测控电路实验指导书

目录第一次实验实验二信号放大电路实验 (1)第二次实验实验六幅度调制及解调实验 (6)实验七移相电桥实验 (19)第三次实验实验八脉宽调制电路实验 (20)实验十一开关式相乘调制及解调实验 (12)第四次实验实验十二精密全波整流及检波实验 (14)实验十三开关式全波相敏检波实验 (16)第五次实验实验十四锁相环单元实验 (18)实验十五分频器单元实验 (34)实验二 信号放大电路实验一、实验目的1．研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能。

2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验原理集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。

理想运算放大器的特性：在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。

失调与漂移均为零等。

理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U 0=A ud (U +-U -)，而U 0为有限值，因此，(U +-U -)=0，即U +=U -，称为“虚短”。

（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。

这说明运放对其前级吸取电流极小。

以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

1．基本放大电路： 1）反向比例放大器电路如图2-1所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1F O U R R U -=，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2=R 1∥R F图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器2）同相比例放大器电路如图2-2所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO )U R R 1(U +=，其中R 2= R 1∥R F 。

当R 1→∞时，U 0= U i ，即得到如图2-3所示的电压跟随器。

3）电压跟随器电路如图2-3所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：U0= Ui ，图中R1= RF ，用以减少漂移和起保护 作用。

一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响到跟随性。

图2-3电压跟随器2．高输入阻抗放大电路： 1) 同相交流放大电路电路如图2-4所示。

电容C 2将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R 1的两端。

对理想运放，两输入端是虚短的（近似等电位），即R 1的两端等电位，没有信号电流通过R 1，因此，对交流而言，R 1可以看作无穷大。

图2-4 同相交流放大电路 图2-5 自举组合电路该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 223O )U WC /1R R 1(U ++=，为了减少失调电压，应满足R 3= R 1+ R 2输入阻抗：1123i in jwC 1)KR //()R (R 1KZ Z +++=其中：K 为运算放大器的开环放大倍数； Z i 为运算放大器的开环输入阻抗。

2）自举组合电路电路如图2-5所示。

这种利用反馈电路来减少向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 25O U R R U -=；O 64O2U R R U -= 输入电阻：2121i R R R R R -=当R 1= R 2，R 5= 2R 2，R 4= R 6时，则11i2i O22I R U R U U I ==-=，即I 1将全部由I 2提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。

3．高共模抑制比放大电路1）双运放高共模抑制比放大电路电路如图2-6所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i256i14612O U R R U R R R R U -=，其中R 3=R 1∥R 2，R 7=R 4∥R 5∥R 6。

当5412R R R R =，U i1=U i2时，输出电压为零，共模信号得到了抑制。

图2-6 双运放高共模抑制比放大电路2）三运放高共模抑制比放大电路电路如图2-7所示。

三运放高共模抑制比放大电路又称测量放大器、仪表放大器等。

它的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。

它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且漂移小，稳定性好。

其共模抑制比大，能适于在大的共模电压的背景下对微小差值信号进行放大。

图中改变电位器R F1的阻值，则可以改变对差模信号的放大倍数；R 5，R F2，R 6用于调零，当 R 1=R 2, R 3=R 4，R 7=R 8时则CMRRic 37id F1137O U R R U )R R 21(R R U K ++-=ic C id U GU K +-=其中，G 是整个放大器对差模信号的增益： C K 是整个放大器对共模信号的增益： K CMRR 是运算放大器N 3的共模抑制比整个放大器的共模抑制比：CM RR F11CCM R K R R 21K G K ∙+==)(图2-7 三运放高共模抑制比放大电路37F11R R )R R 2(1G +=CM RR37C 1R R K K ∙=三、实验设备1．测控电路实验箱2．示波器3．函数信号发生器4．直流电压表四、实验内容及步骤实验前熟悉相应的实验单元，认清实验单元的信号输入及输出端口，打开实验箱上相应单元的电源。

1．反向比例放大器（1）在实验挂箱上找到“U1通用的单元电路”，打开本单元电源开关，按图2-1搭好电路，输入端U i接地，用万用表测量输出端U O，调节本单元的电位器，使输出为零。

（2）调节信号发生器，使之输出f=1KHz的正弦信号，接入本单元的输入端，实验时要注意输入的信号幅度以确保集成运放工作在线性区，用示波器观测U i及输出电压U O的相位关系，2．同相比例放大器（1）在实验挂箱上找到“U1通用的单元电路”，打开本单元电源开关，按图2-2搭好电路，信号输入端接地，进行调零。

