集成电路实验讲义.ppt

集成集成电路原理与路原理与应用用实 验 2024/9/261a实验指指导 实验1——积分器和微分器（分器和微分器（μA741））实验2——仪器放大器和差器放大器和差动放大器（放大器（OPA2111、、INA106））实验3——电压比比较器（器（LM311））实验4——U/F变换器和器和F/U变换器（器（LM331））实验5——函数信号函数信号发生器（生器（ICL8038））实验6——二二阶低通有源低通有源滤波器（波器（LM741））2024/9/262a实验1——积分器和微分器（分器和微分器（μA741））【【实验目的目的】】（（1）学会用集成运放）学会用集成运放设计积分器和微分器，分器和微分器， 熟悉熟悉电路原理路原理 和元件参数的和元件参数的计算2）熟悉）熟悉积分器和微分器的特点、性能，并会分器和微分器的特点、性能，并会应用实验仪器器】】• 万用表，示波器，信号万用表，示波器，信号发生器，生器，• “集成集成电路原理及路原理及应用用”实验箱箱2024/9/263a【【实验原理原理】】1 μA741芯片芯片简介介• μA741是第二代集成运放的典型代表是第二代集成运放的典型代表• 是采用硅外延平面工是采用硅外延平面工艺制作的制作的单片式高增益运放。

片式高增益运放• 其特点是：其特点是：• 采用采用频率内率内补偿，，• 具有短路保具有短路保护功能，功能，• 具有失具有失调电压调整能力，整能力，• 具有很高的具有很高的输入差模入差模电压和共模和共模电压范范围，，• 无阻塞无阻塞现象，功耗象，功耗较低，低，电源源电压适适应范范围较宽• 有很有很宽的的输入共模入共模电压范范围，不会在使用中出，不会在使用中出现“阻塞阻塞”，，• 在在诸如如积分分电路、求和路、求和电路及一般的反路及一般的反馈放大放大电路中使用，路中使用， 均不需外加均不需外加补偿电容2024/9/264a•μA741采用采用DIP8和和SO8封装封装+IN–INOFFSETNELL－+12345678μA741OFFSETNELL–VNC+VOUTPUT图11-2-1 μA741的引脚及功能的引脚及功能2024/9/265a2 积分器分器图11-2-2 积分器和微分器分器和微分器电路原理路原理图当开关当开关S1断开断开时，，IC1及其周及其周围元件构成反相型元件构成反相型积分器 2024/9/266a• 积分器分器• 广泛广泛应用于用于扫描描电路、路、A/D转换和模和模拟运算等方面。

运算等方面 其其输出出电压和和输入入电压的的积分成分成线性关系• 输出出电压与与输入入电压的关系的关系为2024/9/267a3 微分器微分器当开关当开关S1断开、断开、S2闭合合时，，IC2及其周及其周围元件构成反相型微分器元件构成反相型微分器 图11-2-2 积分器和微分器分器和微分器电路原理路原理图2024/9/268a• 微分器微分器• 其其输出出电压和和输入入电压的微分成的微分成线性关系，广泛性关系，广泛应用用于波形于波形变换和模和模拟运算等方面运算等方面 • 输出出电压与与输入入电压的关系的关系为 2024/9/269a4 积分器和微分器分器和微分器当开关当开关S2断开、断开、S1闭合合时，，IC1、、IC2及其周及其周围元件构成元件构成积分器和微分器分器和微分器图11-2-2 积分器和微分器分器和微分器电路原理路原理图2024/9/2610a• 将将“积分器和微分器分器和微分器”模模块安装在安装在实验箱底板上，箱底板上，合上合上电源开关1. 电路路设计与仿真与仿真• 参照参照图11-2-2设计积分器和微分器分器和微分器• 用用Proteus 软件（或件（或Multisim 软件）件）对积分器和分器和 微分器微分器电路路进行仿真。

行仿真• 记录仿真仿真结果2024/9/2611a2. 积分器分器（（1）将开关）将开关S1断开2））调零：零：将将输入端入端ui1接地，用数字万用表接地，用数字万用表测输出出电压 uO1，，调节调零零电位器位器Rp1，直至，直至UO1=0（或（或UO1≈0）3））输入方波信号：入方波信号：①①用信号用信号发生器，生器，在在输入端入端ui1加入方波信号，加入方波信号，频率率为100Hz，，电压幅幅度度为±2V用数字示波器用数字示波器观察察ui1、、uO1的波形，并的波形，并记录其数其数值②②输入信号的入信号的电压幅度不幅度不变，改，改变频率，率，观察并察并记录ui1、、uO1的波形 ③③输入信号的入信号的频率不率不变，改，改变电压幅度，幅度，观察并察并记录ui1、、uO1的波形4））输入正弦波：入正弦波：①①用信号用信号发生器，生器，在在输入端入端ui1加入正弦波信号，加入正弦波信号，频率率为100Hz，，电压有效有效值为1V用数字示波器用数字示波器观察察ui1、、uO1波形及相位差，并波形及相位差，并记录其数其数值②②改改变正弦波信号的正弦波信号的频率，率，观察并察并记录ui1、、uO1的波形及相位差。

