[工学]测控电路实验指导书.doc

实验一 差动放大器实验实验二信号放大电路实验实验三 信号运算电路实验实验四 电压比较器实验实验五 电阻链分相细分实验实验六 幅度调制及解调实验实验七 移相电桥实验实验八 脉宽调制电路实验实验九 调频及鉴频实验实验十 开关电容滤波器实验实验十一 开关式相乘调制及解调实验实验十二 精密全波整流及检波实验实验十三 开关式全波相敏检波实验实验十四 锁相环单元实验实验十五 分频器单元实验实验十六 锁相环应用实验频率合成实验实验十七 可控硅触发调压实验实验一差动放大器实验一、实验目的1加深对差动放大器性能的理解。2学习差动放大器的主要性能指标的测试方法。二、实验原理图1-1是差动放大器的实验电路图。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器Rp用来调节T1，T2管的静态工作点，使得输入信号Ui0时，双端输出电压Uo=0。图1-1差动放大器实验电路图当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻Re，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。1静态工作点的估算典型电路： （认为UB1=UB20）；IC1=IC2=IE恒流源电路： ；2差模电压放大倍数和共模电压放大倍数当差动放大器的射极电阻RE足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。双端输出：RE=，W电位器在中心位置时，单端输出：当输入共模信号时，若为单端输出，则有若为双端输出，在理想情况下，实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac也不会绝对等于零。3共模抑制比为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比或差动放大器的输入信号可以用直流信号也可以用交流信号。三、实验设备1测控电路（一）挂箱2虚拟示波器3函数信号发生器4万用表5交流毫伏表四、实验内容及步骤1典型差动放大器性能测试把U9差动放大器单元的开关拨向左边构成典型差动放大器。(1) 放大器零点放大器输入端的“+”、“-”两端与地短接，接通15V直流电源，用万用表测量输出电压U0，调节调零电位器W，使U0=0。调节要仔细，力求准确。（注意：本挂件的所有单元共地）。(2）测量差模电压放大倍数接通15V直流电源，将功率信号发生器的信号加入本单元的Ui端，调节信号发生器，使之输出频率为1KHz左右的正弦波信号，逐渐增大输入电压Ui（约300mV），用示波器观测输入、输出波形，在U0输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测量Ui，U0+，U0-，U0，记入表1-2中，并观察Ui，U0+，U0-之间的相位关系。（注：在后面实验中提到的信号发生器，如果未特别指明，都是指THSGOP-1功率函数信号发生器）。 表1-2典型差动放大电路具有恒流源差动放大电路单端输入共模输入单端输入共模输入 300mV1V300mV1VU0+（V）U0-（V）/(3）测量共模电压放大倍数将放大器的输入端“+”端和“-”端短接，信号源接输入端“+”端 和地之间，构成共模输入方式，调节功率信号发生器，使之输出信号f=1KHz，1VP-P的正弦信号，用示波器观测输入、输出波形，在输出电压无失真的情况下，用交流毫伏表测量U0+、U0-的值，记入表1-2，并观察Ui，U0+，U0-之间的相位关系。2具有恒流源的差动放大电路性能测试将图1-1电路单元中的开关拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复步骤（2），（3），并将结果记入表1-2。五、思考题1测量静态工作点时，放大器输入端“+”端及“-”端与地应如何连接？2实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？3怎样进行静态调零点？用什么仪表测U0？六、实验报告要求1根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取1=2=100）。2整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。1）静态工作点和差模电压放大倍数；2）典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较；3）典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与具有恒流源的差动放大器的CMRR实测值比较。3比较Ui、UC1、UC2之间的相位关系。4根据实验结果，总结电阻RE和恒流源的作用。实验二信号放大电路实验一、实验目的1研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能。