電氣施工報告

1、四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 電工電子綜合實踐 實驗題目1、 算術(shù)運算電路2、計數(shù)器實驗?zāi)康乃阈g(shù)運算電路目的1.了解集成運放開環(huán)放大倍數(shù)和最大輸出電壓的測試方法。掌握比例運算、加法運算、減法運算、積分運算電路的調(diào)整，微分運算電路的連接與測試。了解集成運算放大器非線性應(yīng)用的特點。計數(shù)器目的2.了解中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90，74LS161的功能，學(xué)習(xí)其使用方法。掌握將十進制計數(shù)器變換成N進制計數(shù)器的方。了解同步一、實驗?zāi)康摹Ａ私饧蛇\放開環(huán)放大倍數(shù)和最大輸出電壓的測試方法。掌握比例運算、加法運算、減法運算、積分運算電路的調(diào)整，微分運算電路的連接與測試。了解集成運算放大器非線性應(yīng)用的特點。儀器儀表目錄1

2、.HY177-30S雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源、AFG310函數(shù)發(fā)生器、FLUKE45數(shù)字萬用表、TDS210數(shù)字式雙蹤示波器 。虛擬實驗器材（1）、操作系統(tǒng)為Windows95/98/ME的計算機 1臺（2）、Electronics Workbench Multisim 2001電子線路仿真軟件 1套2.四2輸入正與非門74LS00、雙D觸發(fā)器74LD74。實驗線路包括實驗原理圖（可附后）實驗內(nèi)容及操作步驟一、實驗算數(shù)運算電路 虛擬仿真實驗內(nèi)容及步驟1、反相比例運算放大電路測試按圖連接電路，以直流電壓源Vi作為輸入信號，首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為0伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按F5鍵

3、運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-1中。然后按表7-1依次改變直流電壓源Vi的值，并將輸出電壓依次填入表7-1中。表7-1反相比例運算放大電路測試輸入信號輸出信號計算值Vi ( V )Vo ( V )Av=Vo/Vi000.5-1.600-3.20.8-2.560-3.21-3.200-3.22、同相比例運算放大電路測試按圖連接電路，以直流電壓源Vi作為輸入信號，首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為0伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-2中。然后按表7-2依次改變直流電壓源Vi的值，并將輸出電壓依次填入表7-2中。表7-2同相比例運算放大電路測試輸入

4、信號輸出信號計算值Vi ( V )Vo ( V )Av=Vo/Vi000.52.1004.20.83.3604.214.2004.23、加法運算電路按圖連接電路，使用兩個直流電壓源分別作為輸入信號Vi1和Vi2，依次首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為1伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-3中。然后按表7-3依次改變直流電壓源Vi1和Vi2的值，并將輸出電壓依次填入表7-3中。表7-3加法運算電路輸入信號輸入信號輸出信號Vi 1 ( V )Vi 2 ( V )Vo ( V )11-221-312-34、減法運算電路按圖連接電路，使用兩個直流電壓源分別作為

5、輸入信號Vi1和Vi2，依次首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為1伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-4中。然后按表7-4依次改變直流電壓源Vi1和Vi2的值，并將輸出電壓依次填入表7-4中。表7-4減法運算電路輸入信號輸入信號輸出信號Vi 1 ( V )Vi 2 ( V )Vo ( V )110.0521-11215、積分運算電路按圖連接電路，使函數(shù)發(fā)生器XFG1輸出幅度為1V，2KHz的方波信號，使用示波器XSC1觀察輸入與輸出的波形，將波形圖畫入表7-5中。表7-5積分運算電路輸入波形輸出波形6、微分運算電路按圖連接電路，使函數(shù)發(fā)生器XFG1輸出幅

6、度為1V，2KHz的方波信號，使用示波器XSC1觀察輸入與輸出的波形，將波形圖畫入表7-6中。表7-6微分運算電路輸入波形輸出波形實物實驗內(nèi)容及步驟1 實驗電路板分為五部分。2 線性集成放大器開環(huán)放大倍數(shù)Av和最大輸出電壓Vomax的測試。(1) 開環(huán)放大倍數(shù)Av的測試按圖7-8接線，在輸入信號未接入前調(diào)節(jié)Wo，使Vo=0V（用數(shù)字萬用表直流電壓檔測量）。然后，通過函數(shù)發(fā)生器接入正弦波信號Vs，其頻率為f=80Hz，調(diào)整Vs的幅度使輸出電壓Vo=5V（用數(shù)字萬用表交流電壓檔測量）再測量此時對應(yīng)的輸入電壓Vi，將測量數(shù)據(jù)填入表7-7中。由下式可算得Av;(2) 最大輸出電壓Vomax的測試按圖7

