天大考研电子线路实验

1、选作实验目录实验一 稳压电源实验二 差分放大器实验三 有源滤波器的设计实验四 无源滤波器的设计实验一 直流稳压电源的设计一 实验目的1 加深对直流稳压电源工作原理的理解2 掌握直流稳压电源设计电路和计算、选择参数的方法3 掌握直流稳压电源的主要性能指标及调试和测量方法二 实验原理1 电子电路设计的一般方法（1）方案论证与总体设计（2）单元电路的设计（3）元器件的选择（4）参数计算（5）总体电路图的画法（6）安装调试2 直流稳压电源的设计方法（1）电路形式的选择（2）三端集成稳压器的选择（3）整流滤波电路的考虑（4）整流二极管的选择3 直流稳压电源的调测三 实验内容及要求内容 1 设计并制作一个

2、电压可调的集成直流稳压电源2 主要技术指标： 输出电压Vo：Vo+9V-+12V连续可调 最大输出电流：I200mA 纹波电压5mA 稳压系数5103说明：变压器不需要设计要求： 1根据性能指标要求，确定电路及器材，计算电路元件参数2在实验面包板上安装电路，测试性能指标，调整与修改元件参数值，将修改后的参数值标在设计的电路图上。3所有调试完毕后，编写实验报告。实验具体要求：通过查阅资料，画出采用LM7805芯片产生标准5V电压输出的电路原理图，在面包板上实现电路功能。稳压电源性能指标分为两种：特性指标和质量指标特性指标1) 输入电压以及变化范围2) 输出电压及其调节范围3) 额定输出电流质量指

3、标1) 稳压系数2) 电流调整率3) 输出电阻4) 温度系数5) 纹波电压和纹波抑制比器件：LM7805X1470u/25V 电容X3470u/16V 电容X30.1u 电容X2150u/2A电感X11N5822 二极管X14.43k 电阻X12k电阻X1实验二 差动放大电路设计1 实验目的1掌握差动放大器的主要特性及其测试方法；2学习带恒流源式差动放大器的设计方法和调试方法 ；二 实验原理1直流放大电路的特点在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。图1所示的电路就是一种简单的直流放大电路。图1由于该电路级间

4、是直接耦合，不采用隔直元件（如电容或变压器），便带来了新的问题。首先，由于电路的各级直流工作点不是互相独立的，便产生级间电平如何配置才能保证有合适的工作点和足够的动态范围的问题。其次是当直流放大电路输入端不加信号时，由于温度、电源电压的变化或其他干扰而引起的各级工作点电位的缓慢变化，都会经过各级放大使末级输出电压偏离零值而上下摆动，这种现象称为零点漂移。1.1 差动式直流放大电路典型差动式直流放大电路如图2所示。它是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。 图21.2 带恒流源的差动放大器为了改善差动式直流放大电路的零点漂移，利用了

5、负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发射极回路接入了稳流电阻RE和负电源VEE，RE愈大，稳定性愈好。但由于负电源不可能用得很低，因而限制了RE阻值的增大。为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替RE，形成了具有恒流源的差动放大器，电路如图3具有恒流源的差动放大器，应用十分广泛。 图3当某些环境因素或干扰存在时，会引起电路参数变化。例如当温度升高时，三极管VBE会下降，会增加，使两管的集电极电流增加了ICQ1=ICQ2 =ICQ，使两管集电极对地电位也产生了一个增量VCQ1和VCQ2，且数值相等。此时输出电压的变化量V0=VCQ1-VCQ2=0， 三 主要性能及其测试方法1. 传输特

6、性传输特性是指差动放大器在差模信号输入时，输出电流IC随输入电压的变化规律，传输特性曲线如图4所示。由传输特性可以看出：传输特性直观地反映了差分放大器的电路对称性及工作状态，可用来设置差动放大器的静态工作点及调整与观测电路的对称性。图42. 差模特性差模电压增益AVd的测量方法是：输入差模信号为Vid，设差分放大器为单端输入双端输出接法。用双踪示波器分别观测VCl及VC2，它们应是一对大小相等、极性相反的不失真正弦波。用晶体毫伏表或示波器分别测量VC1、VC2的值，则差模电压增益为：如果是单端输出，则如果VC1与VC2不相等，说明放大器的参数不完全对称。若VC1与VC2相差较大，应重新调整静态

7、工作点，使电路性能尽可能对称。差模输入电阻Rid与差模输出电阻Rod的测量方法与基本设计实验一的单管放大器输入电阻Rid及输出电阻Rod的测量方法相同。3. 共模特性 当差分放大器的两个输入端输入一对共模信号（大小相等、极性相同的一对信号，如漂移电压、电源波动产生的干扰等）Vic时，则： （1）双端输出时，由于同时从两管的集电极输出，如果电路完全对称，则输出电压上VC1 VC2，共模电压增益为 如果恒流源电流恒定不变，则VC1=VC20，则AVc0。说明差分放大器双端输出时，对零点漂移等模干扰信号有很强的抑制能力。常用共模抑制比KCMR来表征差分放大器对共模信号的抑制能力，即 或者KCMR愈大

