1、選作實(shí)驗(yàn)?zāi)夸泴?shí)驗(yàn)一 穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)二 差分放大器實(shí)驗(yàn)三 有源濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)四 無源濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深對(duì)直流穩(wěn)壓電源工作原理的理解2 掌握直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路和計(jì)算、選擇參數(shù)的方法3 掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)及調(diào)試和測(cè)量方法二 實(shí)驗(yàn)原理1 電子電路設(shè)計(jì)的一般方法（1）方案論證與總體設(shè)計(jì)（2）單元電路的設(shè)計(jì)（3）元器件的選擇（4）參數(shù)計(jì)算（5）總體電路圖的畫法（6）安裝調(diào)試2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法（1）電路形式的選擇（2）三端集成穩(wěn)壓器的選擇（3）整流濾波電路的考慮（4）整流二極管的選擇3 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)測(cè)三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)

2、電壓可調(diào)的集成直流穩(wěn)壓電源2 主要技術(shù)指標(biāo)： 輸出電壓Vo：Vo+9V-+12V連續(xù)可調(diào) 最大輸出電流：I200mA 紋波電壓5mA 穩(wěn)壓系數(shù)5103說明：變壓器不需要設(shè)計(jì)要求： 1根據(jù)性能指標(biāo)要求，確定電路及器材，計(jì)算電路元件參數(shù)2在實(shí)驗(yàn)面包板上安裝電路，測(cè)試性能指標(biāo)，調(diào)整與修改元件參數(shù)值，將修改后的參數(shù)值標(biāo)在設(shè)計(jì)的電路圖上。3所有調(diào)試完畢后，編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)具體要求：通過查閱資料，畫出采用LM7805芯片產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)5V電壓輸出的電路原理圖，在面包板上實(shí)現(xiàn)電路功能。穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)分為兩種：特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)特性指標(biāo)1) 輸入電壓以及變化范圍2) 輸出電壓及其調(diào)節(jié)范圍3) 額定輸出電流質(zhì)量指

3、標(biāo)1) 穩(wěn)壓系數(shù)2) 電流調(diào)整率3) 輸出電阻4) 溫度系數(shù)5) 紋波電壓和紋波抑制比器件：LM7805X1470u/25V 電容X3470u/16V 電容X30.1u 電容X2150u/2A電感X11N5822 二極管X14.43k 電阻X12k電阻X1實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)放大電路設(shè)計(jì)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握差動(dòng)放大器的主要特性及其測(cè)試方法；2學(xué)習(xí)帶恒流源式差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試方法 ；二 實(shí)驗(yàn)原理1直流放大電路的特點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中，常需要對(duì)一些變化緩慢的信號(hào)進(jìn)行放大，此時(shí)就不能用阻容耦合放大電路了。為此，若要傳送直流信號(hào)，就必須采用直接耦合。圖1所示的電路就是一種簡(jiǎn)單的直流放大電路。圖1由于該電路級(jí)間

4、是直接耦合，不采用隔直元件（如電容或變壓器），便帶來了新的問題。首先，由于電路的各級(jí)直流工作點(diǎn)不是互相獨(dú)立的，便產(chǎn)生級(jí)間電平如何配置才能保證有合適的工作點(diǎn)和足夠的動(dòng)態(tài)范圍的問題。其次是當(dāng)直流放大電路輸入端不加信號(hào)時(shí)，由于溫度、電源電壓的變化或其他干擾而引起的各級(jí)工作點(diǎn)電位的緩慢變化，都會(huì)經(jīng)過各級(jí)放大使末級(jí)輸出電壓偏離零值而上下擺動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。1.1 差動(dòng)式直流放大電路典型差動(dòng)式直流放大電路如圖2所示。它是一種特殊的直接耦合放大電路，要求電路兩邊的元器件完全對(duì)稱，即兩管型號(hào)相同、特性相同、各對(duì)應(yīng)電阻值相等。 圖21.2 帶恒流源的差動(dòng)放大器為了改善差動(dòng)式直流放大電路的零點(diǎn)漂移，利用了

