模电综合训练报告

2014年光电信息学院《模拟电路与脉冲电路》综合训练题成绩：组号：组长：组员:组员:提交报告时间：2015年1月9日选作题号：1，2，3，4，5，7项目一：电源目的：该项目将显示电源使用全波整流器，稳压二极管，固定电压稳压电路的一些基本原则。组件：桥式整流器（50PIV，1A），齐纳二极管（500毫瓦10V），7805稳压器设计：1：构建近似直流电压与交流峰值到峰值波动电压的整流桥和滤波电路如图1-1。简介：大多数的直流电流（DC）电子设备中使用的电源是由60Hz，115V交流（AC）电源转换而得。这种交流到直流转换通常涉及一个降压变压器，整流器，滤波器，和调节器。降压变压器是用来减少AC线路电压从115VRms的附近有需要的直流电压的RMS值。降压变压器的输出随后被送入一个二极管整流电路，整流后只输出输入正弦信号的正半。过滤器是用于平滑整流输出，以实现几乎恒定的直流电压水平。可在过滤器后加稳压管，以恒定输出电压。在这个项目将使用两种不同类型的稳压器：一个齐纳二极管电路和一个稳压电路。为了保持稳压，二极管必须工作在击穿区。对于电流在Izmin到Izmax间，二极管的特性曲线几乎是垂直的，具有很好的稳压作用。齐纳二极管有多种击穿电压。另一种类型的稳压器则是7800系列稳压器。这一系列的固定电压调节器的编号是78XX，其中xx对应的输出电压值。有从5到24伏的输出电压可供选择。这些稳压器易于使用，并且工作得很好。2。齐纳二极管稳压电路如图1-2，假设齐纳二极管将工作在10V并调节5毫安到25毫安电流。假设通过R的电流始终是5mA到25mA之间，齐纳二极管控制在10V，找到所需的最低值R和RL。你可以假设两个二极管的正向二极管压降约为1V实验过程：1。构建没有电容的图1-1桥式整流电路。使用自耦变压器和降压变压器调节桥式整流电路的输入电压。调节插入变压器的自耦变压器，直到次级电压等于12VRMS。注意不要使变压器次级短路！在示波器上观察二次波形，将示波器调节到DC耦合，观察负载电压VL的波形。请记住，输入信号源和负载不能接共同的接地端。桥式整流实现了将交流电压变为单一极性的直流脉动电压。变压器非理想状态，把有效值为115V电压变为12V电压的匝数比为92：12。切断电路的电源。将电容器按图1-1所示接入电路，注意确保电容器极性正确。给电路加上激励，在DC耦合的示波器观察VL。使用数字电压表测量直流电压电平。在AC耦合示波器上观察纹波电压VR。将这些测量值与计算值进行比较。波纹电压在-250mv～250mv之间。3。观察通过改变负载电阻从1k为500的影响。用数字电压表测量直流电压电平。AC耦合示波器观察纹波电压。把这些值与先前记录的值进行比较。波纹电压在-500mv～500mv之间。电压波动更加明显。负载电阻大小对示波器波形有影响，阻值越小电压波动越明显，当负载很大时，输出波形近似为一条直线。4。用数字曲线示踪记录的齐纳二极管的特性曲线。注意击穿区域的击穿电压值。还要注意的“拐点”的IZK(拐点电流)值。5。验证您的设计值R和RL后，构造如图1-2的齐纳二极管稳压电路。用数字电压表测量在RL的最小值及最小值上下的几个值处的直流电压电平。要注意不要使齐纳二极管过载。评论这些不同的负载电阻电路的工作。若负载为1k欧姆，稳压10V，输入电压15V，电流5毫安到25毫安，则计算得出限流电阻应在200到1k欧姆之间，取500欧姆。实验记录：万用表的电压值从9.4v开始逐渐变化到9.9v，改变速率先快后慢；示波器的两条曲线的不同体现了稳压管的稳压作用。6。构建7805稳压电路如图1-3。仔细观察正确的稳压器的引脚配置。测量当RL等于300，200和100。计算这些情况下的电流。负载电阻的值影响输出电压吗？实验开始后万用表的电压值就缓缓增大，刚开始实验时电压值为：RL=300VL=5.006V,I=16.69mARL=200VL=5.005V,I=25.03mARL=100VL=5.005V,I=50.05mA可见负载的电阻对输出电压基本没有影响。