《测控电路》实验指导书王月娥编写电子工程与自动化学院目录实验一典型放大器的设计 (5)实验二精密检波和相敏检波实验 (8)实验三信号转换电路实验 (12)实验四细分电路实验 (14)《测控电路》课程实验教学大纲一、制定实验教学大纲的依据根据本校《2011级本科指导性培养计划》和《测控电路》课程教学大纲制定。

二、本实验课在专业人才培养中的地位和作用《测控电路》是测控技术与仪器专业专业任选课。

电路实验技能是从事测控行业工作者的一项基本功。

本实验课的教学目的就在于加强学生对《测控电路》课程有关理论知识的掌握以及测控电路实验技能和实验方法的训练。

三、本实验课讲授的基本实验理论1、如何基于集成运算放大器设计模拟运算电路、电桥放大器以及仪用放大电路。

2、幅度调制与解调电路的原理。

3、信号转换电路原理。

4、电阻链细分电路的原理。

四、本实验课学生应达到的能力1、培养学生独立分析电路的能力。

2、培养学生独立设计、搭接电路的动手能力。

3、培养学生使用典型电工电子学仪器的技能。

4、培养学生处理测量数据和撰写实验报告的能力。

五、学时、教学文件学时：本课程总学时为32学时,其中实验为8学时,占总学时的25%。

六、实验考核办法与成绩评定根据学生做实验的情况及实验报告，由指导教师给出成绩，成绩按优、良、中、及格、不及格五档给分。

以15%的比例计入课程总成绩。

七、仪器设备及注意事项注意事项：注意人身安全，保护设备。

八、实验项目的设置及学时分配制定人：审核人：批准人：注意事项为了顺利完成实验任务，确保人身、设备的安全，培养学生严谨、踏实、实事求是的科学作风和爱护国家财产的优秀品质。

要求每个学生在实验时，必须注意如下事项：一、实验前必须充分预习，认真阅读实验指导书，明确实验任务及要求，弄清实验原理，拟定好实验方案，做好分工。

二、使用仪器设备前，必须熟悉其性能，预习操作方法及注意事项，并在使用时严格遵守操作规程。

做到准确操作。

三、实验接线要认真检查，确定无误方可接通电源。

初学或没有把握时，应请指导教师审查同意后再接通电源。

使用过程中需要改线时，需先断开电源，才可拆、接线。

四、实验中应注意观察实验现象，认真记录实验结果（数据、波形及其它现象）。

实验记录经指导教师审阅签字后，才可拆除实验线路。

此记录应附在实验报告后，作为原始记录的依据。

五、实验过程中发生任何破坏性异常现象，（例如元器件冒烟、发烫有气味或仪器设备出现异常），应立即切断电源，保护现场，及时报告指导教师，不得自行处理。

等待查明原因、排除故障、教师同意后，才能继续进行实验。

如发生事故，应自觉填写事故报告单，总结经验，吸取教训。

损坏仪器、器材，要服从实验室和指导教师对事故的处理。

六、实验结束后，关掉仪器设备的电源开关，再拉闸，并将工具、导线、仪器整理好，方可离开实验室。

七、遵守实验室纪律，注意保持实验室整洁、安静。

不做与实验内容无关的事。

八、进行指定内容之外的实验，要经过指导教师的同意。

不得乱动其他组的仪器设备、器材和工具。

借用器材如有损坏、丢失，要按实验室规定赔偿。

九、实验后，应按要求认真书写实验报告，并按时交给教师。

十、每次实验结束，学生轮流协助实验室打扫卫生和整理仪器。

以增强参与管理意识。

实验一 典型放大电路的设计一、实验目的1. 掌握仪用放大电路的构成及特点。

2. 掌握电桥工作原理，放大器性能。

3. 掌握自举式高输入阻抗放大电路的构成和特点。

二．实验内容1．双运放高共模拟制比电路。

2. 单臂电桥实验。

3. 高输入阻抗同相交流放大电路。

三．实验原理 1. 电路模块的功能（1）双运放高共模拟制比电路：传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压，一般采用差动输入集成运算放大器来抑制它，抑制能力不仅与外接电阻对称精度有关，也与运算放大器本身的共模抑制能力有关。

一般运算放大器共模抑制比可达80dB ，而采用由几个集成运算放大器组成的测量放大电路，共模抑制比可达100～120dB 。

（2）电桥放大器：电桥电路不仅可精测电阻，而且可用于测量电感、电容、频率、压力、温度、形变等许多物理量，并广泛地应用于自动控制之中。

电参量式传感器经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并通过运算放大器作进一步的放大。

（3）高输入阻抗电路： 有些传感器（如电容式、压电式）的输出阻抗很高，可达108Ω以上，这就要求对测量放大电路具有很高的输入阻抗。

在要求较高的场合，可采用高输入阻抗集成放大器或采用集成运算放大器组成的自举电路组成高输入阻抗电路和传感器进行匹配。

2. 电路实验原理（1）高共模抑制比电路的原理（本实验做双运放高共模抑制比放大电路）电路如图1-1所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i264i13412O U R RU R R R R U -=其中R 7=R 1∥R 2，R 5=R 3∥R 4∥R 6。

