实验3比例放大电路的设计和调试资料

模拟电子技术基础实验实验3比例放大电路的设计和调试STEP1前期注意事项写在最前面：1.请认真阅读本课件。包括实验板结构，实验仪器使用，实验步骤。2.实验3继续执行预习考核环节。在实验开始时，闭卷考试。考试通过方能开始实验操作。考试内容：LM324管脚分布及使用方法，双电源接法，实验板结构，实验仪器使用，实验测试步骤。3.本次实验需要焊接，必须带电烙铁及烙铁架，可以自备万用。4.实验报告请于第14周周三（6月3日）中午1:00-1:30由负责的同学按学号排好顺序整班交至21A#106室。过时不候。晚交视作未交。STEP2预习部分基本选题.用LM324实现增益为20dB反相比例放大器，最小电阻为2k，要求完成以下内容：2.输入正弦波交流信号，用双踪示波器同时观察输入输出波形，并确定闭环增益及输出动态范围。3.在线性范围内，测量反相比例放大器的上限截止频率，并画出幅频特性曲线。4.测量输入电阻。实验p74基本选题的任务分析得知，我们需要搭建前面设计好的电路，然后完成以下几个指标的测试，这样才能验证同学们设计的电路是否正确。（1）工作点稳定，即测量静态工作点；（2）空载时的电压放大倍数Auf;输出电压动态范围Uopp；（3）上限截止频率fH；（4）输入电阻Ri。认真分析任务，明确测试指标一、实验名称：二、设计任务（实验选题）三、设计过程（含电路图）参考实验设计范例，充分说明电路中各元件参数选择的依据。五、自拟实验步骤在拟定实验步骤的过程中，自拟测量数据记录表格六、预习思考题七、元件表仿真不加分啦，而且仿真之后要处理实验数据，不处理的倒扣分啊A4纸，干净整洁预习设计报告格式STEP3实验室操作部分1.检查元件(5)2.焊接电路(5)3.规范操作（5）4.仪器使用（15）5.测试指标（1）静态工作点测试(10)（2）动态指标：A.空载闭环放大倍数（10）；B.动态范围Vpp（10）C.上限截止频率fH（10）D.输入电阻Ri(10)6.实验善后(10)操作验收内容通过前两次实验，仪器使用和实验操作都应该已经掌握，所以本次实验应将重点放在运放LM324的使用，然后通过实验的方法加深理论知识的理解。例如1、LM324如何正常工作？2、如何用LM324实现反相比例，电路怎么搭建？3、动态范围与谁有关？4、输入电阻理论值是多少？为什么？如图所示器件即为LM324，集成运算放大器。该器件为双列直插（DIP）14脚封装，管脚分别排列在器件两侧，针状的管脚可以插入14脚IC插座中。在器件表面会有一个半圆形的缺口，习惯上把这个凹陷放在左手边。注意：半圆形的凹陷是标识位，与右侧中间的圆点区分开。LM324认识元器件标识位LM324管脚排列如图所示，将标识位放在左手边，左下角为1脚，依次往右为2、3、4、5、6、7，8脚在7脚对面，再依次往左9、10、11、12、13、14。是一个U字形的排列。LM324标识位所有双列直插(DIP)封装的集成电路芯片都是相同的排列顺序右下图是LM324各管脚功能认识元器件用运放LM324实现反相比例放大电路LM324内含4个独立的运放，每个运放都能实现设计要求。将设计好的电路（左图），画到右图中LM324的第3个运放上，并标出Ui和Uo的位置。请考虑采用LM324的其他几个运放时，如何连接电路焊接电路反相比例放大电路实验板图正面UiUoVcc初识电路板正面背面仔细观察电路板，判断出哪些点是相连的，相当于一个节点；哪些是彼此独立的。利用这个关系，尽量少用导线完成电路焊接。若不能判断两个节点是相连的还是断开的，用万用表的欧姆档测量两个点间的电阻。用白线相连的4个点相当于1个节点用白线相连的3个点相当于1个节点两个节点是彼此独立的。每个黄框里是1个LM324的管脚分布区域，只能做运放用；其他区域可视为公共区域，用来搭建外围电路。第3个LM324第1个LM324第2个LM324第4个LM324电路板说明以LM324芯片中的第1个运放为例说明电路的焊接，第2、3、4个运放的管脚分别参考前面的管脚分布图，实验中教师会指定用某个运放完成实验（比如要求用第2个运放完成实验），必须按照教师要求做。1脚第1个运放输出端2脚第1个运放反相输入端3脚第1个运放同相输入端4脚接电源+12v11脚接电源-12v电路板说明反相比例放大器焊接图（用LM324中第1个运放）请指出焊接电路中，R1,R2,RF1-2管脚间，反馈电阻Rf输入信号Ui到2管脚间，电阻R111脚接黑导线接电源-12v4脚接红导线接电源+12v3管脚到地，平衡电阻R2接地，远离正负电源，避免短路反相比例放大器焊接图（用LM324中第1个运放）焊接ok！仪器使用ok！问题：运放LM324如何能够正常工作？