7。令RL等于200，记录7805稳压器输入电压（引脚1）和输出电压（引脚3）。改变自耦变压器的设置从而降低稳压器的输入电压。对于每一个电压幅度的下降，记录稳压器的输入和输出电压。直到稳压器的输出下降到低于5V。7805稳压器产生5V输出所需的最小输入电压是多少？7805稳压器产生5V输出所需的最小输入电压是7.655V。问题：1：为什么在桥式整流电路，输入信号源和负载不能共用一个接地点？因为这样会使3和4之间的二极管短路掉。使波形变为：相当于一个半波整流器。输入电压V输出电压V14.5435.0059.1435.0027.9465.0027.7495.0017.65557.5634.942：齐纳二极管可以作为一个传统的二极管使用吗？解释你的答案，并与曲线追踪仪的曲线验证。不可以，齐纳二极管与传统二极管相比反向击穿电压比较低。3：如果桥式整流器被改变为一个半波整流器，输出滤波器的电容的值是否应增加，减少或保持不变，以保持相同的的纹波电压？解释你的答案。让桥式整流电路的输入信号源和负载不共用一个接地点，纹波电压：-60～60mV让桥式整流电路的输入信号源和负载共用一个接地点，相当于一个半波整流器。纹波电压：-140～140mV减小电容到110uF纹波电压：-270～270mV增大电容到440uF纹波电压：-70～70mV可见如果桥式整流器被改变为一个半波整流器，输出滤波器的电容的值应增加，以保持相同的的纹波电压。4。将如何增加输入信号源的频率影响的纹波电压，假设所有的组件保持不变呢？如果增加频率到120Hz纹波电压：-50～50mV如果减小频率到30Hz纹波电压：-120～120mV可见增加输入电压的频率可以减小波纹电压。项目二：运算放大器模拟的运用实验过程1.构造求和放大器，设计传递函数Vin2-Vin12-0V，使用±15v电源供电，使用K4.2RLΩ.电路如图要实现Vin2-Vin12-0V使R3/R4=1,R3/R5=2即可，取R5=2MΩ.R4=R3=4MΩ.故电路如图2.让Vin1为峰值1V，1KHz的正弦波，Vin2等于5V直流。通过示波器上的输出波形验证放大器工作。电路连接如上图，使用正确的信号源输出波形图形如下峰峰值为4V，直流分量是-5V，故符合设计要求3.构造带通滤波器，使用电阻电容设计值，使用±15v电源供应运算放大器，使用RL=2.4KΩ.根据中心频率是2KHz，带宽是200Hz，放大倍数是20的要求，以及0f1/(2π)√(R1+R3)/(2CR1R2R3)Δ2/1CRfπAv=R2/2R1推出R1/R3=9为定值，故选取R1=18K,R3=2K；在用公式解出R2=720K，C=2.2nF电路如图其频率响应为中心频率为2KHz，带宽为200Hz，放大倍数为20，故符合要求。4.更改R3以降低中心频率从2KHz到1KHz。在新的中心频率下试验，验证新带宽，以及中心频率处放大倍数，与4比较实验电路如上，调节R3，发现当R3=10KΩ.时，中心频率为1KHz，频率响应如下验证发现带宽为198Hz，并且电压增益为20不变。基本和中心频率为2KHz是一样的。问题1.加法电路能否有同相端输入，并产生没有倒置的响应，并解释。能，如果从同相端输入，反馈加在反向端，则仍在负反馈的条件下，使输出产生加法的效果，并且没产生倒置。2.运放滤波器的优点性能较好，并且没有损耗，还可以有一定的增益，而用RLC搭建的电路具有这些缺点，所用电阻会随温度变化而变化。项目三：使用运算放大器的模拟计算机应用设计1.推导微分和积分电路输入与输出表达积分电路由虚短虚断的概念以及电容的伏安特性知dttdv0-CRtvi，即dxxviRC1-0vctv0t0微分电路由虚短虚断的概念以及电容的伏安特性知Rtv0-dttdviC，即dttdvi-RCtv02.设计模拟计算机，解决积分求解问题并算出结果。