3．电压跟随器（1）在实验挂箱上找到“U1通用的单元电路”，打开本单元电源开关，按图2-3搭好电路，信号输入端接地，进行调零。

4．同相交流放大电路（1）在实验箱上找到“U13同相交流放大电路”单元。

（2）实验步骤同内容1，将结果记入表下表中。

5．自举组合电路1）在实验挂箱上找到“U12自举组合电路”的实验单元，信号输入端接地，进行调零。

2）实验步骤同内容1，将结果记入表下表中。

6．双运放高共模抑制比放大电路1）在实验挂箱上找到U9的实验单元，信号输入端接地，进行调零。

2）在U i1及U i2的两端输入正弦波信号，测量相应的U0，并用示波器观测U0与U i的幅值7．三运放高共模抑制比放大电路1）在实验挂箱上找到U14的实验单元，两信号输入端均接地，调节本单元的电位器W2，使输出端U0电压为零。

2）在U i1及U i2的两端输入正弦波信号，并用示波器观测U0与U i的幅值及相位关系，同五、思考题1．自举组合电路一般应用于那种场合？2．对测量放大电路的基本要求是什么？3．按照图2-7给定的电路参数，假设已调零，试计算当R D1=5KΩ时，放大器的差模增益？六、实验报告要求1．整理以上实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。

2．将理论值计算结果和实测数据相比较分析产生误差的原因。

3．分析和讨论实验中出现的现象和问题。

实验六幅度调制及解调实验一、实验目的1．理解幅度调制与检波的原理。

2．掌握用集成乘法器构成调幅与检波电路的方法。

二、实验原理实验电路图如图6-2所示。

调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的幅度，使高频载波信号的振幅按调制信号变化。

而检波则是从调幅波中取出低频信号。

振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，单边带调制（SSB）信号。

此实验主要涉及普通调幅（AM）及检波原理。

三、实验设备1．测控电路实验箱2．函数信号发生器3．示波器四、实验内容及步骤1．打开实验箱中U5,U6单元的电源开关。

2．调幅波的观察（1）把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p 的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的调制波输入端。

（2）调节实验箱低的函数信号发生器，使之输出频率为100KHz、幅值为4.0Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的载波输入端。

图6-1 普通调幅（AM）波波形（3）“U5调幅单元”的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到如图6-1所示的普通调幅（AM）波。

3．解调波的观察（1）在保持调幅波的基础上，将“U5调幅单元”的输出端接入“U6解调单元”的调幅波输入端，把输入“U5调幅单元”的载波信号接入“U6解调单元”载波输入端。

（2）“U6解调单元”的输出端接入示波器的CH2，调节“U6解调单元”的电位器W1，观测到解调信号。

五、实验注意事项为了得到更好的实验效果，实验时，外加信号的幅度不宜过大，请按照“实验内容及步骤”说明部分做实验。

六、思考题集成乘法器调幅及解调电路有何特点？试简述它们的工作原理。

七、实验报告要求1．根据观察结果绘制相应的波形图，并作详细分析。

2．其它体会与意见。

图6-2 幅度调制与解调单元实验七 移相电桥实验一、实验目的1．掌握移相电桥的工作原理和应用。

2．熟悉移相电桥单元的使用方法。

二、实验原理实验电路图如图7-1所示。

令U i 输入端的正弦信号为∙i U =θ∠m U ，则∙O U =C)R 2arctg (U W m ϖθ-∠，其中ω为信号的角频率，R W 为电位器W 的有效电阻值。

因此当改变电位器的阻值时，∙o U 将相对于∙i U 可以移相0º~180º，移相过程中，幅值U m 不变。

图7-1 移相电桥实验电路图三、实验设备1．测控电路实验箱2．函数信号发生器 3．示波器四、实验内容及步骤1．打开直流稳压电源±12V 电源开关 2．调节信号发生器，使之输出f i =40KHz ，4.0V P-P 左右的正弦信号，接入“U18移相电桥单元”的输入端U i 。

3．本单元的输入端U i 和输出端Uo 分别接入示波器的CH1和CH2，调节电位器W ，观测“Uo ”端波形的移相情况。

六、实验报告要求1．整理实验数据，记录相应的波形。