集成电路原理实验讲义.docx

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集成电路原理实验讲义

集成电路原理

1、实现课程简介

集成电路原理是一门理论性较强的课程，同时也是一门综合型课程。

它结合了电路，模拟电路，线性电子电路等方面的知识，使学生在学习新知识的同时又加强了对以往知识的巩固。

由于集成电路较强的理论性，开设集成电路实验课的意义就不言而喻。

通过实验，使得学生对理论知识有了更好的掌握，并锻炼了学生的动手能力。

本课程实验共四个，分别为：

积分与微分电路（有源）、有源滤波器、电压/频率转换电路、波形变换电路，每个实验均紧贴课程内容，并针对学生在学习理论过程中易遇到的难题部分，在实验中通过练习和思考题的方式予以帮助解决。

四个实验由易到难，由浅到深，使学生易于理解和掌握。

2、TPE-A实验箱简介：

集成电路原理的实验均是在TPE-A实验箱中完成，该实验箱主要是用于完成低频模拟电子技术方面的实验。

该实验箱的实验板采用独特工艺，正面贴膜同时印有原理图及符号，

反面为印制导线并焊有相应元器件，需要测量及观察的部分装有自锁紧式接插件，使用直观、可靠，维修方便、简捷。

同时在使用该实验箱的时候，配备使用数字万用变、双踪示波器、函数发生器等仪器，使学生的动手能力得到充分锻炼。

实验一积分电路与微分电路

1、实验目的

1.掌握由运算放大器组成的积分与微分电路。

2.掌握积分与微分电路的特点，并观察记录积分与微分电路的实验区别。

3.熟悉运算放大器在电路中的使用。

2、实验仪器

1.数字万用表

2.信号发生器

3.双踪示波器

4.TPE-A实验箱

3、实验原理

1.积分电路如图1.1所示，其输出信号与输入信号的积分成正比，采用基本积分电路可以实现某一信号的一般波形转换（电路原理基于电容的冲放电原理），

积分电路运算关系：

图1.1积分电路

2.微分电路如图1.2所示，其输出信号与输入信号的微分成正比，微分电路运算关系：

图1.2微分电路

3.积分-微分电路如图1.3所示。

图1.3积分-微分电路图

4、实验内容与步骤

1.积分电路部分：

（1）按实验图在实验箱中连接电路，并在输入端取Vi=1V，观察输出Vo的结果。

（2）在图1.1中使输入端取频率为100HZ幅值为4V的正弦波信号，观察Vi和Vo的波形情况，观察二者的相位关系和幅值大小，同时记录二者波形。

（3）若改变

（2）中输入信号的频率为150HZ，观察二者的相位关系和幅值大小，同时记录二者波形。

（4）若将图1.1中积分电容大小改为1uF，重复

（2）、（3）步骤，观察实验结果并记录。

2.微分电路部分：

（1）按实验图在实验箱中连接电路，并在输入端取Vi=1V，观察输出的结果。

（2）在输入端输入频率为100HZ，V=±4V的方波，观察输出Vo的波形并记录有效幅值。

（3）依次改变

（1）中方波的频率（50HZ~400HZ），用示波器观察Vo的波形变化，并建立表格记录有效值的大小变化。

（4）若使用积分电路中输入端的正弦波信号（频率为100HZ幅值为4V），用示波器观察输入Vi与输出Vo的波形并记录Vo的幅值。

（5）将电路中电容的大小改为0.2uF，重复（3）步骤，观察输出的变化并进行记录。

3.积分-微分电路部分：

（1）使用积分电路输入端的正弦波信号（频率为100HZ幅值为4V）作为图1.3的输入信号，用示波器观察输入Vi与输出Vo的波形并记录VO的幅值。

（2）使用微分电路输入端的方波信号（频率为100HZ，V=±4V）作为图1.3的输入信号，用示波器观察输入Vi与输出Vo的波形并记录有效幅值。

5、实验报告

1.对于图1.1电路，分析当输入Vi为正弦波，输出Vo为何种波形？

二者的相位差为多少？

2.若图1.1输入Vi为100HZ有效值是1V的正弦波，输出Vo有效值是多少？

3.对于图1.2电路，分析当输入Vi为方波，输出Vo为何种波形？

二者的有效幅值分别为多少？

4.记录三个实验输出的波形，并进行分析。

6、预习要求

1.熟悉运算放大器的功能和特点。

2.熟悉积分与微分电路原理。

七、思考题

1.在积分电路实验部分中，改变积分电容的大小对实验结果如何影响？

为什么会产生这种影响？

2.针对不同电路的实验，分析实验结果与理论结果之间存在误差的原因。

实验二有源滤波电路

一、实验目的

1.掌握有源滤波的概念并熟悉其电路结构和特点。

2.熟悉几种滤波的不同电路功能，并能分析其滤波特性。

二、实验仪器

1.信号发生器

2.双踪示波器

3.TPE-A实验箱

3、实验原理

滤波电路的基本功能是使指定频段的信号顺利通过，其他频率的信号被衰减，同时有源滤波电路（由RC元件和运算放大器组成）的滤波参数不随负载变化。

根据不同频率范围的选择，可将滤波电路分为低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）、带阻（BEF）等四种滤波器。