的波形及相位差2024/9/2612a3．微分器．微分器（（1）将开关）将开关S1断开，断开，S2闭合2））调零：零：将将输入端入端ui2接地，用数字万用表接地，用数字万用表测输出出电压uO2，，调节调零零电位器位器Rp2，直至，直至UO2=0（或（或UO2≈0）3））输入方波信号：入方波信号：用信号用信号发生器，在生器，在输入端入端ui2加入方波信号，加入方波信号，频率率为200Hz，，电压幅度幅度为±2V用数字示波器用数字示波器观察察ui2、、uO2的波形，并的波形，并记录其数其数值4））输入正弦波：入正弦波：①①用信号用信号发生器，在生器，在输入端入端ui2加入正弦波信号，加入正弦波信号，频率率为160Hz，，电压有效有效值为1V观察并察并记录ui2、、uO2的波形及相位差的波形及相位差②②改改变正弦波信号的正弦波信号的频率，率，观察并察并记录ui2、、uO2的波形及相位差的波形及相位差2024/9/2613a4．．积分器和微分器分器和微分器（（1）将开关）将开关S2断开、断开、S1闭合2））输入方波信号：入方波信号：•用信号用信号发生器，在生器，在输入端入端ui1加入方波信号，加入方波信号，频率率为100Hz，，电压幅度幅度为±2V。

•用数字示波器用数字示波器观察察uo1、、uo2的波形，并的波形，并记录其其数数值2024/9/2614a【【实验报告要求告要求】】•（（1）用）用Altium Designer 09软件画出件画出实验电路原理路原理图，，并并 将此将此图粘粘贴到到实验报告中•（（2））画出画出实验观察到的察到的输入、入、输出信号的波形，与出信号的波形，与Proteus 软件（或件（或Multisim 软件）仿真件）仿真结果比果比较，并予，并予以分析•（（3）分析）分析积分分时间常数常数对输出出电压斜率的影响斜率的影响•（（4）写出收）写出收获和体会2024/9/2615a【【预习要求要求】】（（1））预习本本书2.2节和和2.3节2））查阅μA741的数据手册或的数据手册或pdf，列表，列表记录其主要参其主要参数3）根据）根据实验内容和要求，内容和要求，设计实验数据数据记录表格，表格，供供实验测试时使用4）熟悉）熟悉Altium Designer 09软件5）熟悉）熟悉Proteus 软件（或件（或Multisim 软件）2024/9/2616a【【思考思考题】】（（1）造成）造成积分分误差的因素有哪些？如何减小差的因素有哪些？如何减小积分分误差？差？（（2）在）在图11-2-2中，若将中，若将R3开路，开路，积分器能否正常分器能否正常积分？分？为什么？什么？R3的阻的阻值对积分精度有何影响？分精度有何影响？（（3）在）在图11-2-2中，若将中，若将C3开路，微分器能否正常微分？开路，微分器能否正常微分？为什么？什么？2024/9/2617a实验2——仪器放大器和差器放大器和差动放大器放大器 （（OPA2111、、INA106））【【实验目的目的】】（（1）熟悉）熟悉仪器放大器及其工作原理。

器放大器及其工作原理2）熟悉差）熟悉差动放大器及其工作原理放大器及其工作原理3）掌握）掌握OPA2111、、INA106的使用方法和的使用方法和应用用电路4）学会自）学会自动校零的方法，并会校零的方法，并会应用5）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会应用2024/9/2618a【【实验仪器器】】• 万用表万用表• 示波器示波器• 信号信号发生器生器• 直流直流稳压电源源• “集成集成电路原理及路原理及应用用”实验箱箱2024/9/2619a【【实验原理原理】】1．．OPA2111、、INA106芯片芯片简介介（（1））OPA2111是双低噪声精密运算放大器是双低噪声精密运算放大器（（BURR-BROWN，， Dual Low-Noise Precision Difet Operational Amplifer），偏流极低（），偏流极低（≤ ±4pA），建立），建立时间极短（极短（1μs建立至建立至0.01％精度），噪声很小（％精度），噪声很小（8nV／／、、10kHz），），经自自动校零可使失校零可使失调电压低于低于5μV，零漂，零漂≤ 0.028μV／／°C，折算到，折算到输入端其零入端其零电位位调节速率速率为≤2μV／／s。

