基准电压源及电压放大实验设计

基准电压源及电压放大实验设计

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。

设计电路仿真如图所示：

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：

设计电路仿真如图所示：

在电路板上按仿真图焊接实际电路。并记录实验数据。

实验仪器与器件：

1.MC1403基准电压源（1个）

2.LM538P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

9.信号发生器（1台）

10.示波器（1台）

四、实验内容

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。焊接的电路如下图所示：

三、数据记录与分析

R2阻值（KΩ） 1.76 2.64 3.52 增益Av 3 4 5

输出电压VO （V）仿真值 6.045 7.943 9.943 实测值 5.637 7.421 9.120

246

6

8

10

Y

A

x

i

s

T

i

t

l

e

X Axis Title

B

C

图中X轴为增益，Y轴为电压（V），B为仿真曲线，C为实测曲线

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.读数误差。

四实验总结

经过一个学期的实验课程，收获颇多，主要掌握了Multisim、Origin、Altium Designer等多个软件的使用方法。做开始的四个书本实验时，进一步加深了对各个实验原理的掌握和理解，并锻炼了焊接电路的能力，学会了如何在电路板上合理的安排元器件。在调试的过程中遇到了很多困难，但在大家的帮助下相互纠正错误，不断提高。在后阶段的设计试验中，小组成员内部不断地讨论修改，充分展示了团结合作的力量。

实验设计与研究是一个不断学习与探索的过程，经过了本学期实验课的锻炼，将会为我们今后的实验打下良好的基础。