应物11级模拟电路实验指导.doc

实验二 比例求和运算电路一、实验目的1掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路。2掌握比例、求和运算电路的特点及性能。3学会上述电路的测试和分析方法。4掌握各电路的工作原理。二、预习要求1计算表6.1中的Vo和Af。2估算表6.3中的理论值。3估算表6.4中的理论值。4计算表6.6中的值。5计算表6.7中的值。三、实验原理及参考电路（一）、比例运算电路1工作原理比例运算（反相比例运算与同相比例运算）是应用最广泛的一种基本运算电路。a反相比例运算,最小输入信号等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。如下图所示。输入电压经电阻R1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。输出电压经RF接回到反相输入端。通常有： R2=R1/RF由于虚断，有 I+=0 ，则u+=-I+R2=0。又因虚短，可得：u-=u+=0 由于I-=0，则有i1=if，可得： 由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为：反相比例运算电路的输出电阻为：Rof=0输入电阻为：Rif=R1b同相比例运算输入电压接至同相输入端，输出电压通过电阻RF仍接到反相输入端。R2的阻值应为R2=R1/RF。根据虚短和虚断的特点，可知I-=I+=0,则有 且 u-=u+=ui，可得：同相比例运算电路输入电阻为： 输出电阻： Rof=0以上比例运算电路可以是交流运算，也可以是直流运算。输入信号如果是直流，则需加调零电路。如果是交流信号输入，则输入、输出端要加隔直电容，而调零电路可省略。选择集成运算放大器时，首先应查阅手册，了解运放主要参数，一般为了减小闭环增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用失调温漂小，开环电压增益高，输入电阻高，输出电阻低的运算放大器。特别是在交流放大时，为减小放大电路的频率失真和相位失真（动态误差），集成运算放大器的增益带宽积GB和转换速度SR必须满足以下关系：式中fmax为输入信号最高工作频率，Uomax为最大输出电压幅值对于同相比例电路运算电路，还要特别注意存在共模输入信号的问题，也就是说，要求集成运算放大器允许的共模输入电压范围必须大于实际的共模输入信号幅值。并要求有很高的共模抑制比。（二）求和运算电路1反相求和基本电路如下图所示根据“虚短”、“虚断”的概念 当R1=R2=R，则 2同相求和，由读者自己分析。四、实验内容1电压跟随器实验电路如图6-1所示，接好线之后，接12V的直流电源。图6-1 电压跟随器（1）按表6.1内容实验并测量记录。表6.1-2-0.50+0.51=1=5（2）断开直流信号源，在输人端加入频率的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压并用示波器观察、的相位关系，记录于表6.2 中。表6.2Ui(V)Uo(V)Ui波形Uo波形实测值计算值2反相比例放大器实验电路如图6-2所示。接好电路后，接12v的直流电源。图6-2 反相比例放大器（1）按表6.3内容实验并测量记录。表6.3直流输入电压Ui（mV）301003001000输出电压Uo理论估算（mV）实测值（mV）误差（2）断开直流传号源，在输入端加人频率的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压Vo并用示波器观察Vo,Vi的相位关系，记录于表6.5中。表6.5Ui(V)Uo(V)Ui波形Uo波形实测值计算值（3）测量图6-2电路的上限截止频率。3同相比例放大器电路如图6-3所示。（1）按表6.6实验测量并记录。图6-3同相比例放大器表6.6 直流输入电压Ui（mV）3010030010003000输出电压Uo理论估算（mV）实测值（mV）误差（2）断开直流信号源，在输人端加入频率的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压Vo并用示波器观察Vo，Vi的相位关系，记录于表6.7中。