常用于常用于仪器放大器和小信号放大器器放大器和小信号放大器2024/9/2620aB43OPA2111采用采用DIP8（或（或006E）塑封和）塑封和TO-99（或（或001B）金属封装金属封装如如图所示，是所示，是OPA2111引脚及功能引脚及功能OPA2111–V+IN A–IN AOUT AA125678+VOUT B+IN B–IN B2024/9/2621a（（2））INA106是是单片增益差片增益差动放大器放大器（（BURR-BROWN，，Precision Gain=10 Differential Amplifier），由一个精密运放和四个金属膜），由一个精密运放和四个金属膜电阻阻组成，因四个成，因四个电阻均阻均经激光修正，所以具有很高的精激光修正，所以具有很高的精度，其度，其电压放大倍数的精度和共模抑制比均很高放大倍数的精度和共模抑制比均很高INA106可提供精密差分放大器的功能，无需精密可提供精密差分放大器的功能，无需精密电阻网阻网络，可用于增益，可用于增益为10、、–10、、11的差的差动放大及放大及仪表放大2024/9/2622aINA106采用采用DIP8和和SO8封装。

封装如如图所示，是所示，是INA106的引脚及功能的引脚及功能SENSE–V+IN –IN REF100k–100k10k10k+1235678INA106NCOUTPUT+V42024/9/2623a2．自．自动校零校零仪器放大器器放大器图11-2-5 自自动校零校零仪器放大器器放大器 2024/9/2624a2．自．自动校零校零仪器放大器器放大器• 图中中IC1A是主放大器，是主放大器，IC1B是是辅助放大器助放大器IC1B配合配合IC1A完成自完成自动校零功能校零功能• 当开关当开关S1打在打在2，开关，开关S2打在打在4时，完成自，完成自动校零；校零；• 当开关当开关S1打在打在1，开关，开关S2打在打在3时，完成小信号放大完成小信号放大• 图中参数中参数对应的的电压放大倍数放大倍数为：：• Au= –R2／／R1= –100倍2024/9/2625a3．高精度差．高精度差动放大器放大器图11-2-6 高精度差高精度差动放大器放大器2024/9/2626a在在图11-2-6中，中，•第一第一级是由是由OPA2111构成的高精度构成的高精度仪用放大器，用放大器，•第二第二级是由是由INA106构成的高精度差构成的高精度差动放大器。

放大器•当开关当开关S3、、S4断开断开时，信号由，信号由Vi2、、Vi3输入，入，•输出出电压为 Uo=10（（Vi2–Vi3）） •当开关当开关S3、、S4闭合合时，信号由，信号由E1、、E2输入，入，•输出出电压为2024/9/2627a【【实验内容及步内容及步骤】】• 将将“仪器放大器和差器放大器和差动放大器放大器”模模块安装在安装在实验箱底板上，箱底板上，合上合上电源开关1．．电路路设计与仿真与仿真参照参照图11-2-5设计自自动校零校零仪器放大器，器放大器，图11-2-6设计高精高精度差度差动放大器，用放大器，用Proteus 软件（或件（或Multisim软件）件）对以上以上两个两个电路路进行仿真，并行仿真，并记录仿真仿真结果2．自．自动校零校零当开关当开关S1打在打在2、开关、开关S2打在打在4时，完成自，完成自动校零功能，即校零功能，即零零输入入时，，实现零零输出用数字万用表出用数字万用表测量量输出出电压Uo，并，并记录数数值2024/9/2628a3．．仪器放大器器放大器-1• 当开关当开关S1打在打在1、开关、开关S2打在打在3时，完成小信号放大功能。

完成小信号放大功能1）用信号）用信号发生器在生器在输入端入端Ui输入正弦信号，入正弦信号，•频率率为300Hz，，电压（峰峰（峰峰值））为50mV• 用数字示波器用数字示波器观察察输出端出端Uo的波形，并的波形，并记录输出出电压数数值，，计算放大倍数算放大倍数2）用信号）用信号发生器在生器在输入端入端Ui输入正弦信号，入正弦信号，•频率固定率固定为300Hz，将，将电压值逐逐渐加大•用数字示波器用数字示波器观察察输出端出端Uo的波形，并的波形，并记录输出出电压数数值，，计算放大倍数算放大倍数2024/9/2629a3．．仪器放大器器放大器-2（（3）用信号）用信号发生器在生器在输入端入端Ui输入正弦信号入正弦信号，，•电压（峰峰（峰峰值）固定）固定为50mV，，频率逐率逐渐加大•用数字示波器用数字示波器观察察输出端出端Uo的波形，并的波形，并记录输出出电压的数的数值，，计算放大倍数算放大倍数4）在）在输入端入端Ui输入直流信号入直流信号，，电压为5～～150mV•用数字万用表用数字万用表测试输出端出端Uo的的电压，，•并并记录输出出电压的数的数值，，计算放大倍数算放大倍数2024/9/2630a4．差．差动放大器放大器（（1）将开关）将开关S3、、S4断开，信号由断开，信号由Vi2、、Vi3输入。

