信号发生实验报告.doc

P15装 订 线实验报告课程名称： 电路与电子技术实验 指导老师： 成绩： 实验名称： 函数信号发生实验 实验类型： 电子电路实验 同组学生姓名： 一、实验目的 二、实验内容 三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析五、实验心得 一、 实验目的运放参数测试及方波-三角波发生器设计与调试：1掌握运算放大器的主要性能参数的测试方法；2掌握方波三角波函数发生器的设计方法与测试技术；二、 实验内容与原理实验内容：1运放的直流误差特性参数的测量：输入失调电压VIO；输入失调电流IIO；2运放的差模特性参数的测量：差模开环直流电压增益AVO增益带宽积AVBW；3运放的共模特性参数的测量：共模抑制比KCMR；4运放的大动态特性参数的测量：转换速率（摆动率）SR；实验原理信号发生器（又称为信号源、函数发生器、函数信号发生器）可划分为通用信号源和专用信号源两大类： 通用信号源包括：正弦信号源、脉冲信号源、函数信号源等；专用信号源包括：电视信号源、编码脉冲信号源等。在电子技术中最常用的正弦信号源，按频段划分：1HZ1MHz为低频信号源、20Hz10MHz为视频信号源、200kHz30MHz为高频信号源、30300MHz为甚高频信号源、大于300MHz为超高频信号源。频率准确度和稳定度：准确度即频率刻度的相对误差，一般不大于1；稳定度应优于103。非线性失真度和频谱纯度：低频信号源输出波形的质量，用非线性失真来表示，一般在0.11范围内；高频信号源输出信号质量，用频谱纯度来表示，频谱不纯的来源为高次谐波及噪声输出电平：低频和高频信号源输出信号用电压电平表示，通常要求输出电平范围宽输出电平准确度：一般在310的范围内输出阻抗：低频信号源的输出阻抗有50欧、600欧、5000欧三种；高频信号源一般为50欧或75欧。调制方式：调幅（AM）和调频（FM）两种方式。三、 主要仪器设备集成运算电路实验板、通用运算放大器A741、LM324集成运算放大器；电阻电容等元器件、MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器； HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 四、 实验数据记录、处理与分析（一）输入失调电压的测量：一个理想集成运放，当输入为零时，输出电压应该为零。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，总会有一些输出电压。在室温及标准电压源电压下，当输入电压为零时，为了使输出电压为零，在输入端加入的补偿电压叫做失调电压。输入失调电压Vio代表了运放输入级管子参数的对称程度。软件仿真实验记录由实验可测得Vo=-1.18V，则由公式VIO=R1R1+RFVo=-100100+100k1.18=-1.18mV。而VIO一般为（120)mV，其值越小越好。（二）输入失调电压的测量：当运放的输出电压为零时，将两输入端偏置电流的差称为输入失调电流。即 IIOIB+-IB-，其中IB+为同相输入端基极电流，IB-为反相输入端基极电流。软件仿真 所以由仿真可得：IIO=IB+-IB-=V+R3-V-R1=-7.966uV100-3.168uV100=-11.1nA实验记录 由仿真可知，待测的两个电压值都相当小，实验时都很难测量，故此实验仅做仿真。（三）差模开环直流电压增益的测量：当运放没有负反馈时的差模直流电压增益的测量，实验时注意选择电阻(R1+R2 )R3。测量时，交流信号源的输出频率尽量选低（小于100Hz)，Vi幅度不能太大，一般取几十毫伏。软件仿真由仿真可得Avo=VoViR1+R2R2=1.299V50.784mV51k+5151=25604.5,，所以20lgAvo=88.2；实验记录由实验可得Avo=VoViR1+R2R2=1.30V91mV57.3k+5151=16242.9,，所以20lgAvo=84.2；对比仿真数据和实验数据可以发现，仿真Avo值与实验Avo值相差较大，但转换成dB表示后在数值上比较接近。