集成电路实验

• •
用信号发生器，在输入端 ui1 加入方波信号，频率为 100Hz，电压幅度为±2V。 用数字示波器观察 uo1、uo2 的波形，并记录其数值。
【实验总结】 通过此次积分器和微分器实验，加深了我对积分器和微分器的了解，同时，也暴露我对
仿真软件使用不够熟练，在今后的学习过程中，我会不断总结 Multisim 的技巧，达到熟练 应用的目的。
②输入信号的电压幅度不变，改变频率，观察并记录 ui1、uO1 的波形。
③输入信号的频率 记录 ui1、 uO1 的波形。
不变，改变电压幅度，观察并
（4）输入正弦波： ①用信号发生器， 在输入端 ui1 加入正弦波信号， 频率为 100Hz， 电压有效值为 1V。 用数字示波器观察 ui1、uO1 波形及相位差，并记录其数值。
3．高精度差动放大器
VCC2
15.0V VCC2 E1 11
8
U1A
1
3
2
4
OPA2111AM VCC1
-15.0V
1
-15.0V
VCC1 3 R2
1kΩ
S1
Vi2 Key = A 6
R4
1kΩ
VCC1
8
4
VCC1
R7
1kΩ
R3
1kΩ 2
R1
1kΩ -15.0V VCC1
4
S2
4 Key = A Vi1 5
2. 积分器 （1）将开关 S1 断开。
（2）调零：将输入 压 uO1 ，调节调零
端 ui1 接地，用数字万用表测输出电 电位器 Rp1， 直至 UO1=0 （或 UO1≈0） 。
（3）输入方波信号：
①用信号发生器，在输入端 ui1 加入方波信号，频率为 100Hz，电压幅度为±2V。用数字示 波器观察 ui1、uO1 的波形，并记录其数值。
实验二 自动校零放大器 【实验目的】 （1）熟悉仪器放大器及其工作原理。 （2）掌握 OPA2111 的使用方法和应用电路。 （3）学会自动校零的方法，并会应用。 （4）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会应用。 【实验仪器】 • • • • • 万用表 示波器 信号发生器 直流稳压电源 “集成电路原理及应用”实验箱
Uo=10（Vi2–Vi3）
• • 当开关 S3、S4 闭合时，信号由 E1、E2 输入， 输出电压为
U o 10(1
【实验内容及步骤】
2R 7
R6
)(E 2 E 1) 1000(E 2 E 1)
将“差动放大器”模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。 1．电路设计与仿真 图 11-2-6 设计高精度差动放大器， Multisim 软件对以上两个电路进行仿真，并记录仿真结
R5
100kΩ 6 S2 4 3
VCC2
15V 100kΩ
R4
3
Key = Space
C1
1µFHale Waihona Puke Baidu
VCC2
4
15V VCC2
4
U2A
2
8
2． 自动校零仪
1
OPA2111BM
0
3
VCC1
器放大器
VCC1
-15V
图 11-2-5 自动校零仪器放大器
• • • •
图中 IC1A 是主放大器， IC1B 是辅助放大器。 IC1B 配合 IC1A 完成自动校零功能。 当开关 S1 打在 2，开关 S2 打在 4 时，完成自动校零； 当开关 S1 打在 1，开关 S2 打在 3 时，完成小信号放大。 图中参数对应的电压放大倍数为：
2������������ 2������������
× 1000
300 155 9.465 86 300 205 10.116 70
300 95 6.716 100
300 125 8.659 98
实验三 差动放大器 【实验目的】 （1）熟悉差动放大器及其工作原理。 （2）掌握 INA106 的使用方法和应用电路。 （3）学会自动校零的方法，并会应用。 （4）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会应用。 【实验仪器】 • • • 万用表 示波器 信号发生器
������������ = F/Hz Ui/mVp Uo/V Av 300 50 1.767 100 500 50 1.767 100 1k 50
������������ 25 × 2