5、負(fù)反饋能穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理，在兩管公共發(fā)射極回路接入了穩(wěn)流電阻RE和負(fù)電源VEE，RE愈大，穩(wěn)定性愈好。但由于負(fù)電源不可能用得很低，因而限制了RE阻值的增大。為了解決這一矛盾，實(shí)際應(yīng)用中常用晶體管恒流源來代替RE，形成了具有恒流源的差動(dòng)放大器，電路如圖3具有恒流源的差動(dòng)放大器，應(yīng)用十分廣泛。 圖3當(dāng)某些環(huán)境因素或干擾存在時(shí)，會(huì)引起電路參數(shù)變化。例如當(dāng)溫度升高時(shí)，三極管VBE會(huì)下降，會(huì)增加，使兩管的集電極電流增加了ICQ1=ICQ2 =ICQ，使兩管集電極對(duì)地電位也產(chǎn)生了一個(gè)增量VCQ1和VCQ2，且數(shù)值相等。此時(shí)輸出電壓的變化量V0=VCQ1-VCQ2=0， 三 主要性能及其測(cè)試方法1. 傳輸特

6、性傳輸特性是指差動(dòng)放大器在差模信號(hào)輸入時(shí)，輸出電流IC隨輸入電壓的變化規(guī)律，傳輸特性曲線如圖4所示。由傳輸特性可以看出：傳輸特性直觀地反映了差分放大器的電路對(duì)稱性及工作狀態(tài)，可用來設(shè)置差動(dòng)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)及調(diào)整與觀測(cè)電路的對(duì)稱性。圖42. 差模特性差模電壓增益AVd的測(cè)量方法是：輸入差模信號(hào)為Vid，設(shè)差分放大器為單端輸入雙端輸出接法。用雙蹤示波器分別觀測(cè)VCl及VC2，它們應(yīng)是一對(duì)大小相等、極性相反的不失真正弦波。用晶體毫伏表或示波器分別測(cè)量VC1、VC2的值，則差模電壓增益為：如果是單端輸出，則如果VC1與VC2不相等，說明放大器的參數(shù)不完全對(duì)稱。若VC1與VC2相差較大，應(yīng)重新調(diào)整靜態(tài)

7、工作點(diǎn)，使電路性能盡可能對(duì)稱。差模輸入電阻Rid與差模輸出電阻Rod的測(cè)量方法與基本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一的單管放大器輸入電阻Rid及輸出電阻Rod的測(cè)量方法相同。3. 共模特性 當(dāng)差分放大器的兩個(gè)輸入端輸入一對(duì)共模信號(hào)（大小相等、極性相同的一對(duì)信號(hào)，如漂移電壓、電源波動(dòng)產(chǎn)生的干擾等）Vic時(shí)，則： （1）雙端輸出時(shí)，由于同時(shí)從兩管的集電極輸出，如果電路完全對(duì)稱，則輸出電壓上VC1 VC2，共模電壓增益為 如果恒流源電流恒定不變，則VC1=VC20，則AVc0。說明差分放大器雙端輸出時(shí)，對(duì)零點(diǎn)漂移等模干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。常用共模抑制比KCMR來表征差分放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，即 或者KCMR愈大

8、，說明差分放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制力愈強(qiáng)，放大器的性能愈好。共模抑制比KCMR的測(cè)量方法如下：當(dāng)差模電壓增益AVd的測(cè)量完成后，將放大器的端與端相連接，輸入Vic=500mV，fi=l000Hz的共模信號(hào)。如果電路的對(duì)稱性很好，恒流源恒定不變，則VC1與VC2的值近似為零，示波器觀測(cè)VCl與VC2的波形近似于一條水平直線。共模放大倍數(shù)AVC0，則共模抑制比KCMR為：如果電路的對(duì)稱性不好，或恒流源不恒定，則VC1、VC2為對(duì)大小相等極性相反的正弦波，用交流毫伏表測(cè)量VC1、VC2，則共模電壓增益為（單端輸入時(shí)）5 電路安裝與調(diào)試 1.根據(jù)自己的設(shè)計(jì)參數(shù)，參照?qǐng)D2.2或2.3認(rèn)真組裝電路，并仔細(xì)檢