1.典型的二阶低通滤波电路图如图2.1所示,

图2.1低通滤波电路

电路性能参数：

通带增益

（2-1）

截止频率

（2-2）

2.高通滤波电路图如图2.2所示，将图2.1中起滤波作用的电阻、电容互换位置，即可得二阶高通滤波电路。

图2.2高通滤波电路

3.带阻滤波电路图如图2.3所示，该电路主要功能是使在规定频带内，信号无法通过（或受到很大的抑制和衰减），而在其余频带内信号能顺利通过。

图2.3带阻滤波电路

四、实验内容与步骤

1.低通滤波：

（1）按照图2.1在实验箱中接线，并接通电源。

（2）在电路中，输入端输入有效电压为1V的信号波形，并依此改变输入频率，观察输出电压的变化。

（3）记录不同输入频率时，输出电压的大小。

频率（HZ）

5

10

15

20

30

50

100

150

200

300

400

500

电压（V）

2.高通滤波：

（1）按照图2.2在实验箱中接线，并接通电源。

（2）在电路中，输入端输入有效电压为1V的信号波形，并依此改变输入频率，观察输出电压的变化。

（3）记录不同输入频率时，输出电压的大小。

频率（HZ）

5

10

15

20

30

50

100

150

200

300

400

500

电压（V）

3.带阻滤波：

（1）按照图2.3在实验箱中接线，并接通电源。

（2）在电路中，输入端输入有效电压为1V的信号波形，并依此改变输入频率，观察输出电压的变化。

（3）根据实验观察，自行建立表格并记录不同输入频率对应不同输出电压大小。

频率（HZ）

5

10

15

20

30

50

100

150

200

300

400

500

电压（V）

5、实验报告

1.在实验报告中要求作出电路图2.1、图2.1、图2.3的幅频特性曲线图。

2.通过实验分别找出电路图2.1、图2.1的截止频率，电路图2.3的中心频率，六、预习要求

1.熟悉几种不同滤波的概念和功能，并熟悉滤波中的重要参数。

2.分别分析电路图2.1、图2.3的工作原理，并计算电路增益表达式。

七、思考题

1.通过实验测量出电路图2.1、图2.1的截止频率，电路图2.3的中心频率是否与理论测量频率之间存在较明显误差？

试分析误差产生的原因。

2.在低通滤波电路中要想改变截止频率，应该在电路中调整哪个参数？

在高通滤波电路中又如何调整？

实验三电压/频率转换电路

一、实验目的

1.掌握电压/频率转换功能的实现方法。

2.掌握电压/频率转换电路的基本组成部分并分析各部分的主要功能。

二、实验仪器

1.数字万用表

2.示波器

3.TPE-A实验箱

3、实验原理

电压/频率转换（VFC）就是将输入电压信号按线性比例关系转换为相应的频率信号，当输入信号变化时，输出频率信号也随之变化。

电压/频率转换器的输出信号f0与输入电压Vi的大小成正比，输入控制电压为直流电压。

利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的震荡频率，达到产生相应频率的效果。

本次实验电路图采用简单的VFC电路（产生方波），电路图如下：

图3.1电压/频率转换电路

四、实验内容与步骤

1.按图3.1在实现箱中接线，并接通电源。

