四川大学网络教育学院电工电子综合实践

四川大学网络教育学院电工电子综合实践校外学习中心：四川自修大学名：专 业：电气工程及其自动化层次：专升本（业余）年 级： 2012年秋学号：DH实验时间： 2013年7月实验题目计数器实验目的1. 了解中规模集成计数器74LS90, 74LS161的功能，学习其使用方法。2. 掌握将十进制计数器变换成N进制计数器的方法。3. 了解同步、实验目的4. 了解集成运放开环放大倍数和最大输出电压匕蜒的测试方法。5. 掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分运算 电路的连接与测试。了解集成运算放大器非线性应用的特点。仪器仪表1、计算机（奔腾以上微机，40台，Windows 98/2000/xp，安装Multisim 2001）2、FLUKE 45型双显示数字万用表20台3、TDS 210型数字式实时示波器20台4、AFG310任意波形发生器20台5、双路可跟踪直流稳压电源40台6、各种模拟、数字电路实验板、实验箱 若干7、HG4181型数字相位计10台8、TH2820型LCR数字电桥20台9、电动式功率表40台10、各种电路实验板、实验箱 若干放大电路的调试Rf图1反相比例放大器1. 反相比例放大电路的特点由运算放大器组成的反相比例放大电路如图1所示。根据集成运算放大器的基本原理，反RP相比例放大电路的闭环特性为:闭环电压增益:RAuf = 节1(1)输入电阻Rif= Ri(2)R =Rb牝 0 输出电阻°b 1 + KAUOK = R 其中：Auo为运放的开环电压增益，Ri + Rf环路带宽(4)其中：BWo为运放的开环带宽。最佳反馈电阻, RF: R R (1 A )=、'idb , idf- 2K =2（5）上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻 Rp = Ri"Rf（6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性：（1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和 Rf的值决定。（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源 来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R1。由于 Rif = R1，因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于 500kQ）（3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。2. 反相比例放大电路的设计反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放 大器的各项参数以及外电路的元件参数。例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电 压增益Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号Ulmin，最大输 出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤如下：选择集成运算放大器选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：运 放的开环电压增益Auo,运放的开环带宽BWo,运放的输入失调电压UIO、输入失调电 压温漂auio/aT，输入失调电流iio、输入失调电流温漂aiio/aT，输入偏置电 流IIB，运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定 性，应尽量选用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成 运放。为了减小比例放大电路的动态误差，(主要是频率失真与相位失真)，集成 运算放大器的增益带宽积Au BW和转换速率SR还应满足以下关系：Au BW|Auf| BWfSR > 2n fmaxUOmax上式中，fmax是输入信号的最高工作频率。UOmax是集成运算放大器的最大输出电压。计算最佳反馈电阻按以下公式计算最佳反馈电阻：D RR R - R (1 - A ) R =一2 弋讯 j f-为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax，Rf值的选取还必须满足：f L lOmax。如果算出来的Rf太小， 不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足式(1)中 要求的运算放大器。在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻 值大的Rf。(3)计算输入电阻R1RR = 勺1 Af由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。否则应改变Rf的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。（4）计算平衡电阻RPRP=R1/Rf（5）计算输入失调温漂电压dTAT + R1AU =i要求AUI << Ulmin。一般应使Ulmin > 10QAUI，这样才能使温漂引起 的误差小于1%。若AUI不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。3. 反相比例放大电路的调试与性能测试消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的 电源端，调零端、输入与输出端。根据所用运放的型号和Auo的大小，考虑是否需要 相位补偿。若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参 数。当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。用示波器观察其输出端是否有振荡波形。若有振荡波形，应适当地调整补偿电 路的参数，直至完全消除自激振荡为止。在观察输出波形时，应把噪声波形和 自激振荡波形区分开来。噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形，自激振 荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。调零把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压UO是否等于 零，若UO不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。在输入端加入UI=0.1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。将测量 值与计算值进行比较，看是否满足设计要求。(4)观察输出波形在输入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信号，用示波器观察输出波形， 若输出波形出现“平顶形”失真，表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电 源电压，以消除“平顶形”失真。R1 Rf (二)同相比例放大电路1. 同相比例放大电路的特点由运算放大器组成的同相输入比例，放大电路如图2所示。同相放大器的电压放大倍数为：.=, 口 .I I， I IUo =二 1+R讨 UR1R1I1(7) 同相放大器的输入电阻为：图2同相比例放大器Rif=R1/Rf+Rid (1+Auo F)(8) 其中：Rid是运放的差模输入电阻，Auo是集成运放的开环电压增益，F=R1/(R1+Rf)为反馈系数。输出电阻：Ro0放大器同相端的直流平衡电阻为：RP = Rf / R1。(9)BW = Auo - BW放大器的闭环带宽为：'°(10)R . R A最佳反馈电阻Rf=七(11)2. 同相比例放大电路的设计要求设计一个同相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压放 大倍数Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号Ulmin,最大输 出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤：选择集成运算放大器在设计同相放大器时，对于所选用的集成运算放大器，除了要满足反相比 例放大电路设计中所提出的各项要求外，集成运放共模输入电压的最大值还必须满足 实际共模输入信号的最大值。并且要求集成运放具有很高的共模抑制比。当要 求共模误差电压小于AUOC时，集成运放的共模抑制比必须满足：K >- - ACMR AU ufOC式中：UIC是运放输入端的实际共模输入信号。AUOC是运放的共模误差 电压。异步计数器的分频功能，学会调整同步，异步计数器的分频数。集成算术/逻辑单元（ALU）能够完成一系列的算术运算和逻辑运算。它的功 能如下表所示：选择算术/逻辑操作SiSo000清零001E减&010A®B011AtQB100A B01A+B10AB11预置引脚图如下图所示:实验分析_rT 1 t IM J H I 3 I VuIBgNEC prrF F该算术/逻辑单元可以对两个4位数据A和B进行6种算术或逻辑运算， 并有清零和预置功能。所谓清零是使各数据输出端的状态为0。预置是使数据输出端处于预定的状态。输入信号SS选择8种不同的运算功能。进行算术运算时，进行逻辑运算时，其输出F3F2F1F。为二进制数;进行预置操作时，预定的状态从A3A2A1A。端输入。则为含一定意义的代码；可以根据需要把若干片4位ALU与超前进位产生器连接，扩展ALU的位数。下图就是一种16位的ALU的连接方法。这种运算电路从最低位到最高位都是超前进位，常称为全超前进位电路。A*-" Ha BnA-B=A+B补-2"N;若A>B，IJA+B补应有进位1（才足够减2"N），但实际A>B符号位应为0；若A<B，则A+B补应有进位0，但实际A<B符号位应为1；综上，符号位应取反电工学（第七版）（上下册）秦曾煌主编模拟电子技术基础王卫东高等教育出版社电子工业出版社