1、選作實驗目錄實驗一 穩壓電源實驗二 差分放大器實驗三 有源濾波器的設計實驗四 無源濾波器的設計實驗一 直流穩壓電源的設計一 實驗目的1 加深對直流穩壓電源工作原理的理解2 掌握直流穩壓電源設計電路和計算、選擇參數的方法3 掌握直流穩壓電源的主要性能指標及調試和測量方法二 實驗原理1 電子電路設計的一般方法（1）方案論證與總體設計（2）單元電路的設計（3）元器件的選擇（4）參數計算（5）總體電路圖的畫法（6）安裝調試2 直流穩壓電源的設計方法（1）電路形式的選擇（2）三端集成穩壓器的選擇（3）整流濾波電路的考慮（4）整流二極管的選擇3 直流穩壓電源的調測三 實驗內容及要求內容 1 設計并制作一個

2、電壓可調的集成直流穩壓電源2 主要技術指標： 輸出電壓Vo：Vo+9V-+12V連續可調 最大輸出電流：I200mA 紋波電壓5mA 穩壓系數5103說明：變壓器不需要設計要求： 1根據性能指標要求，確定電路及器材，計算電路元件參數2在實驗面包板上安裝電路，測試性能指標，調整與修改元件參數值，將修改后的參數值標在設計的電路圖上。3所有調試完畢后，編寫實驗報告。實驗具體要求：通過查閱資料，畫出采用LM7805芯片產生標準5V電壓輸出的電路原理圖，在面包板上實現電路功能。穩壓電源性能指標分為兩種：特性指標和質量指標特性指標1) 輸入電壓以及變化范圍2) 輸出電壓及其調節范圍3) 額定輸出電流質量指

3、標1) 穩壓系數2) 電流調整率3) 輸出電阻4) 溫度系數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實驗二 差動放大電路設計1 實驗目的1掌握差動放大器的主要特性及其測試方法；2學習帶恒流源式差動放大器的設計方法和調試方法 ；二 實驗原理1直流放大電路的特點在生產實踐中，常需要對一些變化緩慢的信號進行放大，此時就不能用阻容耦合放大電路了。為此，若要傳送直流信號，就必須采用直接耦合。圖1所示的電路就是一種簡單的直流放大電路。圖1由于該電路級間

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，由于電路的各級直流工作點不是互相獨立的，便產生級間電平如何配置才能保證有合適的工作點和足夠的動態范圍的問題。其次是當直流放大電路輸入端不加信號時，由于溫度、電源電壓的變化或其他干擾而引起的各級工作點電位的緩慢變化，都會經過各級放大使末級輸出電壓偏離零值而上下擺動，這種現象稱為零點漂移。1.1 差動式直流放大電路典型差動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稱，即兩管型號相同、特性相同、各對應電阻值相等。 圖21.2 帶恒流源的差動放大器為了改善差動式直流放大電路的零點漂移，利用了

5、負反饋能穩定工作點的原理，在兩管公共發射極回路接入了穩流電阻RE和負電源VEE，RE愈大，穩定性愈好。但由于負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，實際應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放大器，電路如圖3具有恒流源的差動放大器，應用十分廣泛。 圖3當某些環境因素或干擾存在時，會引起電路參數變化。例如當溫度升高時，三極管VBE會下降，會增加，使兩管的集電極電流增加了ICQ1=ICQ2 =ICQ，使兩管集電極對地電位也產生了一個增量VCQ1和VCQ2，且數值相等。此時輸出電壓的變化量V0=VCQ1-VCQ2=0， 三 主要性能及其測試方法1. 傳輸特

6、性傳輸特性是指差動放大器在差模信號輸入時，輸出電流IC隨輸入電壓的變化規律，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稱性及工作狀態，可用來設置差動放大器的靜態工作點及調整與觀測電路的對稱性。圖42. 差模特性差模電壓增益AVd的測量方法是：輸入差模信號為Vid，設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VCl及VC2，它們應是一對大小相等、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，說明放大器的參數不完全對稱。若VC1與VC2相差較大，應重新調整靜態