7、-9接線，輸入正弦信號Vi，其頻率f=80Hz，用示波器的CH2探頭監(jiān)測Vo，CH1（用作X軸信號）監(jiān)測Vi，增大輸入信號直到示波器上觀察到放大器進入非線性區(qū)（圖7-9所示曲線）為止，從示波器上讀出正負Vomax值，并填入表7-7中。表7-7 開環(huán)放大倍數(shù)Av和最大輸出電壓Vomax的測試ViVoVomaxAv開環(huán)放大倍數(shù)5.4mV5V925.9最大輸出電壓從0增加11.5V3 反相比例運算按圖7-10接線，用數(shù)字萬用表直流電壓檔進行測量。先將輸入端接地，調(diào)節(jié)Wo，使Vo=0V，然后，將輸入端與RW1連接，調(diào)節(jié)RW1使用權(quán)Vi為表7-8所給出的值，同時測量對應(yīng)的Vo值，并填入表中，理論計算Vo

8、/Vi=RF3/R5圖7-10反相比例運算電路表7-8 反相比例運算的測試Vi(V)Vo(V)Vo/Vi0.5-1.55-3.10.8-2.48-3.11-3.1-3.14加法運算按圖7-11接線，用數(shù)字萬用表直流電壓檔進行測量，調(diào)節(jié)RW1和RW2，使Vi1和Vi2分別為表7-9所給出的值，同時測量對應(yīng)的Vo值，并填入表中。 圖7-11 加法運算測試電路表7-9加法運算的測試Vi1（V）Vi2(V)Vo(V)12-3.0321-3.034減法運算按圖7-12接線，用數(shù)字萬用表直流電壓檔進行測量，調(diào)節(jié)RW1和RW2，使Vi1和Vi2分別為表7-10所給出的值，同時測量對應(yīng)的Vo值，并填入表中。表

9、7-10減法運算的測試Vi1（V）Vi2(V)Vo(V)121.0021-1.00圖7-12 減法運算測試電路5積分運算按圖7-12（a）接線，用函數(shù)發(fā)生器輸入方波信號Vi=3V，f=2KHz，用雙蹤示波器觀察Vi和Vo并繪入圖7-12（b）中。圖7-12（a）積分運算測試電路和輸入輸出波形6微分運算按圖7-13（a）接線，用函數(shù)發(fā)生器輸入方波信號Vi=3V，f=2KHz，用雙蹤示波器觀察Vi和Vo并繪入圖7-13（b）中。2、 實驗報告十一 計數(shù)器放大電路的調(diào)試 Rf 反相比例放大電路 1反相比例放大電路的特點 UI R1 由運算放大器組成的反相比例放大電 741 Uo路如圖1所示。 根據(jù)集

10、成運算放大器的基本原理，反 RP 相比例放大電路的閉環(huán)特性為： 閉環(huán)電壓增益： （1） 圖1 反相比例放大器輸入電阻 （2）輸出電阻 （3）其中： Auo為運放的開環(huán)電壓增益，環(huán)路帶寬 （4）其中：BWo為運放的開環(huán)帶寬。最佳反饋電阻 = （5）上式中：Rid為運放的差模輸入電阻，Ro為運放的輸出電阻。平衡電阻 （6）從以上公式可以看出，由運算放大器組成的反相輸入比例放大電路具有以下特性： （1）在深度負反饋的情況下工作時，電路的放大倍數(shù)僅由外接電阻R1和 Rf 的值決定。 （2）由于同相端接地，故反相端的電位為“虛地”，因此，對前級信號源來說，其負載不是運放本身的輸入電阻，而是電路的閉環(huán)輸入

