中，要保证 输出信号不产生失真。如输出信号产生失真，可适当减小输入信号的幅度。 用双踪示波器观察uo和ui的相位关系，用示波器测量下述二种情况下的 Uo值，并记录在表1.3中表1.3电路动态性能指标的测量测试不接负载(Rl=接上负载(RL=5.1kQ)内容Us/mVUi/mVUo/VUs/mVUi/mVUo/V测量值(4) 观察静态工作点对输出波形失真的影响置Rc= 2kQ, Rl = 5.1kQ, u= 0,调节Rp使1= 2.0mA，测出Uce值，再逐步加大 输入信号，使输出电压uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小Rw,使波形出现失真，绘出uo的波形，并测出失真情况下的Ic和Uce值，记入 表1.4中。每次测Ic和Uce值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。表1.4静态工作点对波形影响观测Rc = 2k QRl = 5.1k QUi= mVIc/mAUce/VU0波形失真情况管子工作状态2.05. 实验总结与分析(1) 用理论分析方法计算出电路的静态工作点，填入表1.2中，再与测量值进行比 较，并分析误差的原因。(2) 根据实验数据计算出不接负载时对输入电压 Ui的电压放大倍数和对信号源Us 的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。并与理论计算值进行比较，分析产生误差的 原因。(3) 回答以下问题： 放大电路所接负载电阻发生变化时，对电路的电压放大倍数有何影响？怎样用测量信号电压的方法来测量放大电路的输入电阻和输出电阻？湖南工学院教案用纸教学后记:湖南工学院教案用纸6实验二 负反馈放大电路的仿真（验证性）一、本次实验主要内容对无反馈基本放大电路的动态性能指标和负反馈放大器的动态性能指标进行仿 真测试。二、教学目的与要求加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器性能的影响，掌握负 反馈放大器性能的测试方法。三、教学重点难点1、由负反馈放大电路如何获得对应的基本放大电路；2、放大电路各项动态性能指标的测试。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸11实验二 负反馈放大电路的仿真 （验证性）1. 实验目的（1）加深理解放大电路中引入负反馈的方法;（2）研究负反馈对放大器性能的影响；（3）掌握负反馈放大器性能的测试方法。2. 实验设备与器材电脑一台（仿真软件 EWB5.0或multisim）3. 实验电路与说明由于晶体管的参数会随着环境温度改变而改变，不仅放大器的工作点、放大倍 数不稳定，还存在失真、干扰等问题。为改善放大器的这些性能，常常在放大器中 加入负反馈环节。负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用，虽然它使放大器的放大倍数降低，但 能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小 非线性失真和展宽通频带等。根据输出端取样方式和输入端连接方式的不同，可以把负反馈放大器分成四种 基本组态：电流串联负反馈、电压串联负反馈、电流并联负反馈、电压并联负反馈。图2.1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过Rf把输出电压uo引回到输入端，加在晶体管T1的发射极上，在发射极电阻 Rf1上形成反馈电压uf。根据反馈的判断法可知，它属于 电压串联负反馈图2.1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器（参数以实验电路为准）主要性能指标如下:（1）闭环电压放大倍数（闭环增益）AvfAv1 AvFv其中：Av Uo/Ui，基本放大器（无反馈）的电压增益，即开环增益。1 AvFv，反馈深度，其大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。