低频电子线路实验报告.doc

实 验 报 告实验课程： 低频电子线路实验 学生姓名： 付 容 学 号： 6100212236 专业班级： 电气信息I类126班 2013年 12月26日目 录实验一、仪器放大器设计与仿真3实验二、逻辑电平信号检测电路设计与仿真8实验三、三极管值分选电路设计与仿真13实验四、宽带放大电路设计与仿真22 南昌大学实验报告学生姓名： 付容 学 号： 6100212236 专业班级：电一126班 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2013.12 实验成绩： 实验一 仪器放大器设计与仿真一、实验目的1、 掌握仪器放大器的设计方法2、 理解仪器放大器对共模信号的抑制能力3、 熟悉仪器放大器的调试功能4、 掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法，如示波器，毫伏表信号发生器等虚拟仪器的使用二、实验原理 仪器放大器是用来放大差值信号的高精度放大器，它具有很大的共模抑制比，极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。 下图是由三个集成运放构成的仪器放大器电路。其中，集成运放U3组成减法电路，即差值放大器，集成运放U1和U2各对其相应的信号源组成对称的同相放大器，且。图中所示是有三个运放构成的仪器放大器。其中，集成运放U3组成差值方法器，集成运放U1和U4组成对称的同相放大器，且R1=R2，R3=R5，R4=R6。由于v-v+，因而加在RG（即R1)两端的电压为，相应通过RG的电流iG=，由于i-0，因而当R3=R2=R时，对于U3而言，Uo4加在反相输入端，Uo1加在同相输入端，利用叠加原理，合成的输出电压：由于R4=R5,R6=R7,因而仪器放大器的差值电压增益：仪器放大器的差值电压增益：) 因此改变电阻的值可以改变仪器放大器的差值电压增益，此仪器放大器的增益是负的，要使增益为正的，则可在输出时加一个反相器，即可得到增益为正的仪器放大器。三、实验器材Multisim虚拟仪器中的函数发生器、运算放大器、示波器。四、实验内容1、 采用运算放大器设计并构建一起放大器：(1) 输入信号ui2sinwt(mV)时，要求输出电压信号uo0.4sinwt(V)，Avd=200，f=1kHZ；(2) 输入阻抗要求Ri>1M。2、 用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器，按设计指标进行调试。主要虚拟仪器中的函数发生器、运算放大器、示波器。五、 实验方案1、 实验设计思路：设计仪器放大器用示波器观察输出与输入关系输入差模信号 由增益设定所有电阻值2、 输入差模信号： 通过将下面的信号“+”级接地，“”级接输入的方式，使U4=-1sinwt mv，又令U3=1sinwt mv ，则输入的差模信号Ui=2sinwt mv3、设计仪器放大器，并由增益设定相关电阻值由实验原理可知，要使Avf=200，则由公式可令4、实验总原理图：六、 实验仿真结果 输入信号vi （两个反相电压） 输出信号vo（黄色线） 共模信号为2sinwt mv经过仿真计算得到以下主要数据：输入差模电压：Vid=2mV仪器放大器的输出电压：Vo=399mV仪器放大器的差值电压增益： Avf=199.5200七、实验心得体会通过本实验的学习，不仅让我能够熟练掌握了mutisim软件的操作及仿真流程，通过老师对我的提问，这还增加了我对差模与共模的深刻认识。在做实验前，只是基于理论课上的知识，我对理论课上学的差模与共模还未搞懂，现在做完实验后，知道了它的原理和作用，并且老师的提问，更能让我了解和掌握这方面知识。说实话，上完理论课后我没有及时复习的原因，当老师验收我的实验成果时，对我提出的问题让我当时真的是懵了，压根就不知道，后来就赶紧翻书，这才知道。可以说，本次实验让我意识到了我的理论知识存在严重缺陷，今后，我将会在做实验前将理论知识复习一下，这样才能提高实验效率。 