（四）增益带宽积AVBW软件仿真RF=R1=10k时软件仿真如下：不断调整信号源频率，当放大倍数下降到原来的0.707后测得如下： 同理可以测得不同RF与R1值时的电压增益和带宽如下表所示：增益带宽积仿真值RFR1ViVoAV（dB） BWAVBW 110K10K4V4V090k 2100K10K2V19.99V2017k34k 31M10K200mV19.99V409.5K38k实验记录A. RF=10k，R1=10k时示波器显示如下（电压增益下降为0.707时）：B. RF=100k，R1=10k时示波器显示如下（电压增益下降为0.707时）：C. RF=1M，R1=10k时示波器显示如下：电压增益下降为0.707时示波器显示如下：所以由此可得增益带宽积实验值：RFR1ViVoAV（dB） BWAVBW 110K10K940mV950mV0.092441.5k40.618k 2100K10K940mV 9.4V2045.6k912k 31M10K108mV 9.7V39.419.82k774.3k由理论知识我们可以得知，上述的增益带宽积应该为一常数，但实验值显然不是常数，分析实验知可能的原因有：1、实际用的运放器件肯定不是理想运放，会有很多参数的限制，所以要合理选择并核算；2、运放只是小信号放大电路，要注意输出电压、电流、压摆率等参数的限制（本次实验时的输入信号明显过大）；3、运放的虚短、虚断只在深度负反馈时成立，其他时候根本就不能这样认为。而且虚短、虚断后的计算也是和实际器件的性能和电路有关的，并不是理想化的虚短、虚断。（五）共模抑制比的测量：软件仿真运放的差模电压放大倍数AVD与共模电压放大倍数AVC之比称为共模抑制比。KCMR愈大，表示放大器对共模信号（温度漂移、零点漂移等）的抑制能力愈强。实验电路中Vi2V（有效值）、频率为100Hz的正弦波。如下仿真的KCMR=20lgAVDAVC=20lg100053.8=25.4dB实验记录 由此可得实验测得的KCMR=20lgAVDAVC=20lg10009.36=40.6dB（六）输出信号最大变化率：软件仿真运放在大幅度阶跃信号作用下，输出信号所能达到的最大变化率，其单位为V/us。由仿真可得SRV/ t=8.12V/(6.6+8.6)us=0.534 V/us。实验记录实验记录如下图所示，由仿真可得SRV/ t=13.44V/(5.02+4.98)us=1.344 V/us。（七）比较器+RC电路：软件仿真由运算放大器A、R0、R1、R2、DZ1和DZ1组成的滞回比较器与RC电路组成的三角波、方波发生器电路如上图所示。 由电路可知VC=R1R1+R2VZ=10k10k+20kVZ=VZ3，而由仿真可得VcVz=7.8523.45=0.335，两个结果相当接近。实验记录实验测得VcVz=4.8114.2=0.339，与仿真值与理论值都相当接近。（八）比较器+积分器：软件仿真将滑动变阻器2 R 的阻值选择为secondary sweep，调节滑动变阻器使恰好能稳定产生三角波与方波并且set 越小，三角波的幅值越大，周期越短，频率越高所以由以上仿真结果可知：适当调节两个滑动变阻器的阻值可以产生符合频率要求与幅值要求的三角波与方波。仿真如下所示：实验记录A. 如上图所示，此时的方波与三角波频率为392Hz，在频率范围100Hz到1kHz之间；输出电压三角波VP-P=5.94V,方波VP-P=13.4V20V；方波tr=5.0192-4.9844ms=34.8us；B.如上图所示此时的方波与三角波频率为1.220kHz，在频率范围1kHz到10kHz之间；输出电压三角波VP-P=6.00V,方波VP-P=13.3V20V；方波tr=1.021-0.984ms=81us；五、 实验心得【实验心得】主要误差来源：1实验器件实际值与标称值不同引起的误差2测量仪器本身具有的系统误差3示波器测量电压，频率时测量值是跳跃的，很难读出准确值产生的误差4稳压源输出电压不恒定，且不完全等于输出值而引起的误差5导线的电阻以及导线连接造成的接触电阻6探头的老化误差7信号源的频率在实验时产生波动，不稳定产生的误差8信号源输出电压太小导致示波器波形不稳定产生的误差实验体会：（一）对于集成运放基本运算电路实验，在做实验前先进行软件仿真了解其基本特性是一个很好的方法。这样能够使得自己在自己动手做实验对于实验结果有一定的预期，不但可以提高做实验的效率，而且也是减小实验失误的有效方法之一。（二）在做运放实验时，接线需要小心谨慎，特别是对于偏置电压的接入，一定要判断清楚恒压源的正负极才能接入。否则一旦出现线路接错，很容易就会烧掉运放。（三）此实验中正确使用示波器又是一大难点。但经过第一个学期的使用训练，可以说现在对示波器的调节已经相对来说比较娴熟。但实验时仍需