測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

注意：接線時(shí)務(wù)必封閉電源，接好線檢查無誤方可翻開電源開關(guān)，實(shí)驗(yàn)過程中不要使電源連續(xù)工作太長時(shí)間，免得造成芯片過熱燒壞。實(shí)驗(yàn)1高共?？酥票确糯箅娐法D―儀器放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．進(jìn)一步認(rèn)識(shí)運(yùn)算放大電路的應(yīng)用。2．掌握儀器放大器的調(diào)試及丈量方法。二、實(shí)驗(yàn)電路原理一般來說，關(guān)于丈量放大器，主要要求其放大倍數(shù)要高，以便對(duì)輕微信號(hào)進(jìn)行放大；其輸入阻抗要高，以便減少對(duì)輕微信號(hào)的影響；其共?？酥票纫撸员憧酥凭€路上可能串入的共模擾亂。下邊介紹兩種高共?？酥票确糯箅娐罚?．兩運(yùn)放儀器放大器來自傳感器的信號(hào)往常都陪伴著很大的共模電壓<包含擾亂電壓）。一般采納差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來克制它，可是一定要求外接電阻完整均衡對(duì)稱、運(yùn)算放大器擁有理想特性。不然放大器將有共模偏差輸出，其大小既與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)，又與運(yùn)算放大器自己的共模克制能力有關(guān)。一般運(yùn)算放大器共模克制比可達(dá)80dB，而采納由幾個(gè)集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的丈量放大電路，共?？酥票瓤蛇_(dá)100～120dB。圖5－1所示是由兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成共模抑限制100dB的差動(dòng)放大電路――兩運(yùn)放儀器放大器。圖5－1兩運(yùn)放儀器放大器由電路可得uo1=(1+>ui1,=所以u(píng)u－(1+>uo=(1+>i2i1因輸入共模電壓uic=(ui1+ui2>/2，輸入差模電壓uid=ui2－ui1,可將上式改寫為uu+uo=(1－>ic+(1+>id為了獲取零共模增益，上式等號(hào)右邊第一項(xiàng)一定為零，可?。剑?/8此時(shí)，電路的差動(dòng)閉環(huán)增益為Kd=1+這類電路采納了兩個(gè)同相輸入的運(yùn)算放大器，因此擁有極高的輸入阻抗。2．三運(yùn)放儀器放大器在自動(dòng)控制和非電量系統(tǒng)中，常用各樣傳感器將非電量<溫度、應(yīng)變、壓力等）的變化變換為電壓信號(hào)，爾后輸入系統(tǒng)。但這類電信號(hào)的變化特別小<一般只有幾毫伏到幾十毫伏），所以要將電信號(hào)加以放大，有的甚至放大上千倍或上萬倍，所以都采納這類儀表放大電路<如圖11-2所示）。電路有兩級(jí)放大級(jí)，第一級(jí)由A1、A2構(gòu)成，他們都是同相輸入，輸入電阻高，并且由于電路構(gòu)造對(duì)稱，可克制零點(diǎn)漂移；第二級(jí)由A3構(gòu)成差動(dòng)放大電路，它擁有很大的共?？酥票取O高的輸入電阻，且其增益能在大范圍內(nèi)可調(diào)。假如R2=R3、R4=R5、R6=R7改變R1的電阻阻值，即可調(diào)理放大倍數(shù)，而不影響電路的對(duì)稱性。圖5－2三運(yùn)放儀器放大電路由電路可得由此可得，于是，輸入級(jí)的輸出電壓，級(jí)運(yùn)算放大器A1、A2輸出之差為其差模增益由此可得，當(dāng)A1、A2性能一致時(shí)，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在R1兩頭互相抵消，所以電路擁有優(yōu)秀的共?？酥颇芰?，又不要求外面電阻般配。但為了除去A1、A2偏置電流等的影響，往常取R2=R3。第二級(jí)A3構(gòu)成差分放大電路，外接電阻完整對(duì)稱。有<R4=R5，R2=R3）電路的總電壓放大倍數(shù)為2/8此外，這類電路還擁有增益調(diào)理能力，調(diào)理R1能夠改變?cè)鲆娑挥绊戨娐穼?duì)稱性。三運(yùn)放儀器放大器克制共模成分的能力取決于A3，所以，它的增益常設(shè)計(jì)為1，即取R4=R5=R6＝R7。并且，要求這四個(gè)電阻一定嚴(yán)格般配，以保證電路嚴(yán)格對(duì)稱。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)施1.RTCLK01測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)箱4.±12V直流電源2.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器5.