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10Ω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：
RRRUO?24Ui1?4Ui2
R1R3R6其中R7=R1∥R2，R5=R3∥R4∥R6。当
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R2R3，Ui1=Ui2时，输出电压为零，共模信号得到了抑制。 ?R1R6
Ui1
Ui2
图1-1 高共模抑制比电路
UO
5
（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R5=R6 u?U?ou??R5U?
R5?R2//R12R4//R6U
R3?R4//R6若运算放大器为理想工作状态，即u??u?，可得 U?R5?R2//R1?U??OR5?2?R4//R6U?
R3?R4//R6? 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C1的放电电阻R（R1+R2），因此电路的输入电阻在没有接入电容C2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C2将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R1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R1的两端等电位，没有信号电流流过R1，R1可以看作是无穷大，为了减少失调电压，反馈电阻R3应与R（即R1+R2）相等。 四．实验装置
图1-3 高输入阻抗电路
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RW，测量电桥放大电路的输出电压。
表1-1
图1-2 差动电桥放大电路
RW（Ω） UO（V） 放大倍数 2. 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，V1=5mV，f=1KHz的输入信号，测量输出电压VO的值。 （3）测量共模电压放大倍数：双端输入，V1=5mV，f=1KHz的输入信号，测量输出电压VO的值。 （4）在Ui1及Ui2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U0，并用示波器观测U0与Ui的幅值及相位关系，将结果记入下表中。
表1-2
Ui(V)
UO(V) Ui波形 UO波形 UO与Ui的关系 6
（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Ui输入正弦波信号，测量相应的U0，并用示波器观测U0与Ui的幅值及相位关系。 （2）将结果记入表下表中。
表1-3 Ui(V) UO(V) Ui波形 UO波形 UO与Ui的关系 （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。
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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
图2-1 精密全波整流电路
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us>0时，D1导通，D2截止，则电路输入输出关系：uo=us。当us<0时，D2导通，D1截止，取R1=R2=R3=R4/2。这时N1的输出为： uo=-us 。（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x(t)?Vscos(w0t??)，其中Vs是表示被测信号的幅度；w0是被测信号和参考信号的频率；?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
(?1)n?1r(t)?cos?(2n?1)w0t? ，x(t)与r(t)相乘的结果为 ??n?12n?14Vr?up(t)?x(t)?r(t)
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