模拟电子技术实训教程 教学课件 ppt 作者 金惠平 第五章

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1、,5.1 实训一 集成比例求和运算电路 一、实训目的 1、 掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能 2、 学习集成运算放大器主要性能指标的测试方法 二、实训原理 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。 基本运算电路 1)反相比例运算电路 电路如图5.1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为,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 R2R1 / RF。,图5.1 反相比例运算电路 图5.2 反相加法运算电路,2)反相加法电

2、路 电路如图5.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 3)同相比例运算电路 图5.3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为,当R1时，UOUi，即得到如图5.3(b)所示的电压跟随器。图中R2RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10K， RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。,(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图5.3 同相比例运算电路,三、 实训仪器与设备 （）双踪四迹示波器 YB4320 台 （）低频信号发生器 XD7S 台 （）双路稳压电源 WYK302B2 台 （）晶体管毫伏表 DA16 台 （）数字式（或指针式）万用表 块 （）集成运算放

3、大器A7411 电阻器、电容器若干。 四、 实训内容与步骤,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 1) 按图5.1连接实验电路，接通12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。 2) 输入f 100Hz，Ui0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察U0和Ui的相位关系，记入表5.1。,表5.1 Ui0.5V，f100Hz,2、同相比例运算电路 1) 按图5.3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表5.2。 2) 将图5.3(a)中的R1断开，得图5.3(b)电路重复内容1)。 表5.2 Ui0

4、.5V f1000Hz,3、反相加法运算电路 按图5.2连接实验电路。调零和消振。 2) 输入信号采用直流信号，图5.4所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表5.3。,图5.4 简易可调直流信号源,表5.3,五、实训报告与要求 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。 六、思考题 1、将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。 2、在反相加法器

5、中，如Ui1 和Ui2 均采用直流信号，并选定Ui21V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(12V)时，Ui1的大小不应超过多少伏？ 3、为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？,5.2 实训二 集成积分和微分电路 一、 实训目的 1、学会用运算放大器组成积分微分电路 2、理解积分微分电路的特点及性能 二、 实训原理 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。,图5.4 积分运算电路 图5.5 微分运算电路 1、积分运算电路 反相积分电路如图5.4所示。在理想化条件下，输出电压Uo等

6、于 式中UC(0)是t0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，则,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值。 在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压UC(0)0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号Ui后，只要K2一打开，电容就将被恒

7、流充电，电路也就开始进行积分运算。,2、微分电路 将积分运算电路中的电阻R和C的位置互换，即变成微分运算电路，如图5.5所示。,由图知,(虚地),（虚断）,其中,所以,上式表明输出电压与输入信号电压的微分成比例。RC为微分时间常数，负号表示输出与输入反相。,三、 实训仪器与设备,（）双踪四迹示波器 YB4320 台 （）低频信号发生器 XD7S 台 （）双路稳压电源 WYK302B2 台 （）晶体管毫伏表 DA16 台 （）数字式（或指针式）万用表 块 （）集成运算放大器uA7411 电阻器、电容器若干。 四、实训内容与步骤 1、 实训积分电路（电路如图5.4所示） （1）取Ui=-1V，断开

8、开关K（开关K用一连线代替，拔出连线一端作为断开），用示波器观察UO的变化。 （2）测量饱和输出电压及有效积分时间。 （3）若图5.4中积分电容改为0.1uF，断开K，Ui分别输入100Hz、幅值为2V的方波和正弦波信号，观察Ui和UO大小及相位关系，并记录波形。,（4）改变图5.4电路的频率，观察Ui和UO的相位，幅值关系。 2、 微分电路 实训电路如图5.5所示。 （1）输入正弦波信号，f=160Hz，有效值为1V，用示波器观察Ui和UO的波形，并测量输出电压。 （2）改变正弦波频率（20400Hz），观察Ui和UO的相位、幅值变化情况并记录。 （3）输入方波，f =300Hz，U=5V，

9、用示波器观察UO的波形；按上述步骤重复实验。,3、积分微分电路 实训电路入图5.6所示。,图5.6 积分微分电路,（1）在Ui输入f=200Hz，U=5V的方波信号，用示波器观察Ui和UO的波形并记录。 （2）将f改为500Hz，重复上述实验。,五、实训报告要求 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。,六、 思考题,1、分析图5.4电路，若输入正弦波UO与Ui相位差为多少？当输入信号为100Hz，有效值为2V时，UO=？ 2、分析图5.5电路，若输入方波，UO与Ui相位差为多少？当输

10、入信号为160Hz，幅值为1V时，输出UO=？,5.3 实训三 集成有源滤波器 一、实训目的 1、 熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、 高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、 学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实训原理 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通过，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(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图5.7所示。,图5.7 四种

11、滤波电路的幅频特性示意图,具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。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。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。 如图5.7（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。 图5.7（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 电路性能

12、参数 二阶低通滤波器的通带增益,图5.8 二阶低通滤波器,截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。,2、高通滤波器（HPF） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。,图5.9 二阶高通滤波器,只要将图5.8低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图5.9(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH分析方法，不难求得HPF的幅频特性。 电路性能参数AUP、fO、Q各量的函义同二阶低通滤波器。 图5.9（b）为二阶高通滤

13、波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。 3、 带通滤波器（BPF） 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图5.10（a）所示。 电路性能参数 通带增益,图5.10 二阶带通滤波器,中心频率 通带宽度,选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。 4、带阻滤波器（BEF） 如图5.11（a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余

14、频率范围，信号则能顺利通过。 在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。 电路性能参数 通带增益 中心频率,带阻宽度 选择性 三、实训仪器与设备 （）双踪四迹示波器 YB4320 台 （）低频信号发生器 XD7S 台 （）双路稳压电源 WYK302B2 台 （）晶体管毫伏表 DA16 台 （）数字式（或指针式）万用表 块 （）频率计 （）集成运算放大器A7411 电阻器、电容器若干。,四、实验内容与步骤 1、 二阶低通滤波器 实验电路如图5.8(a) （1）粗测：接通12V电源。Ui 接函数信号发生器，令其输出为Ui1V的正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，

15、用示波器或交流毫伏表观察输出电压幅度的变化是否具备低通特性，如不具备，应排除电路故障。 （2）在输出波形不失真的条件下，选取适当幅度的正弦输入信号，在维持输入信号幅度不变的情况下，逐点改变输入信号频率。测量输出电压，记入表5.4中，描绘频率特性曲线。 表5.4,2、二阶高通滤波器 实验电路如图5.9(a) （1）粗测：输入Ui1V正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，观察电路是否具备高通特性。 （2）测绘高通滤波器的幅频特性曲线，记入表5.5。 表5.5,3 带通滤波器 实验电路如图5.10(a)，测量其频率特性。记入表5.6。 (1) 实测电路的中心频率fO (2) 以实测中心频率为中心，测绘电路的幅频特性,表5.6,4、 带阻滤波器 实验电路如图5.11(a)所示。 (1) 实测电路的中心频率f0 (2) 测绘电路的幅频特性，记入表5.7。,表5.7,五、实训报告与要求 1、 整理实验数据，画出各电路实测的幅频特性。 2、 根据实验曲线，计算截止频率、中心频率，带宽及品质因数。 3、 总结有源滤波电路的特性 六、思考题 1、 分析图5.8、5.9、5.10、5.11所示电路，写出它们的增益特性表达式。