9、查電路 2.靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試 輸入端接地，用萬用表測(cè)量集電極對(duì)地的電壓VC1、VC2。若VC1VC2，證明電路不對(duì)稱，應(yīng)調(diào)整RP1，測(cè)得、間電壓為零，使得VC1=VC2，這一過程稱之為調(diào)零。測(cè)量電阻RC1兩端的電壓，并改變RE3或R3、R4的比值使I0= 設(shè)計(jì)值（如lmA） 。 6 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求1.基本要求 按上圖設(shè)計(jì)一個(gè)單端輸入一雙端輸出差動(dòng)式直流放大電路，要求Avd20，KCMR40dB。電源電壓為12V，測(cè)試輸入信號(hào)頻率為lkHz，幅值為20mV的交流信號(hào)，負(fù)載電阻RL=20k。 連接電路測(cè)量并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)、AVc、AVd、Rid 、KCMR等指標(biāo)并與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。 2.擴(kuò)展要求

10、 按上圖設(shè)計(jì)一個(gè)帶有恒流源的單端輸入一單端輸出的差動(dòng)放大器。已知電源電壓為12V，輻入信號(hào)是頻率為lkHz，幅值為20mV的交流信號(hào)，負(fù)載電阻RL=20k。要求: Rid10k，AVd15，KCMR50dB。 連接電路測(cè)量并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)、AVc、AVd、Rid 、KCMR等指標(biāo)并與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。 7 實(shí)驗(yàn)研究和思考題 1差動(dòng)放大器中兩管及元件對(duì)稱對(duì)電路性能有何影響？ 2為什么電路在工作前需進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整？ 3可否用交流毫伏表跨接在輸出端與之間（雙端輸出時(shí)）測(cè)差動(dòng)放大器的輸出電壓 V0d？為什么？ 實(shí)驗(yàn)三 有源濾波器的設(shè)計(jì) 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握由集成運(yùn)放構(gòu)成的有源濾波器。2 進(jìn)一步掌握頻率特性

11、的測(cè)試方法。3 學(xué)會(huì)繪制對(duì)數(shù)頻率特性曲線。二 實(shí)驗(yàn)原理由運(yùn)放和RC網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成有源濾波器，與無源的LC濾波器相比較，它具有體積小，效率高，頻率特性好等優(yōu)點(diǎn)。濾波器根據(jù)工作頻率范圍可分為低通，高通，帶通和帶阻四種類型。若按濾波器的傳遞函數(shù)的分母階數(shù)，可分為低階（一階、二階）和高階（三階及以上）兩種，階數(shù)愈高，其幅頻特性通帶外的衰減就愈快，濾波效果就愈好。一階低通有源濾波器電路如圖5-1（a）所示，它是由一級(jí)RC低通電路的輸出再接上一個(gè)同相輸入比例放大器構(gòu)成。 （a）一階低通濾波電路 （b）一階低通濾波電路幅頻特性圖5-1 一階低通濾波電路及幅頻特性該電路的傳遞函數(shù)為 式中稱為截止角頻率，傳遞函數(shù)

12、的模為幅角為該電路的幅頻特性如圖5-1（b）示，通帶以外以/十倍頻衰減。典型的二階低通有源濾波器電路如圖5-2（a）所示，由兩級(jí)RC低通電路后接一同相輸入比例放大器構(gòu)成。圖中下端接至電路的輸出端，其目的是改善在附近的濾波特性，這是因?yàn)樵谇医咏?的范圍內(nèi)，和的相位差在90以內(nèi)，起正反饋?zhàn)饔茫蚨欣谔岣哌@段范圍內(nèi)的輸出幅度。（a）二階低通濾波器 （b）二階低通濾波器幅頻特性圖5-2 二階低通濾波器及其幅頻特性該電路的傳遞函數(shù)為 式中 稱為品質(zhì)因數(shù)電路的幅頻特性曲線如圖5-2（b）示，不同的值，幅頻特性曲線不同，通帶外的幅頻特性曲線以十倍頻衰減。若電路設(shè)計(jì)得使，即，那么該濾波電路的幅頻特性在通