答：需要双电源供电注意：如果正负电源加反，LM324将烧坏，是要扣分滴！！如果正负电源只加了一个，静态是不为0滴！！如果没有共地，运放是不能正常工作滴！！总之，正负电源是否加对，直接决定实验能否做出来。所以，这个很重要。双电源如何加到LM324中？？调节两路直流稳压电源调压钮，调至12V。利用万用表分别测试两路直流稳压电源输出端的电源。正确理解图2-2所示的+12V和-12V电源，正确理解“共地”。问题1：将左图中的ABCD点，分别标到右图的电源接线柱上。ABC连接方法一：D双电源如何加到LM324中？？ABCDA-主路正极B-主路负极C-从路正极D-从路负极双电源如何加到LM324中？？连接方法二a.将主路的负极、从路的正极和标注GND的端子用短路线接在一起。GND端子是仪器机箱的外壳接地。双电源如何加到LM324中？？b.然后将直流稳压电源的中间那个“独立/跟踪”的按键按下，实现“跟踪”功能。这样从路（右路）的电压跟随主路（左路）的电压变化，不管之前从路的电压是多少，在跟踪状态时，从路的电压跟主路电压一致。需要说明的是，跟踪状态时，从路显示的电压可能和主路的一致，也有可能显示全零。此时，直流稳压电压并未损坏，是一种正常现象。双电源如何加到LM324中？？c.将实验室提供的三根电源线连接到仪器的各端子。红线是电源主路的正极，紫线是电源从路的负极，绿线接公共端。ABCA-主路正极B-地C-从路正极双电源如何加到LM324中？？问题2：双电源如何加到LM324中？？A-主路正极接4管脚B-接到电路板的“地”，实现“共地”C-从路负极接11管脚ABC注意线的颜色！！双电源如何加到LM324中？？通电观察。接上电源之后，观察电路是否有异常现象，如集成块冒烟、发烫或有异常气味等，应立即切断电源，检查电路，排除故障。验证双电源正确加到LM324中用万用表直流电压50v档位测量，红表笔接4管脚，黑表笔接地，万用表读数为12V。说明4管脚对地是+12v。用万用表直流电压50v档位测量，红表笔接地，黑表笔接11管脚，万用表读数为12V。说明11管脚对地是-12v。验证双电源正确加到LM324中一切准备就绪，开始完成测量指标，进入学习状态。静态工作点的测量--输入信号Ui=0时的输出Uo。（理论值是0）。如何做到Ui=0？用白色的导线将输入端与“地”点相连。用万用表测量1管脚输出端Uo，电压为0v。1.测量静态工作点如果用万用表测量1管脚输出端电压为+12v，说明11管脚的负压没有加进去，若为-12v，则是4管脚的正压没有加进去。检查+-12V电源连接线是否接反。1.测量静态工作点请参照实验教材P170页方法判断运放好坏。从这次实验开始，请大家要开始自己设计实验了。根据以前学到的知识：1.自行设计测量电压放大倍数的步骤。2.自行决定输入信号大小3.自行判断测量数据是否准确。2、闭环电压增益思考：1、请在图中标出输入Ui，输出Uo的位置。2、函数信号发生器的红黑夹子分别夹在什么位置。3、用示波器第1路观察输入信号，用第2路观察输出信号，红黑夹子都分别夹在什么位置。4、“共地”如何实现？5、输入信号应该多大？2、闭环电压增益增大输入电压，观察输出波形出现临界失真时，确定输出动态范围为22.6Vpp。注意思考动态范围和以前测量的Uomax之间关系。3、输出动态范围动态范围反映放大电路的什么特征？理论计算公式是多少？左图中为了大家能够正确理解失真，给大家提供的是失真波形，但是测量时是不能失真的。3、输出动态范围其实，动态范围就是运算放大器所能提供的最大输出不失真电压，也就是我们以前常说的Uomax。但是一般来说，运算放大器都是双电源供电，所以动态范围是正半周的最大输出不失真电压最大值Uom+,加上负半周的最大输出不失真电压最大值Uom-，也就是Uopp。最大输出不失真电压最大值-----------一句话里面有两个最大含义不一样，不要搞糊涂了图a输出电压幅度图b上限频率5.2*0.707上限频率左图是200Hz中低频段的输入输出电压波形，输入电压峰峰值为528mV，输出电压峰峰值为5.32V。右图即为增大频率时，输出电压峰峰值降为5.32*0.707=3.76V左右。对应的上限频率为35.09kHz这样测量的结果对吗？答：不对！4、上限截止频率注意：在整个测量过程中，都要保证输出波形不失真！！！图a输出电压幅度图b上限频率1030*0.707上限频率正确的测量方法是降低输入信号的幅度，重新测量上限截止频率。提醒：由于输入信号比较小，同学需仔细手动调节示波器水平、垂直方向旋钮，只用“AUTO”键可能看不到波形。右图中还能看到，输入输出波形不再是差1800，输出波形滞后了。为什么？理论值应该是多少？请测量出来进行比较。