實驗3比例放大電路的設計和調(diào)試(最終版)課件

模擬電子技術基礎實驗

實驗3比例放大電路的設計和調(diào)試模擬電子技術基礎實驗

1寫在最前面：1.請認真閱讀本課件。包括實驗板結(jié)構(gòu)，實驗儀器使用，實驗步驟。2.實驗3繼續(xù)執(zhí)行預習考核環(huán)節(jié)。

在實驗開始時，閉卷考試。

考試通過方能開始實驗操作。沒有通過考試的同學本次實驗預習成績?yōu)?。

考試內(nèi)容：實驗板結(jié)構(gòu)，實驗儀器使用，實驗測試步驟；重點考察雙電源接法，4個運放的使用。3.本次實驗需要焊接，必須帶電烙鐵及烙鐵架，可以自備萬用表。

必須準備鑷子。寫在最前面：2一、實驗內(nèi)容和預習報告二、認識元器件三、LM324反相比例放大電路四、LM324基本選題A的測試五、LM324基本選題B的測試六、LM324基本選題C的測試七、實驗報告一、實驗內(nèi)容和預習報告3實驗內(nèi)容：基本選題A.用LM324構(gòu)成反相比例放大器，最小電阻為2k，要求完成以下內(nèi)容：2.輸入正弦波交流信號，用雙蹤示波器同時觀察輸入輸出波形，并確定閉環(huán)增益及輸出動態(tài)范圍。3.在線性范圍內(nèi)，測量反相比例放大器的上限截止頻率，并畫出幅頻特性曲線。4.測量輸入電阻。基本選題B.用LM324構(gòu)成反相比例放大器，最小電阻為2k，要求完成以下內(nèi)容：5.在輸出端接入負載,觀察輸出電壓波形的變化，體會“負載能力”的概念。6.改變電阻值實現(xiàn)運算為的反相比例放大器，重復3測出上限截止頻率，體會“增益帶寬積”的概念?；具x題C.用LM324構(gòu)成反相比例放大器，最小電阻為2k，要求完成以下內(nèi)容1.輸入可調(diào)直流電壓，測試電路的電壓傳輸特性，并確定閉環(huán)增益及輸入輸出動態(tài)范圍。一、實驗內(nèi)容和預習報告實驗內(nèi)容：一、實驗內(nèi)容和預習報告4選題內(nèi)容：選題A：基本選題A選題B：基本選題A+基本選題B選題C：基本選題A+基本選題B+基本選題C

根據(jù)上述選題內(nèi)容，完成各類數(shù)據(jù)指標的測試。一、實驗內(nèi)容和預習報告選題內(nèi)容：一、實驗內(nèi)容和預習報告5一、實驗名稱：二、設計任務（實驗選題）三、設計原理及過程（含電路圖）參考實驗范例，充分說明電路中各元件參數(shù)選擇的依據(jù)。四、仿真驗證（部分實驗）要對實驗選題中的所有實驗指標均完成驗證。五、自擬實驗步驟在擬定實驗步驟的過程中，自擬測量數(shù)據(jù)記錄表格六、預習思考題七、元件表

預習報告一、實驗內(nèi)容和預習報告一、實驗名稱：預習報告一、實驗內(nèi)容和預習報告6一、實驗內(nèi)容和預習報告二、認識元器件三、LM324反相比例放大電路四、LM324基本選題A的測試五、LM324基本選題B的測試六、LM324基本選題C的測試七、實驗報告一、實驗內(nèi)容和預習報告7如圖所示器件即為LM324，集成運算放大器。該器件為雙列直插（DIP）14腳封裝，管腳分別排列在器件兩側(cè)，針狀的管腳可以插入14腳IC插座中。在器件表面會有一個半圓形的缺口，習慣上把這個凹陷放在左手邊。注意：半圓形的凹陷是標識位，與右側(cè)中間的圓點區(qū)分開。LM324二、認識元器件標識位如圖所示器件即為LM324，集成運算放大器。LM328

