波形产生电路实验报告.docx
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波形产生电路实验报告.docx
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波形产生电路实验报告
波形产生电路实验报告
一、实验目的
1.通过实验掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设讣方法:
2.通过实验掌握由集成运放构成的方波(矩形波)和三角波(锯齿波)振荡电路的原理与设计方法。
二、实验容
1.正弦振荡电路
实验电路图如下图所示,电源电压为±12V。
(1)缓慢调肖电位器饨卩,观察电路输出波形的变化,解释所观察到的现象。
(2)仔细调巧电位器Rw,使电路输出较好的正弦波形,测出振荡频率和幅度以及相对
应的心卩之值,分析电路的振荡条件。
(3)将两个二极管断开,观察输出波形有什么变化。
2.多谐振荡电路
(1)按图2安装实验电路(电源电压为±12V)o观测^1.^2波形的幅度、周期(频率)以及比a的上升时间和下降时间等参数。
(2)对电路略加修改,使之变成矩形波和锯齿波振荡电路,即比a为矩形波,§2为锯齿波。
要求锯齿波的逆程(电压下降段)时间大约是正程(电压上升段)时间的20%左右。
观测比>2的波形,记录它们的幅度、周期(频率)等参数。
3.设讣电路测量滞回比较器的电压传输特性o
3.预习计算与仿真
1.预习计算
(1)正弦振荡电路
由正反馈的反馈系数为:
F=Yl=^^=1
比乙+乙3+/
5Q丿
由此可得RC串并联选频网络的幅频特性与相频特性分别为
CD%
血=-arctan
3
I••
易知当。
=%=一时,乞和匕同相,满足自激振荡的相位条件。
RC
若此时A,f>3,则可以满足九尸>1,电路起振,振荡频率为
f,}=一1一=1=994.7Hz,7;=丄=1.005ms。
°2ttRC2^xl6kQxl0nF0九
若要满足自激振荡,需要满足在起振前略大于1,而令九=3,即满足条件的Rw应略大于10kQ.
(2)多谐振荡电路
对电路的滞回部分,输出电压
R?
R1
%=十@=+6V\UP=UnX——-—+Un7X——-—
Q-Z~p°的+町°2血专珀,当Up=U^=QV时,可
1/.7=+—Xl/n=+3V以得到"2…
2.仿真分析
(1)正弦振荡电路
仿真电路图:
仿真得到的测量数拯总结如下(具体见仿真报告):
(1)尺球为o时,无波形产生
(2)调肖他卩恰好起振时
%
kn
f
频率區
峰值/V
仿真值
10.15
987.17
1.555
(3)调节识用使输出电压幅值最大
莎
f
频率區
峰值/V
仿真值
17.81
987.17
10.388
(2)多谐振荡电路
仿真电路图:
得到的数据整理如下:
^1幅度
周期
^2上升
Vq2下降
Vq2幅度
匕周期
/V
/US
时间/us
时间/us
N
/US
仿真值
6.535
409.09
208.33
204.55
2.907
420.46
(3)矩形波和锯齿波发生电路
仿真电路图:
仿貞•结果整理如下:
V01幅度
51周期
VQ2上升
Vo2下降
VO2幅度
匕周期
/V
/ms
时间/ms
时间/ms
/V
/ms
仿真值
6.539
1.600
1.335
0.265
2.804
1.600
(4)滞回比较器电压传输特性的测量
仿真电路图:
仿真结果整理如下:
仿真
值
・2.197
2.197
-6.540
6.540
4.实验数据记录与处理
1.正弦振荡电路
(1)尺炉为o时,无波形产生
(2)调节R用恰好起振时
莎
f
频率區
峰值/V
理论值
10.0
994.7
—
仿真值
10.15
987.17
1.555
实验值
10.33
1024.1
0.905
相对误差/%
3.3
2.96
■41.8
此时的波形:
(3)调加识球使输出电压幅值最大
莎
f
频率花
峰值/V
理论值
—
994.7
—
仿真值
17.81
987.17
10.388
实验值
18.52
932.63
10.250
