北邮22信通：实验六 由运放器构成的音频放大电路设计、仿真、测试报告

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目录

实验目的：

设计要求：

*补充：

*（1）uA741的8个引脚：

*（2）AD2接口：

*（3）电路搭建

*（3.1）电路搭建：

*（3.2）主线路连接（即除了接地之外其余导线的连接）：

*（3.3）接地之后最终版：

*（4）WaveForm仪器参数调整：

*（5）记录一个错误：

实验内容：

1.电路设计

2. Multisim仿真

*讲解：

*电路图搭建：

*第（1）小问的注意事项：

*第（3）小问的注意事项：

3. 实际电路测试（使用AD2的网络分析功能）

4. 计算、仿真、测试所获电路参数对比分析

对比分析总结：

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注：这篇文章两个目录并行，用带*和不带*作区分。带*的部分（红色加粗）是讲解指导部分，其余部分是原实验报告固有文字。

实验六  由运放器构成的音频放大电路设计、仿真、测试报告（指导）

实验目的：

学习掌握运算放大电路结构的设计、依据需求计算确定元器件参数值的方法，分析器件参数对整体电路性能的影响。
实验设备及器件：
笔记本电脑（软件环境：Multisim13.0、WaveForms2015）
AD2口袋仪器
电容：0.1μF、10μF等
电阻：10kΩ、91kΩ、100kΩ等
面包板、运放μA741、LM318、连接线等
注意：由于器件原因，所有LM318相关部分均跳过，仅完成μA741内容即可。

设计要求：

（1）电路设计应避免运放共模抑制比的影响，增益为40dB左右；
（2）±5V双电源供电；
（3）输入阻抗10kΩ；输出负载为10kΩ；
（4）输入、输出端加隔直流电容（设计中计算所得电容值就近使用满足设计要求的标称值）；
（5）所有电阻的阻值不超过100kΩ（考虑到减小静态功耗，在满足参数要求的前提下，应尽量使用较大阻值的电阻，设计中计算所得电阻值就近使用标称值）；
（6）通频带要求为20Hz—20kHz。

*补充：

*（1）uA741的8个引脚：

 

 

·Pin1和Pin5(偏移N1和N2) : 这些引脚用于在必要时设置偏移电压
·Pin2 (IN-) : 运算放大器的反相引脚。Pin3(IN+): 运算放大器的同相引脚。
·Pin4 (Vcc-): 此引脚接地，否则为负轨
·Pin6(Output): 运算放大器的o/p引脚
·Pin7(Vcc+): 此脚连接到电源的+ve轨。
·Pin8(NC): 无连接

*（2）AD2接口：

本实验AD2共使用了个引脚

用于测试增益和上下截止频率的波特仪输出端口：channel1的1+和1-引脚；

用于直流电压接地的引脚“向下箭头”；

用于提供直流电压VCC的引脚V+；V+接在AD2的7号引脚上；

用于提供直流电压VEE的引脚V-；V-接在AD2的4号引脚上；

用于提供输入端交流信号的引脚W1和接地引脚。

其实最后两个接口可以不用接入电路。Wavegen只能提供频率恒定的交流信号，而测量电路增益和上下限截止频率则要求输入频率随时间线性变化，显然Wavegen无法做到这一点。Network模块中有内置频率随时间线性变化的函数发生器，可以轻松实现这个要求，从而测出增益。所以我们在实验的时候可以观察到，当Network工作的时候，Wavegen会自动停止工作。

*（3）电路搭建

*（3.1）电路搭建：

*（3.2）主线路连接（即除了接地之外其余导线的连接）：

*（3.3）接地之后最终版：

*（4）WaveForm仪器参数调整：

Supplies：

Network：

点击右上角的开始运行按钮，观察曲线。

曲线大致形状如下：

鼠标双击曲线，就会出现红色标线，方便读取数据。找曲线水平的部分取点，之后读取到的增益-3dB带宽，再找到相应的点，读取相应的频率即可。

注意，最终测得增益在40dB左右，范围不超过+-0.2dB。

*（5）记录一个错误：

很多uu做实验的时候最终测出的结果是10dB左右，在电路连接和AD2接口连接确认无误的情况下，请检查这个位置：

实验内容：

1.电路设计

（1）电路结构：根据避免运放共模抑制比的影响、增益为40dB左右、输入阻抗为10kΩ、输入、输出端加隔直流电容、电阻阻值不超过100kΩ的要求，运算放大电路应采用反相输入方式。若采用反相输入基本放大电路（见图1-1），电路增益A_v=-R_F/R_1,而 R_1=10kΩ，为达到40dB的增益，R_F的阻值将达到1MΩ，不满足要求，因此采用T型反馈，电路结构见图1-2。