LM324管腳排列如圖所示，將標識位放在左手邊，左下角為1腳，依次往右為2、3、4、5、6、7，

8腳在7腳對面，再依次往左9、10、11、12、13、14。是一個U字形的排列。

LM324標識位二、認識元器件所有雙列直插(DIP)封裝的集成電路芯片都是相同的排列順序右下圖是LM324各管腳功能LM324管腳排列如圖所示，將標識位放在左手邊，左下角為9一、實驗內(nèi)容和預習報告二、認識元器件三、LM324反相比例放大電路四、LM324基本選題A的測試五、LM324基本選題B的測試六、LM324基本選題C的測試七、實驗報告一、實驗內(nèi)容和預習報告10三、LM324反相比例放大電路LM324內(nèi)含4個獨立的運放，每個運放都能實現(xiàn)設計要求。將設計好的電路（左圖），畫到右圖中LM324的第1個運放上，并標出Ui和Uo的位置。三、LM324反相比例放大電路LM324內(nèi)含4個獨立的運放，11將設計好的電路（左圖），畫到右圖中LM324的第3個運放上，并標出Ui和Uo的位置.請自己依此類推，搞定其他位置的運放。將設計好的電路（左圖），畫到右圖中LM324的第3個運放上，12一、實驗內(nèi)容和預習報告二、認識元器件三、LM324反相比例放大電路四、LM324基本選題A的測試五、LM324基本選題B的測試六、LM324基本選題C的測試七、實驗報告一、實驗內(nèi)容和預習報告13四、LM324基本選題A的測試（一）初步認識電路板正面背面仔細觀察電路板，判斷出哪些點是相連的，相當于一個節(jié)點；哪些是彼此獨立的。利用這個關系，盡量少用導線完成電路焊接。若不能判斷兩個節(jié)點是相連的還是斷開的，用萬用表的歐姆檔測量兩個點間的電阻。用白線相連的4個點相當于1個節(jié)點用白線相連的3個點相當于1個節(jié)點用紅線相連的3個點相當于1個節(jié)點兩個節(jié)點是彼此獨立的。四、LM324基本選題A的測試（一）初步認識電路板正面背面14每個黃框里是1個LM324的管腳分布區(qū)域，只能做運放用；其他區(qū)域可視為公共區(qū)域，用來搭建外圍電路。（一）初步認識電路板四、LM324基本選題A的測試第3個LM324第1個LM324第2個LM324第4個LM324每個黃框里是1個LM324的管腳分布區(qū)域，只能做運放用；其他15以LM324芯片中的第1個運放為例說明電路的焊接，第2、3、4個運放的管腳分別參考前面的管腳分布圖，實驗中教師會指定用某個運放完成實驗（比如要求用第2個運放完成實驗），必須按照教師要求做。1腳第1個運放輸出端2腳第1個運放反相輸入端3腳第1個運放同相輸入端4腳接電源+12v11腳接電源-12v（一）初步認識電路板四、LM324基本選題A的測試以LM324芯片中的第1個運放為例說明電路的焊接，第2、3、16四、LM324基本選題A的測試（二）反相比例放大器焊接圖（用LM324中第1個運放）1-2管腳間，反饋電阻Rf輸入信號Ui到2管腳間，電阻R111腳接黑導線接電源-12v4腳接紅導線接電源+12v3管腳到地，平衡電阻R2接地，遠離正負電源，避免短路四、LM324基本選題A的測試（二）反相比例放大器焊接圖（17四、LM324基本選題A的測試（三）測量步驟注意：如果正負電源加反，LM324將燒壞，是要扣分滴??！