（2）反馈系数厂 UfRfiF v U o Rf Rf i（3）输入电阻Rif （1 AvFv）Ri式中：Ri为基本放大器的输入电阻（4）输出电阻RofRo/（1 AvoFv）式中：Ro为基本放大器的输出电阻，Avo为基本放大器空载时的电压放大倍数本实验需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器 呢？不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈信号作用，但又要把反馈网络的影 响（即负载效应）考虑到基本放大器中去。为此：（1）在绘制基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放 大器的输出端交流短路，即令Uo 0，此时Rf相当于并联在Rf1上。（2）在绘制基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需要将反馈送至放大器的连接处（T1的射极）开路，此时（Rf Rf1）相当于并接在输出端。 根据上述规律，就可以得到所要求的如图3.2所示的基本放大器。4. 实验内容与步骤（1）启动EWB，绘制并保存图2.1所示电路。（2）测试静态工作点电路经检查无误后，用直流电压（流）表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入 表2.1中。表2.1静态工作点测量数据Ubq/VUeq/VUcq/V第一级第二级（3）测试负反馈放大器的各项性能指标 将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、幅度为2mV左右的正弦波，接 到负反馈放大器的输入端，然后用示波器观察输出信号的波形。在整个实验过程中， 要保证输出信号不产生失真。如输出信号产生失真，可适当减小输入信号的幅度。 在uo不失真的情况下，用 交流毫伏表测量Us、Ui、U。，记入表2.2中。保 持Us不变，断开负载电阻Rl,测量空载（Rl ）时的输出电压U o记入表2.2 中。（4）测试基本放大器的各项性能指标将实验电路改接为图2.2的基本放大电路。适当减少 Us （约5mV）,在输出 波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的 Auf、Rif和ROf,记入表2.2。保持 US不变，断开负载电阻RL （注意，Rf不要断开），测量空载（Rl ）时的输出 电压U o记入表2.2中。表2.2放大器各项指标测量数据基本放大器US/mVUi/mVUo/V（带负载）U o/V（空载）AuRi/k QRO/kQ负反馈放大器US/mVUi/mVUo/V（带负载）U o/V（空载）AufRif/k QROf/k Q5. 实验总结与分析（1）将基本放大器和负反馈放大器动态性能指标的测量值与理论估算值进行比 较。（2）根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。（3）回答以下问题：湖南工学院教案用纸12湖南工学院教案用纸# 怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把Rf并接在输入和输出端？ 如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？(4)心得体会与其他。图22基本放大器(考虑反馈支路的负载效应)教学后记:湖南工学院教案用纸13实验三 基本运算放大电路的设计与测试（设计性）一、本次实验主要内容用实验室提供的运算放大器等元件构成比例运算电路、加法减法运算电路，微 积分运算电路，并测试设计电路性能。二、教学目的与要求熟悉各种基本运算电路的功能，并学会测试和分析方法。三、教学重点难点1、基本运算放大电路的设计；2、线路中直流电源的连接。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸15实验三 基本运算电路的设计与测试 (设计性)1. 实验目的(1) 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的 功能；(2) 学会上述电路的测试和分析方法。2. 实验设备与器材实验所用设备与器材见表3.1示。