8、，说明差分放大器对共模信号的抑制力愈强，放大器的性能愈好。共模抑制比KCMR的测量方法如下：当差模电压增益AVd的测量完成后，将放大器的端与端相连接，输入Vic=500mV，fi=l000Hz的共模信号。如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则VC1与VC2的值近似为零，示波器观测VCl与VC2的波形近似于一条水平直线。共模放大倍数AVC0，则共模抑制比KCMR为：如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则VC1、VC2为对大小相等极性相反的正弦波，用交流毫伏表测量VC1、VC2，则共模电压增益为（单端输入时）5 电路安装与调试 1.根据自己的设计参数，参照图2.2或2.3认真组装电路，并仔细检

9、查电路 2.静态工作点的调试 输入端接地，用万用表测量集电极对地的电压VC1、VC2。若VC1VC2，证明电路不对称，应调整RP1，测得、间电压为零，使得VC1=VC2，这一过程称之为调零。测量电阻RC1两端的电压，并改变RE3或R3、R4的比值使I0= 设计值（如lmA） 。 6 实验内容与要求1.基本要求 按上图设计一个单端输入一双端输出差动式直流放大电路，要求Avd20，KCMR40dB。电源电压为12V，测试输入信号频率为lkHz，幅值为20mV的交流信号，负载电阻RL=20k。 连接电路测量并调整静态工作点、AVc、AVd、Rid 、KCMR等指标并与设计指标进行对比。 2.扩展要求

10、 按上图设计一个带有恒流源的单端输入一单端输出的差动放大器。已知电源电压为12V，辐入信号是频率为lkHz，幅值为20mV的交流信号，负载电阻RL=20k。要求: Rid10k，AVd15，KCMR50dB。 连接电路测量并调整静态工作点、AVc、AVd、Rid 、KCMR等指标并与设计指标进行对比。 7 实验研究和思考题 1差动放大器中两管及元件对称对电路性能有何影响？ 2为什么电路在工作前需进行零点调整？ 3可否用交流毫伏表跨接在输出端与之间（双端输出时）测差动放大器的输出电压 V0d？为什么？ 实验三 有源滤波器的设计 一实验目的1 掌握由集成运放构成的有源滤波器。2 进一步掌握频率特性

11、的测试方法。3 学会绘制对数频率特性曲线。二 实验原理由运放和RC网络可以构成有源滤波器，与无源的LC滤波器相比较，它具有体积小，效率高，频率特性好等优点。滤波器根据工作频率范围可分为低通，高通，带通和带阻四种类型。若按滤波器的传递函数的分母阶数，可分为低阶（一阶、二阶）和高阶（三阶及以上）两种，阶数愈高，其幅频特性通带外的衰减就愈快，滤波效果就愈好。一阶低通有源滤波器电路如图5-1（a）所示，它是由一级RC低通电路的输出再接上一个同相输入比例放大器构成。 （a）一阶低通滤波电路 （b）一阶低通滤波电路幅频特性图5-1 一阶低通滤波电路及幅频特性该电路的传递函数为 式中称为截止角频率，传递函数

12、的模为幅角为该电路的幅频特性如图5-1（b）示，通带以外以/十倍频衰减。典型的二阶低通有源滤波器电路如图5-2（a）所示，由两级RC低通电路后接一同相输入比例放大器构成。图中下端接至电路的输出端，其目的是改善在附近的滤波特性，这是因为在且接近于1的范围内，和的相位差在90以内，起正反馈作用，因而有利于提高这段范围内的输出幅度。（a）二阶低通滤波器 （b）二阶低通滤波器幅频特性图5-2 二阶低通滤波器及其幅频特性该电路的传递函数为 式中 称为品质因数电路的幅频特性曲线如图5-2（b）示，不同的值，幅频特性曲线不同，通带外的幅频特性曲线以十倍频衰减。若电路设计得使，即，那么该滤波电路的幅频特性在通

13、带内有最大平坦度，称为巴特沃兹（Botterworth）滤波器。例：低通滤波器（LPF）设计实例要求设计一个LPF，其截止频率为500Hz，值为0.707，处的衰减速率不低于倍频。首先，因为要求处的衰减速率不低于倍频。确定滤波器的阶数为2；然后 根据的值选择电容C的值，一般来讲，滤波器中电容的容量要小于1F，电阻的值至少要求级。假设取，则根据即 可求得。最后再根据值求和，因为，即，又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称，可得 可得：，。三实验内容1 按图接好二阶低通有源滤波电路，取，。 2 测试滤波器的幅频特性滤波器输入加正弦信号，维持信号的大小（有效值），改变信号的频率，测量在不同频率下

