基准电压源和电压放大实验设计Word版

基准电压源及电压放大实验设计

学号：1042401042 姓名：张强强

一、实验目的

1．采用基准电压源产生一个2.0V的稳定电压。

2. 采用运放对基准电压源进行放大。

二、实验原理

1.基准电压源

理想的电压基准源应该具有完美的初始精度，并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。实际应用中，设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。

两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串连拓。

齐纳二极管可克服正向二极管作为基准电压的一些缺点，但其温度系数是正的，约为+2mV/℃

温度补偿性齐纳二极管体积小、重量轻、结构简单便于集成;但存在噪声大、负荷能力弱、稳定性差以及基准电压较高、可调性较差等缺点。这种基准电压源不适用于便携式和电池供电的场合。

带隙基准源（采用CMOS，TTL等技术实现）运用半导体集成电路技术制成的基准电压源种类较多，如深埋层稳压管集成基准源、双极型晶体管集成带隙基准源、CMOS 集成带隙基准源等。由于带隙基准源具有高精度、低噪声、优点，因而广泛应用于电压调整器、数据转换器(A/D, D/A)、集成传感器、大器等，以及单独作为精密的电压基准件，低温漂等许多微功耗运算放。

实验所用基准电压源为MC1403,其参数、内部结构及引脚图如下：

MC1403内部原理图

利用MC1403可以获得2.5V的稳压，但实验要求获得2V电压。采用电阻分压原理，在器件输出端加滑动变阻器，调节阻值获得2V稳压，并在电阻两端并联一旁路电容，消除干扰。

2.放大电路

集成电路运算放大器是一种电子器件，他是采用一定制造工艺将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线制作在一块单晶体硅的芯片上，并具有一定功能的电子电路。

运算放大器具有增益大、传输损耗小的特点，但其带宽为零，也就意味着其无法进行信号的传输，因此采用反馈实现其对信号的放大。

运算放大器分为同向运算放大器和反向运算放大器。同向运算放大器的输出电压与输入电压同向，反向运算放大器的输出电压与输入电压反向。

实验用同相比例放大器。同相放大器的工作电路原理图为：

当输入信号电压u i的瞬时电位变化极性如图中的（+）号所示，由于u i(u p)加到同向端，输出电压u o的极性与u i相同。反向输入端的电压u n为反馈电压，极性亦为（+），而净输入电压u id=u i-u f=u p-u n比无反馈时反而减小了，放大电路的电压增益

Av=u o/u i也减小。但当|u p-u n|>60uV时，运放进入非线性区。

同相比例放大器的增益为：

实验用同相放大器LM358,其特性及引脚图如下：

三、实验仪器与器件：

1.MC1403基准电压源（1个）

2.LM358P运算放大器（2个）

3.100nF电容（1个）

4.1K电阻（1个）

5.1KΩ滑动变阻器（1个）

6.5KΩ滑动变阻器（1个）

7.直流稳压源（1台）

8.万用表

四、实验内容

测量电阻阻值为997Ω

电容大小为94nF

根据要求在multisim中设计基准电压源和电压放大的仿真图如图所示：

2V基准电压源电压放大电路经过仿真得到当滑动变阻器为798Ω时，基准电压源为2.01V。

在电路板上按仿真图焊接实际电路。焊接的电路和pcb板电路如下图所示：

正面反面

pcb板

记录实验数据如下。

五、数据记录与分析

仿真数据

反馈电阻R/Ω1000 2000 3000 4000 5000 输出电压U/V 4.01 6.02 8.03 10.03 12.04 实测数据

反馈电阻R/Ω1000 2000 3000 4000 5000 输出电压U/V 4.04 6.06 8.21 10.17 12.23 反馈电阻与输出电压关系如图：

误差分析：

1.实际所用的器件并不理想，电阻的阻值不能正好调节到所要的值。

2.运算放大器的内部结构复杂，放大的倍数可能出现偏差。

3.运算放大器不能看成内阻无穷大，带负载能力有限。

4.人为读数误差。

本学期实验总结

上了一学期的电子技术基础实验后，我的收获良多。在实验过程中，我们学习了三款对于通信专业的我们非常重要的软件Origin、Multisim、Altium Designer。不仅增长了电路知识，从实验中，进一步学习了戴维南定理，二阶电路动态响应、串联谐振电路、以及线性系统的特性分析等之前只是在书本中学习过的知识。现在通过电路实验，我们从实战的角度，更细致地从电路仿真到电路连接再到电路测试学习这些理论知识，比课本上的学习更深刻了。

在前面的四个实验中，我们熟悉软件，仪器，和焊接技术。在这四个验证性实验中，串联谐振实验给我映像最深。实测数据和仿真数据差很多，但是最后我们都以为仿真是正确的，导致最后大家得分都很低。从中我学到的是，实验的目的就是要真实。不得不说的就是我们的设计性实验，全靠自己。我们组做的是基准电压源和电压放大。起初没有什么头绪，在上网查资料，和小组讨论后我们还是做出来了，当时我们都非常高兴。最后我们的实验结果也相当不错，跟理论值很接近。最后要我们自学Altium Designer这款软件。在ppt的帮助下，我通过自己的研究和同学的讨论，一步一步解决问题，最终完成了pcb板的仿真。我觉得通过这种探究性实验对我们自己的提高很多，培养了我们自己研究而不是依靠老师，依靠教材，提高了我们的综合能力很重要。

总而言之，在实验课上学到了太多的东西，不仅加强了对仪器的操作能力，还增长了更多的电路知识，除此之外，还锻炼了自己的动手操作能力并学会了团队合作。很高兴能有这么一学期上实验课的机会，这些种种收益之处对自己以后的学习一定会有很大的帮助。最后还是想感谢下老师，整个实验过程中我的问题是最多的，每次问题你都热心的为我解答，在您的帮组下，顺利的完成了本学期的实验。在这个暑假多多自学软件，就像您说的“用多了你就是老师”。