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模拟与数字电路实验教案

http://fdjpkc.fudan.edu.cn/d201108/main.htm

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实验安排及教学要求

1、实验准备及常规仪器设备使用

2、分立元件及负反馈放大电路设计

3、运放基本应用电路

4、测量放大器

5、LC三点式振荡器

6、模拟乘法器及调幅与检波电路

7、锁相环及频率调制与解调电路

8、脉冲电路及其应用

9、综合实验

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1、基本仪器和分立元件放大器实验讲解，器材发放，基本仪器实验。4课时

2、基本仪器实验、分立元件放大器实验，12课时。3、运放基本应用和测量放大器实验讲解，运放运放基本应用实

验，4课时。4、运放基本应用和测量放大器实验，12课时。5、调幅与检波实验讲解，调幅与检波实验，12课时。6、三点式振荡器讲解，三点式振荡器实验。8课时。7、锁相环实验讲解，锁相环实验，12课时。8、脉冲电路实验讲解，脉冲电路实验，8课时。9、综合实验讲解，发放器材，4课时。10、综合实验，20课时。11、机动，4课时。12、实验器材归还4课时

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实验时间 指导教师 实验时间 指导教师

周一下午 王 勇，童立青 周六上午 童立青，助教4(蔡菀頔)

周三上午 孔庆生，助教1(项煦) 周六下午 孔庆生，助教5(苗佳佳)

周四下午 王 勇，助教2(成庆荣) 周六上午 孔庆生，崔旭高

周五上午 王 勇，助教3(刘程诚) 周六下午 王 勇，童立青

周五下午 孔庆生，崔旭高 周日上午 崔旭高，助教6(顾佳峰)

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实验准备及常规仪器设备使用

实验室规则及安全教育

1、在实验前应认真预习实验内容，明确实验目的和要求，并写好实验预习报告。

2、进入实验室应保持安静、整洁，不得大声喧哗。严禁将食品、饮料带入实验室。

3、学生在教师的指导下，根据实验内容和仪器操作规程做实验。

实验室规则

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4、实验时应独立思考，认真操作，如实记录各种实验

数据，实验数据须经指导教师检查并验收签字。不得抄袭别人的实验数据，不得相互拷贝实验电路或相互交换实验板，否则一经发现，则本学期实验成绩以零分记，并依照学校有关规定严肃处理。

5、实验中注意安全。不得擅自开启总电源。如发生问题应立即向老师如实报告。

6、爱护仪器设备，如有人为损坏仪器设备，照价赔偿。

7、实验应在规定的时间完成。实验结束后应自觉整理实验设备，清理桌面并将椅子放回原处。

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安全教育

实验室用电安全注意事项：

1、认真遵守电子信息教学实验中心各实验室管理条例

2、学生不得自行开关实验室总电源

3、实验室仪器后盖面板上的电源接插座、插头、保险丝座为高电压区域，严禁随意拆装

8、实验课不得迟到、早退和无故缺席。事假应事先

凭辅导员签名的假条请假，病假凭医生证明的病假单请假，否则一律以旷课论处，并报教务处备案。

9、学生撰写实验报告应依据自己的实验数据和实验

结果认真分析总结，不得抄袭别人的实验报告，否则一经发现，则实验成绩以零分记，并依照学校有关规定严肃处理。

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4、学生不得随意拆装实验室仪器

5、密切注意各实验室中装备、仪器、操作台等部位的高压标记，严禁双手触摸

6、严禁带电进行接线、调整电路元件等操作，电路搭接与元件插拔等操作应保证在切断电源的条件下进行

7、在进行接线、调整电路元件等操作时，即使在知晓电源已切断的情况下，也必须先以单手手背先试探性地触碰一下实验对象，以确认实验系统绝对不带电，然后方可以手指(手心一面)触摸实验系统(如果手背触电，则被弹开；而如果手心触电，则被紧握，无法松开)

8、电烙铁的使用必须限制在实验室内规定地点，使用结束之后必须将烙铁插头拔出电源插座

9、电烙铁应仔细摆放，严禁将烙铁头接触电源线，严防触电事故发生

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关于模拟与数字电路实验报告及实验验收的说明：1、学生在进行新实验之前必须预习实验原理和实验内容，设

计并画出完整的实验原理图，实验报告中实验原理部分主要由预习报告构成，实验指导教师在新实验讲解之后应检查学生预习报告，作为学生实验态度考核内容之一。2、学生实验过程应严格按照实验规程和实验步骤要求进行，

电路连线应清晰、规范，正确安全使用实验设备，认真填写实验数据、表格、波形图等，实验教师在指导实验和验收实验的过程中，应检查学生实验过程的规范性、实验数据的完整性、实验结果的合理性，并抽查学生部分实验数据，杜绝实验数据抄写和胡乱搭建实验线路现象。学生实验数据（元器件参数、必要的线路图、测量数据、信号波形参数等）应由指导教师签字并作为实验报告的附件，在交实验报告时一并上交，学生实验报告第二部分应包括实验步骤、测量方法和实验数据整理。3、实验报告的第三部分主要包括实验数据、实验结果讨论；

故障现象分析以及思考题回答。

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模拟与数字电路实验考核方式：以平时实验成绩和期末考试成绩综合评定，其中平时实验成

