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实验十 集成运放应用
一. 实验目的
1.学习利用EWB进行模拟电路仿真测试的方法。
2.了解集成运放在线性和非线性模拟电路方面的应用。
3.了解比较器、有源滤波器、电压—电流变换器及方波震荡器等常用电路的特性及应用。
二 . 实验电路及说明

10-1.png 10-2.png
图2.10.1为比较器电路,直流电压源U1、U2,电阻R2、R3及电位器R1构成可调节的基准电压,直流电压表UR用来测量其大小, ui1为3V(有效值)200Hz的正弦输入信号,三端集成运放将其与基准电压UR进行比较,输入和输出信号分别由示波器的A、B通道进行观测。当开关S切换到2时,将5次谐波电压ui2(1V有效值,600Hz,与ui1同相)与ui1串联叠加,构成非正弦输入信号。
图2.10.2为二阶有源滤波器。扫频仪直接测试其频率特性。
        图2.10.3为电压—电流变换电路,若输入电压U1 、U2为稳恒电压,则图2.10.3电路为可变恒流源,当负载电阻RL改变时,输出电流io保持不变。调节电位器R1可调节恒流源电流的大小。
        图2.10.4为矩形波震荡器。
三. 实验步骤:
  1. 电压比较器:
1).按照图2.10.1连接电路并设置各元件的参数。开关在初始位置1,电位器R1在初始位置50%。
选择File | Save  菜单命令,将电路保存在 .ewb文件中。按照节1.3.4的2中介绍的方法,将电路图复制到粘贴板上,然后,将其粘贴到字处理软件的文档中。
启动电路仿真。
2).示波器触发选择:Auto,适当调节时基(Time Base)和A、B通道的Y衰减(V/div)及位移(Y Position),使波形便于观测,同时观察输入和输出波形。调节R1的阻值,使其在0%-100%之间变化,注意观察输出波形的变化。
使基准电压为 -3V,参照13页“示波器的调整”介绍的方法将波形调节稳定。按工具栏中的图形工具 ,打开分析图形窗口,在其中的示波器页(Oscilloscope)再现示波器上的波形,参照16-19页的方法设置示波器页波形显示的各项参数。移动游标,测量输出电压波形的占空比。按图形窗口工具栏中的copy按钮 ,将示波器页复制到粘贴板上,然后,再将其粘贴到字处理软件的文档中。
使基准电压为0V和+3V,重复上述操作。
3).把开关S切换到2位置,将3次谐波电压ui2(1V有效值,600Hz,与ui1同相)与ui1串联叠加,构成非正弦输入信号,示波器触发选择:Auto,在0%-100%范围内调节R1的阻值,观察输入和输出电压波形,注意输出波形的变化。
调节R1到10%,调节示波器使波形稳定,在分析图形窗口保存波形到字处理软件的文档中。
  2. 二阶有源滤波器
1).按照图2.10.2连接电路。扫频仪的设置为:
垂直设置(Vertical):
幅频:log        F: 10db                I: -80db
                        相频:log        F: 0                        I: -180
水平设置(Horizontal):log        F: 100KHz                I: 0.1KHz
    选择File | Save  菜单命令,将电路保存在 .ewb文件中。按照节1.3.4的2中介绍的方法,将电路图复制到粘贴板上,然后,将其粘贴到字处理软件的文档中。
2).用扫频仪测试电路的频率特性
启动电路仿真。在扫频仪上分别显示电路的幅频和相频特性曲线。
在EWB的工具栏中选择图形工具  ,激活分析图形窗口(Analysis Graphs),建立一个波特图页(Bode),显示幅频和相频波特图。选择特性(Properties)工具   ,打开具有多个参数页的Graph Properties窗口,参照16-19页的方法设置波特图页的各项参数。
利用分析图形窗口(Analysis Graphs)工具栏中的栅格工具(toggle grid) 和游标工具(Toggle Cursors) ,在幅频和相频特性区显示栅格和游标。单击以选中某条曲线,移动游标对该曲线进行测试,在对应的资料窗口中读取曲线在游标处的数据。测试电路的测量最大增益、-3db频率及该频率下的相移。
按图形窗口工具栏中的copy按钮 ,将示波器页复制到粘贴板上,然后,再将其粘贴到字处理软件的文档中。
3).用EWB的交流频率分析功能分析电路的频率特性
10-3.png
选择Circuit | Schematic Options 菜单命令,在Show / Hide对话框,选中Show Nodes项,以便显示电路的节点号。选择Analysis | AC Frequency菜单命令,弹出AC Frequency Analysis对话框,参照图(图2.10.5)所示设置各项参数,务必将电路的输出节点增加(Add>)到Nodes for Analysis框中。
按下模拟(Simulate)按钮,对电路进行仿真,在随即打开的分析图形窗口中建立一个交流分析页(AC Analysis),显示出放大器的幅频和相频特性曲线。
选择特性(Properties)工具   ,打开具有多个参数页的Graph Properties窗口,参照16-19页的方法设置交流分析页(AC Analysis)的各项参数。
利用工具栏中的游标工具(Toggle Cursors)  和栅格工具(toggle grid)  ,在幅频和相频特性区都产生游标和栅格。移动游标,测量放大器的最大增益、转折频率及频转折频率处的相位偏移,在对应的资料窗口中读出游标处的曲线数据。
按图形窗口工具栏中的copy按钮 ,将示波器页复制到粘贴板上,然后,再将其粘贴到字处理软件的文档中。
  3. 电压—电流变换器
1).按照图2.10.3连接电路并设置各元件的参数。
    选择File | Save  菜单命令,将电路保存在 .ewb文件中。按照节1.3.4的2中介绍的方法,将电路图复制到粘贴板上,然后,将其粘贴到字处理软件的文档中。
2).启动电路仿真。调节R1,使u i在+5V~-5V之间变化,测量相应的io。
3).使u i保持+5V或-5V,在0%—100%之间改变RL ,测量相应的io 。
  4.矩形波震荡器
1).按照图2.10.4连接电路并设置各元件的参数。五端集成运放选用Lm358。
启动电路仿真。
2).示波器触发选择:Auto,适当调节时基(Time Base)和A、B通道的Y衰减(V/div)及位移(Y Position),观察输出信号波形。
调节示波器使波形稳定,在分析图形窗口,移动游标测量输出信号的频率和幅值,保存波形到字处理软件的文档中。
3).选择File | Save  菜单命令,将电路保存在 .ewb文件中。按照节1.3.4的2中介绍的方法,将电路图复制到粘贴板上,然后,将其粘贴到字处理软件的文档中。保存文档。
点击主窗口右上角的启动/停止开关,使计算机停止电路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,关闭计算机系统。
四 . 实验报告要求:
1.整理实验数据,绘出实验中观测到的波形和特性曲线。
2.写出电压—电流变换器输出电流i o与输入电压u i 之间的函数关系,根据实验的测试数据,作出变换曲线(io— u i)及外特性曲线。


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共 0 个关于本帖的回复 最后回复于 2015-10-20 16:24

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