《本科模拟电子技术实验》教案 (3)

1 2 3 4 5 6 7 8 直流可调稳压电源 模拟电路实验箱 函数信号发生器 双踪示波器 频率计 交流毫伏表 直流电压表 晶体三极管 二路0~30V 220V/12V，20VA 待选 待选 9011 (β＝50～100) 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1块 若干 9 10

电阻器 电容器 若干 若干 3. 设计要求与提示

(1) 设计要求

① 本振荡器要求振荡频率为f0=320Hz(误差在1%)，放大环节用分立元件，输出无明显失真，取UCC＝＋12V。

② 两级阻容耦合放大电路不要求设计，应设计选频网络的连接电路以及计算RC的参数。

③ 计算选择元器件参数，进行元器件测试。 ④ 在实验箱上连接实验电路。

⑤ 自选设备和调试方案，对电路进行调试。

⑥ 测量振荡器的振荡频率，测量结果不满足，调整参数直到满足，记录波形及其参数。

(2) 设计提示

RC正弦波振荡器电路形式较多，可供选择的参考电路如图4.18所示。

图4.18 RC串并联选频网络振荡器

此电路为RC串并联网络（文氏桥）振荡器。

振荡频率：

fO?12πRC

?|＞3 起振条件： |A电路特点： 可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振

荡波形。

4. 注意事项

(1) 安装电路后，断开选频网络，测量放大器静态工作点及电压放大倍数。 (2) 可适当调节负反馈深度以满足起振条件和改善波型。

5. 实验总结与分析

(1) 实验报告要求

① 画出设计电路和提供元器件选择依据；

② 将规定的振荡频率下的RC参数的实测值和理论估算值列表进行比较，整理测试数据并分析误差。

根据实验结果，总结所设计的RC振荡器的特点。 (2) 思考与总结

① 如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。 ② 分析反馈电阻的作用，用实验数据加以说明。

5.1 RC有源低通与带阻滤波器

1. 实验目的

(1) 掌握滤波电路频率特性的测量方法和主要参数的调整方法； (2) 了解频率特性对信号传输的影响，了解滤波电路的应用； (3) 巩固有源滤波电路的理论知识，加深理解滤波电路的作用。

2. 实验电路与说明

有源滤波器是一种重要的信号处理电路，它可以突出有用频段的信号，衰减无用频段的信号，抑制干扰和噪声信号，达到选频和提高信噪比的目的。实际使用时，应根据具体情况选择低通、高通、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。

RC 有源滤波器按照所实现的传输函数的阶数分，可分为一阶、二阶和高阶RC有源滤波器。从电路结构上看，除运算放大器和电阻元件外，一阶 RC 有源滤波器含有一个电容；二阶 RC 有源滤波器含有两个电容。一般的高阶 RC 有源滤波器可以由一阶和二阶滤波器通过级联来实现。

3. 实验内容与步骤

(1) 一阶有源低通滤波电路

一阶有源低通滤波电路如图5.1所示。操作步骤如下： ① 启动EWB，输入并保存图5.1所示电路。

② 测试准备：输入幅度1V、1kHz的正弦波，运行电路，用示波器观察us、uo的波形，以确保电路正常工作。

图 5.1 一阶有源低通滤波电路

③ 观测并调整频率特性

测量幅频特性：按表5.1要求用波特图仪测量幅频特性，观察电位器RP2和电容C大小对截止频率fH的影响，观察电位器RP1大小对低频增益Auf的影响。

表5.1 测量分析一阶有源低通滤波电路的幅频特性 测试条件（Usm=1V） C/?F RP2/kΩ Auf/dB RP1/kΩ 测量值 理论值 fH/kHz 测量值 理论值 观察相频特性：用波特图仪观察相频特性，参数设置参考值为：特性测量选择“Phase”，Vertical坐标类型选择“Lin”，其坐标范围选择起点I为“0°”、终点F为“－90°”，Horizontal坐标类型选择“Log”，其坐标范围选择起点I为“0.1Hz”、终点F为“10MHz”。

④ 观察低通滤波电路对信号传输的影响：输入幅度为1V的正弦波，观察并比较信号频率分别为1kHz和10kHz时输出电压uo波形形状、大小的变化。将参数恢复为图5.1所示，进行观察比较，然后将输入波形改成方波，再进行观察比较，并定性记录波形。