7、工作點，使電路性能盡可能對稱。差模輸入電阻Rid與差模輸出電阻Rod的測量方法與基本設計實驗一的單管放大器輸入電阻Rid及輸出電阻Rod的測量方法相同。3. 共模特性 當差分放大器的兩個輸入端輸入一對共模信號（大小相等、極性相同的一對信號，如漂移電壓、電源波動產生的干擾等）Vic時，則： （1）雙端輸出時，由于同時從兩管的集電極輸出，如果電路完全對稱，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，對零點漂移等模干擾信號有很強的抑制能力。常用共模抑制比KCMR來表征差分放大器對共模信號的抑制能力，即 或者KCMR愈大

8、，說明差分放大器對共模信號的抑制力愈強，放大器的性能愈好。共模抑制比KCMR的測量方法如下：當差模電壓增益AVd的測量完成后，將放大器的端與端相連接，輸入Vic=500mV，fi=l000Hz的共模信號。如果電路的對稱性很好，恒流源恒定不變，則VC1與VC2的值近似為零，示波器觀測VCl與VC2的波形近似于一條水平直線。共模放大倍數AVC0，則共模抑制比KCMR為：如果電路的對稱性不好，或恒流源不恒定，則VC1、VC2為對大小相等極性相反的正弦波，用交流毫伏表測量VC1、VC2，則共模電壓增益為（單端輸入時）5 電路安裝與調試 1.根據自己的設計參數，參照圖2.2或2.3認真組裝電路，并仔細檢

9、查電路 2.靜態工作點的調試 輸入端接地，用萬用表測量集電極對地的電壓VC1、VC2。若VC1VC2，證明電路不對稱，應調整RP1，測得、間電壓為零，使得VC1=VC2，這一過程稱之為調零。測量電阻RC1兩端的電壓，并改變RE3或R3、R4的比值使I0= 設計值（如lmA） 。 6 實驗內容與要求1.基本要求 按上圖設計一個單端輸入一雙端輸出差動式直流放大電路，要求Avd20，KCMR40dB。電源電壓為12V，測試輸入信號頻率為lkHz，幅值為20mV的交流信號，負載電阻RL=20k。 連接電路測量并調整靜態工作點、AVc、AVd、Rid 、KCMR等指標并與設計指標進行對比。 2.擴展要求

10、 按上圖設計一個帶有恒流源的單端輸入一單端輸出的差動放大器。已知電源電壓為12V，輻入信號是頻率為lkHz，幅值為20mV的交流信號，負載電阻RL=20k。要求: Rid10k，AVd15，KCMR50dB。 連接電路測量并調整靜態工作點、AVc、AVd、Rid 、KCMR等指標并與設計指標進行對比。 7 實驗研究和思考題 1差動放大器中兩管及元件對稱對電路性能有何影響？ 2為什么電路在工作前需進行零點調整？ 3可否用交流毫伏表跨接在輸出端與之間（雙端輸出時）測差動放大器的輸出電壓 V0d？為什么？ 實驗三 有源濾波器的設計 一實驗目的1 掌握由集成運放構成的有源濾波器。2 進一步掌握頻率特性

11、的測試方法。3 學會繪制對數頻率特性曲線。二 實驗原理由運放和RC網絡可以構成有源濾波器，與無源的LC濾波器相比較，它具有體積小，效率高，頻率特性好等優點。濾波器根據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的分母階數，可分為低階（一階、二階）和高階（三階及以上）兩種，階數愈高，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RC低通電路的輸出再接上一個同相輸入比例放大器構成。 （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為 式中稱為截止角頻率，傳遞函數

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RC低通電路后接一同相輸入比例放大器構成。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，這是因為在且接近于1的范圍內，和的相位差在90以內，起正反饋作用，因而有利于提高這段范圍內的輸出幅度。（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為 式中 稱為品質因數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。若電路設計得使，即，那么該濾波電路的幅頻特性在通

13、帶內有最大平坦度，稱為巴特沃茲（Botterworth）濾波器。例：低通濾波器（LPF）設計實例要求設計一個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，因為要求處的衰減速率不低于倍頻。確定濾波器的階數為2；然后 根據的值選擇電容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。假設取，則根據即 可求得。最后再根據值求和，因為，即，又因為集成運放要求兩個輸入端的外接電阻對稱，可得 可得：，。三實驗內容1 按圖接好二階低通有源濾波電路，取，。 2 測試濾波器的幅頻特性濾波器輸入加正弦信號，維持信號的大小（有效值），改變信號的頻率，測量在不同頻率下