入•在在Vi2、、Vi3输入端，分入端，分别加入直流加入直流电压，，•用数字万用表用数字万用表测量并量并记录输出端出端电压Uo‘的数的数值注：（注：①①Vi2、、Vi3电压之差要小于之差要小于1.5V；；②②Vi2、、Vi3最大最大电压值应小于小于10V2）将开关）将开关S3、、S4闭合，信号由合，信号由E1、、E2输入•用信号用信号发生器生器在在E1、、E2输入端，分入端，分别加入方波信号，两路加入方波信号，两路信号信号频率相同率相同（注：范（注：范围为100～～300Hz），），两路信号两路信号电压范范围在在100～～300mV•用数字示波器用数字示波器观察并察并记录输出端出端Uo'的波形，并作出相的波形，并作出相应的解的解释2024/9/2631a【【实验报告要求告要求】】（（1）用）用Altium Designer 09软件画出件画出实验电路原理路原理图，，并将此并将此图粘粘贴到到实验报告中2））记录实验观察到的察到的输入、入、输出信号的波形或数据，出信号的波形或数据，与与Proteus 软件（或件（或Multisim 软件）仿真件）仿真结果比果比较，并，并予以分析予以分析3）通）通过实验分析分析该仪器放大器的器放大器的带宽和精度。

和精度4）写出收）写出收获和体会2024/9/2632a【【预习要求要求】】（（1））预习本本书2.4节2））预习本本书2.5节3））查阅OPA2111、、INA106的数据手册或的数据手册或pdf，列表，列表记录其主要参数其主要参数4）根据）根据实验内容和要求，内容和要求，设计实验数据数据记录表格，表格，供供实验测试时使用2024/9/2633a 【【思考思考题】】（（1）使用）使用仪器放大器器放大器时，，为什么要校零？如何校零？什么要校零？如何校零？（（2））设计小信号放大器，在小信号放大器，在PCB布布线时有哪些注意事有哪些注意事项？？（（3）如何）如何应用用仪器放大器和差器放大器和差动放大器？放大器？举出几个出几个应用用实例2024/9/2634a 实验3——电压比比较器（器（LM311））【【实验目的目的】】（（1）熟悉）熟悉单限限电压比比较器和双限器和双限电压比比较器的工作原器的工作原理、理、电路特性和路特性和应用方面2）掌握）掌握LM311的使用方法和的使用方法和应用用电路3）掌握）掌握电压比比较器器设计、、测试和和调整的方法整的方法2024/9/2635a【【实验仪器器】】• 万用表万用表• 示波器示波器• 信号信号发生器生器• 直流直流稳压电源源• “集成集成电路原理及路原理及应用用”实验箱箱2024/9/2636a【【实验原理原理】】1．．LM311芯片芯片简介介• LM311是是专用用电压比比较器芯片器芯片（（High-Performance Voltage Comparator），），电源源电压范范围大（大（±5V～～±l5V）、）、偏置偏置电流小（流小（100nA）、失）、失调电流小（流小（6.0nA）、差分）、差分输入入电压范范围大（大（±30V）。

• 其其输出与出与TTL、、DTL及及MOS电路相容，并可路相容，并可驱动指示指示灯和灯和继电器•可可单电源供源供电，也可双，也可双电源供源供电，有集，有集电极极输出和出和发射射极极输出两种形式，出两种形式，还具有外部平衡具有外部平衡调节端和端和选通控制端通控制端 2024/9/2637aLM311采用采用DIP8和和SO8封装如如图所示，所示，是是LM311的引脚及功能的引脚及功能图11-2-7 LM311的引脚及功能的引脚及功能GND–VIN-IN+–+12345678LM311BALANCE+VOUTPUTBALANCE/STROBE2024/9/2638a2 2．．单限限电压比比较器器图11-2-8 单限限电压比比较器器2024/9/2639a（（1））过零零电压比比较器器• 当开关当开关S1闭合、合、S2断开断开时，是，是过零零电压比比较器• 当当输入入电压Ui´≥0时，，输出高出高电平，平，Uo´=5V；；• 输入入电压Ui´＜＜0时，，输出低出低电平，平，Uo´=02）任意）任意电平比平比较器器• 当开关当开关S2闭合、合、S1断开断开时，是任意，是任意电平比平比较器。