2了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验原理集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高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，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。理想运算放大器的特性：在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。表2-1开环电压增益输入阻抗输出阻抗带宽Aud=ri=ro=0fBW=失调与漂移均为零等。理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式：U0=Aud(U+-U-)，而U0为有限值，因此，(U+-U-)=0，即U+=U-，称为“虚短”。（2）由于ri=，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。1基本放大电路：1）反向比例放大器电路如图2-1所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：，为了减少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=R 1RF 图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器2）同相比例放大器电路如图2-2所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：，其中R2= R1RF。当R1时，U0= Ui，即得到如图2-3所示的电压跟随器。3）电压跟随器电路如图2-3所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：U0= Ui，图中R1= RF，用以减少漂移和起保护作用。一般RF取10K，RF太小起不到保护作用，太大则影响到跟随性。 图2-3电压跟随器2高输入阻抗放大电路：1) 同相交流放大电路电路如图2-4所示。电容C2将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R1的两端。对理想运放，两输入端是虚短的（近似等电位），即R1的两端等电位，没有信号电流通过R1，因此，对交流而言，R1可以看作无穷大。图2-4 同相交流放大电路 图2-5自举组合电路该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：，为了减少失调电压，应满足R3= R1+ R2输入阻抗：其中：K为运算放大器的开环放大倍数； Zi为运算放大器的开环输入阻抗。2）自举组合电路电路如图2-5所示。这种利用反馈电路来减少向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：；输入电阻：当R1= R2，R5= 2R2，R4= R6时，则，即I1将全部由I2提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。3高共模抑制比放大电路1）双运放高共模抑制比放大电路电路如图2-6所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：，其中R3=R1R2，R7=R4R5R6。当，Ui1=Ui2时，输出电压为零，共模信号得到了抑制。图2-6 双运放高共模抑制比放大电路2）三运放高共模抑制比放大电路电路如图2-7所示。三运放高共模抑制比放大电路又称测量放大器、仪表放大器等。它的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且漂移小，稳定性好。其共模抑制比大，能适于在大的共模电压的背景下对微小差值信号进行放大。图中改变电位器RF1的阻值，则可以改变对差模信号的放大倍数；R5，RF2，R6用于调零，当 R1=R2, R3=R4，R7=R8时则 其中，G是整个放大器对差模信号的增益：是整个放大器对共模信号的增益：KCMRR是运算放大器N3的共模抑制比整个放大器的共模抑制比：图2-7 三运放高共模抑制比放大电路三、实验设备1测控电路（一）实验挂箱2虚拟示波器3函数信号发生器4直流电压表四、实验内容及步骤实验前熟悉相应的实验单元，认清实验单元的信号输入及输出端口，把15V直流稳压电源接入“测控电路（一）”实验挂箱。（注：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反向比例放大器（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，输入端Ui接地，用万用表测量输出端UO，调节本单元的电位器，使输出为零。