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实验一双电源反相比例电路和加法电路

1．反相比例运算电路

2．反相加法运算电路

将电路接成反向比例运算电路（R_F=20kΩ，R₁=10kΩ，Rꞌ=6.8kΩ），按照表1中输入电压的要求，调整简易直流信号源，分别作用于电路输入端，用电压表测量并记录输出电压。

表1 直流信号源作用于反向比例运算电路

根据公式计算电路增益为

如下图所示，当输入是+0.2V时，输出为-0.4V

如下图所示，当输入是+0.4V时，输出为-0.8V

如下图所示，当输入是+0.6V时，输出为-1.2V

如下图所示，当输入是+0.8V时，输出为-1.6V

将输入电压改为1kHz正弦交流信号，按照表2中输入电压的要求，调整交流信号源，分别作用于电路输入端，用示波器测量并记录输出电压。

        表2 交流（1kHz）电压作用于反向比例运算电路

当输入幅值为0.2V时，输出幅值为0.406V，且输入输出相位相反。

当输入幅值为0.4 V时，输出幅值为0.803V，且输入输出相位相反。

当输入幅值为0.6V时，输出幅值为1.205V，且输入输出相位相反。

当输入幅值为0.8V时，输出幅值为1.605V，且输入输出相位相反。

4. 反向加法运算电路

将电路接成反向加法运算电路（R_F=20kΩ，R₁=10kΩ，R₂=10kΩ，Rꞌ=3.9kΩ），按照输入电压的要求，调整简易直流信号源，分别作用于电路输入端，用电压表测量并记录输出电压。

由下图可知，输出电压为1.6V，理论值和实际值相同。

实验二双电源积分电路和微分电路

1. 积分运算电路

将反相比例运算电路中的电阻R_F用电容C取代，可得到反相积分运算电路，如图1所示。如果电容器两端的初始电压为零，输出电压与输入电压的关系为

2. 微分电路

将积分运算电路中的电阻R和电容C的位置互换，可得到微分运算电路，如图2所示。

输出电压与输入电压的关系为

表1  方波作用于积分运算电路

2. 微分运算电路

在LTspice界面上，按照图2，搭接成微分运算电路（R= Rꞌ =10kΩ，R₁=510Ω，C=0.033μF，其中R₁与C串联）。

按照表2中输入电压的要求，调整信号源，作用于电路输入端，用示波器测量并记录输出电压及其波形。

表2  方波作用于微分运算电路

实验三键控增益放大器

键控增益放大器电原理图如1所示，其中，集成运放A₁构成电压跟随器，保证电路具有固定的高输入电阻，集成运放A₂构成键控增益反相放大器，其键控由三个开关A、B和C实现，比如，开关闭合为“0”，开关断开为“1”，这样，就有“000”~“111”8个状态，若设R₁=R，R₂=3R，R₃=4R，R₄=2R，R₅=R，即可实现3~10倍，步进为1的8个放大倍数。

当开关为为000时，输出幅度为0.30V，放大倍数为倍，理论值为3倍，理论值和实际值相等。

当开关为为001时，输出幅度为0.40V，放大倍数为倍，理论值为4倍，理论值和实际值相等。

当开关为为010时，输出幅度为0.49V，放大倍数为倍，理论值为5倍，理论值和实际值近似相等。

当开关为为011时，输出幅度为0.59V，放大倍数为倍，理论值为6倍，理论值和实际值近似相等。

当开关为为100时，输出幅度为0.68V，放大倍数为倍，理论值为7倍，理论值和实际值近似相等。

当开关为为101时，输出幅度为0.78V，放大倍数为倍，理论值为8倍，理论值和实际值近似相等。

实验五仪表放大电路

由三运放组成的仪表放大电路如图1所示，A₁、A₂作为输入级，可看作第一级差分电路，由于它们均为同相输入放大电路，故有很高的输入阻抗。A₃组成第二级差分电路。通过两级差分电路，该电路具有很高的共模抑制能力。