南昌大学实验报告学生姓名： 付容 学 号： 6100212236 专业班级：电一126班 实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：2013.12 实验成绩： 实验二 逻辑电平信号检测电路设计与仿真一、实验目的 逻辑电平测试器综合了数字电路和低频电路两门课的知识要求学生自己设计，并在Multisim电子工作平台上进行仿真。培养学生的综合应用能力。培养学生利用先进工具进行工程设计的能力。1） 理解逻辑电平测试仪器的工作原理及应用。2） 掌握用集成运放和555定时器构建逻辑电平测试器的方法3） 掌握逻辑电平测试器的调整和主要性能指标的测试方法二、实验原理电路可以由五部分组成：输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。三、实验仪器Multisi虚拟仪器中的数字万用表、示波器、频率计四、 实验内容技术指标要求：(1)测量范围： 低电平<0.75V 高电平>3.5V(2)用1kHz的音响表示被测信号为高电平(3)用500Hz的音响表示被测信号为低电平(4)当被测信号在0.75V3.5V之间时，不发出音响 输入和逻辑状态判断电路要求用集成运算放大器设计，音响声调产生电路要求用555定时器构成的震荡器设计。五、 实验方案 1、实验设计思路：2、 输入电路： 通过调节滑动变阻器的阻值大小来改变输入电压Vi3、 逻辑状态判断电路： 通过两个电压比较器，最上面电压比较器A1的反相端为3.5V，同相端为输入电压值Vi；最下面的电压比较器A2的反相端为输入电压Vi，同相端为0.75V;当Vi>3.5v时，A1输出为高电平，A2输出低电平；当0.75v<Vi<3.5v时，A1输出低电平,A2输出低电平；当Vi<0.75v时，A1输出低电平，A2输出高电平。4、 音响声调产生电路：通过两个555定时器产生一定频率来驱动音响工作。由公式 可令555定时器产生需要的频率。上面的555定时器令 可得到f1=1kHz,当A1的输出电平为高电平时，则555定时器工作，喇叭1工作频率为1000Hz，发出声响；下面的555定时器令 则 f2=500Hz,当A2输出高电平时，555定时器产生500Hz,驱动喇叭2工作，并发出声响。5、 实验总原理图： 六、 实验仿真结果 1、当Vi=6.00v时，频率计f1=1.018KHz，f2无示数，只有喇叭1发出声音。 2、 当Vi=1.20v时，频率计f1、f2均无示数，且喇叭均不发出声响。3、 当Vi=1.49uV时，频率计f1无示数，f2=495.558Hz，只有喇叭2发出声响。 七、实验心得刚开始设计电路时，发现有些看不太懂题目意思，不知道实验要求我们到底做出什么实验结果来，对此实验有些陌生。可后来经同学点拨，才知道此实验需要结合比较器来完成，并与数字电路逻辑设计课程紧密结合并加以运用。设计电路的时候，发现更改输入电压时不太方便，原本用的输入电压为函数信号发生器，需要更改电压的时候直接更改函数信号发生器的值，但老师建议我们可以用滑动变阻器来控制输入电压的高低，所以后来我改变了输入电压的输入方式，采取更简便的滑动滑动变阻器的方式来得出实验结果。通过本次实验，加上实验一的实验经验，我对低频这门课了解的更多了，尤其是对比较器、集成运算放大器的了解。我总结到，实验课上能学到理论课上学不到的知识，还能让你学会怎样独立处理问题，又怎样适当的寻求帮助，以此提高自己的动手操作能力。 南昌大学实验报告学生姓名： 付容 学 号： 6100212236 专业班级：电一126班 实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：2013.12 实验成绩： 实验三 三极管值分选电路设计与仿真一、实验目的1、熟悉三极管的电流放大原理，掌握其各管脚电流之间的关系；2、掌握三极管放大电路和集成运算放大器（或集成电压比较器）的特性和 应用；3、掌握电路仿真调试的原则和排除故障的方法。二、 实验原理 是三极管共射电流放大系数，不是一个能够直接测量的物理量，一般不区分直流和交流下放大系数。对于直流，有，忽略，固定的值，的值跟值成正比，通过测量，选择一定的比例系数k，由测量。测量的问题转化为对的测量。 