绩占80%，期末考试成绩占20%，A-以上成绩要求平时成绩A-以上且期末考试成绩在前1/3,平时实验成绩部分具体评定方法如下：

1、实验预习和实验纪律：根据学生有无迟到、早退、无故旷课现象，实验预习报告是否认真、实验中有无大声喧哗、是否爱护实验器材等方面评定,学生迟到一次实验成绩降低一档，无故旷课两次以上本学期实验成绩不合格。

2、实验结果和过程：根据学生完成实验情况评定，具体评定分三部分：（1） 基础实验内容。（2） 选做实验或实验的提高部分。（3） 创造性、独特性发挥部分。各部分视学生实验完成情况综合评定。

3、实验报告：主要根据学生实验报告理论推导有无错误、参数计算是否正确、实验过程实验数据和结果记录是否完整客观、故障分析是否合理、实验问题回答是否正确等评定。

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实验一：实验准备及常规仪器设备使用

一、实验目的：掌握示波器、信号发生器、稳压电源、实验板、面包板等常规仪器和设备的工作原理、使用方法。

二、实验原理：

1、数字示波器基础知识及使用简介：

所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号，示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器（ADC）对这些瞬时值或采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。

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数字存储示波器（DSO）系统结构简图，一般包括垂直系统、水平系统、触发系统。有关示波器、信号源、直流电源使用见“基本仪器使用.PPT”

触发系统：如果没有触发电路，你在屏幕上看到的将会是具有随机起始点的很多波形杂乱重叠的图象。而触发电路的作用就在于保证每次时基在屏幕的扫描的时候，时基扫描都从输入信号上的一个精确确定的点开始。作为数字示波器来说，触发实际上确定波形的存储起点（详细见课程网站链接）。

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触发源：它决定触发信号从哪里获得。在多数情况下，触发信号来自输入信号本身。所以如果只使用一个通道，那么触发源就设置为该通道。如果使用多个通道，那么触发源可以从这些通道中选取。

触发电平：触发电平控制机构设置选定触发源的信号欲使触发电路启动时基扫描所必须跨越的电压电平值。

触发斜率：触发斜率控制机构决定触发发生于触发源信号的上升沿（"正斜率"）或者下降沿（"负斜率"）

触发耦合 ：以决定选定的触发源信号送往触发电路的耦合方式

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• 触发电路的作用就是保证每次时基在屏幕上扫描的时候，都从输入信号上与定义的触发点相同的点开始，这样每一次扫描的波形就同步的，从而显示稳定的波形，见图b；没有触发电路在屏幕上看到的将会是具有随机起点的很多波形杂乱重叠的图象，见图a 。

不正常触发

正常触发a

b

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触发释抑（Hold off）

• 有些信号具有多个可能的触发点，如右图数字信号。

该信号虽然在较长的时间周期内是重复的，但是在短时间内情况则不然，这样一来，正常触发扫描出的波形出现混迭。

• 为解决这个问题，采用了触发隔离功能，即在各次扫描之间加入延迟时基，使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形显示。

• 另一方面，触发隔离的使用显然在波形捕获方面遭到了损失。

隔离时间过短波形混迭

正确隔离时间

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2、示波器探头补偿

Rp (9 MΩ)和Cp位于探头尖端内，Rp为探头输入阻抗,Cp为探头输入电容,R1 (1 MΩ)表示示波器的输入阻抗,C1 表示示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿箱电容的组合值.

对于一个6feet的电缆就存在60pF容性，加上一般示波器的20pF的输入电容以及一些杂散，大致为90pF左右。根据1：10的分压，探头的输入电容应该为10pF左右。为了精确地测量，两个RC时间常量（RpCp和R1C1）必须相等，补偿电路计算请参考课程网站：http://fdjpkc.fudan.edu.cn/_upload/article/files/bd/75/c624eed5459f87bd8250cde43a55/c63ab485-e378-4138-bd88-4a610996b13c.pdf

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三、实验内容：

1、示波器×10档探头补偿电容调试。

2、正弦波信号测量：信号源分别产生频率为1Hz、10Hz、1KHz、10Khz、100KHz、1MHz、10MHz、20MHz，幅度为2.5V的正弦波，用AC、DC耦合示波器探头×1和×10档分别进行测量，记录示波器测量的信号频率和对应的幅度。

3、测量方波信号的上升时间和下降时间：信号源产生频率为2KHz幅度为2.5V的方波，用示波器的DC耦合示波器探头为×10测量信号的上升时间和下降时间。

4、测量直流稳压电源的输出电压：直流电源分别输出5V、12V、-12V，用示波器 探头×1测量直流电源输出。

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实验二：分立元件及负反馈放大电路设计

一、实验原理：本实验的原理在本单元实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习前要求：放大电路的基本概念和主要元器件参数的设计要点及电路性能指标的测试方法，预习时三极管放大倍数β暂时定为60， IC不要超过30mA，功率不要超过400mW，VCEO =30V。

三、基本实验内容：

1、放大器的设计

• 放大器指标为：电压增益KV = 50，输入阻抗Ri ≥ 3kΩ，输出出阻抗Ro≤100Ω，不失真输出动态范围Vopp ≥ 5V，低半功率点频率fL ≤ 100Hz。