其特点是高输入阻抗、低输出阻抗、高电压增益和高共模抑制比，并可通过改变一个电阻（R₁）的阻值就能够改变放大电路的增益。

用电压表测量电路的输出电压，调节可变电阻，使输出电压接近零。

如下图所示，输出电压近似为零。

调节可变电阻，使其值改变1%，测量输出电压并记录。

如下图所示，当电阻值增加1%时，输出电压为-4.976V

如下图所示，当电阻值减少1%时，输出电压为5.026V

实验六单电源集成运放交流耦合放大器

以反相放大电路为例，使用双电源供电时，集成运放的同相端、反相端为“地” 端，即双电源的“中点”．信号对“中点” 输入，经放大后信号对“中点” 输出．同理，在使用单电源时，需要人为地建立一个电源的“中点”．最简单的方法是通过两个等值电阻分压，分压点即电源的“中点”．我们也可以认为在单电源供电时，通过电阻分压，给集成运放提供一个偏压．于是，单电源反相交流放大电路如图1所示．

由下图可知，电源电压分压值为2.5V，输出直流电压为2.5V。

有效值为20mV，则幅值为28.3V，由下图可知，输出信号与输入信号同相，且输如入信号被放大。

调节输入信号幅度，在放大器的输出波形基本不失真情况下(用示波器观察)，用示波器分别测量放大器的输入电压v_i和输出电压v_o，求出A_v。

调节输入信号幅度为10mV，测得输出信号幅度为111mV，故Av为11.1

当f=10Hz时，输入电压幅值为10mV，则输出电压峰峰值为0.0615V，则输出电压幅值为30.75mV，放大倍数为如下图所示。

当f=500Hz时，输入电压幅值为10mV，则输出电压峰峰值为0.2217V，则输出电压幅值为110.8mV，放大倍数为如下图所示。

当f=1KHz时，输入电压幅值为10mV，则输出电压峰峰值为0.2211V,则电压幅值为110.5mV，放大倍数为如下图所示。

综上所述，随着f的增加，电路的放大倍数先增加然后不变最后减小。

由下图可知，电路的上限截止频率为24.86Hz。

由下图可知，电路的下限截止频率为353.6KHz。

实验七PV全波精密整流电路

精密整流电路由集成运放和二极管等元器件组成，利用运放的放大作用，可将微弱的交流电转换为直流电。

由二极管和集成运放构成的半波精密整流电路如图1所示。

1.     在电路输入端接入峰值500mV，频率1kHz的正弦信号，观测输出波形，并记录。

在电路输入端接入峰值100mV，频率1kHz的正弦信号，观测输出波形，并记录

 在电路输入端接入峰值50mV，频率1kHz的正弦信号，输出波形如下图所示。

如下图所示，输入电压为1mV时，输出电路明显失真。

如下图所示，输入电压为2mV时，输出电路失真不太明显。

综上所述输入电压最小值为2mV。

实验八状态变量型有源滤波器

利用比例、积分、求和等模拟运算来构成滤波器的传递函数，可以同时实现高通、低通、带通和带阻滤波功能，这种电路称为状态变量型有源滤波器，又称为多功能有源滤波器。

高通滤波器的频率特性曲线如下图所示，上限截止频率为14KHz。

带通滤波器的频率特性曲线如下图所示，上限截止频率为9.37KHz，下限截止频率为27.92KHz，带通滤波器的带宽为18.55KHz。

低通滤波器的频率特性曲线如下图所示，截止频率为18.95KHz。

带阻滤波器的频率特性曲线如下图所示，上限截止频率为9.17KHz，下限截止频率为26.38KHz，带通滤波器的带宽为17.21KHz。

第九题RC桥式正弦波振荡器

桥式RC正弦波振荡器电原理图如图1所示， 图中的R、C组成串并联正反馈选频网络，电阻R₁、R_w、R₂和二极管D₁、D₂组成负反馈网络。

保持R＝10kΩ，C＝0.01μF，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅度和振荡频率。

振荡频率为

输出的电压幅值如下图所示为:3.88V

保持R＝10kΩ，改变C＝1000pF，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅度和振荡频率。