表6.7Ui(V)Uo(V)Ui波形Uo波形实测值计算值（3）测出电路的上限截止频率4反相求和放大电路实验电路如图6-4所示。按表6.8内容进行实验测量，并与预习计算比较。表6.8Vi1（V）0.3-0.3Vi1（V）0.20.2Vo（V）图6-4反相求和放大电路五、实验报告要求1总结本实验中5种运算电路的特点及性能。2分析理论计算与实验结果误差的原因。六、思考题1运算放大器在同相放大和反相放大时，在接法上有什么异同点？同相放大器若把反馈电路也接到同相端行不行？为什么？2（设计）用反相比例运算电路实现 Uo= -4Ui,Rif=10k3用同相比例运算电路实现Uo=5Ui4实现Uo=Auf(Ui2-Ui1)电路。要求 Auf=4 ,Rif=10k以上输入信号大小，交、直流自定。七、实验仪器模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台万用表 一台 连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“比例求和运算电路”模板。实验三 单级共射放大电路一、实验目的1掌握单级共射放大电路静态工作点的测量和调整方法。2了解电路参数变化对静态工作点的影响。3掌握单级共射放大电路动态指标的测量方法。4学习幅频特性的测量方法。二、预习要求1复习单级共射放大电路静态工作点的设置。2根据图1-1所示参数，估算获得最大不失真输出电压的静态工作点Q。（设=50）。3复习模拟电路电压放大倍数、输入电阻以及输出电阻的计算方法。4复习饱和失真和截止失真的产生原因，并分析判断该实验电路在哪种情况下可能产生饱和失真？在哪种情况下可能产生截止失真？三、实验原理1、参考实验电路图1-1单级共射放大电路如图1-1所示，其中三极管选用硅管3DG6,电位器Rp用来调整静态工作点。2、静态工作点的测量输入交流信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，电路处于静态，三极管各电极有确定不变的电压、电流，在特性曲线上表现为一个确定点，称为静态工作点，即Q点。一般用IB、 IC和VCE （或IBQ、ICQ和VCEQ ）表示。实际应用中，直接测量ICQ需要断开集电极回路，比较麻烦，所以通常的做法是采用电压测量的方法来换算电流：先测出发射极对地电压VE ，再利用公式ICQIEQ=，算出ICQ 。（此法应选用内阻较高的电压表。）在半导体三极管放大器的图解分析中已经学习到，为了获得最大不失真的输出电压，静态工作点应该选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若静态工作点选得太高，容易引起饱和失真；反之又引起截止失真（如图1-2所示）。对于线形放大电路，这两种工作点都是不合适的，必须对其颈性调整。此实验电路中，即通过调节电位器Rp来实现静态工作点的调整：Rp调小，工作点增高；Rp调大，工作点降低。值得注意的是，实验过程中应避免输入信号过大导致三极管工作在非线性区，否则即使工作点选择在交流负载线的中点，输出电压波形仍可能出现双向失真。图1-23、电压放大倍数的测量电压放大倍数是指输出电压与输入电压的有效值之比：=实验中可以用万用表分别测量出输入、输出电压，从而计算出输出波形不失真时的电压放大倍数。同时，对于图1-1所示电路参数，其电压放大倍数和三极管输入电阻分别为：；4、输入电阻的测量输入电阻的测量原理如图1-3所示。电阻R的阻值已知，只需用万用表分别测出R两端的电压 和 ，即有：R的阻值最好选取和同一个数量级，过大易引入干扰；太小则易引起较大的测量误差。5、输出电阻的测量输出电阻的测量原理如图1-4所示。用万用表分别测量出开路电压 和负载电阻上的电压 ，则输出电阻可通过计算求得。（取和的阻值为同一数量级以使测量值尽可能精确） 6、幅频特性的测量在输入正弦信号情况下，放大电路输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为该电路的频率响应。其幅频特性即指放大器的增益与输入信号频率之间的关系曲线。一般采用逐点法进行测量。在保持输入信号幅度不变的情况下，改变输入信号的频率，逐点测量对应于不同频率时的电压增益，用对数坐标纸画出幅频特性曲线。通常将放大倍数下降到中频电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率称为上、下限截止频率（、）。