模拟电子技术综合实验指导书.docx

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模拟电子技术综合实验指导书

《模拟电子技术综合实验》指导书

信息与电气工程学院

电气专业基础教研室

目   录

实验一 波形发生器................................................................................1

实验二 直流稳压电源.............................................................................5

实验三 音频功率放大器........................................................................7

实验四 电冰箱电视机过压欠压延时保护器......................................11

实验五 温度控制电路...........................................................................14

实验一  波形发生器

　　一、实验目的

　　1、掌握常用正弦波发生器和非正弦波（方波、三角波）发生器的电路构成及工作原理。

　　2、学习正弦波发生器和非正弦波发生器的基本设计、分析、调整和主要性能指标的测试方法。

　　二、实验原理

 1、正弦波发生器——RC串并联选频网络振荡器

   电路形式如图1－1所示。

   振荡频率：

 起振条件：

 |

|＞3

电路特点：

可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。

图1－1 RC串并联网络振荡器原理图

　　2、方波发生器

由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。

图1-2所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波—三角波发生器。

它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。

主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

电路振荡频率

　　式中　R1＝R1'＋RW'   R2＝R2'＋RW"

方波输出幅值　　　Uom＝±UZ

三角波输出幅值

调节电位器RW（即改变R2／R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。

如要互不影响，则可通过改变Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节。

图1－2 方波发生器

　　3、三角波－方波发生器

如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图1－3所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波－方波发生器。

图1－4为方波－三角波发生器输出波形图。

由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。

图1-3 三角波－方波发生器

　　电路振荡频率　　

　 方波幅值　    　U′om＝±UZ

　　三角波幅值　  　

调节RW可以改变振荡频率，改变比值

可调节三角波的幅值。

如果利用二极管的单向导电性使积分电容C充电和放电的时间常数不等，就可以得到锯齿波发生电路。

图1－4　方波－三角波发生器输出波形图

　　三、实验设备与器件

　　1、±12V直流电源　　  　　    　2、双踪示波器

　　3、交流毫伏表　　  　　　　     4、频率计

5、集成运算放大器μA741×2       6、二极管IN4148×2

7、三极管3DG12×2或9013×2     8、稳压管2CW231×1 

      电阻器、电容器若干。

四、实验内容

　 1、正弦波发生器——RC串并联网络（文氏桥）振荡器

（1） 按图1－5组接线路。

（2）接通RC串并联网络，调整反馈电阻

，使电路起振，且输出电压波形为最大不失真的正弦波，用示波器观测输出电压

波形，并记录之。

如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大

。

如波形失真严重，则应适当减小

。

（3）测量输出电压

和正反馈电压UF和振荡频率

，记录之，并与计算值进行比较。

（4）改变C或R值（可在R上并联同一阻值电阻），观察振荡频率变化情况。

（5）设计连接一个由集成运放组成的桥式正弦波振荡器，画出电路图，并测量输出电压

和正反馈电压UF和振荡频率

。

图1－5 RC串并联网络（文氏桥）振荡器

　　2、方波发生器

　　按图1－2连接实验电路。

（1）　将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波

及三角波

的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。

（2）　改变RW动点的位置，观察

、

幅值及频率变化情况。

把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。

（3）　将RW恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察

波形，分析DZ的限幅作用。

　　3、三角波－方波发生器

　　按图1－3连接实验电路。

（1）将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出u0及方波输出

′，测其幅值、频率及RW值，记录之。

（2）改变RW的位置，观察对

、

′幅值及频率的影响。

（3）改变R1（或R2），观察对

、

′幅值及频率的影响。

（4）设计并连接一个矩形波－锯齿波发生电路，画出电路图，并测量其幅值及频率。

五、实验总结

1、列表整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较，分析误差产生的原因。

2、画出正弦波、方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值）。

3、对于方波发生器，分析RW变化时，对

波形的幅值及频率的影响，讨论DZ的限幅作用。

4、对于三角波－方波发生器，分析电路参数变化（R1，R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响。

