信号发生器和集成运算放大器.ppt

信号发生器和集成运算放大器实验目的通过实验掌握以下内容：通过实验掌握以下内容：差分放大器的差模传输特性的测试及其在波形变换器差分放大器的差模传输特性的测试及其在波形变换器中的应用；中的应用；晶体管图示仪的使用；晶体管图示仪的使用；运算放大器频率特性的测试；运算放大器频率特性的测试；运算放大器在信号发生器、有源滤波器和小信号整流运算放大器在信号发生器、有源滤波器和小信号整流器中的应用；器中的应用；滤波器幅频特性的点频法和扫频法的测试；滤波器幅频特性的点频法和扫频法的测试；自动增益控制（自动增益控制（AGC）电路的组成和工作原理。）电路的组成和工作原理。一、差分放大器的差模传输特性 差分放大器差分放大器差分放大器的差模传输特性如下图：差分放大器的差模传输特性如下图：从差模传输特性可以看出，当从差模传输特性可以看出，当VID是三角波时，是三角波时，（1）如其幅度小于）如其幅度小于VT(26mV)，则，则VOD为三角波；为三角波；（2）如其幅度介于）如其幅度介于VT和和4VT之间，则之间，则VOD近似为正弦近似为正弦波；波；（3）如其幅度远大于）如其幅度远大于VT，则，则VOD为方波。为方波。在信号发生器中经常利用（在信号发生器中经常利用（2）的特性，将三角波转）的特性，将三角波转换成正弦波。换成正弦波。实验步骤：实验步骤：实验电路如下图，实验电路如下图，T1、T2 组成差分放大器，组成差分放大器，T3、T4组成比例电流源。差分放大器是单端输入单端输出。组成比例电流源。差分放大器是单端输入单端输出。1、用晶体管图示仪通过测量晶体管输出特性曲线挑选两组对称用晶体管图示仪通过测量晶体管输出特性曲线挑选两组对称的三极管的三极管9013分别作为（分别作为（T1、T2）和（）和（T3、T4）2、在输入端加入在输入端加入1kHz 的三角波信号。示波器的的三角波信号。示波器的1通道（通道（CH1）监视输入电压，监视输入电压，2通道（通道（CH2）测输出电压。调三角波的峰峰）测输出电压。调三角波的峰峰值分别为值分别为50mVp-p、200mVp-p、4 Vp-p，画出输出电压的波，画出输出电压的波形。形。3、差分放大器传输特性曲线测试。让示波器工作于差分放大器传输特性曲线测试。让示波器工作于X-Y状态，调状态，调节位置旋钮节位置旋钮,让光点在示波屏的正中心。信号发生器输出让光点在示波屏的正中心。信号发生器输出1kHz、4 Vp-p 的三角波同时送到差分放大器的输入端和示波器的的三角波同时送到差分放大器的输入端和示波器的X输入端（输入端（CH1），示波器的），示波器的Y输入端（输入端（CH2）测差分放大器输）测差分放大器输出电压，这时示波屏上应出现下图所示的曲线，出电压，这时示波屏上应出现下图所示的曲线，T2集电极输集电极输出时为曲线出时为曲线1，T1 集电极输出时为曲线集电极输出时为曲线2。传输特性曲线传输特性曲线检查点检查点1注意：该部分电路不要拆掉，后面要用到。注意：该部分电路不要拆掉，后面要用到。二、运算放大器1、运算放大器增益带宽积的测量运算放大器增益带宽积的测量运算放大器一般是低通系统，其增益带宽积为：运算放大器一般是低通系统，其增益带宽积为：上限频率用点频法进行测量，示波器的一个通道测输入信号，上限频率用点频法进行测量，示波器的一个通道测输入信号，另一个通道测输出信号。在输入端输入幅度固定的正弦信号另一个通道测输出信号。