BWfHfLfH 称为带宽，如图1-5所示。图1-5四、实验内容1按图1-1,组装单级共射放大电路，经检查无误后，按通预先调整好的直流电源+12V。2测试电路在线性放大状态时的静态工作点从信号发生器输出f=1KHZ,Vi=30mV（有效值）的正弦电压到放大电路的输入端，将放大电路的输出电压接到双踪示波器Y轴输入端，调整电位器Rp,使示波器上显示的Vo波形达到最大不失真，然后关闭信号发生器，即Vi=0,测试此时的静态工作点，填入表1.1中。表1.1VE/VICQ/mA(VE/Re) VCEQ/V VBE/V3测试电压放大倍数Av（1）从信号发生器送入f=1 KHZ，Vi=30mV的正弦电压，用万用表测量输入电压Vo,计算电压放大倍数Av=Vo/Vi。（2）用示波器观察Vi和Vo电压的幅值和相位。把Vi和Vo分别接到双踪示波器的CH1和CH2通道上，在荧光屏上观察它们的幅值大小和相位。4了解由于静态工作点设置不当，给放大电路带来的非线性失真现象调节电位器Rp,分别使其阻值减少或增加，观察输出波形的失真情况。五、实验报告要求1认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出波形图。2对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。六、实验思考题 1加大输入信号时，输出波形可能会出现哪几种失真？分别是由什么原因引起的？2影响放大器低频特性的因素有哪些？采取什么措施使降低？3提高电压放大倍数会受到哪些因素限制？4测量输入电阻、输出电阻时，为什么测试电阻R要与或相接近？5调整静态工作点时，要用一个固定电阻和电位器串联，而不能直接用电位器，为什么？七、实验器材模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台万用表 一台 连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到函数发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“单级共射放大电路”电路模板。实验四 电压串联负反馈放大电路一、实验目的1加深理解负反馈对放大电路性能的影响2掌握放大电路开环与闭环特性的测试方法二、预习要求1复习电压串联负反馈的有关章节，熟悉电压串联负反馈电路的工作原理以及对放大电路性能的影响。2估算图3.1所示电路在有反馈和无反馈时的电压放大倍数的大小。设=50，Rp=60K。3估算图3.1所示电路在有反馈和无反馈时的输入电阻和输出电阻。4自拟实验记录表格。三、实验原理与参考电路1参考电路如图3-1所示。负反馈有四种类型：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。本实验电路由两级共射放大电路引入电压串联负反馈，构成负反馈放大器。其中反馈电阻RF=10K。2电压串联负反馈对放大器性能的影响（1）引入负反馈降低了电压放大系数式中，是反馈系数，是放大器不引入级间反馈时的电压放大倍数（即，但要考虑反馈网络阻抗的影响），其值可由图3-2所示的交流等效电路求出。设，则有式中：第一级交流负载电阻第二级交流负载电阻从式中可知，引入负反馈后，电压放大倍数比没有负反馈时的电压放大倍数降低了（）倍，并且愈大，放大倍数降低愈多。（2）负反馈可提高放大倍数的稳定性该式表明：引入负反馈后，放大器闭环放大倍数的相对变化量比开环放大倍数的相对变化量减少了（1+AF）倍，即闭环增益的稳定性提高了（1+AF）倍。（3）负反馈可扩展放大器的通频带引入负反馈后，放大器闭环时的上、下截止频率分别为：可见，引入负反馈后，向高端扩展了倍，从而加宽了通频带。（4）负反馈对输入阻抗、输出阻抗的影响负反馈对输入阻抗、输出阻抗的影响比较复杂。不同的反馈形式，对阻抗的影响不一样。一般而言，串联负反馈可以增加输入阻抗，并联负反馈可以减小输入阻抗；电压负反馈将减小输出阻抗，电流负反馈可以增加输出阻抗。图3-1电路引入的是电压串联负反馈，对整个放大器电路而言，输入阻抗增加了，输出阻抗降低了。它们的增加和降低程度与反馈深度（1+AF）有关，在反馈环内满足.（5）负反馈能减小反馈环内的非线性失真综上所述，在放大器引入电压串联负反馈后，不仅可以提高放大器放大倍数的稳定性，还可以扩展放大器的通频带，提高输入电阻和降低输出电阻，减小非线性失真。