西工大模电实验报告

模拟电子技术基础实验报告

目录

实验一 单极共射放大电路 实验二 集成运算放大器的线性应用 实验三 多级负反馈放大电路 实验四 RC正弦波振荡器 实验五 方波发生器 实验六 有源滤波器

综合设计实验 用运算放大器组成万用表的设计

实验一 单极共射放大电路

一、实验目的

1、掌握用MultiSim仿真软件分析单级放大器主要性能指标的方法。

2、掌握晶体管放大器静态工作点的调试和调整方法，观察静态工作点对放大器输出波形的影响。

3、测量放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。

4、掌握用MultiSim仿真软件分析单级放大器的频率特性的方法。 5、测量放大器的幅频特性。

二、实验原理及结果

如图所示：

1.静态工作点的调整和测量

（1） 输入端加入1KHz、幅度为50mV的正弦波，如图所示。当按照上述要求搭接好电路后，用示波器观察输出。静态工作点具体调整步骤如下：

现象 动作 出现截止失真 减小RW 出现饱和失真 增大RW 两种失真都出现 减小输入信号 无失真 加大输入信号 根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行，使示波器所显示的输出波形达到最大不失真。

（2） 撤掉信号发生器，使输入信号电压Vi?0，用万用表测量三极管的三个极分别对地的电压，VE,VB,VC,VCEQ,ICQ，根据IEQ?值进行比较。

理论估算值 VEQRE算出ICQ?IEQ.将测量值记录于下表，并与估算

实际测量值 2.913v 7.976v 2.213v 5.763v 2.012mA 2.881V 8.069V 2.173V 5.912V 1.964mA 2.电压放大倍数的测量

（1）输入信号为1kHz、幅度为50mV的正弦信号，输出端开路时，示波器分别测出Vi，Vo 的大小，然后算出电压放大倍数。数据如下：

Vi=-70.708mV Vo=1.227V

A1=

Vi=-17.353 VO（2）输出端接入2k的负载电阻Rl,保持输出电压Vi不变，测出此时的输出电压Vo，并算出此时的电压放大倍数，分析负载对放大电路的影响。数据如下：

Vi=-70.708mV Vo=614.893mV

Av=

Vi=-8.696 VO（3） 用示波器双踪观察Vo和Vi的波形，比较相位关系。

相位互差180度

3、输入电阻和输出电阻的测量

（1）用示波器分别测出电阻两端的电压VS和Vi，便可算出放大电路的输入电阻Ri的大小，如图所示:

图——负载开路时的电路

图——接入负载时的电路

（2）根据测得的负载开路时的输出电压VO'，和接入2K?负载时的输出电压VO，便可算出放大电路的输出电阻RO。

放大电路动态指标测试、计算结果如下：

理论估算值 参数 负载开路 Rl=2K? 实际测量值 50mv 50mv 875mv 435mv 17.5 5.1k 2k 70.708mv 70.708mv 1.226v 614.691mv 17.352 8.695 2.2k 2.2k 2.0k 8.7 5.1k 2k 1.78k rbe=200+(1+β)26/1.964=1KΩ

三、实验分析

静态工作点的理论估算值和实际测量值之间的误差原因：

1）近似认为ICQ=IEQ，使得VCEQ偏小，IC偏大； 2）近似计算三极管的体电阻为特定值，此特定值偏大； 3）忽略三极管的极间电阻和极间电容；

4）选用的元件有一定的精度差别，使得结果略有偏差。

实验二 集成运算放大器的线性应用

一． 实验目的

（1） （2）

加深对集成运算放大器的基本应用电路和性能参数的理解。

了解集成运算放大器的特点，掌握集成运算放大器的正确使用方法和基本应用电路。

（3） （4）

掌握有几成运算放大器组成的比例、加法、减法、和积分等基本运算电路的功能。 进一步熟悉仿真软件的应用。

二． 实验仪表及设备

（1） 双路直流稳压电流一台 （2） 函数信号发生器一台 （3） 示波器一台 （4） 毫伏级电压表一台 （5） 万用表一块

（6） 集成运算放大器（LM324）一片

（7） 电阻6.2KΩ一个，9.1KΩ一个，10KΩ两个，20KΩ三个，100KΩ两个 （8） 电容0.01μF两个 （9） 模拟电路实验箱一台

三． 实验原理

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大器件。当外界接入线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 在大多数情况下，将运放看成是理想的，有以下三条基本结论: (1) 开环电压增益Av=∞。

(2) 运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V﹢ = V﹣，成为虚短。 (3) 运算放大器同相和反相两个输入端电流可视为0，成为虚断。

1.基本运算电路

（1）反向比例运算电路。电路如下图所示： 输入电压与输出电压的关系：V。=-（Rｆ/R1）Vｉ

为了减少输入级偏置电流引起的运算错误，在同相端应接入平衡电阻R2： R2=R1//Rf.