表3.1实验三的设备与器材序号名称型号与规格数量备注1实验台1台2双踪示波器1台3交流毫伏表1只4万用表1只5集成运算放大器卩 A7411片6电阻若干7电容若干8连接导线若干3. 实验电路与说明集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部 接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特 定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等 模拟运算电路。基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图3.1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系RfUo厂 UiR为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R2 =R1 / Rf。(2)积分运算电路反相积分电路如图3.5所示。在理想化条件下，输出电压uO(t)等于1tu/t)RC oUidt+Uc(O )式中，uC(O+)是t = 0+时刻电容C两端的电压值，即初始值。如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uc(0+) = 0,贝U1eUdt)OEdt - tR1CR1C即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。显然 RC的数值越大，达到给定的Uo值 所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限湖南工学院教案用纸174. 实验内容与步骤实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路, 否则将会损坏集成块。(1) 反相比例运算电路 按图3.1连接实验电路，接通2V电源，输入端对地短路，进行调零和消 振。 输入f = 100Hz, Uip-p= 0.5V的正弦交流信号，测量相应的 Uo,并用示波器 观 察uo(t)和ui(t)的相位关系，记入表3.2中。表 3.2 Ui p-p= 0.5V，f = 100HzUi/V 1J0/Vui波形uo波形Au实测值计算值(2) 积分运算放大电路实验电路如图3.2所示。取输入信号为方波信号，频率为1KHz,幅值1-2V,观察输输出信号波形，并测 量输出信号周期及幅值。表3.2积分电路测量数据Ui、Uo理论波形Ui、Uo实际波形C=0.1uFC=0.01 uF5. 实验总结与分析(1) 整理实验数据，画出波形图(注意波形间的相位关系)。(2) 将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。(3) 分析讨论实验中出现的现象和问题。(4) 回答以下问题： 在反相加法器中，女口 Ui1和Ui2均采用直流信号，并选定 Ui2二一1V，当 考虑到运算放大器的最大输出幅度(2V)时，丨Ui1丨的大小不应超过多少伏？ 在积分电路中，如 R1 = 100kQ, C= 4.7叮 求时间常数。假设 Ui = 0.5V, 问要使输出电压UO达到5V，需多长时间(设uC(o) = 0)?(5) 心得体会与其他。教学后记：湖南工学院教案用纸18实验四 功率放大器的仿真 （设计性）一、本次实验主要内容连接乙类和甲乙类互补对称功放电路，调试电路消除交越失真并在基本不失真 的前提下尽可能大的输出功率，测试功率放大器的性能参数等进行仿真。二、教学目的与要求进一步理解OCL功率放大器的工作原理；学会 OCL电路的调试及主要性能指 标的测试方法。三、教学重点难点1、最大不失真输出电压及输出功率的测量；2、正确连接电路并调试电路，消除交越失真，。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸22实验四 功率放大器的仿真（设计性）一、实验目的1、学习互补对称功率放大电路输出功率和效率的测量方法。2、观察交越失真现象，理解克服交越失真的方法。