第3章模拟电子电路的设计型实验.ppt

第3章模拟电子电路的设计型实验,实验3. 1测量放大电路的设计 实验3. 2场效应管放大器的设计 实验3. 3正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计 实验3. 4具有恒流源的差分放大器的设计 实验3. 5 RC有源滤波器的设计 实验3. 6 OCL低频功率放大器的设计 实验3. 7开关型直流稳压电源的设计与调试 实验3. 8语音放大电路的设计 实验3. 9入侵报警器的设计与调试 实验3. 10水温测控电路的设计 实验3. 11 PTC暖风机节能温控器的设计,实验3. 1测量放大电路的设计,一、实验目的(1)掌握测量放大电路的设计方法2)掌握测量放大电路各单元模块间的调试技术二、涉及知识点集成运算放大器、滤波器及电子电路各模块之间的联合调试技术三、设计技术要求 如图3-1所示，测量放大器由基本测量放大器、二阶高通有源滤波器、二阶低通有源滤波器二部分组成下一页,返回,实验3. 1测量放大电路的设计,1.性能技术指标(1)输入阻抗Ri> 1 mΩ2)电压放大倍数AV≥103(即输入信号UiP-P=1 mV时，输出信号UoP-P>1 V)。

3)频带宽度B=10 Hz~10 kHz ≈ 10 kHz4)共模抑制比KCMRR> 80 dB2.预习要求(1)写出实验方案，选择实验仪器2)根据设计结果，写出设计报告上一页,下一页,返回,实验3. 1测量放大电路的设计,四、设计原理与参考电路 如图3-2所示，测量放大器由两个同相放大器和一个差动放大器组成该电路具有输入阻抗高、电压增益容易调节，输出不包含共模信号等优点第一级由两个同相放大器采用并联的方式，组成同相并联差动放大器，如图3-3所示该电路的输入电阻很大若不接R时，该电路由于引入了串联负反馈，所以其差模输入电阻Rid和共模输入电阻Ric都很大当接入电阻R后，由于R很小，则R与Rid(或Ric)并联后，该电路的输入电阻Rid ≈2R,共模输入电阻Ric ≈R/2图3-3电路的差模电压增益为: (3-1),上一页,下一页,返回,实验3. 1测量放大电路的设计,由式((3-1)可知，改变R1的阻值就能改变电路的电压增益通常采用一个电位器与一个固定电阻来代替R1调节电位器的阻值就能改变电路的电压增益图3-3所示同相并联差动放大器的优点是，电压增益调节简单，输入电阻较大，适用于不接地的“浮动”负载，缺点是将共模信号按1: 1的比例传送到输出端。

测量放大器的第二级如图3-4所示，由集成运算放大器A3、R3、R4、R5、RP一起组成基本的差动放大器，其中使R4 = R5 +RP该电路的差模输入电阻Ri = 2 R3 ，共模输入电阻Ric= R3 + R4 ，差模电压增益 = R4 / R3 因此，如图3-2所示测量放大器的差模电压增益为: (3-2),上一页,下一页,返回,实验3. 1测量放大电路的设计,在需要考虑放大电路的输入电阻与传感器的输出阻抗相匹配的场合，广泛采用专用的集成仪表放大器，例如，AD522就是典型的高精度单片式仪表专用放大器其内部结构与基本连接方法分别如图3-5 (a)、图3-5 (b)所示它采用16脚DIP陶瓷封装与20脚的LCC封装两种封装结构它可以使用在恶劣工作条件下需要获得高精度的数据采集系统中它的输出失调电压漂移小于25 μV/0C，最大非线性仅为0. 003 %图3-5 (b)是它的基本接法，增益选择端x 10 , x 100 , x 1 000分别表示电压放大倍数为10 , 100与1 000当R G2端与其中一个端子相连接时，就可以设置成所需要的增益值例如，将RG1与X1 000相连接时，增益值就是1 000。

上一页,下一页,返回,实验3. 1测量放大电路的设计,若要设置任意增益时，就只需在RG1与RG2之间接入一只合适阻值的RG即可若要调节失调电压，就只需在4脚、6脚之间接入10 kΩ的电位器，电位器的中间触头接正电源即可 RG与增益G的关系为:G=1+(40KΩ/ RG)(3-3)五、设计调试时的注意事项 (1)设计时要充分考虑电路的实际性能和方便调试要注意增益的分配，若同相并联差动放大级的增益过大则不容易测量，而且输出失调电压将加大R3、R4不能太小，还要考虑到前级运算放大器的带负载能力上一页,下一页,返回,实验3. 1测量放大电路的设计,(2)调试时要一级一级地进行实验中的交流信号ui是“浮空”信号，而调试的信号源是一端接地，另一端输出往往叠加有直流电平，因此输入端的接法可采用如图3-6 (a)所示电路，其中C1为隔直电容，对低频特性有影响，故不能取得太小，C2使另一端的交流接地，且不影响直流平衡 (3)测量高通滤波器的截止频率，由于截止频率fL =10 Hz，不容易测量，故可用相位法来测量，如图3-6 (b)所示在fL =10 Hz处uo与ui相差90o，此时观察到的是一个正椭圆。

六、实验报告的要求(1)写出设计过程2)写出各项指标的测量方法、测量条件和测量结果3)对实验中的缺陷、测试数据的误差等进行讨论上一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,一、实验目的 (1)掌握场效应管源极跟随器的设计技术; (2)掌握场效应管放大器的组装与主要性能参数的测试方法; (3)了解场效应管—晶体管复合互补源极跟随器的性能特点与设计方法 二、设计任务与技术要求 采用场效应管3 DJ6 F设计一个源极跟随器，已知条件:UDD=+12 V, RL=2 kΩ, Ui=300 mV要求:(1) ; (2) Ri> 2 mΩ, Ro< 1KΩ; (3) fL< 5 Hz, fH> 500kHz三、设计原理与参考电路设计原理(见实验2. 3场效应管基本放大电路),下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,2.设计步骤 (1)选择电路形式根据题意要求，选择如图3-7 (a)所示结型场效应管源极跟随器电路，利用晶体管特性图示仪测得3DJ6F的转移特性曲线如图3-7 (b)所示，且有UP=-4V，IDSS≈3 mA。