• 已知：负载阻抗RL=1kΩ；直流偏置电源电压Ec=12V；晶体管9011和9012三极管各一个,参数β≥60 。

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2、设计提示及注意事项：

（1） 根据给定的放大器指标，输出电阻比较小，所以输出级应采用射极跟随器或引入电压负反馈，而射极跟随器无电压增益，故采用两级放大电路的设计，输入级采用电压增益较大的共发射极放大电路，由于射极跟随器输入电阻比较大，避免了负载效应，从而放大倍数比单级共发射极放大电路要大的多。由于要求输入电阻比较大，在输入端应引入串联反馈，由于要求的增益并不大，两级放大电路可以满足增益要求，故电路初步设计方案如下页电路图所示。

（2）低半功率点频率fL ≤ 100Hz设计主要考虑电路中电容的取值，由于Ce两端的交流等效电阻最小，对应的时间常数最小，故fL主要取决于Ce的取值。

（3）Q1、Q2级电路都采用分压偏置方式，二级电路的静态工作点电流ICQ1、ICQ2及静态工作点电压VCEQ1、VCEQ2具有较好的稳定性。

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（4）偏置电阻设计要满足交流指标设计要求，同时兼顾考虑静态工作点的稳定性和低功耗和低噪声。注意三极管极限参数

设计参考:

A、设计也可以从输入级开始，具体设计过程参考如下：首先考虑稳定性条件(虽然实验题目没有给出稳定性的设计指标要求，但是分压偏置电路一个重要特点就是提高了电路的稳定性,而且第一级的稳定性对多级放大器而言是很重要的, 另外考虑这一因素相当于又增加了一个设计条件,简化了设计过程),Q1的发射极电位取为: (0.1-0.2)Vcc,即2V左右，1.2--2.4V。第一级设计在满足各项设计指标的要求下要兼顾稳定性.

B、设计第一级电路应尽量使ICQ1小即功耗小的情况下，满足电路设计要求，这里主要是满足摆幅要求（ ICQ1小摆幅容易受截止失真限制），第一级输出摆幅近似ICQ1（Rc1//ri2）约等于

VEQ1（Rc1//ri2） /（Re11+Re12）

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由于Rc1受输出电阻约束（近似为re2+Rc1/60〈100欧姆），所以若Rc1取5.1K左右，如摆幅为6V，则Re11+Re12取值在1.5K—3K左右。 ICQ1 在1mA左右。

C、Re11取值影响输入电阻和增益，由于输入电阻要求大于3K，因此Re11取值最好在51欧姆左右（ Re11 太小非线性失真也比较大），增益近似Rc1/(VT/IC1+Re11) 。

D、根据稳定性要求，即：Ib11=（5-10）IB1和Q1的基极电位确定Rb11、Rb12， 以上具体估算数值可在软件仿真时调节。以上设计方法参考自谢嘉奎主编“电子线路”（线性部分）第四章放大器基础。E、第二级设计可以直接从输出摆幅入手确定其静态工作点和电路参数，由于电容耦合，两级工作点隔离，静态工作点可分别设计。考虑到饱和压降和负载影响交流负载线与输出特性曲线横轴交点取为6-8V，VECQ2应为3-4V，电流摆幅应为:电压摆幅/R’L，已知负载电阻1K, 则可得(12-VECQ2)/Re2=4/ R’L，可求得Re2为1K-2K。 Re2不可太小,否则功耗较大(色环电阻1/8W)

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F、第二级Rb21、Rb22 并联总电阻应远大于Rc1以减小后级放大器的负载效应，所谓后级放大器的负载效应是指Ri2》Rc1，这样Rc1// Ri2近似等于Rc1，不会影响前级放大器增益，这也是为什么后级电路采用射级跟随器的原因之一，一般取Rb21 // Rb22大于5倍以上的Rc1。需要说明的是Rb21、Rb22又不能太大，否则影响第二级的工作稳定性，应首先考虑满足交流指标兼顾一定的稳定性要求。

（5）具体调节时应注意：交流电压放大倍数主要与 RC1 、后级的输入阻抗以及负反馈电阻Re11 有关，RC1 本身也是直流负载电阻，增大RC1可以提高增益但容易使三极管进入饱和区，另一方面增大RC1 也会使输出电阻增大。Q1的Re11为交流负反馈电阻，能够提高输入电阻，改善非线性失真，展宽通频带，太小负反馈作用不明显，太大放大器增益下降明显。

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3、放大器的PSPICE仿真

软件模拟仿真设计放大电路，进行瞬态分析，根据静态工作电和输出波形失真情况，修改电阻、电容的设计数值（注意电阻电容数值应取系列值），调试电路工作正常并以满足放大器设计指标的要求。进行交流分析测量带宽和增益、交流输入电阻、输出电阻。

4、放大器的实际电路安装制作

(1)用晶体管特性测试仪测量所用晶体管的参数，记录晶体管的实际β值。根据测量值修改软件模拟仿真时三极管放大倍数，重新调试电路工作正常并以满足放大器设计指标的要求。