四、实验内容1按图3.1组装电压串联负反馈电路，调整Q1,Q2静态工作点。输入端加,2mV的正弦电压，输出接示波器CH2,观察输出电压波形是否有自激振荡，若有自激，可在Q2的基极b2和集电极c2之间加消振电容，其容量约为200pF。确认输出电压无自激，不失真，关闭信号源（使Vi=0）,测量和记录Q1、Q2的静态工作点，记录表格自拟。2研究负反馈对放大器性能的影响（1）观察负反馈对放大器电压放大倍数的影响将开关S接地或接e1,分别测量基本放大器的电压放大倍数Av和负反馈放大器的电压放大倍数Avf。（2）观察负反馈对非线性失真的影响开环状态下，保持输入信号频率,用示波器观察输出波形刚刚出现失真时的情况，记录Vo的幅值。然后加入负反馈形成闭环，并加大，使幅值达到开环时相同值，再观察输出波形的变化情况。对比以上两种情况，得出结论。五、实验报告要求1认真整理实验数据和波形，填入自拟表格中。2.分析实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。六、思考题1测量基本放大器的各项指标时，为什么只需将开关S接地？2.能否说越大，负反馈效果越好？对多级放大器应从末级向输入级引负反馈，这样做可以吗？为什么？七、实验元、器件模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台万用表 一台 连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“电压串联负反馈放大电路”模板。 实验五 差动放大电路一、实验目的1熟悉差动放大器的工作原理。2掌握差动放大器的基本测试方法。3掌握差动放大电路的动态参数测量方法。4学会设计具有恒流源的差分放大气及电路的调试。二、预习要求1复习差分放大器工作原理及其性能分析方法。2阅读实验原理，熟悉实验内容及步骤。3估算图5-1 所示电路的静态工作点，设各三极管及电压放大倍数。4在图5-1的基础上画出单端输入和共模输入的电路。三、实验原理与参考电路图5-1 带恒流源的差分放大电路实验电路见图5-1，这是一个带恒流源的差动放大电路。它具有静态工作点稳定、对共模信号有高抑制能力，而对差模信号有放大能力的特点。根据结构，该电路有四种形式：单端输入、单端输出；单端输入、双端输出；双端输入、单端输出和双端输入、双端输出。双端输出的差模放大倍数为 而共模放大倍数，共模抑制比。单端输出时，差模放大倍数为双端输出的一半，即：而共模放大倍数，为恒流源的等效电阻。四、实验内容1按照实验原理图5-1 ，将图5-2各部分连接成以下实验中不同输入输出所需的差分电路。图5-2 带恒流源差分放大电路的连接线路图2测量静态工作点；(1) 放大器的调零将输入端短路并接地，接通直流电源?12V，调节调零电位器，用万用表测量，之间的电压V。，使双端输出电压。(2) 测量静态工作点零点调好后，用万用表测量T1,T2,T3晶体管的各极对地电压并填入表5.1中。表5.1对地电压测量值（V）3测量差模直流电压放大倍数在输入端加入直流电压信号。按表5-2要求测量并记录，由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数。注意先调好DC信号的OUT1和OUT2，使其数据分别为十01V和01V再接入、。表5.2 测量及其计算值输入信号差模输入测量值 计算值4测量交流信号差模电压放大倍数(1)断开直流信号源，将信号发生的输出瑞接入三极管T1,T2的两个输入端，构成双端输入，调节信号发生器的频率正弦信号，其输出幅值调至0V，用示波器观察输出端。接通12v的电源，增大信号发生的输出电压用示被器观察输出波形，在输出波形不出现失真的情况下，用毫伏表测和T1,T2的输出，。记入表5.4中。(2)从T1的输入端加入正弦交流传号分别测量、记录单端及双端输出电压，填入表5.5中计算双端的差模放大倍数。(注意：输入交流信号时用示波器监视，波形，若出现失真现象时，可减小输入电压值，使，都不失真为止。)表5.4输入ViVc1（v）Vc2（v）Ad1=Vc1/ViVoAd=Vo/ViAd2= Vc2/Vi表5.5 测量仪计算值输入信号电压值放大倍数Vc1Vc2Vo正弦信号Vi五、实验报告要求1根据实测数据计算图5-1电路的静态工作点，与预习计算结果比较2整理实验数据，计算各种接法的Ad，并与理论计算相比较。