（2）调节功率信号发生器，使之输出f=1KHz的正弦信号，接入本单元的输入端，实验时要注意输入的信号幅度以确保集成运放工作在线性区，用示波器观测Ui及输出电压UO的相位关系，记入下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系2同相比例放大器（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。（2）实验步骤同内容1，将结果记入下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系3电压跟随器（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。（2）实验步骤同内容1，将结果记入下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系4同相交流放大电路（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元。（2）实验步骤同内容1，将结果记入表下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系5自举组合电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。2）实验步骤同内容1，将结果记入表下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系6双运放高共模抑制比放大电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。2）在Ui1及Ui2的两端输入正弦波信号，测量相应的U0，并用示波器观测U0与Ui的幅值及相位关系，将结果记入下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系7三运放高共模抑制比放大电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，两信号输入端均接地，调节本单元的电位器W2，使输出端U0电压为零。2）在Ui1及Ui2的两端输入 正弦波信号，并用示波器观测U0与Ui的幅值及相位关系，同时调节本单元的电位器W1，观测输出信号幅度的变化。将结果记入下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系五、实验注意事项实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反。六、思考题1自举组合电路一般应用于那种场合？2对测量放大电路的基本要求是什么？3按照图2-7给定的电路参数，假设已调零，试计算当RD1=5K时，放大器的差模增益？七、实验报告要求1整理以上实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。2将理论值计算结果和实测数据相比较分析产生误差的原因。3分析和讨论实验中出现的现象和问题。实验三 信号运算电路实验一、实验目的1研究由集成运算放大器组成的基本运算电路的功能。2进一步了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验原理集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高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，其输出和输入电压之间可以实现各种特定的函数关系。在测控电路中，可以利用它1组成多种信号运算电路，这里介绍几种基本的运算电路。基本运算电路1）反相加法电路电路如图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为 其中 图3-1 加法电路 图3-2 减法电路2) 减法运算电路对于电路如图3-2所示的减法运算电路，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 其中R1/RF=R2/R3当R1= R2，R3= RF时，3）积分运算电路反向积分电路如图3-3所示。在理想化条件下，输出电压信号与输入电压之间的关系为其中UC(0)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。当输入电压Ui为常数E时，则输出电压UO为，UO随时间线性下降，所以积分电路非常适于用做三角波和锯齿波发生器。 4）微分运算电路微分运算电路如图3-4所示。在理想化条件下，输出电压信号与输入电压之间的关系为，当输入信号为正弦波ui=Umsint时，输出电压为uo=-RCUmcost，输出电压与输入电压的幅度比为RC，在幅频特性图中为一条+6dB/倍频程的直线。 图3-3 积分运算电路 图3-4 微分运算电路三、实验设备1测控电路（一）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器 4万用表电压表四、实验内容及步骤实验前熟悉相应的实验单元，认清实验单元的信号输入及输出端口，把15V直流稳压电源接入“测控电路（一）”实验挂箱。