(2)按软件模拟仿真设计放大电路安装一个放大器。要求元件排列合理、布线整齐、电接触可靠。注意电源极性。

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5、放大器参数测试

(1)用逐级调试的方法排除故障，用示波器测量放大器的直流工作点，并与设计值、仿真值比较。调试电路的电阻、电容值，使放大器电路正常工作。

(2)测量不失真输出信号峰峰值Vopp，及对应的输入信号峰峰值Vipp，并与设计值、仿真值比较。

(3)测量带宽和增益、交流输入电阻、输出电阻，并与设计值、仿真值比较。

6、寄生反馈及消除：

在一般多级放大器中，总会产生各种类型的寄生反馈。寄生反馈的类型和消除办法在讲义中有详细的讲解，这里主要强调电源退耦的重要性。退耦元件的数量力求减少，接入位置要选择得当。例如，对于如下图所示电路，一般只要接入Cφ1即可。如果Cφ1仍不能消除寄生振荡，再考虑接入Rφ2、Cφ3。

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Cφ的接入位置应根据线路板的具体结构正确选择。例如，若放大器的电源Ec和放大器接线相距较远，两者之间是通过较长的导线连接的，对高频信号而言，这根导线就等效于一个电感，如下图所示。此时，Cφ1就应接在靠近放大器的一侧(图中实线)，而不应接在靠近Ec一侧(图中虚线)。因为对高频信号而言，连接导线的感抗ZL=jωL已相当可观，输出电流Io又会在ZL上建立新的反馈电压VfL，等效于加大了电源的内阻。

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三、提高实验内容（硬件选做软件仿真开放实验）：

• 已知条件:输入信号幅度=10mV,信号源内阻600欧姆,放大器负载电阻RL=1kΩ, 9011三极管2个，9012三极管1个，参数β≥100.设计一个音频阻容耦合放大器，设计指标:

输出幅度= 1V, 输入电阻≥ 20K欧姆 ,输出电阻≤10欧姆,3dB带宽下限小于30Hz，上限大于30KHz,当放大器开环增益变化10%时,闭环增益变化≤1%.

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实验三：运算放大器基本应用电路

一、实验原理：本实验的原理在本单元实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习要求：实验前要求预习有关运算放大器基本使用及调试方法、运放应用电路及电路性能指标的测试方法。要求在实验室外完成运放同相、反相放大器、运放电流源电路、运放积分微分电路的设计仿真。

三、基本实验内容：

1、同相电压放大电路设计与测试：

放大器电压增益10，要求测量最大不失真输出动态范围(此时输入信号频率统一为1KHz)Vopp 和放大器的幅频特性(测量放大器幅频特性时，通带输出电压峰峰值统一为1V)。直流电源电压VCC=+8V， VSS=-8V 。

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实验电路参考：

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此电路仅用于实验讲解，不做该电路实验

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此电路仅用于实验讲解，不做该电路实验

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此电路仅用于实验讲解，不做该电路实验

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此电路仅用于实验讲解，不做该电路实验

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此电路仅用于实验讲解，不做该电路实验

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二、反相电压放大电路设计与测试：

放大器电压增益10，要求测量最大不失真输出动态范围(此时输入信号频率统一为2KHz)Vopp 和放大器的幅频特性(测量放大器幅频特性时，通带输出电压峰峰值统一为1V)。直流电源电压VCC=+8V， VSS=-8V 。

反相放大电路为电压并联负反馈，适合将电流源转换为电压源：

但当被测电压信号源内阻不大时，也可以做电压放大。

此电路仅用于实验讲解，不做该电路实验

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实验电路参考

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三、运放电流源电路设计与测试：

设计电路实现将1-5v电压转化为0.5-1mA电流输出。直流电源电压VCC=+8V， VSS=-8V 。下图为电流串联负反馈电路，请测量负载电阻在51、100欧姆、1K欧姆时流过的电流（输入电压为1V和2V。将运放输入电压源改为峰峰值为2v频率为1Khz的正弦波,测量输出负载上电流幅度在不同电阻时的大小。

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如设计电路实现将1-5v电压转化为超过10mA电流输出。运放输出端应加三极管或场效应管驱动或达林顿管驱动，下图为三极管驱动电流源电路。直流电源电压VCC=+15V， VSS=0V。

测量负载电阻为51、100、200时流过的电流（该实验不做硬件实验，仅仿真实验）

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四、设计及调试注意事项：

1、注意运放电源不能反接：对应左边电路接线图如右所示：

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2、考虑运放的负载能力和功耗（最大500mW），运放的负载

电阻不可过小。

五、选做实验（硬件选做实验和软件仿真开放实验）

运放积分和微分电路，请根据教材P37要求设计积分和微分电路，在实验室外进行PSPICE仿真，设计前请仔细阅读P53设计要求，注意积分电路R1电阻要求大于1K欧姆，Rf为几百K欧姆大电阻，而微分电路要求Rf大于1K欧姆，R1为几十欧姆小电阻，可用电位器调试。因此无论积分还是微分电路都要仔细设计电容数值（必须是发的电容序列值），使积分和微分电阻参与积分和微分的电阻大于1K欧姆，但又不可过大，一般几K到几十K欧姆为好。

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一、实验原理：本实验的原理在本单元实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习要求：实验前要求预习有关测量放大器和有源滤波器设计的基本概念和和主要元器件参数的设计要点及电路性能指标的测试方法。