实验二 直流稳压电源

一、设计内容

设计并制作一台小功率直流稳压电源。

二、设计要求

1.输出直流电压Vo=±12V，最大输出电流

800mA。

2.纹波电压

≤5mV。

三、设计方案提示

直流稳压电源由四部分组成：

电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。

组成框图如图2－1所示。

   Tr                                                         

负载

图2—1

各组成部分的功能如下：

1.电源变压器：

将电网220V的交流电压变换成符合需要的交流电压。

2.整流电路：

利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。

3.滤波电路：

利用储能元件电容器C两端的电压不能突变的性质，把电容与整流负载并联，可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。

4.稳压电路：

使整流滤波后的直流电压基本上不随电网电压或负载的变化而变化。

图2－2所示电路是用桥式整流、电容滤波、三端集成稳压器7812和7912组成的具有±12V输出的直流稳压电源。

图2－2

变压器B降压，原边接交流220V，副边绕组中间有抽头，为双15V输出，二极管D3~D6和电容C10、C11组成桥式整流、电容滤波电路。

在C10、C11两端有18V左右不稳定的直流电压，经三端集成稳压器稳压，在7812集成稳压器输出端有+12V的稳定直流电压，在7912集成稳压器的输出端有-12V的稳定直流电压。

C12、C13用来防止电路自激振荡。

C14、C15用来改善负载瞬态响应，防止负载变化时，输出电压产生较大的变动。

D9、D10是发光二极管，用作电源指示灯。

R15、R16是发光二极管的限流电阻。

D7、D8为保护二极管，用以防止当集成稳压器输入短路时，电容C14、C15放电损坏集成稳压器。

四、元器件选择

变压器B选用额定功率为20W、输出双交流15V的电源变压器。

D3~D6采用1N4004型整流二极管。

三端集成稳压器7812、7912采用S-7型封装，外加散热器。

C10、C11为电解电容2200uF/25V。

C12、C13可选用0.33uF独石电容。

C14、C15采用电解电容100uF/15V。

D7、D8采用二极管1N4001。

D9、D10采用直径5mm普通圆形发光二极管，可分别选用红色、绿色。

R15、R16选用碳膜电阻4kΩ，1/8W。

五、实验报告要求

1、电源、整流和稳压电路图。

2、电路工作原理说明。

3、各元器件的选择（列明细表）。

4、实验测试结果报告。

实验三 音频功率放大器

一、设计内容

设计并制作一个功率放大器

二、设计要求

1、输入信号：

150~500mV

2、输出功率：

>10W

3、频带宽度：

10~14000Hz

三、设计方案提示

本方案采用前置放大器、集成功率放大器和电源三大部分组成。

1、前置放大器的任务是把各种信号源送来的声音信号进行足够的放大，以供给功率放大器。

电路如图3－1所示。

                                      图3－1   

图中话筒输入插口（MICIN）接动圈式话筒，一般动圈式话筒的输出电压仅有几毫伏。

线路输入插口（LINEIN）信号是由录音机或收音机来的高电平音频信号，这些信号约为150~500mV。

由于话筒送来的信号电压太小，因此必须先经放大后，才能与线路输入来的信号进行混合放大。

A是由集成放大器组成的同相输入比例放大器，放大倍数约为（R3+R4）/R3=210倍，如果话筒输入电压是1mV，那么经过A1放大可得210mV的输出电压。

B是集成运放组成的混合放大器，它也是一个同相输入放大器，放大倍数为（R7+R8）/R7=20倍，其输出信号电压可达3V左右，足以推动功率放大器。

电位器Rp1可用来调节话筒来的信号的大小，R5是隔离电阻，可以避免当Rp1动端移至接地端时，线路来的信号被短路到地。

R9、C3、R10、C4是电源去耦电路，以防止电源交流声和汽船声。

C1、C2为耦合电容。