（2）反相加法运算电路。电路如下图所示： 输入电压与输出电压的关系：

V0=-(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)

当R2=R1=Rf时，V0=-（Vi1+Vi2） （3）反相积分运算电路。电路如下图所示：

输入电压与输出电压关系：

V0(t)=-1/（R1*C）∫Vidt+Vc(0)

式中，Vc(0)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

四． 实验步骤

1.反相比例电路

创建工作窗口，运算放大器采用LM324，输入端加入幅值100mv、频率为1KHz的正弦信号，R1,R2,Rf分别取10kΩ,9.1 kΩ,100 kΩ。单击仿真开关，进行仿真分析,观察并记录结果。 2．反相加法电路

创建工作窗口，运算放大器采用LM324，输入端加入幅值200mv、频率为1KHz的正弦信号Vi1p和幅值200mv、频率为1KHz的正弦信号Vi2p。R1,R2,R3,Rf分别取10kΩ,20 kΩ,6.1 kΩ，100 kΩ。单击仿真开关，进行仿真分析,观察并记录结果。 3.反相积分电路

创建工作窗口，运算放大器采用LM324，输入端加入幅值100mv、频率为1KHz的方波信号。R1,R2分别取10kΩ,20 kΩ，电容C取0.01μf。单击仿真开关，进行仿真分析,观察并记录结果。

五． 实验结果记录及分析

1. 反相比例电路输入输出波形

实验数据处理

Vip/mV Vop/mV Av 理论值 实测值 100mv 2890 10 9.63 2. 反相加法电路输入输出波形

实验数据处理

Vi1p/mV Vi2p/mV Vop/mV Av 理论值 实测值 3.反相积分电路输入输出波形

Vip/mv R1 Vop/mv 100 10kΩ 253 200mv 200mv 2750 15 13.75 实验三 多级负反馈放大电路

一． 实验目的

（1）掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。

（2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。

（3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。

1.测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带； 2.比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别； 3.观察负反馈对非线性失真的改善。

二． 实验仪表及设备

（1）双路直流稳压电流一台 （2）函数信号发生器一台 （3）示波器一台 （4）万用表一块

（5）集成运算放大器（μA741）一片

（10） 电阻1KΩ一个，2.7KΩ一个，3.4 KΩ一个，3.9 KΩ一个，5.1 KΩ一个，6.2KΩ一个，6.8 KΩ两个，10KΩ三个，13.6 KΩ一个，20KΩ一个，22 KΩ一个，27 KΩ一个，47 KΩ一个，100KΩ一个，10 KΩ，200 KΩ电位器各一个

（11） 电容0.01μF两个，0.047μF两个，0.094μF，0.1μF，0.2μF各一个 （12） 二极管两个，稳压二极管02DZ4.7两个 （13） 模拟电路实验箱一台

三． 实验原理

（1）基本概念：

在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。

若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。

交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈；若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加，称为串联反馈；以电流形式相叠加，称为并联反馈。

在分析反馈放大电路时，“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路；“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为正反馈；“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈；“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，否则为串联反馈。

引入交流负反馈后，可以改善放大电路多方面的性能：提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。

实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1，构成了交流电压串联负反馈电路。 （2）放大器的基本参数： 1）开环参数：

将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW，即：

式中：VN为N点对地的交流电压；Vo’为负载RL开路时的输出电压；Vf为B点对地的交流电压；fH和fL分别为放大器的上、下限频率，其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的12时的频率值，即 2）闭环参数：

通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL，可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值，即

测量放大电路的闭环特性时，应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连，以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi，使输出电压Vo（接入负载RL时的测量值）达到开环时的测量

值，然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’（负载RL开路时的测量值）的大小，并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为