三、基本实验内容

1、当输入信号的峰-峰值Vspp=1mV时，输出信号的

峰-峰值 Vopp=1V。

2、输入阻抗Ri>1MΩ

3、频率特性：Δf（-3dB）=1Hz--XkHz

4、共模抑制比 CMRR>70dB

实验四、测量放大器

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四、设计及调试注意事项；

1、设计时考虑电路的实际性能，从减少噪声和提高共模抑制比的角度，一般第一级增益要大一些。考虑运放的负载能力，运放负载电阻的选取不能太小。R的选取和输入阻抗的要求及运放的偏置电流有关。调试时可分级调试。

2、实验中的输入信号Vs输入端的接法如图下页图，图中C1是隔直电容，对低频特性有影响，故不能取得太小，C2使另一端交流接地，又不影响直流平衡。

3、 在测量滤波器的幅频特性时，可以用示波器测量放大器的幅频特性的方法测量，用示波器直接观察截止频率处的波形衰减情况。

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4、滤波器的设计：任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器串联而成，设计大致分为以下几步

（1）、根据衰减要求确定滤波器的阶数n。

（2）、选择具体的电路形式。

（3）、根据电路的传递函数和查表（见讲义）后得到的滤波器的传递函数，建立起系数的恒等方程组。先定电容的序列值，再解方程组得到电路中其它元件的具体数值。

五、提高实验内容（硬件选做实验和软件仿真开放实验）

设计一个二阶带阻滤波器，要求f0=50Hz，Q=5。将带阻滤波器与你设计的测量放大器(fH=30Hz)连接观察自己的心电图波形。

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实验五、LC三点式振荡器

一、实验原理：

本实验的原理在本实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习要求：实验前要求预习有关LC三点式振荡器工作原理、Clapp、Seiler振荡电路起振条件和影响频率稳定度的因素等基本概念。分析各元件的作用及取值大小的出发点。

三、基本实验内容：

1、Clapp振荡器

实验电路见下页。

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1、调整静态工作点用示波器观察V'O电压波形，调整电位器Rb1，使电路产

生振荡测量停振时的静态工作点电流ICQ 。2、观察电容比C2/C1对振荡电压峰峰值Vopp的影响①保持电路稳定振荡时的静态工作点不变，C1=330pF。在

C2=1000pF两端并接不同电容直至停振，用示波器测量振荡波形峰峰值Vopp 。②保持电路稳定振荡时的静态工作点不变，C2=1000pF。在

C1=330pF两端并接不同电容直至停振，用示波器测量振荡波形峰峰值Vopp 。

3、测量振荡电压峰峰值Vopp和振荡频率之间的关系保持电路稳定振荡时的静态工作点不变，调节C，由大到小

，用示波器测量振荡波形峰峰值Vopp ，同时测量相应的振荡频率f。

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2、Seiler振荡电路

实验电路如下：

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2、Seiler

(1)调整静态工作点用示波器观察V’o电压波形，调整电位器Rb1，使电路产生振

荡。测量停振时的静态工作点电流IcQ。(2)观察电容比C2/C1、C”对振荡电压峰峰值Vopp的影响①保持电路稳定振荡时的静态工作点不变，C1=330pF。在

C2=1000pF两端并接不同电容直至停振，用示波器测量振荡波形峰峰值Vopp 。②保持电路稳定振荡时的静态工作点不变， C1=330pF

C2=1000pF。在C”两端串接不同电容直至停振，用示波器测量振荡波形峰峰值Vopp 。

(3)测量振荡电压峰峰值Vopp和振荡频率之间的关系保持电路稳定振荡时的静态工作点不变，调节电容C’，由大

到小，用示波器测量振荡波形峰峰值Vopp，同时测量相应的振荡频率f。

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四、实验注意事项：电路不起振应注意以下三点：

（1）、用三极管输出特性曲线测试仪检测三极管好坏。（2）、三极管的静态工作点是否正常。电容对直流开路

电感对直流短路。（3）、振荡电路是否有合适的交流通路。即电容电感是

否连接正常，旁路电容和耦合电容应对交流短路。

五、选做实验内容：

1、请将振荡电路改为共基极电路（即Q1基极交流接地），调试电路起振，重复必做部分实验步骤。

2、将振荡电路后接射极跟随器，调节跟随器电路和参数，使输出波形正常无寄生振荡。

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实验六、模拟乘法器及调幅与检波电路

一、实验原理：

本实验的原理在本实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习要求：实验前要求预习有关模拟乘法器、调幅与检波以及正弦波发生器的基本概念和主要元器件参数的设计要点及电路性能指标的测试方法，分析下页图中模拟乘法器外接器件的作用及取值大小的出发点。

三、基本实验内容：

实验电路见下页。

1、利用运算放大器设计一正弦波发生器，振荡频率为

1KHz，参考电路如下页图。

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2、调制电路测试：

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（1）、按上图接好调制部分电路（不插入集成块），首先检查各端点的直流电平，使电路正常无误后插入集成块，再检查各点直流电平，并使电路工作正常。