（注：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加法运算电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，输入端Ui1、Ui2接地，用万用表测量输出端U0，调节本单元的电位器，使输出为零。2）输入端Ui1接5V直流信号，输入端Ui2接入可调直流稳压电源，实验时要注意输入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，记入下表中。Ui1(V)Ui2(V)UO(V)2减法运算电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，输入端接地，进行调零。2）输入端Ui1接5V直流信号，输入端Ui2接入可调直流稳压电源，实验时要注意输入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，记入下表中。Ui1(V)Ui2(V)UO(V)3积分电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元。2）调节信号源使输出正弦波信号，接入输入端Ui，用交流毫伏表测量输出端UO，并用示波器观测UO与Ui的相位关系，将实验结果记入下表中。3）调节信号源使输出方波信号，接入输入端Ui，用交流毫伏表测量输出端UO，并用示波器观测UO与Ui的关系，将实验结果记入下表中。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系4微分电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。2）调节信号源使输出正弦波信号，接入输入端Ui，用交流毫伏表测量输出端UO，并用示波器观测UO与Ui的幅值及相位关系，将以上情况记入下表。Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO与Ui的关系五、思考题1在反相加法电路中，如Ui1、Ui2均采用直流信号，并选定Ui2=-1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度（15V）时，则Ui1的大小不应超过多少伏？六、实验报告要求1整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。2将理论值计算结果和实测数据相比较分析产生误差的原因。3分析和讨论实验中出现的现象和问题。实验四 电压比较器实验一、实验目的1掌握电压比较器的电路构成及特点。2理解电压比较器的输出与输入信号之间的关系。3加深理解电压比较器电路的传输特性。二、实验原理电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非线性正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。图4-1所示为一简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压Ui加在反相输入端。 图4-1 图4-2当Ui UR时，运放输出低电平，稳压管DZ正向导通。输出端电压等于稳压管的正向压降UD，即-UO=-UD。因此，以UR为临界点，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态（高电平和低电平）表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图4-2为图4-1比较器的传输特性。常用的电压比较器有过零比较器、滞回比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。1过零比较器电路如图4-3所示为过零比较器，信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零，从同相输入端输入。当Ui0时，输出Uo=-U，当Ui0时，Uo=+U。其电压传输特性如图4-4所示。过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。 图4-3 过零比较器 图4-4 传输特性曲线2滞回比较器图4-5为具有滞回特性的过零比较器过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零点附近，则由于零点漂移的存在，UO将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此，就需要输出特性具有滞回现象。如图4-5所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若UO改变状态，U+端电位也随着改变，使临界点离开原来位置，于是出现如图4-6所示的滞回特性曲线。