直流電壓表3.雙蹤示波器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．檢查芯片比較如圖5－3所示反相放大電路檢查芯片。VI=0.1V、R1=10kΩ、Rf=100kΩ、R2=10kΩ，丈量VO的幅值。2．μA741芯片檢查無誤后，實(shí)驗(yàn)電路如圖5－1、5－2儀器放大器，令f=1kHz，VI1=VI2=0V，用數(shù)字萬用表丈量VO1=VO2=VO。3．丈量共模電壓放大倍數(shù)單端輸入，vI=5mV，f=1kHz的輸入信號(hào)，丈量輸出電壓vO的值。4．丈量差模電壓放大倍數(shù)雙端輸入，v=5mV，f=1kHz的輸入信號(hào)，丈量輸出電壓v的值。IO五、報(bào)告要求1．計(jì)算儀器放大器的放大倍數(shù)AV的值與理論值比較。2．掌握儀器放大器的應(yīng)用范圍。六、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)儀器放大器的工作原理，推導(dǎo)出AV的計(jì)算關(guān)系式。認(rèn)識(shí)儀器放大器在精細(xì)丈量和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍。實(shí)驗(yàn)2、幅度調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識(shí)幅度調(diào)制解調(diào)的原理與方法。2、掌握用集成模擬乘法器構(gòu)成調(diào)幅的方法。3、掌握用開關(guān)式原理實(shí)現(xiàn)相敏檢波的方法。4、認(rèn)識(shí)開關(guān)式原理實(shí)現(xiàn)相敏檢波的主要指標(biāo)、檢波效率及波形失真。二、實(shí)驗(yàn)原理3/8調(diào)幅與檢波原理簡述調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信去控制高頻振蕩<載波）的幅度，使高頻振蕩的幅度呈調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化；而檢波則是從調(diào)幅波中拿出低頻信號(hào)。振幅調(diào)制信號(hào)按其不一樣頻譜構(gòu)造分為一般調(diào)幅信號(hào)<AM），克制載波的雙邊帶調(diào)制信號(hào)<DSB）、克制載波和一個(gè)邊帶的單邊帶調(diào)制信號(hào)。把調(diào)制信號(hào)和載波同時(shí)加到一個(gè)非線性元件上<比如晶體二極管和晶體三極管），經(jīng)過非線性變換電路，就能夠產(chǎn)生新的頻次成分，再利用必定帶寬的諧振回路選出所需的頻率成分便可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。集成模擬乘法器調(diào)幅的原理開關(guān)式相敏檢波原理簡述：圖6—1所示為開關(guān)式相乘調(diào)制電路用作相敏檢波電路。這時(shí)在輸入端送入圖6—2c所示雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，而在V1、V2的柵極輸入方波參照信號(hào)。由于載波信號(hào)的頻次遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)，能夠以為載波信號(hào)與調(diào)幅信號(hào)擁有同樣的頻次。在載波信號(hào)uc(參看圖6－2b>為正的半周期uc＝“1”，Uc＝“1”，(這里“1”表示高電平，“o”表示低電平>V1導(dǎo)通、V2截止，有信號(hào)輸出。這里Uc是Uc整形后的方波信號(hào)。在Uc為負(fù)的半周期，uc＝“0”，Uc＝“0”，V1截止、V2導(dǎo)通，輸出為零。輸出信號(hào)uo的波圖6－1開關(guān)式相乘調(diào)制形如圖6－2d所示。經(jīng)低通濾波器濾除高頻重量后獲取與調(diào)制信號(hào)ux(見圖a>成正比的輸出。從圖6－2d中還可看出，當(dāng)調(diào)幅信號(hào)us(見圖c>與載波信號(hào)uc(見圖b>同相時(shí)，輸出信號(hào)u。為正。當(dāng)調(diào)幅信號(hào)us與載波信號(hào)uc反相時(shí)，輸出信號(hào)uo為負(fù)。半波相敏檢波電路的不足是輸出信號(hào)的脈動(dòng)較大，為了減小脈動(dòng)量需采納全波相敏檢波電路。圖e是全波相敏檢波輸出波形。圖6－3是兩種開關(guān)式全波相敏檢波電路。圖a中，在Uc＝“1”的半周期，同相輸入端被接地，us只從反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為—l，輸出信號(hào)u。如圖c和圖d中實(shí)線所示。