3、加深理解乙类和甲乙类互补对称功率放大电路的 工作原理。二、实验设备与器材电脑一台（EWB5.0仿真软件）三、实验内容与方法1、创建实验电路启动EWB创建乙类互补对称功率放大电路如图 4.1所示并保存。图4.1乙类互补对称功率放大电路仿真图I图4.2甲乙类互补对称功率放大电路仿真图2、 观察乙类互补对称功率放大电路如图4.1所示。（1）设置信号发生器：选择1KHz,1V的正弦波。（2）观察交越失真的现象：运行电路，观察比较输入电压和输出电压波形。输 出电压存在明显的交越失真，保存并打印该失真波形。（3）改变信号发生器的信号幅度，观察信号大小对波形失真的影响。3、 观测甲乙类互补对称功率放大电路如图 4.2所示。（1） 将实验电路改接成甲乙类互补对称功率放大电路：将B1和B2断开，A 和B2断开；将B11和B1相连，B22和B2相连。（2）观察交越失真的消除：输入 1KHz,1V的正弦波，运行电路，观察输出波形，保存并打印该波形并与2中（2）结果比较。（3） 调节电位器RP,观察输出电压波形的变化，并分析原因。（4）测量：电压表设置为“ AC ”和测信号发生器输出电流的电流表为“AC”，.运行电路，调节输入信号幅度，使输出电压为最大不失真电压。 将电压表读数计入表4.1中，根据测量结果计算最大不失真输出功率、电源供 给功率和效率，并与理论值进行比较。表4.1测量功率放大电路的性能U Imax/VUomax/VPom/WPV/Wn测量值理论公式理论值VccVcc四、实验结果分析及总结1、用理论分析方法计算最大不失真输出功率、电源供给功率和效率，填入表 1 中，再与测量值进行比较，并分析误差的原因。2、分析总结输入信号大小对交越失真程度的影响及克服交越失真的措施。预习要求1、熟悉有关OCL工作原理部分内容；2、交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？3、电路中电位器RP开路或短路，对电路工作有何影响?4、EWB仿真实验中，如何调节电位器的阻值？5、EWB仿真实验中，示波器应怎样操作？最大输出功率和效率的测试（1）测量最大输出功率Pom如图4.2所示，输入端接入频率为1KHZ的正弦信号ui，输出端用示波器观察 输出电压uo波形。逐渐增大ui，是输出电压达到最大不失真输出，并记入最大不失真输出电压幅值Uomm，则Pom2omm2Rl（2）测量直流电源提供的功率PV及效率n当输出电压为最大不失真输出时，读出串入电源进线的直流毫安表的电流值, 此电流即为直流电流供给的平均电流IdC （有一定误差），由此可近似求得PV U CC 1 dC则PomPv教学后记:实验五RC有源低通和带阻滤波器的设计（设计性）一、本次实验主要内容设计一阶有源低通滤波电路、计算选取电路的各元件参数并调试；设计二阶带 阻滤波电路、计算选取电路的各元件参数并调试。二、教学目的与要求掌握滤波电路频率特性的测量方法和主要参数的调整方法；了解频率特性对信号传输的影响，了解滤波电路的应用；巩固有源滤波电路的理论知识，加深理解滤 波电路的作用。三、教学重点难点1、有源低通滤波器与有源带阻滤波器的工作原理；2、波特图仪的正确使用。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸23实验五RC有源低通与带阻滤波器 (设计性)1. 实验目的(1) 掌握滤波电路频率特性的测量方法和主要参数的调整方法；(2) 了解频率特性对信号传输的影响，了解滤波电路的应用；(3) 巩固有源滤波电路的理论知识，加深理解滤波电路的作用。2. 实验电路与说明有源滤波器是一种重要的信号处理电路，它可以突出有用频段的信号，衰减无 用频段的信号，抑制干扰和噪声信号，达到选频和提高信噪比的目的。实际使用时, 应根据具体情况选择低通、高通、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。3. 实验内容与步骤(1) 一阶有源低通滤波电路一阶有源低通滤波电路如图5.1所示。操作步骤如下: 启动EWB/Multisim，输入并保存图5.1所示电路。 测试准备：输入幅度1V、1kHz的正弦波，运行电路，用示波器观察us、uo湖南工学院教案用纸#湖南工学院教案用纸#的波形，以确保电路正常工作。