器• 调节电位器位器Rp，可得到任意参考，可得到任意参考电位位Er•（注：本（注：本电路路设计0＜＜Er≤5V）• 当当输入入电压Ui´≥Er时，，输出高出高电平；平；• 输入入电压Ui´＜＜Er时，，输出低出低电平，平，Uo´=02024/9/2640a•窗口窗口电压比比较器可以用来判断器可以用来判断输入信号入信号ui是否位于两是否位于两个指定个指定电位之位之间，，把其中把其中较小的一个小的一个电位称位称为下下门限限电位位EmL，，较大的一个大的一个电位称位称为上上门限限电位位EmH，二者，二者之差称之差称为门限限宽度度 Em•当当输入信号入信号ui落入落入门限限宽度度 Em之内或之内或“窗口窗口”之内之内时，，为一种一种逻辑电平（如平（如为高高电平），平），而而输入入电压在在“窗口窗口”之外之外时，，为另一种另一种逻辑电平（如平（如为低低电平），平），•具有具有这种种传输特性的比特性的比较器称器称为窗口窗口电压比比较器 3．窗口．窗口电压比比较器器2024/9/2641auiuo0EmLEmH图11-2-9 窗口窗口电压比比较器器 图11-2-10 窗口比窗口比电压较器的器的传输特性特性如如图11-2-9所示，是窗口所示，是窗口电压比比较器。

器2024/9/2642a【【实验内容及步内容及步骤】】将将“电压比比较器器”模模块安装在安装在实验箱底板上，合上箱底板上，合上电源开关1．．单限限电压比比较器器（（1））过零零电压比比较器器①① 当开关当开关S1闭合合时，，• 用信号用信号发生器在生器在ui´输入端加入端加频率率为1kHz、、电压有效有效值为2V的正的正弦波信号，弦波信号，用双踪示波器用双踪示波器观察察ui´、、uo´ 的波形，画出的波形，画出传输特性曲特性曲线②② 当开关当开关S1闭合合时，，• 用信号用信号发生器在生器在ui´输入端加正弦波信号，入端加正弦波信号，先固定先固定输入信号的入信号的频率，率，逐逐渐改改变输入信号入信号电压值，，用双踪示波器用双踪示波器观察察ui´、、uo´ 波形；波形；• 再再固定固定输入信号的入信号的电压值，逐，逐渐改改变输入信号的入信号的频率，率，用双踪示用双踪示波器波器观察察ui´、、uo´ 的波形2024/9/2643a（（2）任意）任意电平比平比较器器①①当开关当开关S2闭合合时，，调节电位器位器Rp，参考，参考电位位Er得到一个数得到一个数值，用信号，用信号发生器生器在在ui´输入端加入入端加入频率率为1kHz、、电压有效有效值为2V的正弦波信号，的正弦波信号，用双踪用双踪示波器示波器观察察ui´、、uo´ 的波形，画出的波形，画出传输特性曲特性曲线。

②②当开关当开关S2闭合合时，，调节电位器位器Rp，参考，参考电位位Er得到一个数得到一个数值，用信号，用信号发生器生器在在输入端入端ui´加入正弦加入正弦波信号，先固定波信号，先固定输入信号的入信号的频率，逐率，逐渐改改变输入信入信号的号的电压值，，用双踪示波器用双踪示波器观察察ui´、、uo´ 的波形；的波形；再固定再固定输入信号的入信号的电压值，逐，逐渐改改变输入信号的入信号的频率，用双踪示波器率，用双踪示波器观察察ui´、、uo´ 的波形2024/9/2644a2．窗口．窗口电压比比较器器（（1）用多路）用多路输出直流出直流稳压电源源给EmL、、EmH提供参提供参考考电压，如取，如取EmL=2V，，EmH=4V，，• 用信号用信号发生器生器在在输入端入端ui加入加入频率率为1kHz、、电压有有效效值为10V的正弦波信号，的正弦波信号，用双踪示波器用双踪示波器观察察输入入ui、、输出出uo波形，画出波形，画出传输特性曲特性曲线2））改改变EmH、、EmL上下上下门限限电压的数的数值，，用双踪用双踪示波器示波器观察察输入入ui、、输出出uo的波形2024/9/2645a【【实验报告要求告要求】】（（1）用）用Altium Designer 09软件画出件画出实验电路原理路原理图，，并将此并将此图粘粘贴到到实验报告中。