滞回比较器的两个门限电压分别为UTH1，UTH2。且，UZ为U0经稳压管DZ的稳压电压。 图4-5 滞回比较器 图4-6 传输特性曲线 3窗口（双限）比较器简单的比较器仅能鉴别输入电压Ui比参考电压UR高和低的情况。窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图4-7所示，它能指示Ui值是否处URH和URL之间。如果URLUiURH，窗口比较器的输出电压UO为低电平UOL；如果URLURH，则输出电压Uo为高电平UOH。其传输特性如图4-8所示。图4-7 窗口（双限）比较器 图4-8 传输特性曲线三、实验设备1测控电路（一）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器 4万用表四、实验内容及步骤1过零比较器电路如图4-9所示（1）在“测控电路一”实验挂箱上找到本实验单元，接入15V直流电源。（2）测量Ui悬空时的UO值。（3）调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与UO波形并记录。（4）改变Ui幅值，测量传输特性曲线。 图4-9 过零比较器 图4-10 反相滞回比较器2反相滞回比较器电路如图4-10所示（1）在“测控电路一”实验挂箱上找到本实验单元，接入15V直流电源，输入端Ui端接可调直流电源，UR端接地，测出Uo由+UOMAX-UOMAX时Ui的临界值。（2）同上，测出Uo由-UOMAX+UOMAX时Ui的临界值。（3）调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与Uo波形并记录。3窗口比较器电路如图4-11所示（1）在“测控电路一”实验挂箱上找到本实验单元，接入15V直流电源。（2）在URH端接入+5V直流电压，URL端接地，调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与Uo波形并记录。图4-11 窗口比较器五、实验注意事项实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。六、思考题分析以上电压比较器的工作原理，比较它们工作电路之间的异同点。七、实验报告要求1整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线。2总结几种比较器的特点，阐明他们的应用。实验五 电阻链分相细分实验一、实验目的1掌握电阻链分相细分电路的构成原理及其特点。2学会测试电阻链分相细分电路的细分过程及方法。二、实验原理实验电路如图5-2所示。将正弦信号及余弦信号加在电阻链的两端，在电阻链的接点上可以得到幅值和相位各不相同的电信号。这些信号经比较器整形、脉冲形成后，就能在正余弦信号的一个周期内获得若干个计数脉冲，实现细分。如图5-1所示，U1=Umsint， U2=Umcost。则输出电压UO=UOmsin(t+)，其中 =arctan(R1/R2) 因此，改变R1和R2比值，可以改变，也就改变了输出电压UO相对U1的相位，同时也改变了输出电压UO的幅度UOm。 图5-1三、实验设备1测控电路（一）实验挂箱2测控电路（二）实验挂箱3函数信号发生器 4虚拟示波器 四、实验内容及步骤1测控电路（一）实验挂箱接入5V、15V直流电源，测控电路（二）实验挂箱接入12V直流电源。（1）调节信号发生器，使之输出频率f=20KHz，幅度VP-P=8V的正弦信号，接入“U14 电阻链分相细分电路单元”的输入端ESint。（2）把信号发生器输出的正弦信号接入测控电路（二）实验挂箱上的“U3 移相电桥单元”的输入端Ui，调节“U3移相电桥单元”电位器W，使输出产生余弦信号，把此余弦信号接入“U14电阻链分相细分电路单元”的输入端Ecost。（3）把信号发生器输出的正弦信号接入“测控电路（一）”实验挂箱上的“U1反相比例电路”单元的输入端Ui，把此单元产生的反相信号接入“电阻链分相细分电路单元”的输入端-ESint。2用虚拟示波器分别在“电阻链分相细分电路单元”的TP1，TP2，TP3，TP4，TP5，TP6，TP7，TP8处观察所产生的波形（即经电阻移相网络移相后所产生的波形），则可以观察到相对于ESint分别移相了约36、18、54、72、108、162、144、126的波形（可用李沙育法观测）。4用虚拟示波器分别在“电阻链分相细分电路单元”的U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8处观察所产生的波形，则在U5和U6处可以观察到两路相位差为90的方波信号，其频率为输入端加入的正弦信号ESint的五倍频。五、实验注意事项1实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。2实验过程中，力求使输入端的三路信号ESint、Ecost、-Esint的幅值相等，相位满足相互之间的关系，以便得到更好的实验效果。六、思考题根据前面电阻链细分电路的原理，怎样设计一电阻链二倍频细分电路。