× 2 × 1000 5k 50 10k 50 1.578 100 20k 50 1.244 99 30k 50 0.974 98
3．仪器放大器-1 • 当开关 S1 打在 1、开关 S2 打在 3 时，完成小信号放大功能。
（1）用信号发生器在输入端 Ui 输入正弦信号，
• •
频率为 300Hz，电压（峰峰值）为 50mV。 用数字示波器观察输出端 Uo 的波形，并记录输出电压数值，计算放大倍数。
放大倍数为： ������������ = 1.767 25 × 2 × 2 × 1000 = 100
1.765 100
1.714 100
由仿真电路可知，随着频率的增加，电压增益逐渐减少，最终增益为零。 （4）在输入端 Ui 输入直流信号，电压为 5～150mV。 • 用数字万用表测试输出端 Uo 的电压，并记录输出电压的数值，计算放大倍数。
������ =
F/Hz Ui/mVp-p Uo/V Av 300 5 0.354 100 300 35 2.474 100 300 65 4.595 100
u o2(t ) R 5C 2
4 积分器和微分器
dui2(t ) dt
当开关 S2 断开、S1 闭合时，IC1、IC2 及其周围元件构成积分器和微分器。
图 11-2-2 积分器和微分器电路原理图 【实验内容】 1. 电路设计与仿真 • 参照图 11-2-2 设计积分器和微分器。
•
用 Multisim 软件对积分器和 微分器电路进行仿真。
②改变正弦波信号的频率，观察并记录 ui1、uO1 的波形及相位差。
3．微分器 （1）将开关 S1 断开，S2 闭合。
（2）调零： 将输入端 ui2 接地，用数字万用表测输出电压 uO2，调节 调零电位器 Rp2，直至 UO2=0（或 UO2≈0） 。
（3）输入方波信号： 用信号发生器， 在输入端 ui2 加入方波信号， 频率为 200Hz， 电压幅度为±2V。用数字示波器观察 ui2、uO2 的波形，并记 录其数值
Au= –R2／R1= –100 倍。
【实验内容及步骤】 将“仪器放大器和差动放大器”模块安装在实验箱底板上，合上电源开关。 1．电路设计与仿真 参照图 11-2-5 设计自动校零仪器放大器，图 11-2-6 设计高精度差动放大器， Multisim 软 件对以上两个电路进行仿真，并记录仿真结果。 2．自动校零 当开关 S1 打在 2、开关 S2 打在 4 时，完成自动校零功能，即零输入时，实现零输出。用 数字万用表测量输出电压 Uo，并记录数值。
• •
直流稳压电源 “集成电路原理及应用”实验箱
【实验原理】 （1）INA106 是单片增益差动放大器（BURR-BROWN，Precision Gain=10 Differential Amplifier） ，由一个精密运放和四个金属膜电阻组成，因四个电阻均经激光修正，所以具有 很高的精度，其电压放大倍数的精度和共模抑制比均很高。INA106 可提供精密差分放大器 的功能，无需精密电阻网络，可用于增益为 10、–10、11 的差动放大及仪表放大。 INA106 采用 DIP8 和 SO8 封装。 如图所示，是 INA106 的引脚及功能。
300 50 3.535 1412
300 100 7.070 100
300 150 9.366 88
300 200 10.072 71
300 250 10.447 55
300 300 10.685 43
随着正弦波的电压不断增大，增益也不断增大，当电压增大到一定的时候，增益就不再 增大了。
3．仪器放大器-2 （3）用信号发生器在输入端 Ui 输入正弦信号， • • 电压（峰峰值）固定为 50mV，频率逐渐加大。 用数字示波器观察输出端 Uo 的波形，并记录输出电压的数值，计算放大倍数。
（2）用信号发生器在输入端 Ui 输入正弦信号， • • 频率固定为 300Hz，将电压值逐渐加大。 用数字示波器观察输出端 Uo 的波形，并记录输出电压数值，计算放大倍数。
������������ =
2������������ 2������������
× 1000
F/Hz Ui/mV Uo/V Av