IN OUT r l .rtzi湖南工学院教案用纸#R1KJ1 LiUKOimW k Ohm/ -阳 El FC%12.2nF湖南工学院教案用纸#湖南工学院教案用纸#图5.1一阶有源低通滤波电路湖南工学院教案用纸27 观测并调整频率特性测量幅频特性：按表5.1要求用波特图仪测量幅频特性，观察电位器RP2和电容大小对截止频率fH的影响，观察电位器RP1大小对低频增益Auf的影响。表5.1测量分析一阶有源低通滤波电路的幅频特性测试条件(Usm=1V)Auf/dBfH/kHzR/k QC/nFRf/k Q测量值理论值测量值理论值9.12.21009.1221009.12.25052.2100观察相频特性：用波特图仪观察相频特性，参数设置参考值为：特性测量选择“Phase”Vertical坐标类型选择“Lin其坐标范围选择起点I为“0终点F为 90 ” Horizontal坐标类型选择“Log”其坐标范围选择起点I为“0.1Hz、”终点F为“10M H艺 观察低通滤波电路对信号传输的影响：输入幅度为 1V的正弦波，观察并比 较信号频率分别为1kHz和10kHz时输出电压uo波形形状、大小的变化。将参数恢 复为图5.1所示，进行观察比较，然后将输入波形改成方波，再进行观察比较，并定性记录波形。 设计一个低频增益Auf为10dB、截止频率fH为1kHz的低通滤波电路。(2) 100Hz二阶带阻滤波电路100Hz二阶带阻滤波电路如图5.2所示。操作步骤如下： 输入并保存图5.2所示电路。 用波特图仪测量幅频特性。a. 测量并记录通带增益和带阻滤波频率。b. 观察改变电阻R或电容C的大小对截止频率的影响。c. 观察电阻Rf的大小对通带增益的影响。 观察干扰信号和带阻滤波电路的滤波效果。a.图5.2中干扰信号ud为0.2V、100Hz的正弦波，有用信号us为1V、10Hz 的正弦波，电路的输入信号ui由这两者叠加而成，因此，对有用信号而言，干扰信号视为高频干扰，用示波器观察这种高频干扰波形的特点，并定性记录波形。然后 运行电路，用示波器比较ui和uo波形，观察带阻滤波电路的滤波效果。c1 & Mkufm1H图5.2100Hz二阶带阻滤波电路b.将有用信号us改为1kHz,这时ud波形为低频干扰波形，用示波器观察其波 形特点，并定性记录波形。然后运行电路，观察带阻滤波效果。 设计一个50Hz二阶带阻滤波电路。4. 实验总结与分析(1) 整理测量记录，分析测量结果。(2) 画出图5.1所示一阶有源低通滤波电路的幅频特性，总结其幅频特性参数的 调节方法。(3) 画出图5.1所示电路输入10kHz方波时的输入、输出波形，并分析输出波形 失真的原因。 画出图5.2所示100Hz二阶带阻滤波电路的幅频特性，总结其幅频特性参数 的调节方法。(5)分别定性画出有高频干扰和低频干扰的波形。教学后记:实验六RC正弦振荡器的设计与调试（设计性）一、本次实验主要内容根据实验室提供器材和设计要求设计一个 RC桥式正弦波振荡器电路；连接电 路、调试电路使之符合设计要求。二、教学目的与要求掌握RC正弦波振荡器的设计方法和调试方法，学会安装调试由分立元件构成 的多级电子电路系统；学会振荡频率的测量方法。三、教学重点难点1、RC正弦波振荡器的设计；2、调试电路获得基本不失真的正弦波输出。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸28湖南工学院教案用纸30实验六RC正弦振荡器的设计与调试 (设计性)、实验目的1、熟悉用集成运放设计信号发生器的方法；2、掌握RC桥式振荡电路元器件的选择和振荡电路的调整测试方法;3、培养独立进行电路设计的能力。二、设计要求与技术指标1、技术指标用集成运放设计一 RC桥式正弦波振荡器：振荡频率在100HZ2KHz内均可(如 160HZ),不要求频率可调；输出波形正负半周对称、无明显失真。AAA,2、设计要求(1) 设计上述电路，确定电路元件参数；(2) 确定调试方案，选择实验仪器；R1(3) 联接电路并调整测试，使电路达到设计要求。