在输入端输入幅度固定的正弦信号（如输出信号被限幅，应调小输入信号幅度），当信号的频（如输出信号被限幅，应调小输入信号幅度），当信号的频率很小时，改变信号频率，输出信号的幅度基本不变，对应率很小时，改变信号频率，输出信号的幅度基本不变，对应幅频特性曲线的水平段。当信号的频率比较大时，增大信号幅频特性曲线的水平段。当信号的频率比较大时，增大信号频率，输出信号的幅度就会变小。当输出信号的幅度为低频频率，输出信号的幅度就会变小。当输出信号的幅度为低频时输出信号幅度的倍时，这时信号频率就为上限频率时输出信号幅度的倍时，这时信号频率就为上限频率（1）运放用）运放用TL082，测测量（量（a）、）、(b)两两图图的增益的增益带宽积带宽积，填表，填表（2）将）将TL082换换成成LM358，重做上面，重做上面实验实验2、运算放大器上升时间和下降时间的测量、运算放大器上升时间和下降时间的测量 运算放大器开运算放大器开环环使用，当使用，当输输入是方波入是方波时时，输输出不是理想方波，出不是理想方波，不管是上升沿不管是上升沿还还是下降沿都有惰性，存在上升是下降沿都有惰性，存在上升时间时间和下降和下降时时间间，如下，如下图图（1）用示波器测出上升时间和下降时间，如下图。）用示波器测出上升时间和下降时间，如下图。（2）将）将TL082换换成成LM358，重做上面，重做上面实验实验3、运算放大器、运算放大器组组成成积积分器分器 如下如下图图，输输入信号入信号为为1Vp-p峰峰峰峰值值的方波。的方波。调节输调节输入信号入信号频频率率和直流分量，使和直流分量，使输输出出为为三角波。画出三角波。画出输输入、入、输输出信号波形。出信号波形。调节调节RP1，观观察察输输出三角波的出三角波的变变化。如果化。如果输输出三角波直流漂移出三角波直流漂移太太厉厉害，可在害，可在积积分分电电容容C的两端并接反的两端并接反馈电馈电阻阻RF，其作用是引，其作用是引入直流入直流负负反反馈馈，但是，但是RF的存在会影响的存在会影响积积分器的分器的线线性。性。RF 1M。4、运算放大器运算放大器组组成施密特触成施密特触发发器器 用用TL082的另一半搭接下的另一半搭接下图电图电路。路。输输入信号入信号为为10Vp-p峰峰峰峰值值的的三角波，画出三角波，画出输输入、入、输输出信号波形。出信号波形。5、运算放大器组成方波、运算放大器组成方波-三角波发生器三角波发生器 搭接下搭接下图图，用示波器，用示波器观观察并画出察并画出Vo1、Vo2波形，波形，调节调节RP1，测测量三角波的量三角波的频频率范率范围围。6、方波、方波-三角波三角波-正弦波发生器正弦波发生器 将方波将方波-三角波发生器的输出信号作为差分放大器的输入信号，三角波发生器的输出信号作为差分放大器的输入信号，示波器测试差分放大器的输出信号。调节示波器测试差分放大器的输出信号。调节RP2，则可以输出，则可以输出三角波或正弦波或方波。三角波或正弦波或方波。检查点检查点2三、有源滤波器1、一阶低通滤波器（、一阶低通滤波器（LPF）其上限频率为：其上限频率为：实验电路如右图，运放接成电压跟随器，起隔离作用。实验电路如右图，运放接成电压跟随器，起隔离作用。（1）用点频法测量上限频率）用点频法测量上限频率，并和，并和理论值比较。理论值比较。（2）测量）测量Vop-p(10fH)，并计算幅频，并计算幅频特性曲线的斜率特性曲线的斜率2、二阶低通滤波器二阶低通滤波器 其上限频率为：其上限频率为：实验电路如右图实验电路如右图（1）用点频法测量上限频率）用点频法测量上限频率，并和，并和理论值比较。