当6312R R R R =，U i1=U i2时，输出电压为零，共模信号得到了抑制。

U i1U i2图1-1 高共模抑制比电路（2）单臂电桥放大电路的原理图1-2所示，是把传感器电桥两输出端分别与差动运算放大器的两输入端相连，构成差动输入电桥放大电路。

当R 5=R 6 5521//2oR Uu U R R R -=++46346////R R u U R R R +=+若运算放大器为理想工作状态，即-+=u u ，可得 521465346////2//OR R R R R U U U R R R R ⎛⎫+=+⎪+⎝⎭由上式可知，电桥一个桥臂的电阻变化时，电路的电压放大倍数不是常量，放大倍数和电位器的值有关。

（3）高输入阻抗电路的原理交流电压跟随电路，由于它们的同相输入端接有隔直电容C 1的放电电阻R （R 1+R 2），因此电路的输入电阻在没有接入电容C 2时将减为R 。

为了使同相交流放大电路仍具有高的输入阻抗，可采用反馈的方法，通过电容C 2将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R 1的两端。

由于处于理想工作状态的运算放大器两输入端是虚短的（即近似等电位），因此R 1的两端等电位，没有信号电流流过R 1，R 1可以看作是无穷大，为了减少失调电压，反馈电阻R 3应与R （即R 1+R 2）相等。

四．实验装置1.±5V 直流稳压电源；2.测控电路实验板；3.双踪示波器；4.直流电压表；5.信号源。

五．实验方案及实验结果分析实验前熟悉相应的实验单元，认清实验单元的信号输入及输出端口，把±5V 直流稳压电源接入“测控电路实验板”±5V 的插孔。

（注：切忌正负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块）。

1. 电桥放大电路电桥的电源U 接2V ，调节电位器R W ，测量电桥放大电路的输出电压。

表1-12. 高共模抑制比电路（1）在“测控电路”实验板上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。

（2）测量差模电压放大倍数：单端输入，V 1=5mV ，f=1KHz 的输入信号，测量输出电压V O 的值。

（3）测量共模电压放大倍数：双端输入，V 1=5mV ，f=1KHz 的输入信号，测量输出电压V O 的值。

（4）在U i1及U i2的两端输输入幅值为2V 、频率为1KHz 的正弦波信号，测量相应的U 0，并用示波器观测U 0与U i 的幅值及相位关系，将结果记入下表中。

表1-2图1-3 高输入阻抗电路图1-2 差动电桥放大电路（5）设计合适的高共模抑制比测量电路，测量该实验电路的共模抑制比。

3. 自举组合电路（1）在“测控电路”实验板找到相应的实验单元，在U i输入正弦波信号，测量相应的U0，并用示波器观测U0与U i的幅值及相位关系。

（2）将结果记入表下表中。

（3）设计合适的测量方法，测量该电路的输入阻抗。

（4）引起该电路高输入阻抗的元件是电容C2，分析有它和无它对电路输入输出关系的影响。

六实验报告1. 整理实验数据，将理论计算结果和实测数据相比较，得出实验结论。

2. 分析讨论实验中出现的现象和问题。

3. 回答思考题4. 总结与体会七思考题1. 考虑有无自举模块的差异。

2. 计算高输入阻抗放大器输入阻抗并与理论值进行比较。

3. 测量仪用放大电路的共模抑制比并与理论值进行比较。

实验二 精密检波和相敏检波实验一．实验目的1. 掌握差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。

2. 了解信号调制/解调的基本工作原理。

3. 掌握精密全波整流电路的构成及工作原理。

4. 掌握相敏检波电路的构成及工作原理。

二．实验内容1. 精密线性检波电路的实验2. 相敏检波电路的实验 三、实验原理在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，往往还有各种噪音。

而传感器的输出信号一般很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。

为了便于区别信号与噪音，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。

从已经调制的信号中提取反映被测量的测量信号，这一过程称为解调。

1. 精密全波整流电路实验工作原理高输入阻抗全波精密检波电路如图2-1所示，它采用同相端输入。

当u s >0时，D 1导通，D 2截止，则电路输入输出关系：u o =u s 。

当u s <0时，D 2导通，D 1截止，取R 1=R 2=R 3=R 4/2。

这时N 1的输出为： u o =-u s 。

（详细的推导关系见教材） 2. 相敏检波电路工作原理相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。

相敏检波与包络检波在功能上的主要区别是前者能够鉴别调制信号相位，以判别被测量变化的方向，同时还具有选频的能力，以提高测控系统的抗干扰能力。

从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号，有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。

设输入信号为0()cos()s x t V w t θ=+，其中s V 是表示被测信号的幅度；0w 是被测信号和参考信号的频率；θ是被测信号和参考信号之间的相位差。

参考信号()r t 输入方波信号，其傅立叶级数表示为[]1014(1)()os (21)21n rn V r t c n w t n π+∞=-=--∑ ，x(t)与r(t)相乘的结果为 ()()()p u t x t r t =∙图2-1 精密全波整流电路0cos()s V w t θ=+[]1014(1)cos (21)21n r n V n w t n π+∞=-∙--∑[]1012(1)cos (22)21n r sn V V n w t n θπ+∞=-=---∑+1012(1)cos(2)21n r s n V Vnw t n θπ+∞=-+-∑ 上式中第一项为差频项，第二项为和频项。