（2）、在X1端加入载波信号（Vpp=100mV，fc=1MHz），先使Y1端的Vs信号幅度（fs=1kHz）为零，调节调幅级电位器，使输出载波为零（无载漏），然后逐渐增加Vs信号幅度，观察输出端双边带抑制载波的调幅信号（DSB)，并测出上述条件下，最大不失真的Vo1pp值及此时的Vs幅度值。

（3）、输入载波信号（Vpp=100mV，fc=1MHz），调节调幅级电位器，使Vo1输出中有载波（有载漏）， ，然后输入fs=1kHz的调制信号，观察输出端的AM信号，并注意它与抑制载波的双边带调幅信号的区别。调节Vs的大小与电位器的位置，使输出端AM信号的Vo1pp值为1V，调制度为100%，测出此时的Vs幅度值。

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3、检波电路测试 ：

（1）、按图接好检波部分电路，检查电路无误，直流电平正常后，插入集成块，检查集成块各引出脚直流电平，使电路工作正常。

（2）、在检波器的X2输入端输入载波信号（Vpp=100mV，fc=1MHz），Y2端输入信号为零，调节检波级电位器，使输出载波为零，既电路平衡。

（3）、在检波器的Y2输入端输入fc=1MHz、fs=1kHz、Vpp=200mV、调制度为100%的AM信号，在X2输入端输入载波信号（Vpp=100mV，fc=1MHz），观察输出端解调出来的调制信号，调节W2电位器，使输出Vos的幅度最大，失真最小，并测出此时的Vos值。

（4）、将Y2输入端改为双边带载波抑制的调幅信号，其余条件同上，重复上述内容，并测出最大不失真Vos值。

67

四、实验注意事项：

1、正弦波振荡器可采用文氏电桥振荡器，需要加二极管稳幅电路。

2、观察是否有载漏，应将水平扫描档设置在每格1.0uS左右。

3、模拟乘法器工作不正常，应用示波器直流档观察各管脚

静态工作点，各管脚静态工作点参考值如下(仅做参考，

由于器件参数不一致，在参考值上下允许小的波动，注意

47K电位器在中间位置）：

（1）-0.4v (2) -1.12v (3) -1.12v (4) -0.4v (5) -7v

(6) 8.8v (8) 6 v (10) 6v (12) 8.8v (14) -8v

4、观察包络时，可将水平扫描设为每格250uS左右。

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五、选做实验：

适当调节载波和调制信号幅度，产生调幅系数为0.25的AM波（载波和调制信号频率同必做实验），AM波包络波谷幅度大于0. 7V，设计二极管包络检波电路，解调产生1KHz调制信号。设检波电路后级负载电阻为10K，要求解调产生的调制信号平均值为零，峰峰大于0.4V。 (为了减少二极管包络检波电路对乘法器的负载效应，检波电路前应加运放跟随电路)

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实验七、锁相环及频率调制与解调电路

一、实验原理：

本实验的原理在本实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习要求：实验前要求预习有关锁相环工作原理、锁相环同步与捕捉的基本概念以及基于锁相环的频率调制与解调电路图的主要元器件参数的设计要点及电路性能指标的测试方法。

三、基本实验内容：

参照实验讲义中的频率调制与解调电路图，用LM565模拟集成锁相环构成FM调制与解调电路，载波频率fo＝250KHz，调制信号频率为0.1—3KHz 。

1、锁相环同步带捕捉带测试

将锁相环4、5相连闭环，在不加输入的情况下，调整锁相环自由振荡频率调整为250KHz

然后用信号源产生250KHz方波，幅度与锁相环产生的方波幅度相当，将信号源输出方波通过隔直电容加到锁相环2管脚，示波器双踪观察信号源输出和锁相环4脚输出，两者应该相位差90°，如不是可以微调电位器达到相位差90°。

逐步增加或减小信号源频率，进行同步带测量。

根据同步带测量结果，在使信号源频率在带外失锁情况下，进行捕捉带测量。

3、用锁相环实现调制电路

实际是利用PLL内部的VCO作调制电路(PLL不需要闭环)，根据实验指标要求确定元件参数后安装电路，插查电路无误后接通电源，并调整VCO的中心频率f01为250KHz。

72

FM调制电路

73

加入的调制信号，在VCO输出端观察调频输出。若波形不正常，则调整电路，使工作正常。

4、用锁相环实现解调电路

根据实验指标要求，自行设计运放差动放大电路和二阶有源低通滤波电路，确定元件参数后安装电路。将解调电路闭环，其自由振荡频率调整到250KHz,观察VCO输出波形，确定电路工作正常后，将调频信号接到解调电路输入端。在调制信号为0的情况下，调制电路的输出和解调电路VCO的输出相位差应该是90°。

逐步增加调制信号幅度，观察PD输出波形（7脚）是否正常。并调整之，插查差动放大与二阶低通滤波器工作正常后连到PD输出端，分别观察放大器和滤波器输出端使电路工作都正常。测试解调输出最大不失真及相应的调制信号幅度（在调制电路输入端测），改变调制信号频率，测试解调输出频响特性。