振荡频率为

输出的电压幅值如下图所示为:3.87V

保持C＝0.01μF，改变R＝1kΩ，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅度和振荡频率。

振荡频率为

输出的电压幅值如下图所示为:3.92V

结论：电容和电阻的变换会引起振荡频率的变化，但是不影响输出的正弦波幅度。

第十题正弦波-余弦波发生器

设计一个输出正弦余弦信号的电路，要求 f = 1000Hz，二者的幅度相等。

设计方案：RC桥式正弦波振荡器 + 有源全通滤波器，如图1所示。

其中，RC桥式正弦波振荡器——输出正弦波，有源全通滤波器——产生P±90°相移。

如下图所示，正弦波和余弦波的周期为940us，频率为1.063KHz。正余弦波的时间差为240us，则相位差为，故相位差为90°。本实验滤波器为一阶滞后全通滤波器

选择另一种全通滤波器，测量输出波形，分析其频率和相位差。

选择一阶超前全通滤波器，将电容电阻的位置进行调换可得到，如下图所示。正弦波和余弦波的周期为960us，f=1.041KHz。

如下图所示，正余弦波的时间差为220us，则相位差为，故相位差约为90°。

实验十二单电源矩形波发生器

利用集成电压比较器（或者集成运放），构成单电源滞回比较器电路，结合RC充放电电路，即可得到单电源矩形波发生器，其电路及输出波形如图1所示。图中，集成电压比较器（或者运放）、电阻R1、R2、R3和上拉电阻RL组成单电源反向输入滞回比较器，R、C组成充放电电路。

输出的矩形波形如下图所示：

理论周期：

实际周期由上图可知：T=6.3ms

经计算理论周期与实际周期基本相等。

实验十三V-F变换器

电压-频率转换电路如图1所示。图中，A₁、R₁、C 等组成积分电路，A₂、R₅、R₆ 等组成滞回比较器。滞回比较器的输出电压v_O只有两个状态，即高电平V_om 和低电平-V_om，并经反馈电路控制晶体管T的导通和截止，从而控制电容C的充放电时间；输入电压E的大小决定了A₁同相输入端的电位V_P1，由此控制了积分电路的积分时间，以达到通过输入电压变化控制输出电压频率的目的。

如下图所示，随着输入电压的升高，输出电压的频率在增大。

实验十五DC-DC变换器

DC-DC变换器通常是指可将一种直流电压转换为各种不同直流电压的电子设备。它有

多种电路形式，图1给出了一种实用稳压DC-DC变换器的电原理图

运放输出端波形为方波，如下图所示：

电路输出端波形如下图所示，约为-9.66V：

电路输出端纹波如下图所示：

实验十六负载不接地式稳流源

稳流电源是通过电流负反馈使输出电流保持基本稳定的，从电路结构来分，可分为负载不接地式直流稳流源和负载接地式直流稳流源。

负载不接地式稳流源如图1所示。图中F1403精密基准电压源的输出电压V_R ＝2.5V，作用于集成运放的同相端，并通过电压跟随输出到电流采样电阻R上。T作为扩流管，可以满足负载R_L大电流的要求。集成运放A、晶体管T和电阻R构成电流负反馈电路，使输出电流。因此，只要选定V_R和R，负载电流I_L将不受负载R_L变化的影响，以实现恒流输出。

R的选择：当V_R确定后，要根据I_L的大小来选择R的大小，即，并注意R的功率大小，即。

如下图所示，当LED有四个时，R的电压为2.5V，流过LED的电流为2.5mA。