4、上限截止频率上限截止频率的标准定义是，当放大倍数降低到中低频值的0.707倍所对应的高频频率。如果输入信号一直保持不变，那么上限截止频率可以简化成测量输出电压降到0.707倍对应的高频频率。如果输入信号发生改变，就需要计算中频段的电压放大倍数，寻找0.707倍时放大倍数对应的高频频率点了。4、上限截止频率在被测放大电路的输入端与信号源之间串入一个已知电阻如图所示，在放大电路正常工作的情况下，用示波器或交流毫伏表测出和，则根据输入电阻的定义可得：5、输入电阻示波器上显示的是第1路（黄线）测量US，第2路（蓝线）测量Ui思考计算得到的Ri与理论的输入电阻是否相符？5、输入电阻啊，终于都做完啦，去找老师验收。但是，因为有很多时候同时做完的同学有很多，老师一个人验收不过来，请大家耐心等候。为了加快速度，请大家把电路状态都调到最开始的闭环电压增益，便于老师验收。上限截止频率由于加入信号幅度小，不易调节，请先熟练操作。电阻Rs不要卸下来,不给时间焊，否则输入电阻这个指标不验收了。请认真理解每一个实验指标的意义，正确完成测量。如果验收一次不过，该项指标认为没有完成，不再验收第2遍了。实验善后恢复实验板。请断开电源，然后将实验板上的电阻焊下，其他元件不动，只动电阻。关闭各台仪器，整理实验台。补充说明实验室提供：电阻、导线、焊锡、运放LM324，实验中，指导教师会指定使用LM324的1-4运放中的一个完成实验。（本是以第1个运放为例做的，要求同学其他3个运放也要会用。）（考试会考滴，很重要哦！！）实验报告格式一、实验名称二、实验步骤及数据处理与理论数据（理论计算数据、仿真数据）要进行比较，计算误差。三、结果与故障分析分析实验结果，对实验现象进行总结，分析误差产生原因，说明实验中遇到的故障和解决方法。四、收获与体会总结本次实验中的经验教训，避免下次实验再发生相同的问题。实验报告在时间内整班上交。实验报告封皮到邮箱里下载，一定使用提供的封皮模板手写将预习设计报告和自查表附在实验报告后面。 如果采用计算机记录或处理数据的话，可将结果打印后贴在实验报告的相关位置。将预习设计报告、原始数据和教师签字放在实验报告的最后。实验报告红包1.（10分）5.在输出端接入负载,观察输出电压波形的变化，体会“负载能力”的概念。红包2.（10分）6.改变电阻值实现运算为的反相比例放大器，重复3测出上限截止频率，体会“增益带宽积”的概念。红包3.（10分）1.输入可调直流电压，测试电路的电压传输特性，并确定闭环增益及输入输出动态范围。抢红包啦！红包不是白送的，只给有准备的人哦。1、预习报告必须写2、红包的仿真必须有3、预习考核必须通过5.在输出端接入负载,观察输出电压波形的变化，记录不同负载下的电压放大倍数，体会“负载能力”的概念。输出端到“地”之间的RL查阅其他的一些参考资料来预测一下输出电压的大小变化，请解释为什么？红包1请在实验报告中，明确说明负载能力到底是什么意思？6.改变电阻值实现运算为的反相比例放大器，重复2，3测出放大倍数和上限截止频率，体会“增益带宽积”的概念。红包2思考：改变放大倍数之后，上限截止频率有何变化？为什么？1.在放大倍数为10倍时，输入可调直流电压，测试电路的电压传输特性，并确定直流闭环增益及输入输出动态范围，完成表格3-2表3-2与实验书上的数据有区别，请按照ppt上的数据完成预习。问题：表格3-2中要求输出直流电压值（例如0.5v）如何实现？红包3答案：用两个电阻一个电位器构成分压电路来实现。电路图如下：Ui红包3R4右图为原理图，左图为实际焊接的电路，用万用表测量电位器滑动端电压，调成表格3-2中的某个值，比如+2V。然后将电位器的滑动端接入Ui。R3RPUi红包3将分压得到的直流电压+2V送入输入端。用万用表再次测量电位器滑动端电压，问题：电压还会是+2V吗？为什么？答：不是，电压值变小，因为引入了运放的输入电阻。白色导线将电位器滑动端与Ui相连测量方法：将直流电压接入输入端后，再次调整电位器，使输入电压为表格3-2要求的数值；用万用表测量输出端电压（注意极性），将数值填入表格3-2；计算该电路的闭环增益输入动态范围输出动态范围除了表3-2中给出的参考值，需要自行寻找两个拐点的电压值验收后面3个红包都完成了也要找老师验收。不过3个红包也还是只验收一次。所以需要大家开动脑筋，怎么又快又好的完成验收任务呢。提示：LM324有4个运放，其他也可以利用哦。任何能够提高效率的创意都有加分哦。收红包不要收的手软。最后的最后，请收拾好实验台。要不红包又要长翅膀飞了。于蕾、赵娜：21#107朱海峰、肖易寒：21#2楼半343黄湘松：21#509邮箱：姓名全拼@hrbeu.edu.cn或者公共邮箱实验室：21B360、394请联系自己的实验教师