实验四(改)

电子技术基础实验范例模拟电子技术实验哈尔滨工程大学电工电子实验教学中心实验四集成运放电路应用及调测实验须知进离实验室均须刷卡，按预定座位就坐。拿到选题及试卷，根据题目要求设计电路所需元器件并领取。实验室提供元件运放块LM324(电阻、电容若干（详见发给每位同学的报告附录）实验目的•1、进一步理解由运放组成的各类功能电路的工作原理；•2、熟练掌握运放的工程设计方法；•3、熟练掌握基本测量方法。实验内容和要求（1）根据选题要求写出设计报告，包括原理、电路及电路元件参数选择。（2）组装和调试设计的电路，检查该电路是否满足设计指标，若不满足，改变电路参数值，使其满足设计要求。（3）测量低通滤波电路的幅频特性曲线，研究品质因数对滤波器滤波特性的影响。（4）写出实验总结报告。实验原理滤波电路的功能是使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。低通滤波器（LPF）（一）一阶低通有源滤波器一阶低通滤波器的电路简单，阻带衰减-20dB/10倍频程，选择性较差。（二）二阶低通有源滤波电路为了使输出电压以更快的速率下降，改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。二阶有源低通滤波LPF电路在ff0以后，幅频特性以-40dB/十倍频程的速率下降，比一阶的下降快。但在通带截止频率f0附近，幅频特性下降的还不够快。（三）二阶压控电压源低通滤波电路二阶压控型低通有源滤波器将电容C1接到集成运放的输出端，形成正反馈。选择合适的电路参数有可能改善附近的幅频特性。0f二阶压控电压源低通滤波电路性能指标(1)通带电压放大倍数11fupRAR通带电压放大倍数是指滤波器在通频带内的电压放大倍数,LPF通带电压放大倍数是f=0时电路的电压放大倍数。2()1(3)()upuupAAsAsCRsCR（2）传递函数（4）幅频特性20011()upuAAffjfQf（3）品质因数将f=f0时的电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比称为Q值。Q值决定了f0附近电压放大倍数的补偿效果。Q值越高，补偿的效果越明显。而Q值的大小只取决于Aup的大小。13upQA3upA要求对应特征频率012fRC（5）截止频率当下降到时所对应的频率称为通带截止频率。uA0.707upApf设计过程举例设计一般过程：1、根据衰减的要求确定滤波器的阶数。要想获得好的滤波特性，一般需要较高的阶数。2、根据题目要求设计电路中元器件的具体数值。设计一低通滤波电路，其截止频率为3KHz,Q值为0.7,处的衰减速率不低于30dB/10频程。0ff设计题目一、设计步骤：1、由衰减速率及Q值确定电路为二阶压控电压源低通滤波电路。2、确定电路组成。（1）根据特征频率f0选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为KΩ数量级，设电容C的取值为0.033uF，根据Q值定义，时电压放大倍数与通带电压放大倍数的比值为0.7，则截止频率与特征频率相同，即。06113220.03310fkHzRCR0ff因此有1592R计算得，电阻R取标称值为1.6KΩ。3、确定元器件取值0pff（2）根据Ｑ值求AUP及确定电阻R1和RF的值111.57fupRAR依题意10.73upQA则又因为集成运放两输入端的外接电阻需对称，可得1111.57//2FFRRRRRRR解得18.81,5.02FRkRk因此取R1=9.1KΩ，RF=5.1KΩ。元件表R19.1k1个RF5.1k1个R1.6k2个C0.033uF2个运放LM324/uA7411个仿真电路图仿真波形图通过观察仿真得到的幅频特性曲线，证明基本达到设计要求。假设现有一组测量数据（部分）如表1所示：f(Hz)10002000300032003500400050006000800010000Uo(V)1.541.411.050.990.880.740.510.370.210.13测得低通滤波器对数幅频特性曲线经计算作图如下：下降速率计算举例我们取3200Hz-6000Hz一段频率计算下降斜率。20lg(0.37)20lg(0.99)8.6360.08731.315lg(6000)lg(3200)3.7783.505已知滤波器幅频特性曲线计算20lgAu/10频程，但通常实验中测得数据频率范围较小,但对数坐标系中当频率ff0时20lgAu-lgf之间应呈线性关系，因此我们计算对数坐标系中幅度和频率关系，从而推得下降速率的具体数值，即dB/十倍频程计算结果表明幅频特性下降速率达到了题目要求。设计题目二设计一低通滤波电路，其截止频率为1KHz,Q值为1.0,处的衰减速率不低于30dB/10频程。0ffpf设计步骤：1、由衰减速率及Q值确定电路为二阶压控电压源低通滤波电路。2、确定电路组成。分析：若Q值不等于0.7，则需根据二阶压控电压源LPF的频率特性计算f0与fp之间的关系，计算式如下20011()upuAAffjfQf根据通带截止频率的定义，对应f=fp时公式中分母的模为，由此计算得f0与fp之间的关系(对应Q取不同值)。2fp=1.272f0fp=1.430f0fp=1.485f0Q=1.0Q=1.5Q=2.03、确定元器件取值（2）根据特征频率f0选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为KΩ数量级，设电容C的取值为0.1uF，06110.786220.110fkHzRCR因此有计算得R=2.02KΩ，取标称值为2KΩ。（1）此题中截止频率为1KHz，Q值为1.0，查表得对应截止频率与特征频率关系为：fp=1.272f0,则特征频率为0.786KHz。（2）根据Ｑ值求AUP及确定电阻R1和RF的值112fupRAR依题意11.03upQA则又因为集成运放两输入端的外接电阻需对称，可得1112//2FFRRRRRRR解得R1=RF=8KΩ因此取R1=RF=8.2KΩ。