14、輸出電壓值，數據填入表5-1。表5-15201002003004005006001000500010000畫出濾波器幅頻特性曲線，橫坐標以對數刻度，縱坐標以分貝刻度，由幅頻特性曲線決定頻率，即上限頻率。四預習要求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 理論計算圖5-2（a）示電路若，時的上限頻率。五思考題1 圖（a）電路是不是一個勃特沃茲型濾波器？2 若欲設計一個二階高通勃特沃茲型有源濾波器，下限頻率，那么應將圖(a)電路及參數做哪些改變？畫出電路，確定元件參數。六實驗儀器及器材1實驗箱 1臺2直流穩壓電源（12V）3示波器 1臺4函數發生器 1臺5交流

15、毫伏表 1只6萬用表 1只實驗四 無源濾波器的設計一、實驗目的1掌握測定R、C無源濾波器的幅頻特性的方法。2了解由R、C構成的一些簡單的二階無源濾波電路及其特性。3通過理論分析和實驗測試加深對無源濾波器的認識。二、實驗原理濾波器是一種選擇裝置，它對輸入信號進行加工和處理，從中選出某些特定的信號作為輸出。電濾波器的任務是對輸入信號進行選頻加權傳輸。電濾波器是Campbell和wagner在第一次世界大戰期間各自獨立發明的，當時直接應用于長途載波電話等通信系統。電濾波器主要由無源元件R、L、C構成，稱為無源濾波器。濾波器的輸出與輸入關系通常用電壓轉移函數H(S)來描述，電壓轉移函數又稱為電壓增益函

16、數，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。在正弦穩態情況下，S=j，電壓轉移函數可寫成式中表示輸出與輸入的幅值比，稱為幅值函數或增益函數，它與頻率的關系稱為幅頻特性；F()表示輸出與輸入的相位差，稱為相位函數，它與頻率的關系稱為相頻特性。幅頻特性與相頻特性統稱濾波器的頻率響應。濾波器的幅頻特性很容易用實驗方法測定。本實驗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。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，而對大于C的所有頻率則衰減，因此其帶寬B=C。高通濾波電路，其幅頻響應如圖附錄11(b)所示。由圖可以看到，在0C范圍內的頻率為阻帶，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，它有兩個阻帶：0Ch，因此帶寬B=Ch-Cl。帶阻濾波電路，其幅頻響應如圖附錄11(d)所示。由圖可知，它有兩個通帶：0Ch和一個阻帶ClCh也是有限的。帶阻濾波電路阻帶中點所在的頻率Z叫零點頻率。(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二階基本節低通、高通、帶通和帶阻濾波器的電壓轉移函數分別為 低通 高通 帶通 帶阻式中K、p、z和p分別稱為增益常數、極點頻率、零點頻率和極偶品質因數。正弦穩態時的電壓轉移函數可分別寫成 低通 高通 帶通 帶阻三、實驗內容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，采用復頻域分析，可以得其電壓轉移函數為：圖附錄12根據二階基本節低通濾波器電壓轉移函數的典型表達式：可得增益常數K=1，極點頻率和極偶品質因數。正弦穩態時，電壓轉移函數可寫成：幅值函數為：由上式可知：當時，當時，當時，可見隨著頻

19、率升高幅值函數值減小，該電路具有使低頻信號通過的特性，故稱為低通濾波器。（2）實驗步驟與注意事項按圖附錄12接線。函數信號發生器選定為正弦波輸出，固定輸出信號幅度為，改變(零頻率可以用，或近似)從40Hz3KHz范圍內不同值時，用毫伏表測量。要求找出極點頻率和截止頻率的位量，其余各點頻率由學生自行決定，數據填入表1中。畫出此濾波器的幅頻特性曲線，并進行誤差分析。注：當時，對應的頻率稱為()；截止頻率()是幅值函數自下降3db，即時，所對應的頻率。每次改變頻率時都應該注意函數發生器的輸出幅度為Uip-p=1V。我們可以用示波器來監視函數信號發生器的輸出幅度。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，采用復頻域分析，可以得其電壓轉移函數為：根據二階基本節高通濾波器電壓轉移函數的典型表達式：可得增益常數K=1，極點頻率，極偶品質因數。正弦穩態時，電壓轉移函數可寫成：幅值函數為：由上式可知：當時， 當時，當時，可見隨著頻率增加幅值函數增大，該電路具有使高頻信號通過的特性，故稱為高頻濾波器。(2) 實驗步驟與注意事項按圖附錄13接線。除正弦信號頻率范圍取100Hz10KHz外，操作步驟與注意事項和二