告中2）画出）画出实验观察到察到输入、入、输出信号波形出信号波形图，与，与Proteus软件（或件（或Multisim软件）仿真件）仿真结果比果比较，并予以分，并予以分析3）将）将实验数据与数据与计算算值比比较，若有，若有误差，分析其原差，分析其原因4）写出收）写出收获和体会2024/9/2646a【【预习要求要求】】（（1））预习本本书3.6节2））查阅LM311的数据手册或的数据手册或pdf，列表，列表记录其主要参数其主要参数3）根据）根据实验内容和要求，内容和要求，设计实验数据数据记录表格，供表格，供实验测试时使用2024/9/2647a【【思考思考题】】（（1））电压比比较器是否需要器是否需要调零？零？（（2）什么叫）什么叫传输特性？它与波形特性？它与波形图有什么区有什么区别？？（（3）用）用LM311设计一个一个迟滞滞电压比比较器2024/9/2648a 实验4——U/F变换器和器和F/U变换器（器（LM331））【【实验目的目的】】（（1）熟悉）熟悉U/F变换器和器和F/U变换器的工作原理、器的工作原理、电路特性和路特性和 应用方面2）掌握）掌握LM331的使用方法和的使用方法和应用用电路。

路3）熟悉将）熟悉将电压信号信号转换成成为频率信号的率信号的设计和和调试方法4）熟悉将）熟悉将频率信号率信号转换成成为电压信号的信号的设计和和调试方法2024/9/2649a【【实验仪器器】】• 万用表万用表• 示波器示波器• 信号信号发生器生器• 直流直流稳压电源源• “集成集成电路原理及路原理及应用用”实验箱箱2024/9/2650a【【实验原理原理】】 1．．LM331芯片芯片简介介• LM331是美国是美国NS（（National Semiconductor）公司）公司生生产的性价比的性价比较高的集成芯片（高的集成芯片（U-F Converter））;• 可用作可用作F/U变换器、器、U/F变换器、器、A/D变换器、器、线性性频率率调制解制解调、、长时间积分器等 • 其内部由其内部由输入比入比较器、定器、定时比比较器、器、R-S触触发器、器、输出出驱动管、复零晶体管、能隙基准管、复零晶体管、能隙基准电路、精密路、精密电流源流源电路、路、电流开关和流开关和输出保出保护管等部分管等部分组成 2024/9/2651a•其主要技其主要技术指指标：：•动态范范围宽，可达，可达100dB；；线性度好；性度好；•最大非最大非线性失真小于性失真小于0.01%；；•频率范率范围1Hz～～100kHz；；•输入入电压范范围−0.2～～+Vcc（（V）；功耗）；功耗500mW；；•采用双采用双电源供源供电或或单电源供源供电，可工作在，可工作在4.0～～40V之之间，，输出高达出高达40V，且可防止，且可防止Vcc短路；短路；•变化精度高，数字分辨率可达化精度高，数字分辨率可达12位；位；•外接外接电路路简单，只需接入几个外部元件就可构成，只需接入几个外部元件就可构成F/U变换器或器或U/F变换器，且容易保器，且容易保证转换精度。

精度2024/9/2652a•LM331采用采用DIP8（或（或N08E）封装•如如图所示，所示，是是LM331引脚及功能引脚及功能CURRENTOUTPUT OUTPUTFREQUENCY OUTPUTREFERENCE CURRENT12345678LM331R-CGNDVccTHRESHOLDCOMPARATOR INPUT2024/9/2653a2．．U/F变换器器图11-2-12 U/F变换器器输出出频率和率和输入入电压之之间的关系的关系为2024/9/2654a3．．F/U变换器器图11-2-13 F/U变换器器输出出频率和率和输入入电压之之间的关系的关系为2024/9/2655a【【实验内容及步内容及步骤】】• 将将“U/F变换器和器和F/U变换器器”模模块安装在安装在实验箱底板上，合上箱底板上，合上电源开关1 U/F变换器器• 用直流用直流稳压电源在源在输入端入端Ui1输入直流入直流电压，使，使Ui1从从0V开始，逐开始，逐渐加大加大电压值，用数字示波器，用数字示波器观察察输出端出端fo2的波形，的波形，读出出频率率值1））记录输入入电压值和和输出出频率率值的的对应关系。

关系2））记录输入入电压和和输出出频率的率的变化范化范围3））调节电位器位器Rp11，，观察察频率的率的变化4））调节电位器位器R1t，，观察察频率的率的变化2024/9/2656a2．．F/U变换器器• 用信号用信号发生器在生器在输入端入端fi2加入方波信号，使加入方波信号，使fi2从从1Hz开始（开始（输入入电压范范围为3～～20V），逐），逐渐加大信号加大信号频率，率，• 用数字示波器用数字示波器观察察输出端出端uo2的波形1））记录输入入频率率值和和输出出电压值的的对应关系2））记录输入入频率和率和输出出电压的的变化范化范围3））调节电位器位器Rp21，，观察察电压的的变化4））调节电位器位器R2t，，观察察电压的的变化2024/9/2657a【【实验报告要求告要求】】（（1）用）用Altium Designer 09软件画出件画出实验电路原理路原理图，并将此，并将此图粘粘贴到到实验报告中2）列出）列出电压/频率率变换的的实验记录数据表格，与数据表格，与Proteus 软件件（或（或Multisim 软件）仿真件）仿真结果比果比较，并予以分析并予以分析3））绘出出电压/频率关系曲率关系曲线，并，并讨论其其结果。