7474

FM解调电路

75

四、实验注意事项：

1、565工作不正常，应测试各管脚静态电位是否正常。正负电源是否连接到位，6、7管脚输出直流电平约4.5V左右。

2、锁相环输出振荡信号频率如果特别高（MHz数量级），可能是Ct没有接好，锁相环通过分布电容形成振荡。

3、注意电源退耦的重要性。

4、两个锁相环应分别都调至250KHz左右，然后闭环连接，两者相位差调至π/2，再加调制信号。

5、加调制信号后（幅度不要过大，一般为零点几伏数量级），第一级锁相环输出为左右晃动的矩形波。第二级锁相环7脚输出为粗线条的正弦波形状。

6、由于第二级锁相环7脚带负载能力差，运放减法电路的输入电阻不能太小，一般为几十K以上。

76

五、提高实验部分

1、宽带AGC放大器的调试与测量，实验电路如下所示，分析下图各元件的作用及取值大小的出发点。测量AGC的范围。即输出VO幅度变化不超±10％时，输入信号的范围。

77

2、电路工作不正常，应从以下几方面着手（1） 电路中乘法器和放大器的静态工作点是否正确，乘法器的各管脚静态工作点如下：1、4：-3V，6、12：3.6V，2、3：-3.70V，5：-4.8V，7、8、9、11、13：0V，10：-200mV，14：-6V。

uA733的静态工作点：5：-6V，10：6V，1、2、6、14：0V，3、12：-790mV，4、11：-630mV，7、8：3V左右。

可在C12处断开，检查电路在没有负反馈情况下的输出波形是否正常，如果正常，在恢复负反馈，检查反馈通路检波和滤波电路是否正常，乘法器10管脚电平是否随着输入的增加而绝对值减小。

78

实验八、脉冲电路及其应用

一、实验原理：

本实验的原理在本实验讲义开始的原理部分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。

二、预习要求：实验前要求预习有关晶体管的开关特性（特别是加速电容的作用）、集成门电路组成脉冲单元电路的工作原理以及施密特门电路的特点，对门电路及触发器的负载特性也应该了解，特别应注意器件的使用安全。

三、基本实验内容：

试设计一个低频脉冲信号发生器，要求

1、频率为5-100kHz输出负脉宽为1-6uS可调TTL输出脉冲波。

2、频率为5-100kHz输出正脉宽为1-6uS可调，幅度0-12V可调的脉冲波。

79

3、将振荡器产生的TTL脉冲波进行同步和异步4分频。

四、实验注意事项：1、实验前应认真查阅有关器件的说明书，注意区分电源管脚

接地管脚、输入输出管脚，了解器件的负载特性、工作频率要求，一定要检查好电源输出是否正确。

2、环行振荡器不工作应逐级检查每个门电路的输入输出逻辑，另外如果所用的门电路为TTL器件，则R不能太大，对74LS系列门电路，R一般为几K的数量级，这一点在实验中可以测量出来的。

80

图7-6改错

81

3、积分型和微分型单稳态电路具有不同的工作特性，其中

积分型单稳态电路能够将宽的正脉冲波转换为负的窄脉

冲输出，要求输入触发正脉冲宽度必须大于所需输出脉、

冲的宽度，而且频率不能太高。

微分型单稳态能够将窄的负脉冲波转换为负的宽脉冲输

出，多采用输入触发负脉冲宽度小于所需输出脉冲的宽

度，而且频率也不能太高。

4、利用三极管实现电平转换的时候，应注意基极限流电阻不

能太小，否则三极管进入饱和区后会使前级门电路负载电

流过大，容易损坏器件。

5、如果三极管输出脉冲不理想，应考虑使用加速电容。

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五、提高或选做实验内容：1、 若希望频率连续可调范围增大为0.5~1000kHz，对环行

振荡器应采取什么措施？请设计电路实现。2、 微分单稳态电路中,电阻R的调节范围有限,当电阻R不

满足7-16时,微分电路工作不正确,如何改进电路,提高电阻R

的调节范围?即电阻R不满足7-16时,电路仍可以调节脉宽。

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实验九、综合实验

本实验单元共安排7个规定实验题目（实验中用到的数字电路部分可以用Xilinx或Quartus软件仿真，有关Quartus软件请参考课程网站使用说明书）：

实验一：计数型控制器设计

实验二：智力竞赛抢答计时系统设计

实验三：数字信号三位数字频率计系统设计

实验四：六位ADC系统设计

实验五：模拟信号六位频率计系统设计

实验六：直流数字电压表

实验七：IC_CARD设计

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下面分别简要介绍一下设计要求及注意事项：

实验一：计数型控制器设计

设计要求：试设计一控制器，要求控制器在开机T秒后启动某节拍分配器开始工作，而在节拍分配器运转N秒后自行停止，以后不断重复执行。T和N值可根据一组开关的预置值进行选择，节拍分配器的输出要求按下列程序工作：

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计数型控制器设计注意事项：

1、彩灯的循环显示可移位寄存器74LS194实现，设计控制器实现对74LS194左移、右移和置数端子的控制。控制器的设计可用74LS93实现。

2、起停控制可通过两个计数器控制T触发器实现对时钟信号的闸门控制。

实验二：智力竞赛抢答计时系统设计

设计要求：抢答电路能允许三组同学同时参加竞赛，在宣布了题目后，只要三组同学要求答题（通过开关）的时间差在100ns以上，电路应能予以判别，一旦某组抢到了答题权利，其他两组的抢答权利既自动取消。电路能给出谁首先抢到了答题权利的闪光显示信号。抢答所用时间由计时电路告知，要求计时电路显示时间精确到0.1秒，最大显示时间为90秒。一旦时间大于等于90秒，电路自动停止计数，并取消所有同学的抢