在Uc＝“0”的半周期，V截止，us同時(shí)從同相輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為+1。輸出信號(hào)uo如圖c和圖d中虛線所示。在圖b中，取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2。在Uc=“1”的半周期，V1導(dǎo)通、V2截止，同相輸入端被接地，us從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為。在Uc=“0”的半周期，V1截止、V2導(dǎo)通，反相輸入端經(jīng)過R3接地，us從同相輸入端輸入，放大倍數(shù)為。成效與圖a同樣，實(shí)現(xiàn)了全波相敏檢波。4/8a>b>c>d>圖6－3開關(guān)式全波相敏檢波電路a>電路圖一b>電路圖二c>us與Uc同相d>us與Uc反相由于一般調(diào)制信號(hào)的頻次Ω遠(yuǎn)比載波信號(hào)的頻次ωc要低，即Ω?ωc，在載波信號(hào)的若干個(gè)周期范圍內(nèi)，調(diào)制信號(hào)ux的值變化很小，能夠?qū)⑺?dāng)作一個(gè)常量。特別是在一些丈量中，被丈量不過在某一值鄰近改動(dòng)。為議論與表達(dá)方便起見，常將在載波信號(hào)的若干個(gè)周期范圍內(nèi)調(diào)制信號(hào)ux的值看作一個(gè)常量，這時(shí)調(diào)幅信號(hào)us為與載波信號(hào)<或參照信號(hào)）uc或Uc同頻信號(hào)；ux為正時(shí)，us與uc<或Uc）同相；ux為負(fù)時(shí)，us與uc<或Uc）反相。在圖6－3c和d中，就用這類方式表達(dá)。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)施、零件與器件1、RTCLK02測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)箱2、信號(hào)發(fā)生器；3、直流電壓表；4、雙蹤示波器。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟在實(shí)驗(yàn)箱上找到本次實(shí)驗(yàn)的單元電路，比較“幅度調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)原理圖”，熟習(xí)元件地點(diǎn)和實(shí)質(zhì)電路布局—-實(shí)驗(yàn)線路上部為乘法器MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器，下部為開關(guān)式全波相敏檢波電路。接通＋12V、-12V電源，以及函數(shù)信號(hào)發(fā)生器單元＋12V、-12V電源。對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。1、均衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)<1）當(dāng)Uc、Ux=0時(shí)，測(cè)試mc1496各管腳電壓，看能否與“附錄一”原理部分講的符合。<2）產(chǎn)生克制載波振幅調(diào)制在Uc端<TP101處）fo=32kHz的載波<由函數(shù)信號(hào)發(fā)生及波形變換單元供給，參照實(shí)驗(yàn)一：函數(shù)信號(hào)發(fā)生及波形變換電路實(shí)驗(yàn)），Ucp-p=1.2V；Ux端<TP102處）輸入fo=1KHz信號(hào)，使UΩp-p為零，調(diào)理可調(diào)電阻RP<逆時(shí)針調(diào)理），使TP103處測(cè)試的信號(hào)uo=0<此時(shí)U4=U1）。漸漸增大UΩp-p<最大峰值為2V，太大會(huì)失真），直至出現(xiàn)克制載波的調(diào)幅信號(hào)5/8出現(xiàn)<用示波器在TP103處測(cè)試）。由均衡調(diào)幅部分產(chǎn)生的調(diào)幅波<Ux=0.3Vp-p，Uc=0.8Vp-p，Uo≈2Vp-p）作為實(shí)驗(yàn)相敏檢波部分的調(diào)幅波輸入信號(hào)。<3）產(chǎn)生有載波振幅調(diào)制信號(hào)在步驟<2）的基礎(chǔ)上浮理RP<順時(shí)針調(diào)理），使輸出信號(hào)中有載波存在，(如波形失真，可適合減小調(diào)制信號(hào)幅度>，則輸出有載波的振幅調(diào)制信號(hào)。2、開關(guān)式全波相敏檢波實(shí)驗(yàn)――觀察解調(diào)輸出<1）、由均衡調(diào)幅部分產(chǎn)生的克制載波的調(diào)幅波<uo）接至相敏檢波部分調(diào)幅波輸入端<us）；未來自“函數(shù)信號(hào)發(fā)生及波形變換”單元的<調(diào)理移相電路RW使與調(diào)幅波us中的載波成分同相）接至相敏檢波部分的載波輸入端。