上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等，否则应找出原因后重新测量。

在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量。

四． 实验步骤

1、负反馈放大器开环和闭环基本参数的测试 (1)开环基本参数的测量：

①按图所示连接电路，镜检查无误后接通正、负电源（注意极性不能接反，以免损坏集成芯片）。 ②将A点与P点断开、与B点相连，使放大电路处于开环状态，将信号发生器输出调为1kHz，20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，用示波器观察输入和输出的波形。 ③接入负载RL，用示波器分别测出Vi，VN，Vf，Vo，记入表中。

④将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器测出输出电压Vo’，记入表中。 ⑤保持输入信号幅度不变，逐渐增加输入信号频率，知道输出波形减小为原来的1/√2（即0.707倍），此时信号频率即为放大器的上限频率fH，然后逐渐减小输入信号频率，测得放大器的下限频率fL。记入表中。

⑥由上述测试结果，根据式算出放大电路开环时的Av，Ri，Ro，BW和Fv的值，并由式计算出放大器闭环时Avf，Rif，Rof和BW的理论值，记入表中。 2、闭环基本参数的测量：

①将图中的A点与B点断开、与P点相连，使放大电路处于闭环状态（注意调整信号发生器输出为1kHz正弦波的幅值）。

②接入负载Rl，逐渐增大输入信号Vi，使输出电压Vo达到开环时的测量值，然后用示波器分别测出Vi，VN，和Vf的值，记入表中。

③将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器分别测出Vo’的值，记入表中。

④闭环时放大器的频率特性测试同开环时的测试，即重复开环测试⑤步。

⑤由上述结果并根据式计算出闭环时的Avf，Rif，Rof和Fv的实际值，记入表中。 ⑥计算通频带BW。

五． 实验结果

放大电路无反馈时的输出波形 放大电路有反馈时的输出波形

测量数据

开环测试 闭环测试 Vlp/mv 1178 351.583 Vip/mv 7.071 7.701 Av/Avf 166.7 52.2 Vnp/mv 119.993 4.511 Ri/Rif 10200 27600 Vfp/mv 18.071 4.743 Ro/Rof 0.996 261.12 Vop/mv 1408 360.6 Fv 0.015 0.0128 实验四 RC正弦波振荡器

一、实验目的

(1)学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件。 (2)学会测量、调试振荡器。

二、实验原理

文氏电桥振荡器是一种较好的正弦波产生电路，适用于产生频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。

因为没有输入信号，为了产生正弦波，必须在电路里加入正反馈。

下图是用运算放大器组成的电路，图中R3,R4构成负反馈支路，R1，R2，C1，C2的串并联选

频网络构成正反馈支路并兼作选频网络，二极管构成稳幅电路。调节电位器Rp可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D1，D2要求温度稳定性好且特性匹配，这样才能保证输出波形正负半周对称，同时接入R4以消除二极管的非线性影响。

若R1=R2，C1=C2，则振荡频率为f0=1/2πRC，正反馈的电压与输出电压同相位，且正反馈系数为1/3。为满足电路的起振条件放大器的电压放大倍数AV > 3，其中AV = 1+R5/ =Rp+R4。由此可得出当R5 >2R3时，可满足电路的自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R5应略大于R3，这样既可以满足起振条件，又不会因其过大而引起波形严重失真。

此外，为了输出单一的正弦波，还必须进行选频。由于振荡频率为f0=1/2πRC，故在电路中可变换电容来进行振荡频率的粗调，可用电位器代替R1，R2来进行频率的细调。

电路起振后，由于元件参数的不稳定性，如果电路增益增大，输出幅度将越来越大，最后由于二极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果增益不足，则输出幅度减小，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中两个二极管主要是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，来自动调节负反馈深度。

三、实验内容

（一）计算机仿真部分

（1）按实验电路图连接好仿真电路。

（2）启动仿真，用示波器观测有无正弦波输出。若无输出，可调节Rp使V0为伍明显失真的正弦波，并观察V0的值是否稳定。记录起振、正弦波输出和临界失真情况下的f、Rp和 V0有效值在表格中。