答权利。计时和抢答电路既受裁判控制，也受智力竞赛抢答获胜者控制。

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智力竞赛抢答计时系统设计注意事项：

1、抢答器可以用锁存器或触发器实现，也可以直接用与非门互锁实现。

2、计时系统可用计数器390和译码器249实现。

实验三：数字信号三位数字频率计系统设计

设计要求：设计一个三位数字显示频率计系统，要求测频范围为0.1～99.9kHz，三位数字显示末位为四舍五入显示（误差≤±0.05 kHz）。当被测频率f>99.9kHz时，电路应能给出小数点闪光的溢出显示。

数字信号三位数字频率计系统设计注意事项：

1、该系统主要是被测信号和闸门信号通过闸门形成的脉冲计数显示系统设计，可用晶体振荡器分频后形成闸门信号，计数显示与抢答计时系统一样。

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2、该系统的另一个设计要点是计数器的锁存清零问题，闸门信号、锁存信号和清零信号的关系如下（锁存信号也可以是高电平锁存，清零信号也可以低电平清零）：

闸门信号

锁存

清零

注意：锁存信号和清零信号的电平高低应视具体锁存器和计数器要求而改变，锁存信号和清零信号的产生可用单稳态器件74LS123实现。

该实验提高要求:实现f>99.9kHz时能够自动换档,测量100K

到999KHz信号,小数点右移一位,而f<99.9kHz时,也能够自动换档测量,小数点左移一位,实现自动换档时可不要求溢出功能和四舍五入功能.

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实验四：六位ADC系统设计设计要求：试设计一个逐次比较型六位ADC，能将0～3.2V的模拟量转换成数字量输出（以发光二极管的亮暗表示）。精度为6bit，分辨率为0.05V，转换速度为1～5ms。

六位ADC系统设计注意事项：

1、逐次比较型ADC系统组成下图所示，由比较器、数模转换器和数字系统三大部分构成，本实验仅要求设计能满足要求的数字系统部分。

+

-

+V

Vx

DAC0832

数字系统

89

2、数字系统的设计关键是六个触发器依次置1并通过比较决定触发器的1信号是否继续保持，六位比较完成后，六个触发器的状态就是转换结果。触发器可用D也可以用JK，依次置1信号可用移位寄存器194实现。

DAC0832实现单极性二进制数字到模拟电压转换的接线方法如下图所示：

90

实验五：模拟信号六位频率计系统设计

设计要求：输入模拟信号幅度：大于200mV，测量频率范围：100Hz一20MHz的六位频率计系统。

教材P183页图改错：上边4553的CIA和下边4553的CIB相连，断开上边4553的CIB和下边4553的CIA的连线。

模拟信号六位频率计系统设计注意事项：

1、实验原理请详细阅读实验讲义，该实验主要有两部分：信号放大整形、信号计数，放大整形可用uA733和高频三极管实现，考虑信号抗干扰也可以考虑使用施密特触发器件。信号计数部分主要是CD4553的正确使用，特别是闸门信号、锁存信号和清零信号的关系，见下：

闸门信号

锁存

清零

91

2、 uA733应接成单端输入单端输出的工作方式，其输出端有3V左右的直流电平，因此可以不加耦合电容直接接三极管整形电路。CD4553由于是MOS器件，一定不要有悬空的输入端子。

实验六：直流数字电压表

设计要求：设计一个直流数字电压表，要求如下：用三位十进制数显示，量程为+5.00V，分辨力为0.0lV，测量精度为士两个字，测量速度50次／秒。溢出显示：当被测直流电压超过量程时，三位数字全部灭灯，同时三个小数点全亮。

直流数字电压表设计注意事项：

1、积分器和比较器的设计：矩形波振荡器考虑振荡的稳定性可以用晶体振荡器实现，积分器应用运放积分电路，积分电路的充放电时间常数的设定应保证产生良好线性度的锯齿波。比较器应该用单电源供电的358，输出TTL电平。

2、下图为单积分V—T变换工作原理框图讲解：

92显示

积分电路 比较

电路

计数脉冲

控制电路

受控门

计数

锁存

译码

Ux

清零

锁存

溢出

ab

c

d

Ux

U

U

U

U

a

b

c

d

t

t

t

t

93

实验七：IC_CARD设计

设计要求：实现主机（发射电路）对副卡（接收电路）中的数字信息的辨认和读取（副卡的部分元件的电源由主机发射的电磁波提供，部分实现了IC卡的功能。

IC_CARD设计注意事项：

1、需要注意的是主次级谐振电路都要谐振，谐振时谐振电路输出比较标准的正弦波，且幅度明显增大，因此主次级谐振电路的电容要仔细调试,以下电路只供参考,存在问题实验中应改进。

94

2、副卡的键控调制参考电路如下图所示：负载调制电阻R8应该仔细调试，以得到最佳调试效果。

95

3、主卡参考电路见下图所示 ：检波后运放放大倍数应仔细调试，以期得到接近TTL幅度的输出，运放输出端可接施密特非门整形，以提高抗干扰能力。