       2、功率放大器是把经前置放大器进行电压放大以后的音频信号再进行功率放大，以输出可以驱动扬声器发出声音的电压信号。

电路图如图3－2所示。

                                 图3－2

TDA2030是高保真集成功率放大器，输出功率大于10W，频率响应为10~140KHz，输出电流峰值最大可达3.5A。

其内部电路包含输入级、中间级和输出级，且有短路保护和过热保护，可确保电路工作安全可靠。

TDA2030的使用很方便，只需在其外部接有少量元器件。

Rp2是音量调节电位器，C5是输入耦合电容，R11是TDA2030同相输入偏置电阻。

R12、R13决定了该电路交流负反馈的强弱及闭环增益。

该电路的闭环增益为（R12+R13）/R12=（0.68+22）/0.68=33.3倍，C6起隔直流作用，以使电路直流为100%负反馈。

静态工作点稳定性好。

C8、C9为电源高频旁路电容，防止电路产生自激振荡。

R14、C7称作为佐贝尔网格，用于在电路接有感性负载扬声器时，保证高频稳定性。

D1、D2是保护二极管，防止输出电压峰值损坏集成块TDA2030。

3、电源部分。

图3－3所示电路是用三端集成稳压器7812和7912构成的具有±12V输出的直流稳压电源。

因在实验二中已涉及到该电路，此处不再赘述。

图3－3 

          整个音频功率放大器电路见图3－4。

四、元器件选择

1、前置放大器

集成运算放大器采用TL082，它是JFET（结型场效应管）输入，高输入阻抗运算放大器，为双运放。

C1、C2、C3、C4采用电解电容，耐压为16V。

Rp1选用碳膜电位器，所有电阻都采用碳膜电阻，额定功率为1/8W。

2、功率放大器

集成功率放大器为TDA2030。

Rp2为碳膜电位器。

C5、C6为电解电容，耐压为16V，C7、C8、C9为瓷介电容。

R11、R12、R13为碳膜电阻，额定功率为1/8W。

R14为碳膜电阻，额定功率为1/4W。

D1、D2为IN4001小功率整流二极管。

B为4Ω或8Ω、15W全频扬声器。

         3、变压器B选用额定功率为20W、输出双交流15V的电源变压器。

D3~D6采用1N4004型整流二极管。

三端集成稳压器7812、7912采用S-7型封装，外加散热器。

C10、C11为电解电容2200uF/25V。

C12、C13可选用0.33uF独石电容。

C14、C15采用电解电容100uF/15V。

D7、D8采用二极管1N4001。

D9、D10采用直径5mm普通圆形发光二极管，可分别选用红色、绿色。

R15、R16选用碳膜电阻1kΩ1/8W。

五、实验报告要求

1、音频功率放大器电路图。

2、电路工作原理。

3、电路各元器件的选择（列明细表）。

4、实验测试结果报告。

附：

TL082管脚排列图 

实验四 电冰箱电视机过压欠压延时保护器

一、设计内容

设计并制作一个电冰箱、电视机过压欠压延时保护器

二、设计要求

1、工作电压：

220V

2、保护功能：

输出电压≥245V时，断电

输出电压≤180V时，断电

延时1～2分钟

3、输出负载功率：

额定功率300W、500W

4、本身耗电：

≤1.5W

三、设计方案提示

电冰箱作为一种高档的家用电器，其安全使用对电源电压有一定的要求（175V～245V之间）。

但目前我国电力供应十分紧张，很多地区电压极不稳定；更由于人为的原因使电源电压在瞬间数次通断，造成电冰箱不能正常工作甚至损坏。

针对这一问题，我们要求设计一种以集成电路为核心，配以优质元件的实验用多功能电冰箱、电视机过压欠压延时保护器。

该保护器具有过压断电，欠压断电，上电延时等多种功能，避免电源电压突然发生变化时对电冰箱、电视机造成的不良后果，从而延长了电冰箱、电视机等家用电器的使用寿命。

该保护器的电路原理图如图4－1所示：

                              图4－1

本电路主要由电源电路，功能电路和启动电路三部分组成。

1、电源电路

该电路的电源采用变压器双边供电，其初级220V的交流电压经二极管单向半波整流，获得脉动的直流电压，经电阻降压后提供工作所需要的输入电压；其次级所获得的交流电压，经一只二极管单向半波整流后，再经电容滤波、W7809集成稳压后，获得较为平滑、稳定的直流电压。