（3）保持其他参数不变，分别测量C1=C2=0.01μF和C1=C2=0.02μF两种情况下V0和Vf的有效值及频率，记录在表格中。 (二)实验室操作部分

1、按图连接好电路，并仔细检查确保电路无误。检查无误后，接通V直流电源。

2、接通电源用示波器观测有无正弦波输出。调节Rp，使输出波形从无到有直至不失真。绘出Vo的波形，并记录临界起振、正弦波输出及出现失真情况下的Rp值。将将结果记录至表中并分析负反馈强弱对起振条件和输出波形的影响。

3、调节电位器Rp使输出波形幅值最大且不失真，分别测出输出电压Vo并将结果记录表中，分析振荡的幅值条件。

4、观察R1=R2=10k?，C1=C2=0.01μF 情况下（输出波形不失真），分别测量Vo的幅值和反馈电压Vf，填入表中，并与计算结果相比较。

5、断开二极管D1，D2，重复步骤3的内容，将结果与步骤3的结果进行比较。

四、实验结果

起振 临界失真（输出已失真） 可变电阻/kΩ 反馈电压/V 输出电压/V 7 257.15 770.134 9.5 3.808 11.117 (一)计算机仿真部分 起振波形 稳定波形 临界失真波形 波特图

（二）实验室操作部分

实验五 方波发生器

一、实验目的

（1）学习集成运算放大器组成矩形波发生器的工作原理 （2）掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础 （3）进一步熟悉仿真软件的应用

二、实验原理

图（1）是由集成运算放大器构成的输出脉冲宽度可调的矩形波发生器。

图（1） 宽度可调的矩形波发生器

设接通电源后输出电压Vo = + Vz二极管D1导通，D2截止，Vo经R3向C充电，充电时间常数为R3C。当电容两端电压Vc略大于同相输入端电压Vp时，输出电压Vo跳变为-Vz，二极管D1截止，

D2导通，电容经R4向输出端放点，放点时间常数为R4C。当Vc略小于Vp时，输出电压Vo又跳变为+Vz。如此周而复始进行，随着电容的充放电，输出电压Vo不断翻转，形成矩形波，如图（1）所示。

输出脉冲高电平Vo = + Vz的时间为 输出低电平Vo = - Vz的时间为 振荡频率 占空比

可见，调节电位器Rp，改变R3的大小，即可调节输出脉冲的宽度。但由于受运算放大器上升速率的限制，不能得到太窄的矩形波。

三、实验内容

(一)计算机仿真部分

a) 按图所示电路接线，检查无误后接通直流电源。 b) 用示波器测出的波形，画出波形比较他们的关系。 c) 用示波器测出的幅值和频率。

d) 调节电位器，可双击图标将弹出的对话框的key栏设置成A，Incerement栏改成5％。

这两个参数可根据需要调节。这样按住“A”键，电位器以5％的速率 增长。按住“SHIFT+A”键，电位器则以5％的速率减小。用示波器观察输出电压的变化，当时（占空比D=50％），测量电阻的大小，分析实测值与理论值的误差。

(二)实验室操作部分

1、按图所示连接电路，检查无误后接通直流电源。

2、用示波器观察Vo，Vc的波形，画下波形，比较他们的相位关系。 3、用示波器观察Vo，Vc的幅值和频率。

4、调节电位器Rp，用示波器观察输出电压Vo的变化。

5、当T1=T2时（占空比D=50%），测量电阻R3的大小，分析实测值与理论值的误差。

四、实验结果

(一)计算机仿真部分

（1）用示波器观察Vo，Vc的波形，画下波形，比较它们的相位关系。 （2）用示波器测出Vo，Vc的幅值和频率。

Vo的幅值和频率 Vc的幅值和频率

（3）调节电位器Rp，用示波器观察输出电压Vo的变化，当T1 = T2 时，测量电阻R3的大小，分析实测值与理论值的误差。

当D = 50% 时，R3 = R4 = 100kΩ，通过观测示波器的波形，当R3 = 100kΩ时，T1 = T2。 (二)实验室操作部分

实验六 有源滤波器

一.i实验目的

（1）熟悉有源RC滤波器的设计方法。

（2）掌握录波器上、下限频率的测试方法，了解滤波器在实际中的应用。

二.实验原理

有源滤波器的作用是输入信号中选出有用的频率信号使其通过，而将无用的干扰的频率信号加以抑制，起衰减作用。

滤波器采用运算放大器和元件R、C组成，成为有源滤波器。优点是由于电路中没有电感和大电容元件，因而体积小、重量轻；另外由于集成运算放大器的开环增益和输入阻抗高 ，输出阻抗低，可兼有电压放大作用和一定的带负载能力。缺点是集成运算放大电路频率带宽不够理想，因此有源滤波器只能在有限的频率带宽中工作。一般有源滤波器使用频率在数千赫兹以下的电路中，高频电路中采用LC无源滤波器效果较好。 （1）低通滤波器