3、预习要求(1) 掌握RC桥式振荡电路的工作原理和 各部分元器件的选择；(2) 熟悉RC桥式振荡电路的调试步骤；图6.1实用RC桥式振荡电路三、设计提示1、RC桥式振荡电路设计的一般方法(1)集成运放的选择对运放的选择，除要求输入电阻高、输出电阻低外，最主要的是运放的增益带 宽积应满足如下条件，即Sr满足Au?BW 3fo振荡输出幅度比较大，集成运放工作在大信号状态，因此要求转换速率 该实验选择741单运放即可满足要求oUom(2)选频网络元件值的确定、卄fo、 、卄按照振荡频率 2 RC来选择RC的大小。为了减小集成运放输入阻抗对振荡 频率的影响，应选择较小的 R,但为了减小集成运放输出阻抗对振荡频率的影响， 又希望R大些。通常集成运放的输入电阻均比较大，所以 R可取大些，一般可取几 千欧至几十千欧的电阻。电容 C一般应大于几百皮法，以减小电路寄生电容对振荡 频率的影响，电容过大以至需采用电解电容是不合适的。因此，C可在几百皮法至1微法之间选择。为了提高振荡频率的稳定度，一般选用稳定性较好、精度较高的电 阻和介质损耗较小的电容。（先确定电容C,再计算电阻。如可取 C=0.1微法）（3）负反馈电路元件值的确定负反馈电路元件参数的大小将决定闭环后的增益，各阻值选择应确保起振时放 大电路闭环增益大于3。闭环增益大，起振容易、输出幅度大、但振荡波形容易产 生失真；闭环增益小，输出波形好，但幅度小且容易停振。为了获得稳定的、具有 一定幅度且失真小的振荡波形，通常采用非线性电阻构成负反馈电阻。用图6.1所示电路时，选用稳幅二极管应注意： 从幅度的温度稳定性考虑，宜选用硅二极管； 为了保证正、负半波幅度对称，稳压管 VI、V2的特性应一致。其次，电阻R3越大，负反馈自动调节作用越灵敏、稳幅效果越好；R3减小，波形失真可减小，但稳幅效果会变差，可见选择R3时应两者兼顾。实践证明，R3取几千欧即可（也可通过调试决定）。R1的阻值过大，则流过负反馈电路的电流不足，会使二极管的非线性电阻特性 不明显；但R1的阻值过小，又会使集成运放输出电流过大。一般R1的阻值应在数百欧到数千欧之间选取。当R1、R3阻值确定后，可按：2Rl Rp （2Rl R3）来选取Rp的大小并留有 一定的富裕量。2、RC桥式振荡电路的调试步骤（1）检查线路，应特别注意检查集成运放输出端是否短路，正、负电源是否接 错，确认没有错误后合上直流电源。（2） 用示波器观察输出端电压波形，若没有波形，应调节RP以增大放大电路增益，直至出现振荡波形为止。若有波形，且调节RP时输出波形幅度发生变化， 说明示波器所示波形是正常的振荡波形。（3）若振荡波形严重失真，应先调节 RP减小其阻值或适当减小 R3以减小放 大电路增益。若波形不对称，应检查二极管特性是否相同。（4） 振荡频率的调整。固定电容 C、改变电阻或固定电阻R、改变电容C （串 并联R、C应同步调整），直至振荡频率达到要求时为止。3、输出波形测量用示波器观察输出波形其波形是否满足要求， 并记录输出正弦波的频率和幅值。四、实验报告要求1、画出设计电路图，列出元器件清单；2、写出设计计算过程；3、拟定调试步骤；4、记录有关数据（频率、波形、幅值等）并计算分析频率误差。五、实验思考与总结总结设计与调试体会。附预习建议:1、 自学理论课本9.5、9.6正弦波振荡电路相关内容；2、在上实验课之前设计好电路、选择元件参数，并自行完成仿真实验。教学后记:湖南工学院教案用纸31实验七方波、三角波发生器的设计（设计性）一、本次实验主要内容用集成运放设计一常用的方波 一一三角波产生电路，确定电路方案计算并选择 元器件连接电路、调试。二、教学目的与要求掌握方波、三角波产生电路的设计方法及工作原理；了解集成运放的波形变换 及非线性应用。三、教学重点难点1、方波、三角波信号发生器的设计；2、调试电路，获得基本不失真的方波和三角波输出信号。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸34实验七 方波、三角波发生器的设计(设计性)1. 实验目的(1) 掌握方波一三角波产生电路的设计方法及工作原理。(2) 了解集成运算放大器的波形变换及非线性应用。2. 实验电路与说明(1) 技术指标设计一个用集成运算放大器构成的方波 一三角波产生电路。指标要求如下： 方波。重复频率：500Hz,相对误差5% ;脉冲幅度：(66.5) V 三角波。重复频率：500Hz,相对误差5% ;幅度：1.52V(2) 设计要求 根据指标要求确定电路方案，计算并选取各单元电路的元件参数。 