果4）列出）列出频率率/电压变换的的实验记录数据表格，与数据表格，与Proteus 软件件（或（或Multisim 软件）仿真件）仿真结果比果比较，并予以分析并予以分析5））绘出出频率率/电压关系曲关系曲线，并，并讨论其其结果6）写出收）写出收获和体会 2024/9/2658a【【预习要求要求】】（（1））预习《《集成集成电路原理及路原理及应用用》》（第（第3版）第版）第4.3节 U/F变换器和器和F/U变换器2））查阅LM331的数据手册或的数据手册或pdf，列表，列表记录其主要参数其主要参数3）根据）根据实验内容和要求，内容和要求，设计实验数据数据记录表格，供表格，供实验测试时使用2024/9/2659a【【思考思考题】】（（1））12位以上的位以上的A/D变换器价格器价格较高，能否用高，能否用U/F变换器来代替器来代替A/D变换器？并器？并说明使用条件？明使用条件？（（2）在）在图11-2-13中，中，C1能否取能否取值太大？太大？为什么？什么？（（3）在）在图11-2-13中，中，CL取取值大小大小对输出出电压有何影有何影响？响？为什么？什么？ （（4））试举出几个出几个U/F和和F/U的的应用用实例？例？2024/9/2660a 实验5——函数信号函数信号发生器（生器（ICL8038））【【实验目的目的】】（（1）掌握）掌握ICL8038的特点、功能和的特点、功能和应用用电路。

路2）熟悉由）熟悉由ICL8038构成的函数信号构成的函数信号发生器工作原理生器工作原理3）掌握）掌握调试函数信号函数信号发生器的方法生器的方法2024/9/2661a 【【实验仪器器】】• 万用表万用表• 示波器示波器• 信号信号发生器生器• “集成集成电路原理及路原理及应用用”实验箱箱【【实验原理原理】】 1．．ICL8038芯片芯片简介介• ICL8038是精密波形是精密波形产生与生与压控振控振荡器，它能同器，它能同时产生正弦波、方波、三角波生正弦波、方波、三角波2024/9/2662a ICL8038具有以下主要参数和主要特点：具有以下主要参数和主要特点：（（1））工作工作频率范率范围：：0.001Hz～～500kHz2）波形失真度：不大于）波形失真度：不大于0.5％3）同）同时有三种波形有三种波形输出：出：正弦波、方波、三角波正弦波、方波、三角波4））电源：源：单电源源为+10V～～+30V，双，双电源源为±5V～～±15V5）足）足够低的低的频率温漂：最大率温漂：最大值为50ppm/ºC6）改）改变外接外接电阻、阻、电容容值，可改，可改变输出信号的出信号的频率范率范围。

7）外接）外接电压可以可以调制或控制制或控制输出信号的出信号的频率和占空比率和占空比8）使用）使用简单，外接元件少外接元件少2024/9/2663a•ICL8038采用采用DIP14封装•如如图所示，是所示，是ICL8038的引脚及其功能的引脚及其功能1234576141312111089SIN ADJ1SIN OUTTRI OUTDF ADJ1DF ADJ2+VFMBLASNCNCSIN ADJ2–VCSQ OUTFMINICL80382024/9/2664a 2．由．由ICL8038构成的函数信号构成的函数信号发生器生器电路原理路原理图图11-2-15 由由ICL8038构成的函数信号构成的函数信号发生器生器电路原理路原理图2024/9/2665a• 8脚脚为调频电压控制控制输入端• 该芯片的方波芯片的方波输出端出端为集集电极开路形式，一般需在正极开路形式，一般需在正电源与源与9脚之脚之间外接一个外接一个电阻，阻，图中中R3=4.7KΩ• 电位器位器RP2的作用是的作用是调节占空比或占空比或调节波形波形对称性• 调节RP1、、RP2、、RP3可使正弦波的失真度达到可使正弦波的失真度达到较理想的程度；理想的程度；• 其中，其中，电位器位器RP1的作用是的作用是调频偏；偏；• 电位器位器RP3的作用是的作用是调节低低频信号信号对称性。