如果正負電源只加了一個，靜態(tài)是不為0滴！！

如果沒有共地，運放是不能正常工作滴??！總之，正負電源是否加對，直接決定實驗能否做出來。所以，這個很重要。雙電源如何加到LM324中？？四、LM324基本選題A的測試（三）測量步驟注意：如果正負18四、LM324基本選題A的測試調(diào)節(jié)兩路直流穩(wěn)壓電源調(diào)壓鈕，調(diào)至12V。利用萬用表分別測試兩路直流穩(wěn)壓電源輸出端的電源。正確理解圖2-2所示的+12V和-12V電源，正確理解“共地”。問題1：將左圖中的ABCD點，分別標到右圖的電源接線柱上。ABC連接方法一：D四、LM324基本選題A的測試調(diào)節(jié)兩路直流穩(wěn)壓電源調(diào)壓鈕，19四、LM324基本選題A的測試ABCDA-主路正極B-主路負極C-從路正極D-從路負極四、LM324基本選題A的測試ABCDA-主路正極B-主路20連接方法二a.將主路的負極、從路的正極和標注GND的端子用短路線接在一起。GND端子是儀器機箱的外殼接地。連接方法二a.將主路的負極、從路的正極和標注GND的端子用短21b.然后將直流穩(wěn)壓電源的中間那個“獨立/跟蹤”的按鍵按下，實現(xiàn)“跟蹤”功能。這樣從路（右路）的電壓跟隨主路（左路）的電壓變化，不管之前從路的電壓是多少，在跟蹤狀態(tài)時，從路的電壓跟主路電壓一致。需要說明的是，跟蹤狀態(tài)時，從路顯示的電壓可能和主路的一致，也有可能顯示全零。此時，直流穩(wěn)壓電壓并未損壞，是一種正?，F(xiàn)象?？梢杂萌f用表確認一下。b.然后將直流穩(wěn)壓電源的中間那個“獨立/跟蹤”的按鍵按下，實22c.將實驗室提供的三根電源線連接到儀器的各端子。紅線是電源主路的正極，紫線是電源從路的負極，綠線接公共端。ABCA-主路正極B-地C-從路正極c.將實驗室提供的三根電源線連接到儀器的各端子。紅線是電源主23四、LM324基本選題A的測試問題2：雙電源如何加到LM324中？？四、LM324基本選題A的測試問題2：雙電源如何24四、LM324基本選題A的測試A-主路正極接4管腳B-接到電路板的“地”，實現(xiàn)“共地”C-從路負極接11管腳ABC注意線的顏色！！四、LM324基本選題A的測試A-主路正極接4管腳B-接到25四、LM324基本選題A的測試通電觀察。接上電源之后，觀察電路是否有異常現(xiàn)象，如集成塊冒煙、發(fā)燙或有異常氣味等，應立即切斷電源，檢查電路，排除故障。四、LM324基本選題A的測試通電觀察。26四、LM324基本選題A的測試驗證雙電源正確加到LM324中用萬用表直流電壓50v檔位測量，紅表筆接4管腳，黑表筆接地，萬用表讀數(shù)為12V。說明4管腳對地是+12v。四、LM324基本選題A的測試驗證雙電源正確加到LM32427四、LM324基本選題A的測試驗證雙電源正確加到LM324中用萬用表直流電壓50v檔位測量，紅表筆接地，黑表筆接11管腳，萬用表讀數(shù)為12V。說明11管腳對地是-12v。四、LM324基本選題A的測試驗證雙電源正確加到LM32428四、LM324基本選題A的測試1、靜態(tài)工作點的測量--輸入信號Ui=0時的輸出Uo。（理論值是0）。如何做到Ui=0？用白色的導線將輸入端與“地”點相連。用萬用表測量1管腳輸出端Uo，電壓為0v。四、LM324基本選題A的測試1、靜態(tài)工作點的測量--輸29四、LM324基本選題A的測試1、靜態(tài)工作點的測量。如果用萬用表測量1管腳輸出端電壓為+12v，說明11管腳的負壓沒有加進去，若為-12v，則是4管腳的正壓沒有加進去。如果是其他值，則是因為靜態(tài)測量輸入端接地沒有接好。四、LM324基本選題A的測試1、靜態(tài)工作點的測量。如果用30(1)利用信號發(fā)生器(如圖所示）為待測電路輸入端提供輸入信號Ui。輸入信號使用正弦波，頻率為200Hz，信號幅度是0.5VPP。四、LM324基本選題A的測試VrmsVppmVppmVrms2交流閉環(huán)增益及輸出動態(tài)范圍(1)利用信號發(fā)生器(如圖所示）為待測電路輸入端提供輸入信號31問題：1、請在圖中標出輸入Ui，輸出Uo的位置。2、函數(shù)信號發(fā)生器的紅黑夾子分別夾在什么位置。3、用示波器第1路觀察輸入信號，用第2路觀察輸出信