3计算实验步骤3中Ac和CMRR值。4总结差放电路的性能和特点。六、思考题1习差动放大器的工作原理。重点复习带恒流源的差动放大器助工作原理。2论估算图51所示电路的静态工作点(各级的Ico和)。3算图51所示电路的差模放大倍数和单端输出时的共模放大倍数。4动放大器的差模输出电压是与输入电压的差还是和成正比?5到差动放大器两管基极的输入信号幅值相等，相位相同时，输出电压等于多少?6动放大器对差模输入倍号起放大作用，还是起抑制作用?7假设差动放大器的Tl集电极为输出端。试指出该放大器的反相输入端和同相输入端。七、实验器材模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台万用表 一台 连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“差动放大电路”模板。实验六 集成功率放大器一、实验目的1熟悉功率放大电路的特点。2掌握集成功率放大器的主要性能及测量方法。3增加对音频放大的认识。二、预习要求1分析图12-1所示电路中各三极管工作状态及交越失真情况。2电路一中若不加输入信号。V2、V3管的功耗是多少？3电阻R4、R5的作用是什么？有什么特殊要求？4复习集成功放工作原理，若电路图12-2中Vcc=12V、RL=8，估算该电路的Pcm、Pv值。5根据实验内容自拟实验步骤及记录表格。三、实验原理及参考电路1功率放大器的特点和分类功率放大器的作用是给某些电子设备中换能器提供一定的输出功率，如：收音机中的扬声器、继电器中的电感线圈等。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性矢量尽可能小，效量尽可能高功率放大器根据三极管的静态工作电流的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类三种。甲类功率放大器的电流ic0，三极管在信号一周内导通，电源始终不断地输送功率，在没有信号输入时（即静态），这些功率全部消耗在管子和电阻上；当有信号输入时（即动态），其中一部份转化为有用的输出功率，所以，输出功率较小，输出功率较低。2互补推挽功率放大器乙类、甲乙类功率放大器虽然效率高，但它的输出波形严重失真，为了妥善解决失真和效率的矛盾，采用了互补推挽式电路，如图12-1。图12-1 基本互补推挽电路当Ui=0，T1、T2截止，Uo=0，当Ui为负半周，T2截止，T1放大，负载上有电流流过，正半周时，T1截止，T2放大，两只管子在无信号时均不工作。而有信号时，轮流导通，故称互补推挽式电路。3典型功率放大器的介绍功率放大器有双电源供电的OCL电路（无输出电容），也有单电源供电的OTL电路（无输出变压器）。 如图12-2单电源供电的OTL电路，图中Q1级组成前置放大器。它工作在甲类，Rb11,Rw,Rb12,Re11,为它的偏置电路，Q2和Q3组成互补推挽电路输出级。4集成功率放大电路（以LM386为例）LM386是种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。如图123所示为LM386的一种基本用法，也是外接入件最少的一种用法，C1 为输出电容。由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20。利用Rw可调节扬声器的音量。R和C2串联构成校正网络用来进行相位补偿。图12.3 LM386外接元件最少的用法静态时输出电容上电压为Vcc/2，LM386的最大不失真输出电压的峰一峰值约为电源电压Vcc。设负载电阻为R，最大输出功率表达式为：此时的输出电压有效值的表达式为：当、时，四、实验内容（一）互补对称功率放大器实验电路如图12-3所示 图12-3乙类推挽输出功率放大器1调整直流工作点，使点电压为0.5Vcc。2测量最大不失真输出功率与效率。3改变电源电压（12V6V），测量并比较输出功率和效率。4比较放大器在带5.1K和8负载时的功耗和效率。5去掉Rc11，短接两个二极管，观察输出波形，并记录。（二）集成功率放大器实验电路如图12-4图12-4集成功率放大电路1不加信号时，测静态工作电流。