RC波形發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)

1、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用運(yùn)放組成方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器和正弦波發(fā)生器二、實(shí)驗(yàn)儀器示波器、信號(hào)發(fā)生器、交流毫伏表、數(shù)字多用表三、實(shí)驗(yàn)原理(1) 方波發(fā)生器設(shè)電路通電瞬時(shí)，電容上的電壓為0，電路輸出為Vz，這時(shí)運(yùn)放正相輸入端為VP 仁VzR1/(R1+R2)=FVz運(yùn)放輸出電流經(jīng) R3 , RP,R4向電容C充電。運(yùn)放反相輸入端 Vn隨時(shí)間延續(xù)電壓升高,當(dāng)vn=VP1時(shí)，電路輸出翻轉(zhuǎn),V0由Vz變?yōu)?Vz，vp由VP仁FVz變?yōu)閂P2=-FVz。這時(shí)由“地”向電容反相充電，vn隨時(shí)間延續(xù)電壓下降,當(dāng)vn=VP2 ,電路輸出翻轉(zhuǎn)，V0由電路輸出方波。在穩(wěn)態(tài)，輸出為Vz-VZ變?yōu)閂z，vp由

2、VP2=-FVz 變?yōu)镕Vz，周而復(fù)始,Vc(O)=-FVz,電容充電的終了電壓的時(shí)間可用以下方法推導(dǎo)：在起始時(shí)刻，電容上的電壓為 為Vz，所以電容上的電壓為Vc（ t）=Vz+ （ -FVz-Vz）7 （ -t/RC）當(dāng)電容上的電壓達(dá)到 FVz時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，記電容充電時(shí)間為TFVz=Vz+ （ -FVz-Vz）" （ -t/RC ）T=RCln （1+F ） / （1-F ）輸出方波的周期為2 T,所以輸出方波的周期為T=2 （Rp+R4 ） Cln （1+2R1/R2 ）(2)占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器與方波發(fā)生器相比，非C正向充電和反向充電使用的不同的路徑，從而使得高電平持續(xù)時(shí)間

3、和低電平持續(xù)時(shí)間不同。當(dāng)輸出為高電平 Vz時(shí)，運(yùn)放輸出的電流經(jīng) Rpp , D1,R4向電容充電，類同于對(duì)方波發(fā)生器的分析，忽略二極管的開(kāi)啟電壓，容易得到輸出高電平的持續(xù)時(shí)間為T= ( Rpp+R4 )Cln ( 1+2R1/R2 )類似地可求得輸出低電平的持續(xù)時(shí)間為T= (Rpn+R4 )Cln(1+2R1/R2 )輸出的周期為T=t2= (Rp+2R4Cln (1+2R1/R2 )(Rpn+R4占空比為 n = Tl/ t2= ( Rpp+R4(3)三角波發(fā)生器AF(COfii.ia kOhm設(shè)電路通電瞬間，即t=0時(shí)，電容上的電壓為0,積分器輸出vo=0，過(guò)0比較器輸出為vo1=Vz，這

4、時(shí)運(yùn)放 AR1正相輸入端電壓為)+VOR1/ ( R1+RP ) >0Vp 1= (Vz-vo ) Rp/ ( R1+Rp ) +vo=RpVz/( R1+Rp等于0時(shí)，對(duì)應(yīng)于時(shí)刻T,運(yùn)放AR1輸出保持為高電平。 積分器輸出線性地下降。 當(dāng)Vp1這時(shí)過(guò)0比較器翻轉(zhuǎn)，vo1=-Vz，記此刻的積分器輸出電壓值為VoN ,有RpVz/ (R1+Rp )=-R1VoN/ ( R1+Rp )解得 VoN= -RpVz/R1TVzdtVoN=-1/R3C 0 =-Vz TR3C三角波周期為 T=4 t=4R3RpC/R1幅值為 Vom=|von|=RpVz/R1(4)鋸齒波發(fā)生器與三角波發(fā)生器相比，

5、不同之處是：給 C 正向充電和反相充電使用了不同的路徑，從 而使得輸出 Vo1 高電平持續(xù)時(shí)間和低電平持續(xù)時(shí)間不同。 電容反相充電電流經(jīng)過(guò) C,R4,Rpn ，D2 ，類似于對(duì)三角波周期的推導(dǎo)，忽略二極管的開(kāi)啟電壓，容易得到鋸齒波的下降時(shí)間為t2=2(Rpn+R4 ) R1C/R2電容正向充電電流經(jīng)過(guò) C,R4,Rpp ，D1 ，忽略二極管的開(kāi)啟電壓， 容易得到鋸齒波的上 升時(shí)間為T=2( Rpp+R4 ) R1C/R2鋸齒波的周期為 T= T+ t2=2 (Rp+2R4 ) R1C/R2類似于對(duì)三角波幅值的推導(dǎo)，容易得到鋸齒波的幅值為Vom=R1Vz/R2四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1.仿真(1) 方波發(fā)生

6、器VDO.17VHI-C.1|jFhl4L :-r丄tT '4)匚R)LU和尸*mrVrt=5.1M3Pd/AJD1WhoKt口 =1JVKl1&O血險(xiǎn)詡h景昊161180117R4+R p/k Q20406080100幅值/v3.363.373.383.373.36周期/ms6.418.3410.3712.4414.21仿真值分析：隨著Rp阻值的改變，幅值幾乎不發(fā)生變化，但是周期隨著Rp的增大而增大(2) 占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器R4+R pp/k Q20406080100R4+R pn/k Q10080604020周期/ms10.610.911.110.910.7幅值N3.