11、電阻R1。由于Rif = R1，因此反相比例放大電路只適用于信號源對負載電阻要求不高的場合（小于500k） （3）在深度負反饋的情況下，運放的輸出電阻很小。 2反相比例放大電路的設(shè)計反相比例放大電路的設(shè)計，就是根據(jù)給定的性能指標，計算并確定運算放大器的各項參數(shù)以及外電路的元件參數(shù)。例如，要設(shè)計一個反相比例放大電路，性能指標和已知條件如下：閉環(huán)電壓增益Auf，閉環(huán)帶寬BWf，閉環(huán)輸入電阻Rif，最小輸入信號UImin，最大輸出電壓UOmax，負載電阻RL，工作溫度范圍。設(shè)計步驟如下：（1） 選擇集成運算放大器 選用集成運算放大器時，應(yīng)先查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊，了解以下主要參數(shù)：運放的開環(huán)電壓增益Auo

12、，運放的開環(huán)帶寬BWo，運放的輸入失調(diào)電壓UIO、輸入失調(diào)電壓溫漂¶UIO/¶T，輸入失調(diào)電流IIo、輸入失調(diào)電流溫漂¶IIO/¶T，輸入偏置電流IIB，運放的差模輸入電阻Rid和輸出電阻Ro等。 為了減小比例放大電路的閉環(huán)電壓增益誤差，提高放大電路的工作穩(wěn)定性，應(yīng)盡量選用輸入失調(diào)參數(shù)小，開環(huán)電壓增益和差模輸入電阻大，輸出電阻小的集成運放。 為了減小比例放大電路的動態(tài)誤差，（主要是頻率失真與相位失真），集成運算放大器的增益帶寬積Au·BW和轉(zhuǎn)換速率SR還應(yīng)滿足以下關(guān)系： Au·BW >Auf·BWf SR > 2

13、fmaxUOmax上式中，fmax 是輸入信號的最高工作頻率。 UOmax 是集成運算放大器的最大輸出電壓。（2） 計算最佳反饋電阻 按以下公式計算最佳反饋電阻： = 為了保證放大電路工作時，不超過集成運算放大器所允許的最大輸出電流IOmax，Rf 值的選取還必須滿足：。 如果算出來的Rf太小，不滿足上式時，應(yīng)另外選擇一個最大輸出電流IOmax較大且能滿足式（1）中要求的運算放大器。在放大倍數(shù)要求不高的情況下，可以選用比最佳反饋電阻值大的Rf。 （3）計算輸入電阻R1 由上式計算出來的R1必須大于或等于設(shè)計要求規(guī)定的閉環(huán)輸入電阻Rif。否則應(yīng)改變Rf的值，或另選差模輸入電阻高的集成運算放大器。

14、 （4）計算平衡電阻RP RP=R1/Rf（5）計算輸入失調(diào)溫漂電壓 要求UI << UImin。一般應(yīng)使 UImin > 100UI，這樣才能使溫漂引起的誤差小于1%。若UI不滿足要求，應(yīng)另外選擇漂移小的集成運算放大器。 3反相比例放大電路的調(diào)試與性能測試（1） 消除自激振蕩按照所設(shè)計的電路和計算的參數(shù)，選擇元件，安裝電路，弄清集成運放的電源端，調(diào)零端、輸入與輸出端。根據(jù)所用運放的型號和Auo的大小，考慮是否需要相位補償。若需要相位補償，應(yīng)從使用手冊中查出相應(yīng)的補償電路及其元件參數(shù)。當完成相位補償后，將放大電路的輸入端接地，檢查無誤后，接通電源。用示波器觀察其輸出端是否有振

15、蕩波形。若有振蕩波形，應(yīng)適當?shù)卣{(diào)整補償電路的參數(shù)，直至完全消除自激振蕩為止。在觀察輸出波形時，應(yīng)把噪聲波形和自激振蕩波形區(qū)分開來。噪聲波形是一個頻率不定，幅值不定的波形，自激振蕩波形是一個頻率和幅度固定的周期波形。（2） 調(diào)零把輸入端接地，用直流電壓表測量輸出電壓，檢查輸出電壓UO是否等于零，若UO不等于零，應(yīng)仔細調(diào)節(jié)運放的調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。（3） 在輸入端加入UI=0.1V的直流信號,用直流電壓表測量輸出電壓。將測量值與計算值進行比較，看是否滿足設(shè)計要求。 （4）觀察輸出波形在輸入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信號，用示波器觀察輸出波形，若輸出波形出現(xiàn)“平頂形”失真，表