<2）、用示波器觀察解調(diào)器的輸出TP107，含有大批的高頻成分，接入低通濾波電路C6、C7、R18，觀察輸出波形，記錄其頻次和幅度。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告依據(jù)察看結(jié)果繪制相應(yīng)的波形圖，并作詳盡剖析。實(shí)驗(yàn)3集成有源濾波器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、認(rèn)識(shí)RC無源和有源濾波器的種類、基本構(gòu)造及特征2、剖析和對(duì)照無源和有源濾波器的濾波特征二、原理說明濾波器是對(duì)輸入信號(hào)的頻次擁有選擇性的一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它同意某些頻次<往常是某個(gè)頻帶范圍）的信號(hào)經(jīng)過，而其余頻次的信號(hào)遇到衰減或克制，這些網(wǎng)絡(luò)能夠由RLC元件或RC元件構(gòu)成的無源濾波器，也能夠由RC元件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器，濾波器可分為低通濾波器<LPF）、高通濾波器<HPF）、帶通濾波器<BPF）和帶阻濾波器<BEF）四種1、低通濾波器低通濾波器是指低頻信號(hào)能經(jīng)過而高頻信號(hào)不可以經(jīng)過的濾波器，圖1<a）、<b）即為典型的二階無源和有源濾波器原理圖（a）(b>無源低通濾波器圖1有源低通濾波器2、高通濾波器只需將低通濾波器濾波網(wǎng)絡(luò)中的電阻、電容交換即可變?yōu)楦咄V波器，如圖2<a）、<b）所示,高通濾波器的性能與低通濾波器相反，其頻次響應(yīng)和低通濾波器是“鏡像”關(guān)系。6/8(a>(b>無源高通濾波器圖2有源高通濾波器3、帶阻濾波器帶阻濾波器是在必定的頻次范圍內(nèi)信號(hào)不可以經(jīng)過<或遇到很大的衰減），而在其它范圍內(nèi)信號(hào)都能順利經(jīng)過。常用在抗擾亂設(shè)施中。典型原理圖為3<a）、(b>所示<a）(b>無源帶阻濾波器圖3有源帶阻濾波器4、帶通濾波器這類濾波電路的作用是只同意在必定通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)經(jīng)過，而比通頻帶下限頻次低或比上限頻次高的信號(hào)都被阻斷。典型電路的原理圖如4(a>、(b>所示(a)(b>無源帶通濾波器圖4有源帶通濾波器三、實(shí)驗(yàn)設(shè)施序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)目備注1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1RTXH-2掃頻電源或自備2雙蹤示波器1自備3濾波器電路1RTXH-1或RTXH-2面包箱或RTXH01四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1）二階低通濾波器無源低通濾波器第一計(jì)算此中心頻次。實(shí)驗(yàn)電路如圖1(a>所示，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出端接二階低通濾波器的輸入端，調(diào)理信號(hào)發(fā)生器，令其輸出為U1=1V的正弦波，改變頻次，使其在中心頻次左邊和右邊變化,并保持U1=1V不變，丈量輸出電壓U2,記入表1-1(a>中。表1-1<a）f(Hz>7/8U2(V>②、有源低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖1(b>所示重復(fù)上邊的實(shí)驗(yàn)步驟，記入表1-1(b>中表1-1<b）f(Hz>U2(V>2）二階高通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖2<a）、<b）,重復(fù)上邊二階低通濾波器的操作，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表格自擬。3）二階帶阻濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖3<a）、<b）,重復(fù)上邊二階低通濾波器的操作，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表格自擬。4）二階帶通濾波器實(shí)驗(yàn)電路如圖4<a）、<b）,重復(fù)上邊二階低通濾波器的操作，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表格自擬。五、預(yù)習(xí)要求）為使實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行，做到成竹在胸，課