2在输入端接KHz信号，用示波器观察输出波形，逐渐增加输入电压幅度，直至出现失真为止，记录此时输入电压，输出电压幅值，并记录波形。3去掉10u电容C2、C3重复上述实验。4改变电源电压（送5V、3V）重复上述实验。五、实验报告要求1根据实验测量值，计算各种情况下POM、Pv及。2作出电源电压与输出电压，输出功率的关系曲线。六、思考题1OTL电路为什么台出现交越失真?2在不断开电路的情况下，怎样测量放大器的各级工作电流?3图12.1 中，D1,D2两个二极管的作用是什么？4在联调过程中，当前级与功放级连接后输出电压很小，可能是哪些因素造成的？应如何调整？七、实验元件及仪器 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台万用表 一台 连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“集成功率放大电路”模板实验七 电压比较器一、实验目的1掌握比较器的电路构成及特点。2学会测试比较器的方法。二、预习要求1复习单门限电压比较器的电路组成及工作原理。2掌握单限比较器、迟滞比较器VL、VH、V、Vomax、Vomin参数的估算方法。3电压比较器中的运放通常工作在什么状态（负反馈、正反馈或开环）？一般它的输出电压是否只有高电平和低电平两个稳定状态？三、实验原理1单门限电压比较器电压比较器是用来比较两个输 入电压的大小，据此决定其输出是高电平还是低电平。以图10-1所示的同相电压比较器电路为例，参考电压VREF加于运放的反相端，VREF可以是正值或负值。而输入信号vI加于运放的同相端。图10-1单门限电压比较器由于比较器的开环电压增益很大，当输入信号vI小于参考电压VREF，即 时，运放处于负饱和状态；vo为低电平VOL；反之，当vI升高到略大于VREF，即 时，vo转入正饱和状态，vo为高电平VOH。以图10-1所示的同相电压比较器电路为例分析可知，比较器输出vo的临界转换条件是集成运放的差动输入电压 ，即 。由此可求出图1a电路的电压传输特性，如图10-1b所示。当vI由低变高经过VREF时，vo由VOL变为VOH；反之，当vI由高变低经过VREF时，vo由VOH变为VOL。我们把比较器输出电压vo从一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压vI值称为门限电压或阈值电压Vth，对于图10-1a所示电路， 。由于vI从同相输入且只有一个门限电压，故称为同相输入单门限电压比较器。反之当vI从反相端输入，VREF改接到同相端，则称为反相输入单门限电压比较器。其相应传输特性如图10-1b中的虚线所示。2过零比较器对于图10-1a所示电路，当 ，则输出电压 每次过零时，输出电压就产生跳变。这种比较器称为过零比较器。图10-2过零比较器如果希望减小比较器的输出电压幅值，可外加双向稳压管Dz，如图10-2所示。这时，输出电压的幅值受Dz的稳压值VZ限制，电路的正向输出幅度与负向输出幅度基本相等。 或 。电阻R起限流作用，保护稳压管。3迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。例如，在单门限电压比较器输入vI中含有噪声或干扰电压时，其输入和输出电压波形如图10-3所示，由于在vI=Vth=VREF附近出现干扰，vO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压vO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。图10-3图10-4迟滞比较器迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。以图10-4a所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特性如图2b所示。如将vI与VREF位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。