七、实验报告要求1整理实验数据，绘制出输入信号ESint及各输出端UN(N=18)处所观测到的波形曲线（注意各波形之间的相位关系）。2阐明电阻链细分电路的原理及应用。3对改进实验有什么建议？图5-2 电阻链分相细分实验电路图实验六 幅度调制及解调实验一、实验目的1理解幅度调制与检波的原理。2掌握用集成乘法器构成调幅与检波电路的方法。二、实验原理实验电路图如图6-2所示。调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的幅度，使高频载波信号的振幅按调制信号变化。而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，单边带调制（SSB）信号。此实验主要涉及普通调幅（AM）及检波原理。三、实验设备1测控电路（二）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器四、实验内容及步骤1“测控电路二”实验挂箱接入12V直流电源。 2调幅波的观察（1）把“U12信号产生单元”电源开关拨到“开”方向，调节此单元的电位器（电位器W1调节信号幅度，电位器W2调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，接入“U1调幅单元”的调制波输入端。（2）调节实验屏上的函数信号发生器，使之输出频率为100KHz、幅值为4.0Vp-p的正弦波信号，接入“U1调幅单元”的载波输入端。图6-1 普通调幅（AM）波波形（3）“U1调幅单元”的输出端接入示波器CH1，调节“U1调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到如图6-1所示的普通调幅（AM）波。3解调波的观察（1）在保持调幅波的基础上，将“U1调幅单元”的输出端接入“U2解调单元”的调幅波输入端，把输入“U1调幅单元”的载波信号接入“U2解调单元”载波输入端。（2）“U2解调单元”的输出端接入虚拟示波器的CH2，调节“U2解调单元”的电位器W1，观测到解调信号。五、实验注意事项1实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。2为了得到更好的实验效果，实验时，外加信号的幅度不宜过大，请按照“实验内容及步骤”说明部分做实验。六、思考题集成乘法器调幅及解调电路有何特点？试简述它们的工作原理。七、实验报告要求1根据观察结果绘制相应的波形图，并作详细分析。2其它体会与意见。图6-2 幅度调制与解调单元实验七 移相电桥实验一、实验目的1掌握移相电桥的工作原理和应用。2熟悉移相电桥单元的使用方法。二、实验原理实验电路图如图7-1所示。令Ui输入端的正弦信号为=，则=，其中w为信号的角频率，RW为电位器W的有效电阻值。因此当改变电位器的阻值时，将相对于可以移相0180，移相过程中，幅值Um不变。图7-1 移相电桥实验电路图三、实验设备1测控电路（二）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器四、实验内容及步骤1“测控电路二”实验挂箱接入12V直流电源。 2调节信号发生器，使之输出fi=40KHz，4.0VP-P左右的正弦信号，接入“U3移相电桥单元”的输入端Ui。3本单元的输入端Ui和输出端Uo分别接入虚拟示波器的CH1和CH2，调节电位器W，观测“Uo”端波形的移相情况。五、实验注意事项实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。七、实验报告要求1整理实验数据，记录相应的波形。2分析移相电桥的工作原理。实验八 脉宽调制电路实验一、实验目的掌握脉冲调宽电路的工作原理及其应用。二、实验原理实验电路原理图如图8-1所示。RP1及RP2为电位器W2的两部分，当RP1增大时，则RP2减小，且RP1+RP2=RW2为一常量，当调节电位器W2时，输出信号的频率不变，而它的占空比随RP1、RP2的值变化，即输出信号的脉宽可调。输出信号Uo的频率为，其中Rd1，Rd2分别为d1，d2二极管正向导通时的等效电阻值。本实验单元利用RP1、RP2来模拟差动电阻传感器的两臂，从而达到实验效果。图8-1 脉宽调制电路实验电路图三、实验器件及单元1测控电路（二）实验挂箱2函数信号发生器 3虚拟示波器四、实验内容及步骤1测控电路(二)实验挂箱接入12V直流电源。2把“U4脉宽调制单元”的输出端UO接入示波器，调节电位器W2，观测“UO”端波形的变化情况。五、思考题实验电路是怎样实现脉冲调宽的？六、实验报告要求1对实验结果与理论的差异进行分析。 实验九 调频及鉴频实验一、实验目的1掌握用集成锁相环电路构成频率调制器的工作原理。2掌握用锁相环构成调频解调器的工作原理。二、实验原理1集成锁相环调频与鉴频调频是用反映信号的低频调制信号去控制高频振荡的输出频率，并使之随调制信号的变化规律变化。它的逆过程称为频率解调，也称为频率检波或鉴频。本实验单元采用LM4046数字集成锁相环（PLL）来实现调频与鉴频。