（2）R2、R3、R4、R5的选取：基于减小静态功耗及运放输入端直流匹配电阻的需求及增益为40dB，有：

易知所有电阻中R2最大，将R2选为100kΩ。
设R3=R4，计算R3、R5的阻值：

 将 R2=100Ω，R3=10Ω代入上方两式，得到 R3≈91Ω，R5≈10Ω

将选定的阻值带入增益公式：

为保证每个人实验报告的特异性，请读者自行带入数值计算结果。
（3）电容的取值：
（a）求解电容C1的容量（可令C1的容抗在20Hz处为R_1的0.1倍，请想想为什么要这样？）； 

 由电容计算公式（电分知识），且 f=20Hz, X C = 0.1R1 =1Ω，可得 C1 ≈10uF

（b）求解电容C2的容量（可令C2的容抗在20Hz处为R_6的0.1倍，请想想为什么要这样？）；

 由于 R1 = R6 ,且频率相同，所以由（a）计算可知， C1 = C2 =10uF

（c）电容C3取值0.1μF即可。

2. Multisim仿真

（1）使用μA741运放器，输入信号为峰值10mv（有效值为7.071mv）、1kHz正弦波。将仿真输入、输出信号屏幕拷贝贴于下方（图2-1）。

*讲解：

*电路图搭建：

电路图搭建如下：

*第（1）小问的注意事项：

（1）按照给定的电路图连接仿真电路，注意连接UA741的时候，正负引脚与给出的电路图中的引脚是相反的。

（2）按照给定和计算得出的参数修改multisim中各元器件的参数。

（3）电容选用普通电容进行仿真即可。

（4）别忘了接地。

（5） 按下F5开始运行，双击示波器查看情况，根据示波器显示的波形调整时间跨度和channel1、2的步长，小编的步长最终调节如下：

仿真的结果是，两只曲线都没有明显失真。
（2）使用μA741运放，输入信号为峰值100mv（有效值为70.71mv）、1kHz正弦波，将仿真输入、输出信号屏幕拷贝贴于下方（图2-2）。

 操作如上，调整示波器参数，步长调整如下：

图2-2 100mv、1kHz输入信号下的输入和输出波形

 大概状态是一只曲线失真明显，另一只曲线基本没有失真。

（3）使用μA741运放器，对放大电路进行频率特性（频率范围为1Hz—1MHz）仿真，将仿真特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图2-3）。

*第（3）小问的注意事项：

（1）波特仪： 右边一竖列仪器从上往下数第11个。

（2）点击运行开始测试，双击波特仪查看曲线情况。将纵坐标极限调为60dB和-60dB。

（3）大概的图类似于这样：

找中间最平滑的部分，取一个点。读出这个位置的增益。大概范围是40dB左右 。

然后这个增益减3dB，找到曲线上的那个点。

具体调整方法如下：选中标定线（蓝色的竖线），右键，set Y value，=>表示向右边寻找，<=表示向左边寻找。设置值为<平滑位置测出的增益-3dB>

实验结果大概这样。

// (4)使用LM318运放器，对电路进行频率特性（频率范围为1Hz—1MHz）仿真，将仿真特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图2-4）。

3. 实际电路测试（使用AD2的网络分析功能）

（1）使用μA741运放器对电路进行频率特性（频率范围为1Hz—1MHz）测试，将测试特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图3-1）。

见文章开头的补充说明。

//（2）使用LM318运放器对电路进行频率特性（频率范围为1Hz—5MHz）测试，将测试特性曲线屏幕拷贝贴于下方（图3-2）。

4. 计算、仿真、测试所获电路参数对比分析

表1-1计算、仿真与测试数据对比表

	μA 741	LM318
理论增益（dB）	40
仿真增益（dB）
测试增益（dB）
仿真下/上限截止频率
测试下/上限截止频率

对比分析总结：