(2)设置静态工作点与参数计算场效应管的静态工作点的设置要借助于转移特性曲线根据静态工作点Q一般应选在特性曲线(1/3-1/2) IDSS内的原则，则对应的参数分别为:IDQ= IDSS /2=1. 5 mA，UGSQ=-1V由图3-7 (b)可求出跨导:gm=△ID/△UGS=2(ms)因为要求 ，则空载电压放大倍数gmRs>>1，得:RS>>1/gm=0. 5 kΩ，于是取RS=5.1kΩ(>>0.5kΩ)上一页,下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,若取RG1=68 kΩ，则RG2 = 56 kΩ其中RG1可以用30 kΩ的电阻串联100 kΩ的电位器组成，可方便调整静态工作点 根据题意要求Ri> 2 mΩ，得:RG3≈Ri，取RG3 =2.2 mΩ 满足设计指标要求上一页,下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,与晶体管放大器相比较，场效应管放大电路的输入阻抗高，其输入耦合电容C1的取值铰小，一般取0. 02 μF左右，本设计取C1= 0. 02 μF , C2=20 μF3)复合互补源极跟随器电路设计方案。

场效应管跟随器的输入阻抗很高，但输出电阻不是很低，比晶体管射极跟随器要大得多采用图3-8所示的复合互补源极跟随器电路，可以获得较低的输出电阻根据图3-8可得: (3-4)式中R'=R//RG1//RG2 (3-5),上一页,下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,(3-6) (3-7)如果 ，则 利用上述公式，可计算出图3-8所示电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro、电压放大倍数 考虑到晶体管3 CG21的be结电阻rbe=200+β26/IE ≈ 1. 4 ( kΩ )，根据式(3-4)~式(3-7)可得:,上一页,下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,R'=R//RG1//RG2=3(KΩ)则输入电阻输出电阻 如图3-8所示电路的阻抗变换系数Ri/Ro=6x104，可见场效应管—晶体管复合互补源极跟随器可获得较低的输出电阻，在一些高灵敏度的测量仪器中，常采用该电路作为仪器的输入电路上一页,下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,四、电路的组装与调试 1.静态工作点的调整与测试 按照图3-7 ( a)组装电路，结型场效应管D极、S极不要接反。

静态UGS<0V由于场效应管的输入电阻Ri很高，因此在测量UGS时，一般是测量RG2两端的电压UG2、UGS=UG2 采用内阻较高的数字电压表测量直流电压UGQ、USQ，以减小电压表内阻对被测电压的影响调整电位器使静态工作点UGQ、USQ及IDQ满足设计要求经耦合电容C1输入信号，如果源极跟随器的输出波形顶部和底部出现明显失真，则说明电路设置的静态工作点不合适，应重新调整静态工作点使其输出波无明显的失真如果输出波形的底部和顶部同时出现明显失真，则说明静态工作点设置还是合适的上一页,下一页,返回,实验3. 2场效应管放大器的设计,2.动态性能指标的调整与测试 性能指标Ri、Ro、AV及频带BW的测试方法参见实验2. 3，因为场效应管的实际转移特性与用图示仪测得的理论转移特性有一定的误差，所以测量值与理论计算值有较大的误差五、设计任务采用场效应管3DG6F设计一个源极跟随器，给定条件:UDD=1. 5 V, RL=2 kΩ, ui=500 mV，要求AV≈1，Ri>2M, RO<1 kΩ , fL< 5 Hz , fH> 500 kHz上一页,返回,实验3. 3正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计,一、设计任务设计一正弦波、方波、二角波函数信号发生器。

性能参数的设计要求:(1)频率范围:1~10 Hz; 10~100 Hz;(2)波形特性:方波tr< 30 μs ; γ_<5%;二角波γ△<2%;(3)输出电压:方波UP-P≤24 V;正弦波UP-P> 1;二角波UP-P=80二、设计原理与参考电路1.设计原理产生正弦波、方波、二角波的方案有多种，例如，先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，冉经积分电路将方波变换成三角波;也可以用电压比较器，积分电路产生三角波一方波，冉将三角波变换成正弦波，其电路组成框图如图3-9所示下一页,返回,实验3. 3正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计,还可以采用集成函数发生器ICL8038产生三角波、正弦波和方波 2.方波一三角波产生电路 图3-10运放LM798虚线左边所示电路能自动产生方波一二角波，其中运算放大器选用一片通用双(或μA747集成运放A1，电阻R1, R2, R3和RP1组成具有正反馈过零的电压比较器，R1为平衡电阻A1的反相端接基准电压，即U_ =0，同相端接输入电压UT比较器A1的输出电压Uo1的高电平等于正电源的电压+UCC，低电平等于负电源电压-UEE(UEE= UCC)。

当U+ > U_=0时，Uo1=+UCC;当U+ < U_=0时，Uo1=-UEE上一页,下一页,返回,实验3. 3正弦波、方波、二角波函数信号发生器的设计,由于A1输出翻转电压为 (3-8)式中RP1为电位器的调整值若Uo1=+UCC ，可得比较器A1下门限电位: (3-9)若Uo1=-UCC ，可得比较器A1的上门限电位: (3-10),。