锁相环的内部电路主要由鉴相器和压控振荡器VCO两部分组成。详细内容可参考有关课程的相关内容。2LM4046简介1）锁相环调频原理锁相环调频原理框图如图9-1所示。 图9-1锁相环调频原理框图将低频调制信号加到压控振荡器的控制端，使压控振荡器的输出频率在自由振荡频率（中心频率）上下随调制信号而变化，即生成了调频波。当高频载波频率与自由振荡频率相近时，压控振荡器的振荡频率与载波频率锁定。图9-2锁相环鉴频的原理框图图9-1中的低通滤波器使得压控振荡器中心振荡频率与载波频率锁定时所产生的相位误差电压通过，它与调制信号经由加法电路，去控制压控振荡器的频率，从而获得与载波频率具有同样频率稳定度的调频波。2）锁相环鉴频原理锁相环鉴频原理框图如图9-1所示。调频波与压控振荡器的输出经鉴相器获得一个变化的相位误差电压，并通过低通滤波器滤去所含有的高频成份，获得一个随调制信号频率而变的解调号，即实现了鉴频。3锁相环的自由振荡频率的测量方法以图9-3所示的4046锁相环电路为例作简要说明。图中，PD为相位比较器（鉴相器）；VCO为压控振荡器；C1、R1、R2决定自由振荡频率；C3、R3为低通滤波器；14为高频输入端，要求输入方波信号；4端为VCO输出端。图9-3锁相环典型电路1）自由振荡频率f0测量用示波器观测4端的波形应为方波，测量其周期即可换算出自由振荡频率f0。三、实验设备1测控电路（二）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器四、实验内容及步骤1测控电路（二）实验挂箱接入12V直流电源。2锁相环自由振荡频率f0的测量把“U5频率调制单元”的载波输入端和调制波输入端对地短接，把单元的调频波输出端接入示波器，调节本单元的电位器W，用示波器观察的输出波形，并记下波形频率； 3调频波的观察 （1）把“U12信号产生单元”电源开关拨到“开”方向，调节此单元的电位器（电位器W1调节信号幅度，电位器W2调节信号频率），使之输出频率为1KHz、幅值为1VP-P的正弦波信号，接入“U5频率调制单元”的调制波输入端。（2）调节实验屏上的函数信号发生器，使之输出频率等于步骤2所测得频率、幅值为3.5VP-P的正弦波信号，接入“U5频率调制单元”的载波输入端。(3) 把调制波输入端和调频波输出端分别接入示波器的CH1和CH2，调节电位器W，观察调频波的稀密变化过程。4观测系统的鉴频情况在观测调频波的基础上，把“U5频率调制单元”的调频波输出端接入“U6鉴频单元”的调频波输入端（即将调频波导入解调锁相环），把“U5频率调制单元”的调制波输入端和“U6鉴频单元”的解调输出端分别接入示波器的CH1和CH2，调节“U6鉴频单元”电位器W，观察调制信号及解调输出端的信号波形。五、实验注意事项实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。六、思考题1锁相环调频与鉴频均有低通滤波器，它们的特性有何不同？2锁相环调频时，外加载波信号频率与压控振荡器的中心频率，那个频率稳定度要求较高？七、实验报告要求1整理所观测到的波形与数据，并绘制相应的波形图。2通过实验，对集成数字锁相环的应用有何认识。3总结实现锁相调频与鉴频的方法。 图9-4 锁相调频及鉴频实验原理图实验十 开关电容滤波器实验一、实验目的1熟悉及掌握集成开关电容滤波器的构成原理及应用。2掌握滤波器的滤波特性。二、实验原理及电路1集成滤波器MF10芯片简介集成滤波器MF10芯片内部框图及其引脚图如图10-1所示。开关电容集成滤波器MF10是一种通用型开关电容滤波器集成电路，依外部接法不同，可实现低通、高通、带通、带阻和全通等滤波特性。开关电容集成滤波器无需外接决定滤波频率的电阻和电容，其滤波频率仅由输入时钟fclk决定，通常时钟频率fclk应高于信号频率的50倍或100倍。其内部集成了两组MF5，两个MF5既可分别构成两个独立的二阶开关电容滤波器，又可级联成四阶开关电容滤波器。其内部框图及引脚图如图10-1所示，第4（17）脚为内部运放反相输入端INVA(INVB)；第5（16）脚为求和输入端SIA(SIB)；第1（20）脚为低通输出端LPA(LPB)；第2（19）脚为带通输出端BPA(BPB)；第3（18）脚为带阻/全通/高通输出端N/AP/ HPA(N/AP/HPB)，第10（11）脚为时钟输入端CLKA(CLKB)；第12脚用于设定时钟频率fclk与滤波器的频率f0的比值；当第12脚接高电平时 ，则 ；接地时， ，则 ；只要在时钟输入端CLKA(CLKB)控制输入的时钟频率，就可以改变滤波频率，这样可以实现滤波频率的数字控制。滤波器的Q值通过外接电阻设定。图10-1 MF10内部框图及引脚图2电路说明实验电路原理图如图10-2所示。短接J1的1-2，J2的1-2，J3的2-3，J4的1-2时，则构成二阶低通滤波器；短接J1的1-2，J2的1-2，J3的2-3，J4的4-5时，则构成二阶高通滤波器；短接J1的1-2，J2的1-2，J3的2-3，J4的2-3时，则构成二阶带通滤波器；短接J1的2-3，J2的1-2，J3的1-2，J4的4-5时，则构成二阶带阻滤波器；短接J1的2-3，J2的2-3，J3的1-2，J4的4-5时，则构成二阶全通滤波器；图10-2 开关电容滤波器实验电路图三、实验设备1测控电路（二）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器四、实验内容及步骤1测控电路(二)实验挂箱接入5V直流电源。