1、实验四 二阶连续系统的模拟一 实验目的1 了解利用运放构成的基本模拟单元。2 掌握连续系统的模拟方法。3 根据系统的零极点理论，研究二阶连续系统的高通、带通和低通特性。二 实验原理运算放大器是一种高增益的直耦放大器。它有两个信号输入端，一个信号输入端，其中“+ ”表示同相输入端， “”表示反相输入端，如图 4.1 所示。在理论分析时，可视其输入阻抗 Ri 为 ，开环增益 Go 为。这样，运放在线性应用时,Vp=Vn，这就是所谓“虚短接”特性。在运放闭环应用中，加上不同的反馈网络，可实现不同的运算功能。本实验用到加减法电路和反向积分电路。加减法电路如图 4.2 所示。可推导出 Vo 如下：由式可
2、见，Vo 为 V1，V2，V3 的有权加减结果。其有权加减框如图 4.3 所示。反向积分器电路如图 4.4 所示，根据“虚短接”特征和正相输入端电位为地电位，Vn=Vp=0，称反向输入端具有“虚地”特性，运放没有电流流进。V 推导如下：321)2(1123VRRVonpndtViRCIcdtVoiI0011/由上式可知，Vo 为 Vi 的反向积分，其 S 域框图如图 4. 5 所示。图 4.5 积分器 S 域框图一个简单的二阶连续系统框图如图 4.6 所示，Vh （S ） ，Vb（S）和 Vl（S）分别是系统的高通、带通和低通输出端。高通、带通和低通的传递函数分别为： 0*1)()(0*122
3、aSSVilHlhbaSiVS任何系统只要具有和上三式相似的传递函数，都可以由图 4.6 所示系统来模拟。本实验所用的二阶连续系统电原理图如图 4.7 所示。图 4.7 二阶连续系统电原理图三、实验仪器和设备1 双踪示波器 （ XJ4318、YB4320A） 2 脉冲信号发生器 (XC16A) 3 函数信号发生器 （ XJ1631） 4 双路稳压电源 （ WYK-302B2） 5 数字万用表（GDM-8245） 6 二阶模拟系统实验板 四、 实验内容及步骤1 认识图 4.8 做成的实验板，将电源电压调到+/-12v ，接上实验板。2 调好频率为 10KHz 的占宽比为 10%的幅度合适的正脉冲
4、作输入信号，分别显示和观察低通、带通和高通输出的波形(必须和理论分析结果一致,必要时调节 R4、R5 电位器)，并记录下来。3 调好频率为 100Hz 的占宽比为 50%的幅度合适的正脉冲作输入信号，分别显示和观察低通、带通和高通输出的波形(必须和理论分析结果一致,必要时调节 R4、R5 电位器)，并记录下来。五、实验报告要求1 复习教材有关内容，认真阅读实验指导书，掌握实验原理，熟悉实验要求。2 推导图 4.7 所示系统电原理图的 Vh、Vb 和 Vl 端的传递函数，并画出系统的 S 域框图。3 自己拟定实验步骤。4 画出四（2）实验所得的波形，分析实验结果。5 根据四（3）数据作出 Vh、Vb 和 Vl 端的频率特性。六、 思考题1 为什么输入脉冲频率较低时，Vl 端的波形失真较小？而 Vh 端的波形失真较大？2 为什么输入脉冲频率较高时，Vl 端的波形失真较大？而 Vh 端的波形失真较小？3 如果低通端没有输出低频信号或高通端没有输出高频信号会是什么原因？图 4.8 二阶连续系统电原理图