该电压一方面为启动电路提供参考工作电压，另一方面向功能电路提供稳定的参考工作电压。

2、启动电路

电路由一级电压比较器（运放A4）和三级管T3组成。

电压比较器4（运放A4）的参考电压从B点取出，反相端的输入电压由C点提供，C点电压的变化幅度决定着电冰箱、电视机等家用电器的工作状态。

当C点电压低于参考电压时，比较器4输出高电平，使三极管T3饱和导通，继电器J上电吸合，接通冰箱电源，使冰箱工作。

反之，当C点电压高于参考电压时，电压比较器输出低电平，三极管T3截止，继电器J失电断开，切断冰箱电源，使冰箱停止工作。

3、功能电路

本电路又包括采样电路、过电压保护电路、欠压保护电路和延时电路四部分。

3.1采样电路

由电阻R2、R3、R4组成，给各级电压比较器提供参考电压。

3.2延时电路

该延时电路结构简单，由电容C3和电阻R10组成。

刚通上电后，由于电容两端的电压不能突变，电压全部加在电阻的两端，即C点为高电压。

之后，电容C3充电，其两端电压逐渐升高，使C点电位逐渐降低，当低于电压比较器4的参考电压时，比较器4输出高电平，使继电器动作，接通冰箱电源。

3.3过压保护电路

过压保护电路采用两级电压比较器（运放A1和A2），其参考电压从A点取得。

比较器1的输入电压由电位器W1提供，当电源电压由于某种原因升高时，电位器W1两端的电压升高，比较器1的输入电压亦随之升高。

当输入电压高过参考电压时，比较器1输出低电平。

比较器2起反相作用，在其输出端得到高电平。

该电平高于电压比较器4的参考电压，从而使启动电路动作，继电器J失电断开，切断冰箱电源，使电冰箱停止工作，起到保护作用，同时该高电平使三极管T1饱和导通，发光二极管LED1发光指示。

3.4欠压保护电路

欠压保护电路由一级电压比较器3（运放A3）组成。

参考电压从A点取出，输入电压由电位器W2提供，当由于某种原因电源电压下降时，电位器W2两端电压下降，比较器3的输入电压亦随之下降。

当该输入电压低于参考电压时，比较器3输出高电平，使启动电路动作，切断冰箱电源起到保护作用，同时，该高电平使三极管T2饱和导通，发光二极管LED2发光指示。

四、调试要点

T1、T2、T3采用3DG6或3DG12，要求β值在80倍左右。

发光二极管LED1、LED2、LED4均用Φ5mm红色的BT205型发光管，LED3采用Φ5mm绿色的发光管。

电容C2、C4起滤波作用。

C2不能太大，也不能太小，一般取47uF，C4取30～50uF。

电阻R10取不同的阻值，可以获得不同的延时时间，本电路采用电阻1MΩ，电位器W1、W2均为47K。

二极管D1、D2、D3、D4均采用1N4007。

集成块选用LM324。

电路安装完毕后，通电调试。

调电位器W1使电源电压高于245V时，继电器动作；调电位器W2使电源电压低于180V时，继电器动作。

调试时，可借助发光管LED4的亮灭来完成。

五、使用方法

刚接通电源，J不带电，发光二极管LED4亮（延时显示）。

经1～2分钟后，J带电，发光二极管LED3亮，延时完毕，说明电路工作正常。

调节自耦变压器，将输出电压慢慢调低，当输出电压调至180V时，继电器J失电，LED3熄灭，LED4发光，指示电器处于断电状态，同时欠压显示发光二极管LED2亮，说明此时电网电压处于欠压状态。