调试测量方波产生电路输出方波的幅度和重复频率，使之满足设计要求； 测量电路输出三角波的幅度和重复频率，并检查是否满足设计要求。(3) 预习要求 掌握集成运算放大器波形变换与非正弦波产生电路的工作原理。 熟悉其设计和调试方法。(4) 设计电路提示能产生方波(或矩形波)的电路形式很多。如由门电路、集成运算放大器或555 定时器组成的多谐振荡器均能产生矩形波。再经积分电路产生三角波(或锯齿波)。下面仅介绍由集成运算放大器组成的方波 一三角波产生电路。 简单的方波一三角波产生电路R图7.1简单的方波一三角波产生电路图7.1所示是由集成运算放大器组成的反相输入施密特触发器（即迟滞比较强） 构成的多谐振荡器，RC积分电路起反馈及延迟作用，电容上的电压 uC即是它的输 入电压，近似于三角波，这是一种简单的方波 一三角波产生电路，其特点是结构简 单，但输出三角波的线性度差。该电路的有关计算公式为：振荡周期：2RCIn 12R,R2(7.1)湖南工学院教案用纸#湖南工学院教案用纸#输出三角波uc的幅度:Vcm(7.2)湖南工学院教案用纸#湖南工学院教案用纸36输出方波UO的幅度:(7.3) 常用的方波一三角波产生电路CA/W图7.2 常用的方波一三角波产生电路图7.2所示是由集成运算放大器组成的一种常用的方波一三角波产生电路。图中运算放大器A1与电阻R1、R2构成同相输入施密特触发器（即迟滞比较器）。运 算放大器A2与RC构成积分电路，二者形成闭合回路。在 A2的输出端得到线性较好的三角波，A1输出端信号为方波。（Uo1为方波；U02为三角波）由图7.2不难分析该电路的有关计算公式为: 振荡周期：4RiRCR2(7.4)输出方波uoi的幅度:(7.5)输出三角波UO2的幅度:R1Vo2mVz(7.6)R2（5）元件参数确定与元件选择 选择集成运算放大器由于方波的前后沿与用作开关器件的 A1的转换速率SR有关，因此当输出方波 的重复频率较高时，集成运算放大器 A1应选用高速运算放大器，一般要求选用通 用型运放即可。集成运算放大器 A2的选择原则是：为了减小积分误差，应选用输 入失调参数小，开环增益高、输入电阻高、开环带宽较宽的运算放大器。 选择稳压二极管DZ稳压二极管DZ的作用是限制和确定方波的幅度，因此要根据设计所要求的方 波幅度来选择稳压管的稳定电压 VZ。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的 对称性有关，为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的双向稳压管（如2DW7 型）。R3为稳压管的限流电阻，其值由所选用的稳压管的稳定电流决定。 确定正反馈回路电阻R1与R2图7.1或图7.2所示电路中，R1与R2的比值决定了运算放大器 A1的触发翻转 电平（即上、下门槛电压），也就是决定了三角波的输出幅度。因此根据设计所要求 的三角波输出幅度，由式（7.2）或式（7.5）可以确定R1与R2的阻值。 确定积分时间常数RC积分元件R、C的参数值应根据方波和三角波所要求的重复频率来确定。当正 反馈回路电阻R1与R2的阻值确定之后，再选取电容 C值，由式（7.1）或式（7.4） 求得Ro3. 实验内容与步骤(1) 根据设计要求和实验室所提供器材，确定原理电路并选定元器件参数。(2) 按设计电路接线，(3) 调试电路，并记录相应实验数据4. 实验总结与分析(1) 实验报告要求 设计电路图。 元件参数的确定和元器件的选择。 记录并整理实验数据，画出输出电压 uO的波形(标出幅值、周期、相位关 系)，分析实验结果，得出相应结论。 将实验得到的振荡频率、输出电压的幅值分别与理论计算值进行比较，分析产生误差的原因。(2) 思考与总结 若要求输出占空比可调的矩形脉冲，电路应如何设计？ 总结设计与调试体会。教学后记:湖南工学院教案用纸37实验八 半导体直流稳压电源的设计与测试（综合性）一、本次实验主要内容根据设计要求分别进行变压、整流、滤波、稳压电路的设计，并测试对应电路 的性能指标。二、教学目的与要求熟悉单相桥式整流、电容滤波电路的特性；掌握串联型晶体管稳压电源主要技 术指标的测试方法。