2015奥鹏天津大学 电工技术ewb离线作业实验十

奥鹏网院作业

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


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

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。