实验电路如图实验过程1.微分电路如图输入50Hz,500mV的正弦波的输入输出波形输入500Hz,500mV的正弦波的输入输出波形可以看到输入波形对输出产生了偏移，证明高频时微分出现偏差，微分电路低频适应性强输入50Hz,500mV的三角波的输入输出波形输入500Hz,500mV的三角波的输入输出波形出现高频波形失真输入50Hz,500mV的方波的输入输出波形输入500Hz,500mV的方波的输入输出波形高频波形失真2.积分电路如图输入50Hz,500mV的正弦波的输入输出波形输入500Hz,500mV的正弦波的输入输出波形出现低频类似反相放大满足积分关系输入50Hz,500mV的三角波的输出波形输入500Hz,500mV的三角波的输入出现低频类似反相放大输入50Hz,500mV的方波的输入输出波形输入500Hz,500mV的方波的输入输出波形出现低频类似反相放大积分关系3.设计二阶微分电路如图下面为图像10v,10Hz正弦10v,1kHz正弦10v,100kHz正弦10v,10Hz三角10v,1kHz三角10v,100kHz三角10v,10Hz方波10v,1kHz方波10v,100kHz方波差异来源于微分器是对频率范围要求比较高的电路，只有在合适的频率范围内发挥微分作用，无论是正弦波，三角波，方波，在不同频率下操作会有不同的结果。问题1.利用运放电压转换效率不高时，信号跟不上的原理，输入一个特定信号，计算运放的输出端信号理论表达式，用示波器观察对比输入输出信号，不断调节输入频率，直至输出失真，即可得电压转换速率。2.模拟电路存在零漂，并电阻防止电容电压飘移，也防止了集成运放饱和，使积分电路实现近似积分功能。3.在微分运算电路中，电压阶跃变化脉冲干扰会使运放内部进入饱和或截止状态，使信号输出失真，也容易发生自激振荡，电路不稳定，为解决这类问题，常在输入端串联电阻，以限制电流，使运放始终工作在放大区。4.同相积分器在这样一个积分器左端串联一个同样的同相积分器，利用负反馈技术，将右端输出反馈到左端积分器的输入端，则在右端积分器输入端即可得到其输出端对应的同相微分信号。项目四：共发射极放大器设计要求：共发射极电路如下：选Re为680Ω，Rc为1.2kΩ,Vce约为6V。Ve约为（Vcc-Vce）1/1.8=3.3VVc约为Vb+Von=4.0又βRe=100kΩRb≈30%βRe=30kΩR2=Vc/Vcc*Rb=7.3kΩR1=Rb-R1=22.7kΩ此时静态工作点基本在满足不失真的条件。1、实验内容：①用Multisim搭建仿真电路如下：用万用表表测得Vb=2.822VVe=2.185VVc=8.176V故Vce=5.991VVbe=0.635V函数发生器采用10khz,32mVp输出波形为2.0Vp,放大倍数Av≈62.5满足要求输入和输出波形如下：Vpp=T2-T1=4.003V当Rl为150Ω时，输出波形如下：当Rl为15k时，输出波形如下：第一次Vpp=998mV,第二次Vpp=5.727V说明负载电阻值越大，对输出电压的利用率越好。用波特测试仪得出幅频图像如下：显然有图像知其低截止频率约为Fl=850HZ,这与预期的100-200HZ还差很多。而决定低频截至频率的主因素为输入、输出和旁路电容器的电容大小，电容值越大，对低频信号的传输阻碍效果就越好。经过改进电容大小，搭建如下电路：用波特测试仪得到幅频特性曲线如下：由图可知其低频截至频率约为Fl=121.22Hz。高频截止频率约为Fh=25.658MHz。带宽约为25.6MHz②采用两次电压法测量输入电阻：Ri=U2/(U1-U2)*R1=11.638/(22.103-11.638)*1KΩ=1.1KΩ2、问题①理论计算的Vce为6V、Ve约为3.3V，而实际Vce约6V，Ve约2.2V，与预期相差不大。低高频截止频率的计算比较复杂，但可以根据电容器值与频率变化的关系，大致试试不同电容器的值得出比较合适