理论值比较。（2）测量）测量Vop-p(10fH)，并计算幅频，并计算幅频特性曲线的斜率特性曲线的斜率3、二阶高通滤波器二阶高通滤波器(HPF)其下限频率为：其下限频率为：实验电路如右图实验电路如右图（1）用点频法测量下限频率用点频法测量下限频率，并和，并和理论值比较。理论值比较。（2）测量）测量Vop-pL)，并计算幅频特性，并计算幅频特性曲线的斜率曲线的斜率4、带通滤波器带通滤波器(BPF)将上面的低通滤波器和高通滤波器串接就是带通滤波器。将上面的低通滤波器和高通滤波器串接就是带通滤波器。（1）用点频法测量并画出带通滤波器幅频特性曲线。频率点选用点频法测量并画出带通滤波器幅频特性曲线。频率点选取原则：幅度变化快的地方测量点取得密一点，幅度变化取原则：幅度变化快的地方测量点取得密一点，幅度变化慢的地方测量点取得稀一点。并求中心频率慢的地方测量点取得稀一点。并求中心频率 和带宽和带宽。（2）用扫频法测带通滤波器幅频特性曲线。）用扫频法测带通滤波器幅频特性曲线。用扫频法测带通滤波器幅频特性曲线实验步骤用扫频法测带通滤波器幅频特性曲线实验步骤：（i）测试信号发生器的压控特性）测试信号发生器的压控特性（ii）调节三角波的幅度和直流分量使其符合（）调节三角波的幅度和直流分量使其符合（i）步骤中观察到的）步骤中观察到的VCF所需要的电压范围。三角波的频率为几十所需要的电压范围。三角波的频率为几十Hz。（iii）用扫频法测带通滤波器幅频特性曲线。调节各仪器的相关旋）用扫频法测带通滤波器幅频特性曲线。调节各仪器的相关旋钮，使示波器显示下图波形。钮，使示波器显示下图波形。（iv）测中心频率）测中心频率 和带宽。和带宽。检查点检查点3四、小信号整流器1、二极管整流器二极管整流器（1）无滤波，实验电路如右图。无滤波，实验电路如右图。（i）信号发生器输出）信号发生器输出 1KHz正弦波作为整流器输入信号，示正弦波作为整流器输入信号，示波器波器(CH2，直流档，直流档)测试输出信号幅度测试输出信号幅度，改变输入信号的，改变输入信号的峰峰值峰峰值（用示波器测试），填表并分析数据。（用示波器测试），填表并分析数据。（ii）4148改为改为1N4007，增大输入信号频率，看多大频率时，增大输入信号频率，看多大频率时，输出信号副半周也开始出现波形，即失去单向导电性，输出信号副半周也开始出现波形，即失去单向导电性，该频率即为最大工作频率。该频率即为最大工作频率。（2）有）有滤波，实验电路如右图。滤波，实验电路如右图。输入信号为输入信号为 1KHz正弦波，并用示波器进行监视，用直流正弦波，并用示波器进行监视，用直流电压表测试整流器输出电压电压表测试整流器输出电压，改变输入信号的峰峰值，改变输入信号的峰峰值，填表并分析数据。填表并分析数据。2、利用运放组成的小信号整流器、利用运放组成的小信号整流器电路如下图：电路如下图：当输入信号是正半周时，运放输出负电压，所以二极管当输入信号是正半周时，运放输出负电压，所以二极管D1导通，导通，D2截止，等效为下图，这时运放接成电压跟随截止，等效为下图，这时运放接成电压跟随器器 当输入信号是负半周时，运放输出正电压，所以二极管当输入信号是负半周时，运放输出正电压，所以二极管D1截止，截止，D2导通，等效为下图，这时运放接成反相放大导通，等效为下图，这时运放接成反相放大器器 考虑二极管的正向压降时，只是会改变运放的输出电压考虑二极管的正向压降时，只是会改变运放的输出电压，而不会改变，而不会改变A点的电压。