16、明運放已進入飽和區(qū)工作，此時應(yīng)提高電源電壓，以消除“平頂形”失真。 R1 Rf （二）同相比例放大電路 1同相比例放大電路的特點 由運算放大器組成的同相輸入比例 R1 741 Uo 放大電路如圖2所示。 UI 同相放大器的電壓放大倍數(shù)為： Rf （7） 同相放大器的輸入電阻為： 圖2 同相比例放大器Rif=R1/Rf+Rid（1+Auo F） （8） 其中：Rid是運放的差模輸入電阻，Auo是集成運放的開環(huán)電壓增益，F(xiàn)=R1/(R1+Rf）為反饋系數(shù)。輸出電阻：Ro0 放大器同相端的直流平衡電阻為：RP = Rf / R1。 （9）放大器的閉環(huán)帶寬為： （10） 最佳反饋電阻 （11）2同相比

17、例放大電路的設(shè)計要求設(shè)計一個同相比例放大電路，性能指標和已知條件如下：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf，閉環(huán)帶寬BWf，閉環(huán)輸入電阻Rif，最小輸入信號UImin，最大輸出電壓UOmax，負載電阻RL，工作溫度范圍。設(shè)計步驟：（1） 選擇集成運算放大器 在設(shè)計同相放大器時，對于所選用的集成運算放大器，除了要滿足反相比例放大電路設(shè)計中所提出的各項要求外，集成運放共模輸入電壓的最大值還必須滿足實際共模輸入信號的最大值。并且要求集成運放具有很高的共模抑制比。當要求共模誤差電壓小于UOC時，集成運放的共模抑制比必須滿足： 式中：UIC是運放輸入端的實際共模輸入信號。UOC是運放的共模誤差電壓。，異步計數(shù)器的分頻

18、功能，學(xué)會調(diào)整同步，異步計數(shù)器的分頻數(shù)。實驗分析一、算術(shù)運算實驗分析1 整理實驗數(shù)據(jù)，并從集成運算放大器Av和Vomax參數(shù)的測試結(jié)果，闡述集成運算放大器的特點。答：集成運算放大器的特點，開環(huán)電壓放大倍數(shù)非常大，接近無窮大。最大的輸出電壓接近電源電壓。2 如果在反相比例運算中將直流電壓換成交流正弦電壓源，其結(jié)果如何？答：結(jié)果一樣，還是按照反饋比例運算。Vo=- (R2 /R1)Vi3 用比例、加法、減法運算結(jié)果分析集成運算放大器構(gòu)成的比例、加法、減法電路的結(jié)構(gòu)特點，其運算精度和穩(wěn)定度靠什么來保證。答：（1）輸入信號都是加在反向輸入端，都必須引入負反饋；（2）開環(huán)放大倍數(shù)越大，精度和穩(wěn)定度越好。

19、靠深度負反饋來保證其運算精度和穩(wěn)定度。4 用觀察到的積分運算和微分運算波形，說明輸出與輸入的關(guān)系。答：積分運算：Vo=-Vit / RC 微分運算：Vo=-RC(dVi /dt)計數(shù)器實驗分析 計數(shù)器是典型的時序邏輯電路，它用來累計和記憶輸入脈沖的個數(shù)。計數(shù)器種類較多，按構(gòu)成計數(shù)器進制的不同，分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器；根據(jù)計數(shù)的增減趨勢，又分為加法、減法和可逆計數(shù)器。 實驗結(jié) 論二、實驗算術(shù)運算結(jié)論 線性集成運算放大器在線性區(qū)工作時，是一種具有高放大倍數(shù)的放大器，加上負反饋網(wǎng)絡(luò)，就可完成各種線性應(yīng)用，其中運算放大器可以實現(xiàn)多種數(shù)學(xué)運算，其基本運算有比例、加法、減法、積分、微分等。線性集成放大器在開環(huán)或引入正反饋的情況下，當其兩個差動輸入端之間存在著微小的失調(diào)電壓時，放大器就處于正飽和或負飽和狀態(tài)（即工作于非線性區(qū)），利用這種工作方式可以實現(xiàn)非線性應(yīng)