號，紅黑夾子都分別夾在什么位置。問題：1、請在圖中標出輸入Ui，輸出Uo的位置。32兩個紅色“鱷魚夾”，分別是函數(shù)信號發(fā)生器與示波器第1路1管腳輸出端，紅色“鱷魚夾”是示波器第2路“共地”4個黑色“鱷魚夾”都是“地”，分別是電源的“地”線，函數(shù)信號發(fā)生器的“地”線，和示波器的兩路“地”線。(2)正確的接法如圖所示。“鱷魚夾”在連接的時都要紅正黑負。所有地線都要夾在一起，稱為“共地”UiUo兩個紅色“鱷魚夾”，分別是函數(shù)信號發(fā)生器與示波器第1路1管腳33四、LM324基本選題A的測試（3）在示波器上同時觀察輸入輸出波形用示波器的第1路（黃線）顯示輸入，第2路（藍線）顯示輸出，可以看出輸入輸出波形反相，讀數(shù)可以算出故，閉環(huán)增益滿足設計要求。注意：輸入信號幅度太小，示波器檢測不出來。一般100mV以下就不行了。四、LM324基本選題A的測試（3）在示波器上同時觀察輸入34四、LM324基本選題A的測試（4）輸出動態(tài)范圍增大輸入電壓，觀察輸出波形出現(xiàn)失真時，確定輸出動態(tài)范圍為22.6Vpp。四、LM324基本選題A的測試（4）輸出動態(tài)范圍增大輸入電353、幅頻特性（測量上限頻率）在輸入信號幅度不變情況下，增加輸入信號的頻率，使放大倍數(shù)（或者輸出電壓）降為中頻段的0.707倍，此時輸入信號的頻率即是上限頻率。如果在高頻段，輸出信號的波形失真，該如何解決？原因是什么？答：是輸入信號的幅度太大，降低輸入信號幅度。注意：在整個測量過程中，都要保證輸出波形不失真。！?。∷?、LM324基本選題A的測試3、幅頻特性（測量上限頻率）在輸入信號幅度不變情況下，增加輸36圖a輸出電壓幅度圖b上限頻率5.2*0.707上限頻率四、LM324基本選題A的測試左圖是200Hz中低頻段的輸入輸出電壓波形，輸入電壓峰峰值為528mV，輸出電壓峰峰值為5.32V。右圖即為增大頻率時，輸出電壓峰峰值降為5.32*0.707=3.76V左右。對應的上限頻率為35.09kHz這樣測量的結(jié)果對嗎？答：不對！圖a輸出電壓幅度圖b上限頻率5.2*0.707上限頻率四37注意：在整個測量過程中，都要保證輸出波形不失?。。Da輸出電壓幅度圖b上限頻率1030*0.707上限頻率四、LM324基本選題A的測試正確的測量方法是將輸入信號的幅度降低到峰峰值為0.1Vpp，重新測量上限截止頻率。提醒：由于0.1Vpp信號比較小，同學需仔細調(diào)節(jié)示波器調(diào)幅、調(diào)頻旋鈕，只用“AUTO”鍵可能看不到波形。右圖中還能看到，輸入輸出波形不再是差1800，輸出波形滯后了。注意：在整個測量過程中，都要保證輸出波形不失?。?！圖a輸出384、輸入電阻在被測放大電路的輸入端與信號源之間串入一個已知電阻如圖所示，在放大電路正常工作的情況下，用示波器或交流毫伏表測出和，則根據(jù)輸入電阻的定義可得：四、LM324基本選題A的測試4、輸入電阻在被測放大電路的輸入端與信號源之間串入一個已知電39儀器的接法四、LM324基本選題A的測試RSUSUi儀器的接法四、LM324基本選題A的測試RSUSUi40四、LM324基本選題A的測試示波器上顯示的是第1路（黃線）測量US，第2路（藍線）測量UiUS=2.02VUi=384mV思考這個計算得到的Ri與理論的輸入電阻是否相符？問題：信號發(fā)生器的幅度應該是多少？答：1Vpp以上。因為信號加小了，Ui在示波器上可能讀不出來。四、LM324基本選題A的測試示波器上顯示的是第1路（黃線41一、實驗內(nèi)容和預習報告二、認識元器件三、LM324反相比例放大電路四、LM324基本選題A的測試五、LM324基本選題B的測試六、LM324基本選題C的測試七、實驗報告一、實驗內(nèi)容和預習報告425.在輸出端接入負載,觀察輸出電壓波形的變化，記錄不同負載下的電壓放大倍數(shù)，體會“負載能力”的概念。五、LM324基本選題B的測試輸出端到“地”之間的RL測試方法參見基本選題A的交流閉環(huán)增益查閱其他的一些參考資料來預測一下輸出電壓的大小變化，請解釋為什么？5.在輸出端接入負載436.改變電阻值實現(xiàn)運算為的反相比例放大器，重復3測出上限截止頻率，體會“增益帶寬積”的概念。五、LM324基本選題B的測試把Rf換成大10倍的電阻測試方法參見基本選題A的上限截止頻率。思考：改變放大倍數(shù)之后，上限截止頻率有何變化？重新計算R2并更換6.改變電阻值實現(xiàn)運算為44一、實驗內(nèi)容和預習報告二、認識元器件三、LM324反相比例放大電路四、LM324基本選題A的測試五、LM324基本選題B的測試六、LM324基本選題C的測試七、實驗報告一、實驗內(nèi)容和預習報告451.輸入可調(diào)直流電壓，測試電路的電壓傳輸特性，并確定閉環(huán)增益及輸入輸出動態(tài)范圍，完成表格3-2五、LM324基本選題C的測試表3-2與實驗書上的數(shù)據(jù)有區(qū)別，請按照ppt上的數(shù)據(jù)完成預習。問題：表格3-2中要求輸出直流電壓值，如何實現(xiàn)？1.輸入可調(diào)直流電壓，測試電路的電壓傳輸特性，并確定閉環(huán)增益46答案：用兩個電阻一個電位器構(gòu)成分壓電路來實現(xiàn)。電路圖如下：五、LM324基本選題C的測試Ui答案：用兩個電阻一個電位器構(gòu)成分壓電路來實現(xiàn)。五、LM3247五、LM324基本選題B的測試R4右圖為原理圖，左圖為實際焊接的電路，用萬用表測量電位器滑動端電壓，調(diào)成表格3-2中的某個值，比如+2V。然后將電位器的滑動端接入Ui。R