以反相输入迟滞比较器原理电路为例，由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压vO与输入电压vI不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即或 （1）设运放是理想的并利用叠加原理，则有（2）根据输出电压vO的不同值（VOH或VOL），可求出上门限电压VT+和下门限电压VT分别为（3）（4）门限宽度或回差电压为 （5）设电路参数如图10-4a所示，且 ，则由式(3)(5)可求得 ， 和 。设从 ， 和 开始讨论。当vI由零向正方向增加到接近 前，vO一直保持 不变。当vI增加到略大于 ，则vO由VOH下跳到VOL，同时使vP下跳到 。vI再增加，vO保持 不变。若减小vI，只要 ，则vo将始终保持 不变，只有当 时， vo 才由 图10-4 跳到VOH。其传输特性如图10-4b所示。由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压vo的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。 四、实验内容1过零比较器实验参考电路如图10-5所示。图10-5 过零比较器(1)按图10-5在实验箱内连接好电路，Vi悬空时测Vo电压。(2)将信号发生器接人Vi，使输出频率f500Hz，有效值为1v的正弦波信号，用示波器观察ViVo波形并记录。(3)改变信号发生器的输出电压Vi幅值，用示波器观察Vo变化，测出传输特性曲线2反相滞回比较器(1)按图10-6连接好实验电路，并将RF调整为100k，打开直流电压源，测出Vo由+Vom到-Vom的临界值。(2)同上，测出Vo由-Vom到+Vom的临界值。(3)将信号发生器接入Vi，并使之输出频率为500Hz，电压有效值为1v的正弦信号，用示波器观察ViVo波形并记录。(4)将电路中RF调为200k，重复上述实验。图10-6反相滞回比较器五、实验报告要求1整理实验数据及相关波形，与理论预算值相比较。2总结几种比较器的特点。六、思考题试设计一比较器，实现正弦波-方波变换。七、实验器材模拟电子线路实验箱一台双踪示波器 一台万用表 一台连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到函数发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“电压比较器”电路模板实验八 波形发生电路一、实验目的1掌握波形发生器的基本设计方法；2掌握波形发生器的调试和测量。3熟悉波形变换方法及了解误差原因二、预习要求1分析图8-7的工作原理，定性画出输出波形。2分析图8-9的工作原理，思考如何改变输出频率？三、实验原理1方波、矩形波发生器方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波波包含极丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡器。方波波产生电路如图8-1所示，它是在迟滞比较器的基础上，把输出电压经Rf、C反馈集成运放的反相端。在运放的输出端引入限流电阻R和两个稳压管而组成的双向限幅电路。图8-1方波产生电路图8-2画出了在时的一个方波的典型周期内输出端及电容C上的电压波形。当 时， ，则在的时间内电容C上的电压vc将以指数规律由 向+Vz方向变化，根据一阶RC电路的三要素法：（1）时间常数 （2）在t1时刻vC的初始值 （3）若 ，vC的终了值是+ VZ则得（3）其中 ，且t1tt2。当 时， ，将这些条件代入式（3），得出（4） 图8-2方波波形 图8-3改变充放电时间常数网络通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占空比。对称方波的占空比为50%。如需产生占空比小于或大于50%的矩形波，只需适当改变电容C的正、反向充电时间常数即可。实现此目标的一个方案是，将图3所示网络接入图1中节点O、N间，代替电阻Rf。这样，当vO为正时，D1导通而D2截止，反向充电时间常数为Rf1C；当vO为负时，D1截止而D2导通，正向充电时间常数为Rf2C。选取Rf1/ Rf2的比值不同，就改变了占空比。设忽略了二极管的正向电阻，此时的振荡周期为。2锯齿波发生器锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。锯齿波产生电路的种类很多，这里仅以图8-4所示的锯齿波电压产生电路为例，讨论其组成及工作原理。图8-4锯齿波产生电路()电路组成由图8-4可见，它包括同相输入迟滞比较器（A1）和充放电时间常数不等的积分器（A2）两部分，共同组成锯齿波电压产生器电路。()门限电压的估算图8-5同相输入迟滞比较器为便于讨论，单独画出图8-4中由A1组成的同相输入迟滞比较器，如图8-5所示。图8-5中的vI就是图8-4中的vO。由图8-5有（5）考虑到电路翻转时，有 ，即得 （6）由于 ，由式（6），可分别求出上、下门限电压和门限宽度为 （7） （8）和回差电压 （9）()工作原理图8-6锯齿波波形设 时接通电源，有 ，则VZ经R6向C充电，使输出电压按线性规律增长。当vO上升到门限电压 使 时，比较器输出vO1由VZ上跳到+ VZ，同时门限电压下跳到VT值。以后经R6和D、R5两支路向C反向充电，由于时间常数减小，vO迅速下降到负值。当vO下降到下门限电压VT使 时，比较器输出vO1又由+VZ下跳到VZ。如此周而复始，产生振荡。由于电容C的正向与反向充电时间常数不相等，输出波形vO为锯齿波电压，vO1为矩形波电压，如图3所示。可以证明，设忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为（10）显然，图8-4所示电路，当R5、D支路开路，电容C的正、反向充电时间常数相等时，此时，锯齿波就变成三角波，图1所示电路就变成方波（vO1）-三角波（vO）产生电路，其振荡周期为。 四、实验内容1方波发生电路图8-7方波产生实验电路实验电路如图8-7所示，双向稳压管稳压值一般为5V6V。(1)按电路图连接好电路，调整电位器RP，使波从无到有，用示波器观察Vc、Vo波形及频率。(2)分别测出R10k，R110k时的频率，输出幅值，与预习比较。(3)要想获得更低的频率，应如何选择电路参数?试利用实验箱上给出的元器件实验并观测之。(4)调节电位器Rp，使输出电压Vo的输出幅度最大且不失真。用毫伏表测量输出电压Vo、反馈电压和，分析研究振荡的幅度值条件。2占空比可调的矩形波发生电路实验电路如图8-8所示。图8-8占空比可调的矩形波发生实验电路按实验电路图接线，调节电位器Rp1，用示波器观察并测量电路的振荡频率，幅度及占空比。(2)改变电位器Rp1的位置，用示波器观察Vo、Vc的幅度及频率变化情况。把动点调节到最上、最下位置，测出频率范围，记录之。(3)将电位器Rp1调节至中心位置，将一只稳压管短接，观察Vo波形，分析二极管的限幅作用。(4)若要使占空比更大，应如何选择电路参数并用实验验证。五、实验报告要求1用坐标纸记录所有的输出波形。2写出实验心得体会。3对实验参考电路提出改进意见。六、思考题波形产生电路有没有输入端？要改变三角波或锯齿波输出的直流电平，该对电路作如何修改？七、实验器材模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台万用表 一台 连线 若干其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“波形发生电路”模板实验九 集成稳压电路一、实验目的1了解集成三端稳压器的特性和使用方法2掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法二、预习要求1复习电子技术基础（模拟部分）中集成稳压电路的有关内容2了解集成稳压器7815的主要技术参数三、实验原理与参考电路直流稳压电源几乎是所有电子设备中不可缺少的。它由变压器，整流器，滤波器和稳压器四部分组成。稳压器只是直流稳压电源的一部分。1、常用集成稳压器简介目前，由分立元件构成的稳压器几乎被淘汰，取而代之的是应用广泛的集成稳压器。集成稳压器具有性能指标高，使用、组装十分方便等特点。其型号教多，如uA780系列是美国仙童公司生产的，LM7800系列是美国国家半导体公司生产的。我国生产的型号为CW7800系列。该系列的后两位数字代表固定稳压输出值，如7812表示稳压输出为+12V；7900系列是负输出稳压器，如7912表示稳压输出为-12V。（1）7800系列三端固定正输出稳压器7800系列的集成稳压器广泛应用于各种整机或电路板电源上。其稳定输出电压从+5V+24有七个档次；加热散热器后输出额定电流可达1.5A。稳压器内部具有过流，过热和安全工作区保护电路，一般不会因过载而损坏。如果外部接少量元件还可构成可