14、输出电压值，数据填入表5-1。表5-15201002003004005006001000500010000画出滤波器幅频特性曲线，横坐标以对数刻度，纵坐标以分贝刻度，由幅频特性曲线决定频率，即上限频率。四预习要求1 了解有源滤波器的分类及其滤波特性。掌握有源滤波器的基本电路及其工作原理。2 理论计算图5-2（a）示电路若，时的上限频率。五思考题1 图（a）电路是不是一个勃特沃兹型滤波器？2 若欲设计一个二阶高通勃特沃兹型有源滤波器，下限频率，那么应将图(a)电路及参数做哪些改变？画出电路，确定元件参数。六实验仪器及器材1实验箱 1台2直流稳压电源（12V）3示波器 1台4函数发生器 1台5交流

15、毫伏表 1只6万用表 1只实验四 无源滤波器的设计一、实验目的1掌握测定R、C无源滤波器的幅频特性的方法。2了解由R、C构成的一些简单的二阶无源滤波电路及其特性。3通过理论分析和实验测试加深对无源滤波器的认识。二、实验原理滤波器是一种选择装置，它对输入信号进行加工和处理，从中选出某些特定的信号作为输出。电滤波器的任务是对输入信号进行选频加权传输。电滤波器是Campbell和wagner在第一次世界大战期间各自独立发明的，当时直接应用于长途载波电话等通信系统。电滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。滤波器的输出与输入关系通常用电压转移函数H(S)来描述，电压转移函数又称为电压增益函

16、数，它的定义如下式中UO(S)、Ui(S)分别为输出、输入电压的拉氏变换。在正弦稳态情况下，S=j，电压转移函数可写成式中表示输出与输入的幅值比，称为幅值函数或增益函数，它与频率的关系称为幅频特性；F()表示输出与输入的相位差，称为相位函数，它与频率的关系称为相频特性。幅频特性与相频特性统称滤波器的频率响应。滤波器的幅频特性很容易用实验方法测定。本实验仅研究一些基本的二阶滤波电路。滤波器按幅频特性的不同，可分为低通、高通、带通和带阻和全通滤波电路等几种，图附录11给出了低通、高通、带通和带阻滤波电的典型幅频特性。低通滤波电路，其幅频响应如图附录11(a)所示，图中|H(jC)|为增益的幅值，K

17、为增益常数。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止频率C的低频信号，而对大于C的所有频率则衰减，因此其带宽B=C。高通滤波电路，其幅频响应如图附录11(b)所示。由图可以看到，在0C范围内的频率为阻带，高于C的频率为通带。带通滤波电路，其幅频响应如图附录11(c)所示。图中Cl为下截止频率，Ch为上截止频率，0为中心频率。由图可知，它有两个阻带：0Ch，因此带宽B=Ch-Cl。带阻滤波电路，其幅频响应如图附录11(d)所示。由图可知，它有两个通带：0Ch和一个阻带ClCh也是有限的。带阻滤波电路阻带中点所在的频率Z叫零点频率。(a)低通滤波电路 (b)高通滤波电路(c)带通滤波电路 (d)带阻

18、滤波电路图附录11 各种滤波电路的幅频响应二阶基本节低通、高通、带通和带阻滤波器的电压转移函数分别为 低通 高通 带通 带阻式中K、p、z和p分别称为增益常数、极点频率、零点频率和极偶品质因数。正弦稳态时的电压转移函数可分别写成 低通 高通 带通 带阻三、实验内容1二阶无源低通滤波器（1）二阶无源RC低通滤波器的幅频特性图附录12所示电路为二阶无源RC低通滤波器基本节，采用复频域分析，可以得其电压转移函数为：图附录12根据二阶基本节低通滤波器电压转移函数的典型表达式：可得增益常数K=1，极点频率和极偶品质因数。正弦稳态时，电压转移函数可写成：幅值函数为：由上式可知：当时，当时，当时，可见随着频

19、率升高幅值函数值减小，该电路具有使低频信号通过的特性，故称为低通滤波器。（2）实验步骤与注意事项按图附录12接线。函数信号发生器选定为正弦波输出，固定输出信号幅度为，改变(零频率可以用，或近似)从40Hz3KHz范围内不同值时，用毫伏表测量。要求找出极点频率和截止频率的位量，其余各点频率由学生自行决定，数据填入表1中。画出此滤波器的幅频特性曲线，并进行误差分析。注：当时，对应的频率称为()；截止频率()是幅值函数自下降3db，即时，所对应的频率。每次改变频率时都应该注意函数发生器的输出幅度为Uip-p=1V。我们可以用示波器来监视函数信号发生器的输出幅度。表1 403K= =2二阶高通滤波器(1) 二阶无源RC高通滤波器的幅频特性图附录13图附录13所示电路为二阶无源RC高通滤波器基本节，采用复频域分析，可以得其电压转移函数为：根据二阶基本节高通滤波器电压转移函数的典型表达式：可得增益常数K=1，极点频率，极偶品质因数。正弦稳态时，电压转移函数可写成：幅值函数为：由上式可知：当时， 当时，当时，可见随着频率增加幅值函数增大，该电路具有使高频信号通过的特性，故称为高频滤波器。(2) 实验步骤与注意事项按图附录13接线。除正弦信号频率范围取100Hz10KHz外，操作步骤与注意事项和二