测控电路实验指导书(3)

实验十 开关电容滤波器实验

一、实验目的

1．熟悉及掌握集成开关电容滤波器的构成原理及应用。 2．掌握滤波器的滤波特性。 1．集成滤波器MF10芯片简介

集成滤波器MF10芯片内部框图及其引脚图如图10-1所示。

开关电容集成滤波器MF10是一种通用型开关电容滤波器集成电路，依外部接法不同，可

二、实验原理及电路

实现低通、高通、带通、带阻和全通等滤波特性。开关电容集成滤波器无需外接决定滤波频率的电阻和电容，其滤波频率仅由输入时钟fclk决定，通常时钟频率fclk应高于信号频率的50倍或100倍。其内部集成了两组MF5，两个MF5既可分别构成两个独立的二阶开关电容滤波器，又可级联成四阶开关电容滤波器。其内部框图及引脚图如图10-1所示，第4（17）脚为内部运放反相输入端INVA(INVB)；第5（16）脚为求和输入端SIA(SIB)；第1（20）脚为低通输出端LPA(LPB)；第2（19）脚为带通输出端BPA(BPB)；第3（18）脚为带阻/全通/高通输出端N/AP/ HPA(N/AP/HPB)，第10（11）脚为时钟输入端CLKA(CLKB)；第12脚用于设定时钟频率fclk

50与滤波器的频率f0的比值；当第12脚接高电平时 clk ? ，则 f0 ? 50 ；接地时， clk ? 100 ，

ff0fclkff0则 fclk ；只要在时钟输入端CLKA(CLKB)控制输入的时钟频率，就可以改变滤波频率，这

f0?样可以实现滤波频率的数字控制。滤波器的Q值通过外接电阻设定。

图10-1 MF10内部框图及引脚图

2．电路说明

实验电路原理图如图10-2所示。

短接J1的1-2，J2的1-2，J3的2-3，J4的1-2时，则构成二阶低通滤波器；

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100短接J1的1-2，J2的1-2，J3的2-3，J4的4-5时，则构成二阶高通滤波器； 短接J1的1-2，J2的1-2，J3的2-3，J4的2-3时，则构成二阶带通滤波器； 短接J1的2-3，J2的1-2，J3的1-2，J4的4-5时，则构成二阶带阻滤波器； 短接J1的2-3，J2的2-3，J3的1-2，J4的4-5时，则构成二阶全通滤波器；

图10-2 开关电容滤波器实验电路图

三、实验设备

1．测控电路实验箱 2．函数信号发生器 3．示波器 四、实验内容及步骤

1．打开直流稳压电源±5V电源开关。 2．时钟信号的观察

把“U10 开关电容滤波器”单元的“时钟信号”端接入示波器，观察时钟信号的波形。 3．调节信号发生器，使之输出正弦信号，接入输入端，输出端接示波器，按照前面“电路说明”部分，通过切换短路帽分别接成低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号，改变输入信号的频率，记录输出信号的幅度及相位随输入信号频率变化的情况。 五、思考题

1．用集成开关电容滤波器MF10设计一滤波器需注意哪些问题。

2．试用MF10设计一个四阶低通滤波器，要求品质因数Q1=1，Q2=0.5，其截止频率f0=2KHz，

试画出其原理图。 六、实验报告要求

1．整理实验数据，绘制以上几种滤波器的滤波特性曲线图。

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实验十一 开关式相乘调制及解调实验

一、实验目的

二、实验原理

开关式相乘调制原理框图 解调部分原理框图 2．实验电路的工作原理

这是一种简单的开关式相乘调制实验，在设计上有一定的代表性，比较清晰直观，能使学生在实验时有一个感性的认识和方便测试。

如图11-3所示调制电路是一种单管调制器，采用场效应管Q1(3DJ6F)来担任，利用其阻抗高的特点和控制灵敏的优越性，能很好的满足调制要求。G极加入开关控制信号（方波），D极输入调制信号（正弦信号），在输出端UO处可观测到理想的开关式幅度调制信号。

信号的解调部分电路主要利用实验十“开关电容滤波器实验”作低通滤波器提取开关式幅度调制信号中的基带信号，从而获得解调信号。

1．电路的组成

开关式相乘调制及解调实验电路框图见下图所示，主要由调制电路，开关信号产生电路，1．加深理解“开关式相乘调制”的特点和这种调制方式的组成原理。 2．通过实验电路的组成、波形的观测来理解这种调制方式的优缺点。

解调电路组成。

图11-1 开关式相乘调制电路

三、实验设备

1．测控电路实验箱 2．函数信号发生器 3．示波器

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四、实验内容及步骤

（一）已调信号的观测

1．打开实验挂箱接入±5V，±12V直流电源。

2．调节信号发生器，使之输出频率为15KHz，幅值为6.0VP-P的正弦波信号如图11-1，接入“U21波形变换单元”的输入端Ui，“U21波形变换单元”的输出端Uo接示波器，在示波器上可观测到开关控制信号（方波），如图11-2所示。

3．把“U23波形转换单元”的输出Uo端接入“U20开关式调制单元”的Uc端（即将开关控制信号导入到开关式调制单元）。

4．把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1VP-P的正弦波信号，接入“U20开关式调制单元”的Ui端，把“U20开关式调制单元”的UO端与UC端分别接入示波器的CH1和CH2，可观察到已调信号（如图11-4）与开关控制信号（方波）的关系。

（二）解调信号的观测

图11-2 调制信号 图11-3 开关控制信号 图11-4 已调信号 五、实验注意事项

1．实验过程中，外加调制信号幅度不要过大，请按照实验内容及步骤说明部分进行实验，以便得到更好的实验效果。 六、思考题

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1．在上面步骤的基础上，把“U20开关式调制单元”的UO端接入“U10开关电容滤波器2．用虚拟示波器同时观测“U20开关式调制单元”的Ui端及“U10开关电容滤波器单元”

单元”（此单元电路接成低通滤波器）的“输入”端（即将已调信号导入到低通滤波器）。 的“输出”端的信号波形。

试阐述开关式相乘调制及解调的工作原理。 1．整理实验数据，绘制观测到的波形图。

七、实验报告要求

实验十二 精密全波整流及检波实验

一、实验目的

1．掌握精密全波整流电路的构成及工作原理。 2．掌握精密全波整流电路在检波电路中的功能。

二、实验原理

（一）实验电路框图如图12-1所示

调幅（AM）信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调，这种方法又称包络检波。普通调幅（AM）信号通过精密全波整流电路进行全波整流，然后经低通滤波器取出低频成分，经过信号放大，从而获得解调信号。

图12-1 实验电路框图

（二）实验电路工作原理

实验电路如图12-2所示。运放N1，二极管D1、D2，电阻R1、R2、R3，R4构成半波检波电路。运放N2，电阻R5、R6、R7，R8构成反相输入加法电路，并与前端的半波检波电路一起构成全波检波电路。

图12-2 精密全波整流电路图

三、实验器件及单元

1．测控电路实验箱 2．函数信号发生器 3．示波器 四、实验内容及步骤

1．打开实验箱上±5V、±12V直流电源。

2．把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号（用示波器观察其波形输出），接入“U5幅度调制单元”的调制波输入端。

3．调节实验箱上的函数信号发生器，使之输出频率为100KHz左右、幅值为4.0VP-P的正4．“U5调幅单元”的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到如图12-3所示的普通调幅（AM）波。

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弦波信号，接入“U5调幅单元”的载波输入端。

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