所以即使是小信号，输入输出点的电压。所以即使是小信号，输入输出电压波形也是如下图电压波形也是如下图实验步骤：实验步骤：搭接利用运放组成的小信号整流器，信号发生器输搭接利用运放组成的小信号整流器，信号发生器输出出1KHz 正弦波作为整流器输入信号，示波器正弦波作为整流器输入信号，示波器CH1监监视输入信号，视输入信号，CH2监视监视A点波形，直流电压表测试整点波形，直流电压表测试整流器输出电压，改变输入信号的峰峰值（用示波器流器输出电压，改变输入信号的峰峰值（用示波器测试），填表并分析数据。测试），填表并分析数据。输入信号的频率改为输入信号的频率改为465KHz，重做上面实验。，重做上面实验。检查点检查点4五、自动增益控制（AGC）放大器 自动增益控制（自动增益控制（AGC）放大器一般由三部分电路组成：）放大器一般由三部分电路组成：（1）可控增益的放大器）可控增益的放大器 （2）幅度检波电路）幅度检波电路 （3）反馈控制电路）反馈控制电路 框图如下图框图如下图1、可控增益的放大器、可控增益的放大器实验步骤：实验步骤：（1）输入信号为）输入信号为 10mVp-p、465KHz（示波器测量）（示波器测量）的正的正弦波，示波器另一通道测输出信号弦波，示波器另一通道测输出信号(探头打到探头打到X10档档)，调，调节节LC谐振回路（中周）的磁芯，使输出信号的幅度最大。谐振回路（中周）的磁芯，使输出信号的幅度最大。改变（改变（1）脚直流电压（自己用电阻和电位器搭个分压电）脚直流电压（自己用电阻和电位器搭个分压电路）观察和测量输出电压的峰峰值，填表。路）观察和测量输出电压的峰峰值，填表。（2）MC1496的（的（1）脚电压固定为）脚电压固定为30mV，输入信号为，输入信号为465KHz 的正弦波，改变其峰峰值，观察和测量输出电压的正弦波，改变其峰峰值，观察和测量输出电压的峰峰值，填表。的峰峰值，填表。2、自动增益控制（、自动增益控制（AGC）放大器）放大器 实验电路如下图，实验电路如下图，MC1496组成可控增益放大器，组成可控增益放大器，TL082的一半组成幅度检波器，一半组成反馈控制器。调电位的一半组成幅度检波器，一半组成反馈控制器。调电位器，使其动臂的直流电压为器，使其动臂的直流电压为30mV，改变输入信号峰峰，改变输入信号峰峰值，观察和测量输出电压的峰峰值和值，观察和测量输出电压的峰峰值和MC1496（1）脚的）脚的直流电压（即增益控制电压），填表，并分析所得的数直流电压（即增益控制电压），填表，并分析所得的数据。据。检查点检查点5六、运算电路设计 1、利用、利用TL082设计一个运算电路，要求设计一个运算电路，要求 且对于每一个输入端输入电阻都是无穷大。画出实验电且对于每一个输入端输入电阻都是无穷大。画出实验电路设计图并实际搭接电路验证设计。路设计图并实际搭接电路验证设计。检查点检查点6 2、利用、利用TL082设计一个运算电路，要求设计一个运算电路，要求 且每一个输入端输入电阻都是有限值。画出实验电路设且每一个输入端输入电阻都是有限值。画出实验电路设计图并实际搭接电路验证设计。计图并实际搭接电路验证设计。检查点检查点7 3、利用、利用TL082设计一个运算电路，要求将下图设计一个运算电路，要求将下图(a)中的中的输入信号转换为图输入信号转换为图(b)中的输出信号。画出实验电路设计中的输出信号。画出实验电路设计图并实际搭接电路验证设计。图并实际搭接电路验证设计。检查点检查点8(b)输出信号输出信号(a)输入信号输入信号