将电路恢复正常后，重新调节自耦变压器，将其输出电压调至245V。

此时，继电器失电，LED3熄灭，LED4发光，指示电器处于断电状态，同时过压显示发光二极管LED1亮，说明此时电网电压处于过压状态。

六、实验报告要求

1、音频功率放大器电路图。

2、电路工作原理。

3、电路各元器件的选择（列明细表）。

4、实验测试结果报告。

附：

四运放LM324芯片管脚排列图

实验五  温度控制电路

一、设计内容

设计并制作一个温度控制电路。

二、设计要求

1、温度控制范围为20℃～100℃。

2、温控精度在±2℃以内。

三、设计方案提示

图5－1 温度控制电路组成框图

温度控制电路可由温度传感器、放大器、比较器及驱动电路等部分组成，组成框图如图5－1所示。

温度传感器将温度信号转化为电压信号（正比于温度），测量放大器将传感器测温电路输出的微弱信号按一定比例进行放大，然后送到比较器与给定电压比较后，控制驱动电路带动执行机构中的继电器动作，进行加热或停止加热，以达到控制温度的目的。

图5－2  温度控制电路

一个实际的温度控制电路如图5－2所示，是由测温电桥、测量放大器、滞回比较器及三极管驱动电路等组成。

测温电路是由温度传感器组成的测温电桥。

在图5－2中，R1、R2、R3和Rt为电桥的四个桥臂，其中Rt为热敏电阻传感器，电桥对角A、B两点为输出，接到测量放大器上，B点电压VB就是对应的温度值。

电桥另一对角分别接电源电压V+（9V）和地端。

由于温度的不同，在测温电桥A、B点会产生不同的电压差，这个差值送入测量放大器中进行放大。

放大器电路实现对传感器测温电路输出的微弱信号按一定的比例进行放大，要求输入电阻高,输出电阻低，同时应具有很高的共模抑制比及良好的温度特性。

本实验放大器电路选择由四运放集成电路LM324中的三个运放组成的仪用放大器电路，如图5－2中的A1、A2、A3。

图中R5=R6，R7=R8，R9=R10,其E点输出电压VE=R9/R7（1+2R5/R4）（VA－VB）。

信号被放大后进入到滞回比较器的反相输入端，与比较电压UR比较后，由滞回比较器输出信号给三极管，控制三极管导通还是截止，从而控制继电器动作。

电路中设计有带滞回的电压比较器，其作用是防止温度在控制点附近变动时造成继电器的频繁通断。

改变滞回电压比较器的比较电压UR能改变控温的范围，控温的精度由滞回比较器的滞环宽度确定。

滞环宽度（滞回电压）取决于R12和R13。

该电路的滞回电压为：

式中，VZ为F点电压，即稳压管2DW7的稳压值。

当检测温度低于设定温度时，比较器输出高电平，三极管VT截止，继电器不吸合，LED1灯不亮；当检测温度高于设定温度时，比较器输出低电平，三极管VT导通，继电器吸合，LED1亮，继电器对加热器或者制冷器进行控制。

四、元器件选择

A1～A4选用四运放LM324集成块，采用单电源＋9V直流电压供电。

VT选用9012三极管。

VD1～VD5选用1N4004二极管；稳压二极管选用2DW7,稳压值为6V；LED1选用Φ5mm红色发光二极管；LED2选用Φ5mm绿色发光二极管。

Rt选用T-121型NTC热敏电阻传感器，具有负温度系数，在25oC时其阻值是10KΩ。

本次实验选用9V继电器JZC-23F（HG4123）。

五、实验调试要点

  图5－2电路中所给参数为参考参数，可根据温控范围调试时加以改变。

电路接好后闭合开关S，LED2（绿色）灯亮,表明电源已加上。

分别调整RP1和RP2，使得在温度偏低（设为控制温度t1）时，LED1（红色）灯不亮，温度偏高（设为控制温度t2）时，LED1（红色）亮，以此表示继电器动作。

六、实验报告要求

1、温度控制电路原理图。

2、电路工作原理。

3、电路各元器件的选择（列明细表）。

4、实验测试结果报告。