为了使数字测量设备能够测量模拟量，本实验还需要使用ADC。直接型ADC是把输入的模拟电压信号直接转换为相应的数字信号，所以还要对进行电流-电压转换。A/D转换后就可以用通过译码器连接数码管进行数字显示了。三、 实验仪器 NPN型三极管，4个发光二极管，若干个反相放大器、电压比较器，1个74LS48译码器，1个数码管，1个74LS148四、实验内容利用比较器构成一个NPN型三极管值分选电路。要求该电路通过发光二极管的亮或灭来指示被测三极管值的范围，并用一个LED数码管显示值的区间段落号。如：（050）显示“1”、（50100）显示“2”、（100150）显示“3”、（150200）显示“4”、（>200）显示“5”。三极管采用Multisim虚拟库中器件，其（Beta）值可根据需要修改，比较器可选择集成运放（如LM324）。五、实验方案1、实验设计思路：三极管工作在放大区时，集电极电流为基极电流的倍，通过集成运放将电流转换成电压，根据事先设定的值分段范围确定比较器的门限电压值。通过比较，可用二极管反映值范围，并将其转换成LED数码管显示（利用数字逻辑电路转换）。2、 三极管的测量： 选择NPN型三极管，将其共发射极接负电压5V，共基极 通过电阻R2与地相接，共集电极输出 3、电流电压转换： 使用集成运放电路进行信号处理。由于BJT是CCCS器件，其输出等效为受控电流源，所以采用反相比例运算电路进行电流-电压的转换，因为反相比例运算电路的输入电阻低。同时反相比例运算电路对运放的共模抑制比要求低，其输出电阻很低，这是优点。在理想运放下，输入电阻为0，所以输出电压为。实际输入电阻不为零，所以信号源内阻比输入电阻越大，电路的转换精度就越高。 由公式可知,令 可将转换成Vo进行电压比较。 4、电压比较 当时，= 当时， 当时， 当时， 由于误差的原因，所以给电压比较器的参考电压分别为：2.1v ,4.2v ,6.3v ，8.4v当任一个电压比较器的输出电压为高电平时，对应的发光二极管均发亮，反之则不亮。5、 AD转换并显示测量值电路： 结合数字电路与逻辑设计的相关知识，将输出电压通过74LS148芯片对应输出电平再通过74LS48进行译码，用8字数码管进行数字显示。其中，74LS148和74LS48功能如下：74LS148 定义：74LS148 为 8 线3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式，将8条数据线（07）进行3线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。 利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。芯片引脚说明：07 编码输入端(低电平有效)EI 选通输入端(低电平有效)A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码输出端(低电平有效)GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)EO 选通输出端，即使能输出端功能表：输入输出EI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLHH高电平 L低电平 X任意74LS48引脚图：功能表：综合上述芯片可知： I、当发光二极管输出电平为0000时，74LS148中，则,对应的74LS48输入值为，这样输出到数码管显示即为“1”； II、当发光二极管输出电平为1000时，74LS148中，则,对应的74LS48输入值为，这样输出到数码管显示即为“2”； III、当发光二极管输出电平为0000时，74LS148中，则,对应的74LS48输入值为，这样输出到数码管显示即为“3”； IV、当发光二极管输出电平为0000时，74LS148中，则,对应的74LS48输入值为，这样输出到数码管显示即为“4”； V、当发光二极管输出电平为0000时，74LS148中，则,对应的74LS48输入值为，这样输出到数码管显示即为“5”。