⑤ 设计一个低频增益Auf为10dB、截止频率fH为1kHz的低通滤波电路。 (2) 100Hz二阶带阻滤波电路

100Hz二阶带阻滤波电路如图5.2所示。操作步骤如下： ① 输入并保存图5.2所示电路。 ② 用波特图仪测量幅频特性。

a. 测量并记录通带增益和带阻滤波频率。

b. 观察改变电阻R或电容C的大小对截止频率的影响。

c. 观察电阻Rf的大小对通带增益的影响。 ③ 观察干扰信号和带阻滤波电路的滤波效果。

a． 图5.2中干扰信号ud为0.2V、100Hz的正弦波，有用信号us为1V、10Hz的正弦波，电路的输入信号ui由这两者叠加而成，因此，对有用信号而言，干扰信号视为高频干扰，用示波器观察这种高频干扰波形的特点，并定性记录波形。然后运行电路，用示波器比较ui和uo波形，观察带阻滤波电路的滤波效果。

图5.2 100Hz二阶带阻滤波电路

b. 将有用信号us改为1kHz，这时ud波形为低频干扰波形，用示波器观察其波形特点，并定性记录波形。然后运行电路，观察带阻滤波效果。

④ 设计一个50Hz二阶带阻滤波电路。

4. 实验总结与分析

(1) 整理测量记录，分析测量结果。

(2) 画出图5.1所示一阶有源低通滤波电路的幅频特性，总结其幅频特性参数的调节方法。

(3) 画出图5.1所示电路输入10kHz方波时的输入、输出波形，并分析输出波形失真的原因。

(4) 画出图5.2所示100Hz二阶带阻滤波电路的幅频特性，总结其幅频特性参数的调节方法。

(5) 分别定性画出有高频干扰和低频干扰的波形。

5.3 方波－三角波发生器设计与研究(设计性实验)

1. 实验目的

(1) 掌握方波—三角波产生电路的设计方法及工作原理。 (2) 了解集成运算放大器的波形变换及非线性应用。

2. 实验电路与说明

(1) 技术指标

设计一个用集成运算放大器构成的方波—三角波产生电路。指标要求如下： ① 方波。重复频率：500Hz，相对误差<±5％；脉冲幅度：±（6～6.5）V ② 三角波。重复频率：500Hz，相对误差<±5％；幅度：1.5～2V (2) 设计要求

① 根据指标要求和已知条件，确定电路方案，计算并选取各单元电路的元件参数。 ② 测量方波产生电路(图5.6)、图5.7)输出方波的幅度和重复频率，使之满足设计要求；

③ 测量三角波产生电路(图5.6)、图5.7)输出三角波的幅度和重复频率，使之满足设计要求。

(3) 预习要求

① 掌握集成运算放大器波形变换与非正弦波产生电路的工作原理。 ② 熟悉其设计和调试方法。 (4) 设计电路提示

能产生方波（或矩形波）的电路形式很多。如由门电路、集成运算放大器或555定时器组成的多谐振荡器均能产生矩形波。再经积分电路产生三角波（或锯齿波）。下面仅介绍由集成运算放大器组成的方波—三角波产生电路。

① 简单的方波—三角波产生电路

图5.5 简单的方波—三角波产生电路

图5.5所示是由集成运算放大器组成的反相输入施密特触发器（即迟滞比较强）构成的多谐振荡器，RC积分电路起反馈及延迟作用，电容上的电压uC即是它的输入电压，近似于三角波，这是一种简单的方波—三角波产生电路，其特点是结构简单，但输出三角波的线性度差。

该电路的有关计算公式为： 振荡周期：

?2R1?T?2RCln??1?R?? （5.1）

2??输出三角波uC的幅度：

Vcm??输出方波uO的幅度：

R1VZ （5.2）

R1?R2Vom??VZ （5.3）

② 常用的方波—三角波产生电路

图5.6 常用的方波—三角波产生电路

图5.6所示是由集成运算放大器组成的一种常用的方波—三角波产生电路。图中运算放大器A1与电阻R1、R2构成同相输入施密特触发器（即迟滞比较器）。运算放大器A2与RC构成积分电路，二者形成闭合回路。由于电容C的密勒效应，在A2的输出端得到线性较好的三角波。u01为方波；u02为三角波。

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