13、帶內(nèi)有最大平坦度，稱為巴特沃茲（Botterworth）濾波器。例：低通濾波器（LPF）設(shè)計(jì)實(shí)例要求設(shè)計(jì)一個(gè)LPF，其截止頻率為500Hz，值為0.707，處的衰減速率不低于倍頻。首先，因?yàn)橐筇幍乃p速率不低于倍頻。確定濾波器的階數(shù)為2；然后 根據(jù)的值選擇電容C的值，一般來講，濾波器中電容的容量要小于1F，電阻的值至少要求級(jí)。假設(shè)取，則根據(jù)即 可求得。最后再根據(jù)值求和，因?yàn)椋矗忠驗(yàn)榧蛇\(yùn)放要求兩個(gè)輸入端的外接電阻對(duì)稱，可得 可得：，。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 按圖接好二階低通有源濾波電路，取，。 2 測(cè)試濾波器的幅頻特性濾波器輸入加正弦信號(hào)，維持信號(hào)的大小（有效值），改變信號(hào)的頻率，測(cè)量在不同頻率下

14、輸出電壓值，數(shù)據(jù)填入表5-1。表5-15201002003004005006001000500010000畫出濾波器幅頻特性曲線，橫坐標(biāo)以對(duì)數(shù)刻度，縱坐標(biāo)以分貝刻度，由幅頻特性曲線決定頻率，即上限頻率。四預(yù)習(xí)要求1 了解有源濾波器的分類及其濾波特性。掌握有源濾波器的基本電路及其工作原理。2 理論計(jì)算圖5-2（a）示電路若，時(shí)的上限頻率。五思考題1 圖（a）電路是不是一個(gè)勃特沃茲型濾波器？2 若欲設(shè)計(jì)一個(gè)二階高通勃特沃茲型有源濾波器，下限頻率，那么應(yīng)將圖(a)電路及參數(shù)做哪些改變？畫出電路，確定元件參數(shù)。六實(shí)驗(yàn)儀器及器材1實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)2直流穩(wěn)壓電源（12V）3示波器 1臺(tái)4函數(shù)發(fā)生器 1臺(tái)5交流

15、毫伏表 1只6萬用表 1只實(shí)驗(yàn)四 無源濾波器的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測(cè)定R、C無源濾波器的幅頻特性的方法。2了解由R、C構(gòu)成的一些簡(jiǎn)單的二階無源濾波電路及其特性。3通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試加深對(duì)無源濾波器的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理濾波器是一種選擇裝置，它對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行加工和處理，從中選出某些特定的信號(hào)作為輸出。電濾波器的任務(wù)是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行選頻加權(quán)傳輸。電濾波器是Campbell和wagner在第一次世界大戰(zhàn)期間各自獨(dú)立發(fā)明的，當(dāng)時(shí)直接應(yīng)用于長(zhǎng)途載波電話等通信系統(tǒng)。電濾波器主要由無源元件R、L、C構(gòu)成，稱為無源濾波器。濾波器的輸出與輸入關(guān)系通常用電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)H(S)來描述，電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)又稱為電壓增益函

16、數(shù)，它的定義如下式中UO(S)、Ui(S)分別為輸出、輸入電壓的拉氏變換。在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，S=j，電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫成式中表示輸出與輸入的幅值比，稱為幅值函數(shù)或增益函數(shù)，它與頻率的關(guān)系稱為幅頻特性；F()表示輸出與輸入的相位差，稱為相位函數(shù)，它與頻率的關(guān)系稱為相頻特性。幅頻特性與相頻特性統(tǒng)稱濾波器的頻率響應(yīng)。濾波器的幅頻特性很容易用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)僅研究一些基本的二階濾波電路。濾波器按幅頻特性的不同，可分為低通、高通、帶通和帶阻和全通濾波電路等幾種，圖附錄11給出了低通、高通、帶通和帶阻濾波電的典型幅頻特性。低通濾波電路，其幅頻響應(yīng)如圖附錄11(a)所示，圖中|H(jC)|為增益的幅值，K