三、教学重点难点1、各单元电路的设计；2、各单元电路性能指标测试，。四、教学方法和手段课堂讲授、操作、讨论；五、作业与习题布置完成实验报告湖南工学院教案用纸40实验八 半导体直流稳压电源的设计与测试(综合性)1. 实验目的(1) 熟悉单相桥式整流、电容滤波电路的特性；(2) 掌握串联型晶体管稳压电源主要技术指标的测试方法;2. 实验设备与器材实验所用设备与器材见表8.1。表8.1实验八的设备与器材序号名称型号与规格数量备注1实验台SL-1621台2双踪示波器1台3交流毫伏表1台4万用表1只5二极管IN40074只6稳压管CW531只7三端稳压器78091片8电位器200Q/1A1片9电阻若干10电容若干11铝电解电容若干3. 实验电路与说明直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。稳压电源的主要性能指标：(1)输出电压Uo和输出电压调节范围Uo 寫% Uce2)调节Rp可以改变输出电压Uo(2)最大负载电流l0m（3）输出电阻R0输出电阻Ro定义为：当输入电压Ui （指稳压电路输入电压）保持不变，由于 负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即厂UoUo/Uo Ui/Uirl常数l、O人1。（4）稳压系数S稳压系数定义为：U二常数（电压调整率）当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即湖南工学院教案用纸#湖南工学院教案用纸42由于工程上常把电网电压波动 0%做为极限条件，因此也有将此时输出电压的 相对变化厶Uo/Uo做为衡量指标，称为电压调整率。（5）纹波电压输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或 峰值）。4. 实验内容与步骤（1）整流滤波电路测试按图8.1连接实验电路。取可调工频电源电压为16V，作为整流电路输入电压图8.2整流滤波电路 取Rl = 240Q，不加滤波电容，测量直流输出电压 Ul及纹波电压 l，并 用示波器观察U2和ul波形，记入表8.1中。 取Rl= 240Q，C= 470尸，重复内容（1）的要求，记入表8.2中。 取Rl= 120Q，C= 470尸，重复内容（1）的要求，记入表8.2中。表8.2整流滤波电路实验数据U2 = 16V 每次改接电路时，必须切断工频电源。 在观察输出电压UL波形的过程中，Y轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要 再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。(3) 由集成三端稳压器7809构成的稳压电源测试由7809构成的稳压电源如图8.2所示。按图8.2电路接线，检查后接通电源。 测量稳压系数S取lo= 100mA，按表8.3改变整流电路输入电压 U2 (模拟电网电压波动)，分 别测出相应的稳压器输入电压 Ui及输出直流电压Uo,记入表8.3中。 测量输出电阻Ro取U2= 16V，改变负载电阻值，使Io为空载、50mA和100mA，测量相应的Uo值，记入表8.3中。 测量输出纹波电压取U2= 16V , Uo = 12V, lo= 100mA，测量输出纹波电压 Uo,记录之。表8.3稳压电路测试数据lo= 100mA测试值计算值测试值计算值U2/VUi/VUo/VS10/mAU0/VR014S12=空载n16125012R012 =18S23=100R023 =5. 实验总结与分析(1)对表8.2所测结果进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。根据所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻R。(3) 回答以下问题： 在桥式整流电路实验中(见图8.1)，能否用双踪示波器同时观察 U2和UL波形, 为什么？ 为了使稳压电源的输出电压U0= 12V，则其输入电压的最小值 Ulmin应等于多少？交流输入电压U2min又怎样确定？ 怎样提高稳压电源的性能指标(减小 S和R0)?(4) 心得体会与其他。教学后记: