《测控技术》实验指导书.doc

测控技术实验指导书 实验一仪用放大电路 一、实验目的1熟悉仪用放大电路的类型。 2掌握并联差分输入仪用放大电路的差模增益。 3掌握串联差分输入仪用放大电路的差模增益。 4验证仪用放大电路的差模增益计算公式。 二、实验设备PC机及MultiSim软件。 三、实验原理及内容 1、并联差分输入仪用放大电路的差模增益。 图1-1是并联差分输入仪用放大电路，当3546R=,R R R=时，差模增益124312=odWudWi iR RRR UARRU U?+=?（1-1）27413247651U37413247651Rw2k?R110k?R210k?R32k?R52k?R410k?R610k?VCC12VVCC12VVCC12VVDD-12VVDD-12VVDD-12VXSC1ABExt Trig+_+_XMM1XMM2Ui150mVrms1kHz0Ui250mVrms1kHz0Uo图1-1并联差分输入仪用放大电路 2、串联差分输入仪用放大电路的差模增益。 图1-2是串联差分输入仪用放大电路，当1423R=,RRR=时，差模增益1212=1+odudi iRUARU U?=?（）（1-2）27413247651R110k?R21.0k?R31k?R410k?VCC12V VCC12VVDD-12V VDD-12VUi1200mVrms1kHz0XSC1ABExt Trig+_+_XMM1XMM2UO图1-2串联差分输入仪用放大电路 四、实验步骤 1、并联差分输入仪用放大电路差模增益的测量1）新建MultiSim文件，并保存为扩展名.ms11的原理图文件。 文件命名规则，学号姓名实验X任务X.ms11。 2）在中，放置电阻（RESISTOR），在中，放置集成运放741 （741），按图1-1设置参数。 3）在中，放置直流电源VCC，VDD，GROUND，并按图1-1设置参数。 4）在中，放置正弦交流信号1i U?和2i U?，并按图1-1设置参数。 5）放置万用表。 利用万用表的交流电压挡，测量差模输入电压12id ii U U U?=?的有效值idU和差模输出od U?的有效值odU。 计算并联差分输入仪用放大电路的差模增益=odudidUAU。 填写表1-1。 表1-1，并联差分输入仪用放大电路差模增益测量差模输入电压有效值idU（mv）差模输出有效值odU(V)差模增益=odudidUAU6）放置示波器，观察差模输入信号12id ii U U U?=?和差模输出信号od U?的相位关系。 并打印输入和输出信号同时显示的示波器截图（含文件名）。 由波形图，说明差模输入信号id U?和差模输出信号od U?的相位。 2、串联差分输入仪用放大电路差模增益的测量1）新建MultiSim文件，并保存为扩展名.ms11的原理图文件。 文件命名规则，学号姓名实验X任务X.ms11。 2）在中，放置电阻（RESISTOR），在中，放置集成运放741 （741），按图1-2设置参数。 3）在中，放置直流电源VCC，VDD，GROUND，并按图1-2设置参数。 4）在中，放置正弦交流信号1i U?和2i U?，并按图1-2设置参数。 5）放置万用表。 利用万用表的交流电压挡，测量差模输入电压12id ii UUU?=?的有效值idU和差模输出od U?的有效值odU。 计算并联差分输入仪用放大电路的差模增益=odudidUAU。 填写表1-2。 表1-2，串联差分输入仪用放大电路差模增益测量差模输入电压有效值idU（mv）差模输出有效值odU(V)差模增益=odudidUAU 3、放置示波器，观察差模输入信号12id ii UUU?=?和差模输出信号od U?的相位关系。 并打印输入和输出信号同时显示的示波器截图（含文件名）。 由波形图，说明差模输入信号id U?和差模输出信号od U?的相位。 五、实验小结1）结合测量数据，验证并联差分输入仪用放大电路的差模增益计算公式。 2）结合测量数据，验证串联差分输入仪用放大电路的差模增益计算公式。 测控技术实验指导书实验二有源滤波器设计实验二有源滤波器设计 一、实验目的1.熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。 2.掌握二阶有源滤波电路的快速设计方法。 3.掌握二阶有源滤波电路及其幅频特性和相频特性的电子仿真方法。 二、实验设备PC机及MultiSim软件。 三、实验原理及内容图2-1是切比雪夫滤波器材幅度响应图。 由图中可见，在通带内，具有幅度相同的纹波。 图中n是指n阶响应，随着n的增加，波纹数目增加，同时阻带的衰减增加。 波纹幅度用分贝定义，它可以用来表征滤波器的特性。 例如，1dB切比雪夫低通滤波器，其幅度响应（用dB表示），具有1dB的通带纹波宽度。 由图2-1显然可见，这里定义的C为等波纹区的边缘，而不是通常的3dB截止点（3dB的滤波器除外）。 在我们讨论的切比雪夫滤波器中，将C看作截止点，该点就是等波纹区的终止频率。 图2-1切比雪夫低通滤波器幅度响应图1.请设计一个二阶1dB无限增益多路反馈切比雪夫低通滤波器，通带增益Kp=2，截止频率fc=5kHz，画出电路图。 图2-2低通滤波器电路和幅频特性根据有源波器的设计方法，图2-2中，C=uf,C1=uf。 R1=K,R2=K,R3=K。 2.请设计一个二阶1dB无限增益多路反馈切比雪夫高通滤波器，通带增益Kp=2截止频率fc=2kHz，画出电路图。 测控技术实验指导书实验二有源滤波器设计图2-3高通滤波器电路和幅频特性根据有源波器的设计方法，图2-3中，C=uf,C1=uf。 R1=K,R2=K,以上工作请在实验课前完成。 四、实验步骤1.切比雪夫低通滤波器设计与验证1）用MultiSim画设计的切比雪夫低通滤波器电路。 保存ms11文件。 2）将信号发生器的输出信号电压幅值调到1V，f=5KHz,接入低通滤波器的输入端。 利用万用表测量输出电压的有效值。 U0=V。 3）测量输出的频率特性曲线，并保存测量数据。 a)simulate菜单，Analyses子菜单，AC Analysis命令。 b)设置参数。 测控技术实验指导书实验二有源滤波器设计c)根据电路选择输出端的网络结点。 d)按下Simulate按钮，获得输出电路的频率特性曲线。 e)点击，生成.xls文件，保存测量数据。 2.切比雪夫高通滤波器设计与验证1）用MultiSim画设计的切比雪夫高通滤波器电路。 保存ms11文件。 2）将信号发生器的输出信号电压幅值调到1V，f=5KHz,接入高通滤波器的输入端。 利用万用表测量输出电压的有效值。 U0=V。 3）测量输出的频率特性曲线，并保存测量数据。 五、实验小结1)打印切比雪夫低通滤器的电路图，频率特性曲线图及采样点数据的xls文件。 要求图中有文件名（文件名=学号+姓名+实验二任务一）。 2）根据测量结果说明验证比雪夫低通滤器的快速设计方法的正确性。 3)打印切比雪夫高通滤器的电路图，频率特性曲线图及采样点数据的xls文件。 要求图中有文件名（文件名=学号+姓名+实验二任务二）。 4）根据测量结果说明验证比雪夫高通滤器的快速设计方法的正确性。 测控技术实验指导书有源滤波器设计方法有源滤波器设计方法1几种滤波器原理图、幅频特性图1低通滤波器电路和幅频特性图2高通滤波器电路和幅频特性2设计思路此次课题要求掌握最基本的二阶滤波器快速的设计方法。 要设计RC滤波器，一般采用查表归一快速的设计方法。 使用这种方法，必须满足滤波器条件。 ?首先给定要求的截止频率f c；?增益K p；?选取滤波器的类型（切比雪夫型、巴特沃斯型），（低通、高通、带通、带阻）；?选取（一阶、二阶、三阶、四阶、或高阶）滤波器，按下述步骤设计 （1）先选择电容C1的标称值，电容C的初始值靠经验决定，通常以下面的数据作参考f c100Hz C=(10-0.1)F?c=(100-1000)Hz C=(0.1-0.01)F?c=(1-10k)Hz C=(0.01-0.001)F?c=(10-1000k)Hz C=(1000-100)pF?c100kHz C=(100-10)pF （2）所选择的电容C1的实际值，再按照下式计算电阻换标系数K,1100C fkc=其中?c的单位为Hz；C1的单位为F。 （3）表2-1中查出C1和K1时的电阻值。 （4）再将这些电阻值靠标称的实际电阻值。 3设计实例设计一个二阶无限增益多路反馈1dB切比雪夫型低通滤波器，增益Kp=2，截频（指纹波之间的终止频率）?c=5KHz。 设计步骤如下按上述快速设计方法得到标称的电容取C0.01F，对应的参数K2，也可以由式21001=C fkc?从下表中查出Kp2时，电容C10.05C0.0005F，K1时的电阻值。 R1=2.602K?，2=5.204K?，R3=8.839K?。 ?将上述电阻值乘以参数K=2，得R1=5.204K?，取标称值5.1K+104?R2=10.408K?，取标称值10K+408?R3=17.698K?。 取标称值15K+2.7K?或18K测控技术实验指导书有源滤波器设计方法二阶无限增益多路反馈切比雪夫低通滤波器设计用表归一化电路元件值(K?)纹波高度电路元件增益12340.1dB R1R2R3C12.163k?2.163k?1.767k?0.3C1.306k?2.611k?2.928k?0.1C1.103k?6.619k?2.310k?0.05C1.069k?10.690k?2.167k?0.033C0.5dB R1R2R3C13.374k?3.374k?3.301k?0.15C2.530k?5.060k?3.301k?0.1C1.673k?10.036k?5.045k?0.033C1.608k?16.083k?4.722k?0.022C1dB R1R2R3C13.821k?3.821k?6.013k?0.1C2.602k?5.204k?8.839k?0.05C2.284k?13.705k?5.588k?0.03C2.213k?22.128k?5.191k?0.02C2dB R1R2R3C14.658k?4.658k?13.216k?0.05C3.999k?7.997k?7.697k?0.05C3.009k?18.053k?8.524k?0.02C3.113k?31.133k?6.591k?0.015C3dB R1R2R3C16.308k?6.308k?11.344k?0.05C6.170k?12.341k?6.169k?0.047C3.754k?22.524k?10.590k?0.015C3.617k?36.171k?9.892k?0.01C二阶无限增益多路反馈切比雪夫高通滤波器设计用表归一化电路元件值(K?)纹波高度电路元件增益12340.1dB R1(K?)R2(K?)C11.2586.669C1.51.11.1150.5C1.71624.4530.21.79846.6840.1C0.5d BR1(K?)R2(K?)C10.7565.078C0.9088.4630.5C1.03118.6190.21.08035.5460.1C1d BR1(K?)R2(K?)C10.5824.795C0.6997.9920.5C0.79417.5830.20.83233.3680.1C2d BR1(K?)R2(K?)C10.4264.889C0.5128.1480.5C0.58117.9250.2C0.60934.2210.1C3d BR1(K?)R2(K?)C10.3425.241C0.4413.7360.5C0.46719.2190.2C0.48936.6900.1C测控技术实验指导书实验三积分与微分电路实验三积分与微分电路 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、实验设备PC机及MultiSim软件。 三、实验原理及内容（一）积分电路VCC12VR110k?C20.1?FR410k?XSC1ABExt Trig+_+_VDD-12VFG1图3-1积分电路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。 （二）微分电路实验电路如3-2所示。 VCC12VR110k?C20.22?FR410k?XSC1ABExt Trig+_+_VDD-12VFG1R2200?图3-2微分电路分别输入一个幅度为2V、频率为200Hz的三角波和正弦波，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。 测控技术实验指导书实验三积分与微分电路 四、实验步骤1.积分电路1)用MultiSim画积分电路。 保存ms11文件。 2)放置电阻,电容,集成运放,按图3-1设置参数.3)放置直流电源,按图3-1设置参数.4)放置函数信号发生器和示波器.函数信号发生器给电路提供一个幅度为2V、频率为100Hz的方波,用示波器显示并打印输入和输出的波形图.函数信号发生器给电路提供一个幅度为2V、频率为100Hz的正弦波，用示波器显示并打印输入和输出的波形图.输入信号(超前,滞后)输出信号度.输出信号是输入信号的值.2.微分电路1)用Mul