称性• 当当RP2滑滑动端在中端在中间位置位置时，若，若调节RP1，即改，即改变正正电源源+VCC与与8脚之脚之间的控制的控制电压（即（即调频电压）；）；• 调节RP2可可调节占空比或波形占空比或波形对称性，即可得到脉冲波和称性，即可得到脉冲波和锯齿波波• 当当RP2的滑的滑动端位于中端位于中间位置位置时，可得到，可得到标准的方波和三角波准的方波和三角波• 调节电源源电压可可调节输出信号的幅度出信号的幅度在在图11-2-15中中2024/9/2666a 【【实验内容及步内容及步骤】】• 将将“函数信号函数信号发生器生器”模模块安装在安装在实验箱底板上，合上箱底板上，合上电源源开关 1．将开关．将开关S2闭合，开关合，开关S1、、S3断开• 调整整电位器位器Rp2，使方波的占空比达到，使方波的占空比达到50％；％；• 用示波器用示波器观测方波方波输出端的波形出端的波形• 通通过调节电位器位器Rp1，可，可调节方波的方波的频率• 通通过调节电源源电压可可调节方波的幅度方波的幅度• （即（即调节在在“集成集成稳压电源源”模模块上上电位器位器“Rp1”），），2024/9/2667a 2．将开关．将开关S2闭合，开关合，开关S1、、S3断开。

断开• 保持方波的占空比保持方波的占空比为50％不％不变，用示波器，用示波器观测正弦波正弦波输出出端的波形，反复端的波形，反复调整整电位器位器Rp4、、Rp3、、Rp1，使正弦波不，使正弦波不产生生明明显失真• 通通过调节电位器位器Rp1，可，可调节正弦波的正弦波的频率通通过调节电源源电压，可，可调节正弦波的幅度正弦波的幅度3．将开关．将开关S2闭合，开关合，开关S1、、S3断开• 保持方波的占空比保持方波的占空比为50％不％不变，用示波器，用示波器观测三角三角波波输出端的波形出端的波形• 通通过调节电位器位器Rp1，可，可调节三角波的三角波的频率• 通通过调节电源源电压，可，可调节三角波的幅度三角波的幅度2024/9/2668a4．参考以上．参考以上3个步个步骤，再分，再分别将开关将开关S1闭合（同合（同时开关开关S2、、S3断开）、断开）、S2闭合（同合（同时开关开关S1、、S3断开）、断开）、S3闭合（同合（同时开关开关S1、、S2断开），断开），调整整电位器位器Rp2，使，使方波的占空比在方波的占空比在10％～％～90％范％范围内内变化，用示波器分化，用示波器分别观测方波、正弦波、三角波信号方波、正弦波、三角波信号输出端的波形。

出端的波形5．参考以上．参考以上4个步个步骤，分，分别调节电位器位器Rp1、、Rp2、、Rp3、、Rp41）用示波器分）用示波器分别观测方波、正弦波、方波、正弦波、三角波的波形三角波的波形变化情况2）用示波器分）用示波器分别记录几几组（其中包括（其中包括电位器置于低端和高端位器置于低端和高端时）方波、正弦波、）方波、正弦波、三角波信号三角波信号输出端的波形及出端的波形及频率率值2024/9/2669a【【实验报告要求告要求】】（（1）用）用Altium Designer 09软件画出件画出实验电路原理路原理图，并将，并将此此图粘粘贴到到实验报告中2））画出画出实验步步骤1、、2、、3观察到的方波、正弦波、三角波察到的方波、正弦波、三角波的波形的波形图，与，与Proteus 软件（或件（或Multisim 软件）仿真件）仿真结果比果比较，，并予以分析并予以分析3）整理）整理实验步步骤4，列出，列出记录表格4）整理）整理实验步步骤5，列出，列出记录表格5）分析）分析讨论以上以上实验数据6）写出收）写出收获和体会2024/9/2670a【【预习要求要求】】（（1））预习《《集成集成电路原理及路原理及应用用》》（第（第3版）第版）第5.1节 模模拟集成函数集成函数发生器。

生器2））查阅ICL8038的数据手册或的数据手册或pdf，熟悉其引脚，熟悉其引脚及功能，列表及功能，列表记录其主要参数其主要参数3）根据）根据实验内容和要求，内容和要求，设计实验数据数据记录表格，表格，供供实验测试时使用2024/9/2671a【【思考思考题】】（（1）改）改变电位器位器Rp2的的值，，观测三种三种输出波形，有何出波形，有何结论?（（2）改）改变10脚外接脚外接电容容C的的值(即分即分别取取C1、、C2、、C3的数的数值时)，，观测三种三种输出波形，有何出波形，有何结论?（（3）除了用）除了用专用模用模拟芯片芯片设计函数信号函数信号发生器外，生器外，再列再列举其它其它设计函数函数发生器的方法？并比生器的方法？并比较各种各种设计方方案的案的优缺点？缺点？2024/9/2672a 实验6——二二阶低通有源低通有源滤波器（波器（LM741））可参考可参考《《EDA基基础教程教程》》2024/9/2673a。