果。 2．差动放大器 （1）将开关 S3、S4 断开，信号由 Vi2、Vi3 输入。 • • 在 Vi2、Vi3 输入端，分别加入直流电压， 用数字万用表测量并记录输出端电压 Uo‘的数值。
（注：①Vi2、Vi3 电压之差要小于 1.5V；②Vi2、Vi3 最大电压值应小于 10V。 ）
（2）将开关 S3、S4 闭合，信号由 E1、E2 输入。 • 用信号发生器在 E1、E2 输入端，分别加入方波信号，两路信号频率相同（注：范围 为 100～300Hz） ，两路信号电压范围在 100～300mV。 • 用数字示波器观察并记录输出端 Uo'的波形，并作出相应的解释。
2
U2A
1
8
R5
1kΩ
9 U'o
7
3
OPA2111AM VCC2
2
VCC1 U3A
1
VCC2 R6
1kΩ 0 15.0V
E2 10
3
8
OPA2111AM VCC2
VCC2
15.0V
图 11-2-6 高精度差动放大器 在图 11-2-6 中， • • • • 第一级是由 OPA2111 构成的高精度仪用放大器， 第二级是由 INA106 构成的高精度差动放大器。 当开关 S3、S4 断开时，信号由 Vi2、Vi3 输入， 输出电压为
• •
积分器 广泛应 用于扫描电路、
A/D 转换和模拟运算等方面。 其输出电压和输入电压的积分成线性关系。 • 输出电压与输入电压的关系为
u o1(t )
3 微分器
1
R1C 1
u
i1
( t )dt
当开关 S1 断开、S2 闭合时，IC2 及其周围元件构成反相型微分器。
图 11-2-2 积分器和微分器电路原理图 • • • 微分器 其输出电压和输入电压的微分成线性关系， 广泛应用于波形变换和模拟运算等方面。 输出电压与输入电压的关系为
OPA2111 采用 DIP8（或 006E）塑封和 TO-99（或 001B）金属封装。 如图所示，是 OPA2111 引脚及功能。
2．自动校零仪器放大器
R3
1MΩ
VCC1
Ui 8 2 0 = Space Key 5 2
2
4
1
S1 R1
10kΩ
-15V VCC1
7
U1A
Uo
1
8
R2
100Ω
1
3
OPA2111AM VCC2
实验 1——积分器和微分器（μA741） 【实验目的】 （1）学会用集成运放设计积分器和微分器，熟悉电路原理 和元件参数的计算。 （2）熟悉积分器和微分器的特点、性能，并会应用。 【实验仪器】 • • 万用表，示波器，信号发生器， “集成电路原理及应用”实验箱
【实验原理】 1. μA741 芯片简介 • • • • • • • • • • μA741 是第二代集成运放的典型代表 是采用硅外延平面工艺制作的单片式高增益运放。 其特点是： 采用频率内补偿 具有短路保护功能 具有失调电压调整能力 具有很高的输入差模电压和共模电压范围 无阻塞现象，功耗较低，电源电压适应范围较宽 有很宽的输入共模电压范围，不会在使用中出现“阻塞” 在诸如积分电路、求和电路及一般的反馈放大电路中使用，均不需外加补偿电容。
μA741 采用 DIP8 和 SO8 封装 图 11-2-1 μA741 的引脚及功能 2 积分器 当开关 S1 断开时，IC1 及其周围元件构成反相型积分器
μA
OFFSETNE LL –IN +IN –V
741
1 2 3 4
+ －
8 NC 7 +V 6 OUTPU T5 OFFSETNE LL
【实验原理】 1．OPA2111、INA106 芯片简介 OPA2111 是双低噪声精密运算放大器（BURR-BROWN， Dual Low-Noise Precision Difet Operational Amplifer） ， 偏流极低 （≤ ±4pA） ， 建立时间极短 （1μs 建立至 0.01％精度） ， 噪声很小，经自动校零可使失调电压低于 5μV，零漂≤ 0.028μV／°C，折算到输入端其零电 位调节速率为≤2μV／s。常用于仪器放大器和小信号放大器。
。
（4）输入正弦波：
①用信号发生器，在输入端 ui2 加入正弦波信号，频率为 160Hz，电压有效值为 1V。观察
并记录 ui2、uO2 的波形及相位差。
②改变正弦波信号的频率， 观察并记录 ui2，uO2 的波形 及相位差。
4．积分器和微分器 （1）将开关 S2 断开、S1 闭合。 （ 2 ）输 信号： 入方波