7、373.373.373.373.37占空比0.20.5125分析：無(wú)論Rpp和Rpn怎么變，矩形波的幅值不變，當(dāng)占空比為1的時(shí)候周期最長(zhǎng)，而當(dāng)占空比越偏離1的時(shí)候，周期越小，但是這個(gè)差距并不明顯。結(jié)論：符合預(yù)期。(3) 三角波發(fā)生器U£tIT-WY - m w tfOD -tnWV對(duì)訕-J npnrwi -R1-W制Ih門r VlUiG7C1 :T112VHPCrAH . 嚴(yán) JI :i 孫景昊 1611180117lag方舫竝褂* II討方:；臟事* 殆iflvr】* I g| M 血度atRp=10k QVoVol幅值N3.7563.35周期/ms9.39.4Rp=15k QVo

8、Vol幅值N5.1343.35周期/ms14.114.1分析：通過(guò)改變Rp的阻值可以改變?nèi)遣ǖ闹芷?結(jié)論：Rp變大，三角波的周期變大JHBLJ7|lhHI帀(>1心咖"161160117 ?h3S 昊(4 )斜率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器IIE.-1-11_”uzHiJh 口IMA匸 *皿QJSl4k/JJ«1MRp/k Q1030507090幅值N3.363.383.563.323.40周期/ms64.3463.2164.4862.2363.21T/ms10.418.230.840.948.7TVms49.841.331.420.29.9分析：隨著Rp的改變，當(dāng)Rp處于滑動(dòng)

9、變阻器的中間值時(shí)幅值最大，從中間向兩邊遞減。周期幾乎沒(méi)什么變化。結(jié)論：符合預(yù)期。2.實(shí)物實(shí)驗(yàn)(1)方波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)值:R4+R p/k Q20406080100幅值/V5.85.95.95.95.9周期/ms3.45.67.69.611.6理論分析值:R4+R p/k Q20406080100T/ms4.49.613.217.622分析：同仿真結(jié)論：周期數(shù)據(jù)比仿真值和理論計(jì)算值要小很多,周期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能出錯(cuò)，幅值數(shù)據(jù)大約是仿真的2倍(2) 占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器R4+R pp/k Q20406080100R4+R pn/k Q10080604020周期/ms8.28.48.58.48.1幅值N

10、5.95.95.95.95.9占空比0.20.5125理論分析值R4+R pp/k Q20406080100T/ms13.213.213.213.213.2分析：同仿真。結(jié)論：幅值數(shù)據(jù)大約是仿真的2倍，周期數(shù)據(jù)比仿真數(shù)據(jù)小一些而理論值小更多，實(shí)驗(yàn)有誤差(3) 三角波發(fā)生器Rp=10k QVoVo1幅值/V5.455.65周期/ms8.888.9Rp=15k QVoVo1幅值/V8.25.9周期/ms13.213.2分析：改變Rp的值，即可改變?nèi)遣ǖ闹芷?，且Rp的值越大，三角波的周期越大結(jié)論：周期數(shù)據(jù)大致相等，幅值數(shù)據(jù)大約是仿真的(4 )斜率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器Rp/k Q1030507090幅值

11、/V6.055.95.95.96.05周期/ms62.561.661.461.662.7T/ms8.919.329.334.242.1TVms41.433.427.419.78.9理論估算值Rp/k Q1030507090Tl/ms8.817.626.435.244T2/ms4435.226.417.68.8分析：T和亡數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值差不多， 周期數(shù)據(jù)大致相等，幅值數(shù)據(jù)大約是仿真的 2倍,T和工2數(shù)據(jù)和仿真相差很大結(jié)論：仿真數(shù)據(jù)不精確，實(shí)驗(yàn)和理論相符。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和思考題1.實(shí)驗(yàn)小結(jié)本次實(shí)驗(yàn)比較順利，在老師的兩次幫助下提前完成了。這次實(shí)驗(yàn)我認(rèn)識(shí)到了電路板上電源出的保險(xiǎn)絲的重要性，由于電路中有短路線路，保險(xiǎn)絲熔斷保護(hù)了電路，證明老師以前一直強(qiáng)調(diào)的電源接法對(duì)安全的重要性。本次實(shí)驗(yàn)最大的失誤在于把書上電路圖中的“ + ”號(hào)誤以為是電源接入點(diǎn)，把電源正相 輸入端連了放大器負(fù)極， 導(dǎo)致大錯(cuò)。 仿真的時(shí)候?qū)W習(xí)到了用串接穩(wěn)壓管的方式來(lái)制作雙向穩(wěn) 壓管，更一步熟悉了器件搭試。2. 思考題1 )R3 的阻值不能過(guò)大，否則電路不起振，但是過(guò)小的話流過(guò)的電流會(huì)太大造成不安全 因素，故綜合以上兩點(diǎn)調(diào)節(jié)。2 )足夠小，這樣反向充電電壓翻轉(zhuǎn)的時(shí)間就足夠小，減小對(duì)輸出波形的影響六、原始數(shù)據(jù)*-fM 陽(yáng)/甘4"M