2.通过在输入端Vi处输入不同电压，使用示波器观察输出波形的变化并记录每次的Vo输出频率。

3.记录实验结果：

电压（V）

0

1

2

3

4

5

6

7

频率（HZ）

5、实验报告

根据实验结果，画出频率-电压关系曲线图并进行分析。

六、预习要求

1.熟悉电压/频率转换电路的特点和性能。

2.分析电路图3.1中如何实现电压与频率之间的转换。

七、思考题

1.在电压/频率转换电路中，电容C是如何工作的？

2.在电压/频率转换电路中，主要受那些参数的影响？

实验四波形变换电路

一、实验目的

1.掌握波形变换电路的基本原理和工作特性。

2.掌握波形变换电路中各元器件的主要功能

3.熟悉各波形变换电路的设计方原理和参数设置方法。

二、实验仪器

1.信号发生器

2.双踪示波器

3.TPE-A实验箱

3、实验原理

波形变换电路的功能是将一种形状的波形变换为另一种形状的波形，以适应不同需求。

利用集成运算放大器或者专用模拟集成电路，配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号发生器和具有各种功能的变换电路。

1.精密半波整流电路如图4.1所示。

由于二极管的伏安特性在小信号时处于截止或特性曲线的弯曲部分，一般利用二极管的单向性来组成整流电路，在小信号检波时输出端将得不到原信号（或使原信号失真很大）。

图4.1精密半波整流电路

当

（正半周）时，二极管D1导通，D2截止，输出电压Vo=0;当

（负半周）时，二极管D1截止，D2导通，输出电压

。

2.方波变三角波电路原理图如图4.2所示：

图4.2方波变三角波电路

4、实验内容与步骤

1.精密半波整流：

（1）按照图4.1在实验箱中接线，并接通电源。

（2）在电路中输入频率为200HZ，幅值为±2V的正弦波，在示波器中观察输入和输出的波形，并对输出波形进行记录。

（3）将

（2）步骤中输入正弦波的频率变为400HZ，幅值分别为±2V和±1V，在示波器中观察输入和输出的波形的变化，并分别对输出波形进行记录。

（4）将正弦波换为三角波，重复步骤

（2）、（3），在示波器中观察输入和输出的波形的变化，并对输出波形进行记录。

2.方波变换为三角波：

（1）按照图4.2在实验箱中接线，并接通电源。

（2）在电路中输入频率为400HZ，幅值为±5V的方波，在示波器中观察输入和输出的波形，并对输出波形进行记录。

（3）将

（2）步骤中输入方波的频率变为600HZ，幅值仍为±5V，在示波器中观察输入和输出的波形的变化，并对输出波形进行记录。

（4）将

（2）步骤中输入方波的幅值变为±2V，频率仍为400HZ，在示波器中观察输入和输出的波形的变化，并对输出波形进行记录。

5、实验报告

1.根据图4.2的电路图，分析其工作原理，说明波形转换如何实现？

2.画出图4.1、图4.2中的输出波形Vo，并与输入波形进行比较。

六、预习要求

熟悉信号发生器产生各种波形，并准确记录波形参数。

七、思考题

1.在方波变三角波的实验中，改变输入波形的频率时，该输入波形是否会发生失真现象？

如果发生失真现象，应该怎样调节电路中的参数并说明理由？

2.过上述实验，试分析波形变换电路的主要特点。