17 双电源T形网络反相放大器
实验介绍
T形网络反相比例运算电路,可以使用阻值较小的电阻,而达到数值较大的比例系数,并且还可具有较高的输入电阻。在LTspice界面上搭建仿真电路。
实验结果
设置输入信号为1kHz,幅度为50mV的的正弦信号,运算放大器选用高增益带宽积的OP37,供电±12V。得到输出信号幅度恰好5V。利用命令打印日志。该电路的增益为-100.053倍。如下图
不给信号源添加50k的输出电阻时,电路的比例系数为-100.053。
给信号源添加50k的输出电阻。当带有寄生电阻的信号源断开时,测量信号源输出电压为V_{off},当带有寄生电阻的信号源连接放大器时,测得电压为。同时,已知寄生电阻为。根据分压公式可知:
为放大器的输入电阻,所以放大器的输入电阻计算公式为:
使用.meas命令将结果打印在日志中。得到输入电阻为50.0022kΩ,如下图
18 单电源直接耦合放大电路
实验介绍
设计一个直接耦合反相放大器,要求:将峰值为0.1V、频率为1kHz、偏置电压为-0.2V的正弦波转换为最小值为1V、最大值为5V,频率仍为1kHz的正弦波,电路采用5V单电源供电,电阻选用标称值。
其中VREF=VCC,R1=1kΩ,R2=20kΩ,R3=100kΩ。运放:选用轨对轨运放,R3:选用68kΩ电阻+ 50kΩ可调电阻。
实验结果
按照要求产生峰值为0.1V、频率为1kHz、偏置电压为-0.2V的正弦波,如图。
选用轨到轨的运算放大器AD8571,将可调电阻的val值调节到50/68,即可等效为50k欧的电阻。得到输出波形如下所示。
使用.meas指令测量输出波形的最大值和最小值。得到最大值为4.96735V,最小值1.00264V。这与理论值的5V和1V存在一定误差。其中5V的误差是由于运算放大器供电只有5V导致的。
19 单电源集成运放交流耦合两级放大电路
实验介绍
设计一个单电源供电的两级同相交流放大器,总电压增益为40dB。
设计参考:供电电路如图1所示。放大电路如图2所示。
实验结果
采用电源电压为12V,运算放大器使用AD8630,得到结果输出为6V,如下所示:
记录电容输出前的的直流分压,得到电压仍为6V如下所示:
由于增益为40dB,相当于100倍,放大器的直流偏置为6V,供电为12V,所以放大100倍后的幅值不能超过6V,因此设置信号幅值为50mV。输出正确如下所示:
测得输出电压峰峰值为4.9854517V+4.9961053V=9.981557V,如下图
测量输入电压峰峰值为49.937779mV+49.878557mV=99.816336mV,如下图
20 电压增益可调的共射放大电路
实验介绍
设计一个共射放大电路,其电压增益 Avf 为 10~30。在保持静态工作点不变的条件下,使电压增益可以在一定范围内调整。电路如图1所示,仿真图如图2所示。
实验结果
静态测试:断开信号源和输出,并将Rb1微调至39.6kΩ,设置val参数作为调节R_{e1}和R_{e2}的占比,得到射极静态电压为1.707V。如下图所示:
动态测试:将信号源(100mV,1kHz正弦波)接入电路输入端,用示波器观察输出端电压波形。输出电压幅度1V~3V之间变化相当于峰峰值在2V~6V之间变化。因此,调节1k的调电阻。得到val=6.28%,即R_{e1}/R_{e2}=0.0628时,得到最大增益,此时输出波形的幅度为3.00296V,峰峰值为6.00592V。如下图:
当val=23%,即=0.23时,得到最小增益,此时输出波形的幅度为1.0071V,峰峰值为2.00142V。如下图:
=0.0628时,频谱特性曲线如下图。最高增益为9.78dB,-3dB带宽对应增益为6.78dB,-3dB的下限频率为23.517377Hz,-3dB的上限频率为3.4080032MHz。
=0.23时,频谱特性曲线如下图。最高增益为19.8dBm,-3dB带宽对应增益为-2.98dB,-3dB的下限频率为10.344803Hz,-3dB的上限频率为7.9738244MHz。
22 LC正弦波振荡器
实验介绍
电容三点式正弦波振荡器仿真图如图1所示,图中的Ca、Cb和L组成LC选频回路,双极型晶体管Q1为共集组态,所以,该电路又称为共集正弦波振荡电路,电路的振荡频率为。
实验结果
接入LC选频回路,将示波器接在振荡器的输出端,观察振荡输出波形。适当调节Rw,使其输出较好的正弦波。
测量两次最高点之间的时间差为19.56087µs。所以频率为51.122kHz。测量最高点和最低点幅度差为2.1572223V,所以峰峰值为2.1572223V,幅度为1.07861115V。理论计算得到的51.637kHz。与理论计算相差0.515kHz。
23 电阻-电压变换器
实验介绍
电阻-电压变换电路是一种常用的信号预处理电路.广泛应用在如热敏电阻温度计等依靠电阻变化的传感器中,电路如图1所示。其功能是将电阻Rx的值(以kΩ为单位) 转换为同值电压(以V为单位)。仿真图如图2所示。设置仿真电路,验证功能。
实验结果
设置供电电压为±15V,设置运放为ADA4625-1,参数与LF353D相似,JFET高输入阻抗、高SR的运算放大器。控制分别为、四个电阻阻值,输出电压值。
绘制Rx和输出Vo的曲线如下图。可见,当Rx的阻值在12kΩ以下时,输出电压和Rx的阻值以1(V/kΩ)的速度线性增长,当到12V以上时,由于选取的运放不是V+轨到轨,所以输出电压相对电阻的增长速度变慢甚至逐渐变为直线。
24 OCL功率放大器
实验介绍
实验电路如图1所示,这是一个带自举电路的OCL音频功率放大电路。图中集成运放构成互补输出级的前置放大级,为使电路输入电阻大、输出电压稳定,电路中通过电阻20kΩ引入了电压串联负反馈。在深度负反馈下,电路的电压增益为
使用LTspice仿真电路并验证其输出的功率和电路功能。
实验结果
调整直流工作状态,先将470Ω可调电阻调至最小,接通供电电压±5V,监测互补电路上输出管的集电极电流,此时该电流应该很小。然后,调整可调电阻,使该集电极电流在3mA左右。此时假负载的端电压应该为零。调整470欧可调电阻到51.1%,得到输出管集电极电流为2.9532mA,此时负载端的电压为-11.078uV,接近0V。
调节信号源为频率1kHz的正弦波,用示波器观察输出端的波形,调节输入信号的幅度,使输出端的波形幅度最大且无明显失真,此时为“满功率”状态。
测量输出功率,测得峰峰值为7.88537V,均方值为2.77581V,如下日志所示:
在输出波形不失真的前提下,用示波器测假负载RL两端电压:VRL=2.77581(V)
则输出功率:PO=(VRL)2/RL=0.9396(W)
测试电路的幅频特性曲线,并确定fL、 fH,求得带宽 。
将自举电容拿掉,用示波器观察输出端的波形,适当调节输入信号的幅度,使输出端的波形幅度最大且无明显失真,用示波器测RL两端电压
拿掉电容后无明显失真的波形幅度最大图。日志中测量得到RMS值为2.40475V。
VRL=2.40475(V )
则输出功率:PO=(VRL)^2/RL=0.70522(W)
并与⑶的结果比较,说明什么?
说明了如果没有自举电容,OCL最大有效功率会减小。