6、 实验总原理图： 六、 实验仿真结果 当时 当时 当时 当时 当时七、 实验心得体会 通过这次实验，我认为本次实验将数电和模电很好地综合在一起，锻炼了学生的综合能力，让我们学会了如何将模电转换成数电，这些在理论课上只是知道数电与模电的相关性非常大，但却没实践过。其次，在做本次实验过程中，我遇到了两个很大的问题，一是老师给出的设计思路是要我们将转换成电压，而我最初的设计是直接输出了，而不是电流，后经同学提醒才更改过来；另一个问题就是关于译码显示的问题，我一开始先列了真值表，但后来发现自己不会将其转换成译码显示，也是咨询了同学之后才知道在译码器前加个编码器就能实现转换，但我看了大部分同学采用4532的编码器，我当时也百度过，发觉这样的编码器比较繁琐，后来自己又不断查资料，发现了74LS148，其功能相对4532来说较为熟悉，所以我就采用74LS148编码器进行设计。 南昌大学实验报告学生姓名： 付容 学 号： 6100212236 专业班级：电一126班 实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：2013.12 实验成绩： 实验四 宽带放大电路设计与仿真一、实验目的1、熟悉集成运算放大器的特性；2、掌握运用集成运算放大器构成有源滤波器的方法；3、掌握电路仿真调试的原则和排除故障的方法。二、 实验原理集成运算放大器与RC原件组合可以构成RC有源滤波器，让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。根据对频率范围的选择不同分为低通（LPF)、高通（HPF)、带通（BPF)、带阻（BEF)四种。其幅频特性如图所示：1、 低通滤波器（LPF) 低通滤波器通过低频信号衰减或抑制高频信号，典型的二阶有源低通滤波器由两级RC滤波器环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。2、 高通滤波器（HPF） 通过高频信号、衰减或抑制低频信号，低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换可变成二阶有源高通滤波器电路。三、 实验仪器 2个集成运算放大器，电阻电容若干，示波器，波特仪四、实验内容 利用集成运放设计一个带通放大器。要求该放大器能够对一定频率范围内的电压信号进行选频及放大，对频率范围之外的信号进行衰减。集成运放可选择LM324。技术指标：BW（300Hz3400Hz）、中频增益Av4。五、实验方案1、实验设计思路：用运放构成带通滤波器。信号范围较宽，可以用2个运放分别构成低通和高通并串联。滤波器的快速设计方法： （1）根据截止频率fc，选定电容C（单位uF）的标称值，使其满足K（）； （2）从设计表中查出与Av对应的电容值及K1时的电阻值，再将这些电 阻值乘以参数K，得电阻的设计值；（3）实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数。2、低通滤波器设计： 取K=1时，有图可知,代入公式K，让其3、 高通滤波器设计： 取K=1时，有图可知,代入公式K4、 实验总原理图： 六、 实验仿真结果 1、放大倍数的仿真结果： 输入电压为，由仿真结果可知，输出电压CH1 的结果为，CH2 的结果为由于输入电压的值实际上是，所以输出的电压 第一级电压放大倍数 第二级电压放大倍数 2、 通频带的仿真结果： 由图可知及幅频特性可知： 当，所以，找出通频带在9dB范围内其频率分别为，与实验目标近似相等。七、 实验心得体会 说实话，本次实验做的时候完全不会做，根本不知道该如何下手，一看感觉理论课上学过，又感觉没学过，因为太陌生了。后来是同学告诉我只需要把低通和高通的电路图连起来就行了，取K值之后按表中已经给出的值代入设计图中，就能够很快的做完。可后来发现，老师问我的问题我压根不明白，问了我好几个问题，什么是分贝？中频是多少？截止频率又是多少？当时，我还一个劲地回答截止频率就是3003400Hz，后来老师告诉我，如果题目没有事先告诉我们他的通频带，那我们又该如何从仿真结果中找到他的通频带。在老师的点拨和提问下，我渐渐地懂了幅频特性的一些基础知识，这让我非常受益。