2时钟信号的观察把“U10 开关电容滤波器”单元的“时钟信号”端接入示波器，观察时钟信号的波形。3调节信号发生器，使之输出正弦信号，接入输入端，输出端接示波器，按照前面“电路说明”部分，通过切换短路帽分别接成低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用虚拟示波器同时观察输入信号与输出信号，改变输入信号的频率，记录输出信号的幅度及相位随输入信号频率变化的情况。五、实验注意事项实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。六、思考题1用集成开关电容滤波器MF10设计一滤波器需注意哪些问题。2试用MF10设计一个四阶低通滤波器，要求品质因数Q1=1，Q2=0.5，其截止频率f0=2KHz，试画出其原理图。七、实验报告要求1整理实验数据，绘制以上几种滤波器的滤波特性曲线图。实验十一 开关式相乘调制及解调实验一、实验目的1加深理解“开关式相乘调制”的特点和这种调制方式的组成原理。2通过实验电路的组成、波形的观测来理解这种调制方式的优缺点。二、实验原理1电路的组成开关式相乘调制及解调实验电路框图见下图所示，主要由调制电路，开关信号产生电路，解调电路组成。图11-1 开关式相乘调制原理框图 图11-2 解调部分原理框图2实验电路的工作原理这是一种简单的开关式相乘调制实验，在设计上有一定的代表性，比较清晰直观，能使学生在实验时有一个感性的认识和方便测试。如图11-3所示调制电路是一种单管调制器，采用场效应管Q1(3DJ6F)来担任，利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性，能很好的满足调制要求。G极加入开关控制信号（方波），D极输入调制信号（正弦信号），在输出端UO处可观测到理想的开关式幅度调制信号。信号的解调部分电路主要利用实验十“开关电容滤波器实验”作低通滤波器提取开关式幅度调制信号中的基带信号，从而获得解调信号。图11-1 开关式相乘调制电路三、实验设备1测控电路（二）实验挂箱2函数信号发生器3虚拟示波器四、实验内容及步骤（一）已调信号的观测1测控电路(二)实验挂箱接入5V直流电源。 2调节信号发生器，使之输出频率为15KHz，幅值为6.0VP-P的正弦波信号如图11-2，接入“U8波形变换单元”的输入端Ui，“U8波形变换单元”的输出端Uo接示波器，在示波器上可观测到开关控制信号（方波），如图11-3所示。3把“U8波形转换单元”的输出Uo端接入“U7开关式调制单元”的Uc端（即将开关控制信号导入到开关式调制单元）。 4把“U12信号产生单元”电源开关拨到“开”方向，调节此单元的电位器（电位器W1调节信号幅度，电位器W2调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1VP-P的正弦波信号，接入“U7开关式调制单元”的Ui端，如图11-2所示，把“U7开关式调制单元”的UO端与UC端分别接入示波器的CH1和CH2，可观察到已调信号（如图11-4）与开关控制信号（方波）的关系。（二）解调信号的观测1在上面步骤的基础上，把“U7开关式调制单元”的UO端接入“U10开关电容滤波器单元”（此单元电路接成低通滤波器）的“输入”端（即将已调信号导入到低通滤波器）。2用虚拟示波器同时观测“U7开关式调制单元”的Ui端及“U10开关电容滤波器单元”的“输出”端的信号波形。图11-2 调制信号 图11-3 开关控制信号 图11-4 已调信号五、实验注意事项1实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。2实验过程中，外加调制信号幅度不要过大，请按照实验内容及步骤说明部分进行实验，以便得到更好的实验效果。六、思考题试阐述开关式相乘调制及解调的工作原理。七、实验报告要求1整理实验数据，绘制观测到的波形图。实验十二 精密全波整流及检波实验一、实验目的1掌握精密全波整流电路的构成及工作原理。2掌握精密全波整流电路在检波电路中的功能。二、实验原理（一）实验电路框图如图12-1所示调幅（AM）信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调，这种方法又称包络检波。普通调幅（AM）信号通过精密全波整流电路进行全波整流，然后经低通滤波器取出低频成分，经过信号放大，从而获得解调信号。图12-1 实验电路框图（二）实验电路工作原理实验电路如图12-2所示。运放N1，二极管D1、D2，电阻R1、R2、R3，R4构成半波检波电路。运放N2，电阻R5、R6、R7，R8构成反相输入加法电路，并与前端的半波检波电路一起构成全波检波电路。图12-2 精密全波整流电