相对误差/%
3.99
-6.24
-1.33
此时的波形:
(4)将两个二极管断开观察尺⑷从小打大变化时的波形是如何变化的
调巧电阻使得恰好起振时的波形和继续调大电阻后的输出电压波形依次为:
由波形变化可以看岀,当调节电阻使得电路刚好出现振荡时输出电压幅值就己经到达最
大值,并且有一点的失真现象,当继续调大电阻时,输岀电压波形失真更加严重。
2.多谐振荡电路
输出电压波形为:
实验数据整理如下:
51幅度
/V
51周期
/us
Vq2上升
时间/us
匕下降
时间/us
^2幅度
N
l/c2周期
/us
仿真值
6.535
409.09
208.33
204.55
2.907
420.46
实验值
6.150
424.72
212.0
212.0
3.20
424.72
相对误差
589%
3.82%
1.76%
3.64%
10.08%
1.01%
3.矩形波和锯齿波发生电路
实验测得的数搦整理如下:
『01幅度
/V
51周期
/ms
Vq2上升
时间/ms
匕下降
时间/ms
^2幅度
N
l/c2周期
/ms
仿真值
6.539
1.600
1.335
0.265
2.804
1.600
实验值
6.050
1.616
1.350
0.270
3.10
1.626
相对误差
-7.48%
1.00%
1.12%
1.89%
10.56%
1.63%
4・滞回比较器电压传输特性的测量
实验数据整理如下:
仿真
值
-2.197
2.197
-6.540
6.540
实验
值
-2.015
2.054
-6.00
6.00
相对
误差
/%
8.28
6.51
8.26
8.26
误差分析:
1.正弦振荡电路中峰值的测量误差较大,可能由于在仿真过程中由于Multisim中在用示波器测量输岀电压时,即使调丹电阻已经达到理论值,但示波器上还是没有波形出现,所以会与实际测量形成一左的误差。
2.多处的输出电压测量的误差较大。
因为实际实验使用的稳压管为5.1V的,而老师要求的仿貞•中采用的稳压管为6V的,即使仿真中采用的是虚拟的稳压管,但是经过测量发现稳压管还是会存在正向导通电压,所以仿真中采用稳压管的稳压值较大,产生了误差。
五、思考题
1.图1中的电位器调到什么位置时最好(电路既容易起振,又能输出较好的正弦波)?
答:
由正弦波发生电路的起振条件,陞应该略大于10kQ,电路才能输岀正弦波。
在实验中测^-=10.33kH时电路恰能产生稳世的正弦波,而在=18.52kfl时电路输出的不失真正弦波幅值最大。
因此,为了既使电路容易起振,又能输岀较好的正弦波,应该将电位器调节到10.33kQ与18.52kfl之间的位置。
&由运放组成的多谐振荡器电路,其输岀波形(方波或矩形波)的跳变沿主要决左于什么?
如果要缩短其上升时间和下降时间(使波形变陡),您认为可采取哪些办法?
答:
由于电路中使用的运放不是理想的运放,所以转换速率有限,因此输出方波或矩形波时会岀现跳变沿。
如果要缩短其上升和下降时间,应该提高运放的转换速率。
六、实验结论
1.正弦振荡电路的起振条件为血・应该略大于,实验中测得当/?
w=10.33kH时电路恰好起振:
2.在正弦振荡电路中加入二极笛的非线性环肖可以在一立弗1避免波形发生失真,实验测得输岀最大不失真正弦波时=18-52kfl,若去掉二极管环节则电路一起振就失真。
3.多谐振荡电路第一级电路输出方波,第二级电路输岀三角波,若在电路中加入占空比可调环节可以调节积分电路的充电和放电的时间常数,当其时间常数不一样时,则充电和放电所需要的时间就不同,进而使电路输岀锯齿波;
4.滞回比较器电路有两个阈值电压,其输岀特性如上而仿真图示。
七、实验收获与体会
1.实验过仿真分析和亲手搭建电路加深了对于波形产生电路的理解;
2.正弦振荡电路过观察去掉二极管后的产生的波形,深刻理解了非线性环肖对于正弦振荡电路的重要性:
3.通过测量滞回比较器的电压传输特性初步掌握了示波器X-Y输出通道的基本操作方法,对于示波器的使用有了更深的体会。
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