二阶低通电路的通带增益为 ; 若，

则上下限频率为 ，品质因数

（2）高通滤波器

高通滤波器可用来通过高频信号、衰减或抑制低频信号。AVf， ，Q的含义同二阶低通滤波

器

（3）带通滤波器

允许在一个通频带范围内的信号通过，而对通频带频率范围之外的信号进行抑制。通过改变

Rf和R3的比例就可以改变频宽而不影响中心频率。 通带增益为 ，

若 ， ，则中心频率为 ，

带通滤波器的通带截止频率有两个，分别为 带宽为

从而品质因数为 （4）带阻滤波器

在规定的频带内，信号不能通过，而在其余频率范围，信号能顺利通过。 通带增益为 若 ，, 则截止频率为

带阻滤波器的通带截止频率有两个，分别为 带阻带宽 品质因数为

1，R2，C1构成低通滤波器，它可以通过f0以下的低频信号C2,C3,R4构成高通滤波器，可以通

过f0以上的高频信号。所以只有f0频率的信号无法送到运算放大器输入端。

三.实验内容

（1）低通滤波器 按图所示连好电路，

1） 2） 3） 4）

取vi为峰值为100mV的正弦波信号，调整输入信号的频率，将数据记入表中 根据所记录的数据，计算电压放大倍数。

根据所计算的增益，做出频率特性图，并估算滤波器的上限频率fH。

固定输入信号电压的幅值不变，调节其频率，直到输出波形的峰峰值为通带是峰峰值

的0.707，记录下此时信号发生器输出信号的频率fH。 5）

用函数信号发生器产生两个不同的频率，相同幅值的正弦波信号：

f1=100Hz,f2=1000Hz,vip=200mV。将两信号分别直接加到示波器的输入端，观察并记录波形。

滤波器测试数据表

输入频率/Hz vop/mV Av/(v0/vi) Av/dB 100 158.520 1.58520 4.001681 150 156.710 1.56710 3.901934 200 155.331 1.55311 3.824044 250 152.669 1.52669 3.675017 300 145.702 1.45702 3.26931 400 131.110 1.31110 2.352716 600 88.118 0.88118 -1.09871 800 56.619 0.56619 -4.94076 1000 38.726 0.38126 -8.37558 低频滤波器幅频特性曲线

（2）高通滤波器

按图所示连好电路， 1） 2） 3） 4）

取vi为峰值为100mV的正弦波信号，调整输入信号的频率，将数据记入表中 根据所记录的数据，计算电压放大倍数。

根据所计算的增益，做出频率特性图，并估算滤波器的下限频率fL。

固定输入信号电压的幅值不变，调节其频率，直到输出波形的峰峰值为通带是峰峰值

的0.707，记录下此时信号发生器输出信号的频率fL。

滤波器测试数据表

输入频率/Hz 100 150 200 250 300 400 600 800 1000 vop/mV Av/(v0/vi) Av/dB 9.447 0.09447 -1.02471 17.298 0.17298 -0.762 22.287 0.22287 -0.65195 41.869 0.41869 -0.37811 56.347 0.56347 -0.24913 87.308 0.87308 -0.05895 130.443 1.30443 0.115421 147.150 1.4715 0.16776 154.980 1.54980.190276高通滤波器幅频特性曲线

综合设计实验

用运算放大器组成万用表的设计

一 . 实验目的

1.综合利用所学知识，根据设计要求设计由运算放大器、二极管整流电路及电流表组成的万用表电路图，搭出实际电路并组装调试，提高实验综合能力与实际动手能力。 2.熟悉万用表各常见功能的测试电路原理与方法。 3.进一步体会运算放大器的应用，了解其优势。