17、為增益常數(shù)。由圖可知，它的功能是通過從零到某一截止頻率C的低頻信號(hào)，而對(duì)大于C的所有頻率則衰減，因此其帶寬B=C。高通濾波電路，其幅頻響應(yīng)如圖附錄11(b)所示。由圖可以看到，在0C范圍內(nèi)的頻率為阻帶，高于C的頻率為通帶。帶通濾波電路，其幅頻響應(yīng)如圖附錄11(c)所示。圖中Cl為下截止頻率，Ch為上截止頻率，0為中心頻率。由圖可知，它有兩個(gè)阻帶：0Ch，因此帶寬B=Ch-Cl。帶阻濾波電路，其幅頻響應(yīng)如圖附錄11(d)所示。由圖可知，它有兩個(gè)通帶：0Ch和一個(gè)阻帶ClCh也是有限的。帶阻濾波電路阻帶中點(diǎn)所在的頻率Z叫零點(diǎn)頻率。(a)低通濾波電路 (b)高通濾波電路(c)帶通濾波電路 (d)帶阻

18、濾波電路圖附錄11 各種濾波電路的幅頻響應(yīng)二階基本節(jié)低通、高通、帶通和帶阻濾波器的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)分別為 低通 高通 帶通 帶阻式中K、p、z和p分別稱為增益常數(shù)、極點(diǎn)頻率、零點(diǎn)頻率和極偶品質(zhì)因數(shù)。正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可分別寫成 低通 高通 帶通 帶阻三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1二階無源低通濾波器（1）二階無源RC低通濾波器的幅頻特性圖附錄12所示電路為二階無源RC低通濾波器基本節(jié)，采用復(fù)頻域分析，可以得其電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)為：圖附錄12根據(jù)二階基本節(jié)低通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式：可得增益常數(shù)K=1，極點(diǎn)頻率和極偶品質(zhì)因數(shù)。正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)，電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫成：幅值函數(shù)為：由上式可知：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，可見隨著頻

19、率升高幅值函數(shù)值減小，該電路具有使低頻信號(hào)通過的特性，故稱為低通濾波器。（2）實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)按圖附錄12接線。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器選定為正弦波輸出，固定輸出信號(hào)幅度為，改變(零頻率可以用，或近似)從40Hz3KHz范圍內(nèi)不同值時(shí)，用毫伏表測(cè)量。要求找出極點(diǎn)頻率和截止頻率的位量，其余各點(diǎn)頻率由學(xué)生自行決定，數(shù)據(jù)填入表1中。畫出此濾波器的幅頻特性曲線，并進(jìn)行誤差分析。注：當(dāng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率稱為()；截止頻率()是幅值函數(shù)自下降3db，即時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率。每次改變頻率時(shí)都應(yīng)該注意函數(shù)發(fā)生器的輸出幅度為Uip-p=1V。我們可以用示波器來監(jiān)視函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度。表1 403K= =2二階高通濾波器(1) 二階無源RC高通濾波器的幅頻特性圖附錄13圖附錄13所示電路為二階無源RC高通濾波器基本節(jié)，采用復(fù)頻域分析，可以得其電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)為：根據(jù)二階基本節(jié)高通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式：可得增益常數(shù)K=1，極點(diǎn)頻率，極偶品質(zhì)因數(shù)。正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)，電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫成：幅值函數(shù)為：由上式可知：當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，可見隨著頻率增加幅值函數(shù)增大，該電路具有使高頻信號(hào)通過的特性，故稱為高頻濾波器。(2) 實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)按圖附錄13接線。除正弦信號(hào)頻率范圍取100Hz10KHz外，操作步驟與注意事項(xiàng)和二