二. 设计指标与要求

1、 直流电压表 满量程 +30V 2、 直流电流表 满量程 50mA

3、 交流电压表 满量程 30V （50Hz~1k Hz） 4、 交流电流表 满量程 50mA

5、 欧姆表 满量程分别为 1k Ω、10kΩ和 100kΩ

三 。 实验原理及电路

1.测直流电压原理

图22-1为同相端输入，高进度直流电压表电原理图

为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头至于运算放大器的反馈回路中，这时，流经表头的电流与表头的参数无关，只要改变R1一个电阻，就可以进行量程的切换。

表头电流I与被测电压

Ui的关系为

应当指出：图 22-1 适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外，当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。 2.测直流电流原理

图 22-2 是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的。例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动。按此种方式构成的电流表就可像常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。

图22-2 直流电流表表头电流I与被测电流I1间关系为：

可见，改变电阻比（R1/R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。 3.测交流电压原理

由运算放大器、二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图 22-3 所示。被测交流电压 Ui 加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗，又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响，故把二极管桥路和表头至于运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。

表头电流I与被测电压ui的关系为： 4.测交流电流原理

如图22-4为浮地交流电流表，表头读数由被测交流电流i的全波整流平均值I1AY决定，即 如果被测电流i为正弦电流，即

则表头可按有效值来刻度。

电流I全部流过桥路，其值仅与Ui/Ri有关，与桥路和表头参数无关。表头中电流与被测电压ui的全波整流平均值成正比，若ui为正弦波，则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。 5.测电阻原理

图22-5是多量程的欧姆表

图

22-5 欧姆表

在此电路中，运算放大器改用单电源供电，北侧电阻 Rx 跨在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压UREF。

可见，电流 I 于被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变 Ri 值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零，当 Rx=0 是，电路改成电压跟随器，Uo=UREF,故表头电流为零，从而实现了自动调零。

二极管D起保护作用，如果没有D，当Rx超量程时，特别是当Rx→∞，运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了D就可使输出钳位，防止表头过载。调整R2，可实现满量程调节。

6.运放制作万用表的电路设计

电路说明：黑框以外部位是万用表的内部结构，黑框以内是四种可能的待测元件。四种功能的切换是以开关 S1、S3、S4、S6 的控制完成的，其中在图示初始状态下，开关 S1 赋予控制键 A，

其余三个的控制键是 B，这就能有四种组合方式，从而达到四种电表的测量功能。

说明：5v 为待测直流电压 说明：4mA 为待测直流电流 说明：50mV 为待测交流电压有效值 说明：4mA 为待测交流电流峰值

2.2.6欧姆表电路图：

说明：R6 为待测电阻，S1 可控制量程

四． 实验内容与结果

3.1 用万用表测量各种电流、电压、电阻的结果及其分析：

通过改变量程和被测量，测得数组结果，以下对结果进行定量分析。 2.

输入电1.1直流电压的测量结果及分析：

6V 测量电压 6.0025V 绝对误差 0.0025V 相对误差 0.042% 压 8V 10V 8.0015V 10.003V 0.0015V 0.003V 30V/60mA=0.5KΩ 0 —— 60 mA 0.019% 0.03% 电阻 R1 电表选用量程 4mA 输入电6mA 流 8mA 电阻 R1 测量电压 3.9992mA 5.9992mA 7.9992mA 30V/60mA=0.5KΩ 绝对误差 0.0008mA 0.0008mA 0.0008mA R2 0 —— 60 mA 相对误差 0.020% 0.013% 0.010% 2.5KΩ 电表选用量程 输入82cos100tV 测量电压 5.040V 7.2015V 9.0020V R1 绝对误差 0.599V 0.7985V 0.9980V 相对误差 9.98% 9.98% 9.98% 电压 电阻 电表选用量程 30V/60mA=0.5KΩ 0 —— 60 mA 测量电压 4.235mA 绝对误差 0.235mA 0.357mA 0.475mA R2 相对误差 5.875% 5.950% 5.935% 2.5KΩ 42cos100tmA 输入电62cos100tmA 6.357mA 8.475mA 流 电阻 R1 30V/60mA=0.5KΩ 电表 选用量程 0 —— 60 mA 600Ω 输入9KΩ 电阻 80KΩ 电R1 阻 电表选用量程 测量电压 601.8Ω 9.02KΩ 80.35KΩ 绝对误差 1.8Ω 0.02KΩ 0.35KΩ 相对误差 0.31% 0.22% 0.44% 1KΩ R2 2.9KΩ 0 —— 1mA（忽略 Rm 的影响）

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