實驗八信號產(chǎn)生與處理電路

1、一、實驗目的二、預習要求三、基本原理四、實驗內(nèi)容五、實驗設(shè)備與器材六、實驗報告要求七、思考題熟悉用運算放大器構(gòu)成RC正弦波發(fā)生器的工作原理及電路組成形式。掌握比較器的電路組成特點。學習振蕩電路、比較器的調(diào)整與測試方法。復習RC橋式正弦波振蕩器的工作原理及電路組成形式，估算實驗電路的振蕩頻率。復習電壓比較器的工作原理及傳輸特性。了解過零比較器及滯回特性過零比較器的電路組成形式。分析R1、R2、D1、D2的改變對振蕩器輸出波形的影響。1、RC橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）v從結(jié)構(gòu)上來看，正弦波振蕩器就是一個沒有輸入信號的正反饋放大器，其選頻網(wǎng)絡(luò)可以用R、C元件

2、組成（稱為RC振蕩器），一般用來產(chǎn)生1Hz1MHz的低頻信號；選頻網(wǎng)絡(luò)也可以用L、C元件組成（稱為LC振蕩器），一般用來產(chǎn)生1MHz以上的高頻信號。不論哪種振蕩器，都必須滿足產(chǎn)生持續(xù)振蕩的振幅平衡條件和相位平衡條件。v本實驗采用如圖1所示的電路，運算放大器A1組成RC橋式正弦波振蕩器。由圖可見，具有選頻特性的串聯(lián)（R1C1）、并聯(lián)（R2C2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋支路，接到運算放大器A1的同相輸入端，負反饋支路仍接反相輸入端，電位器RW1的作用是調(diào)節(jié)負反饋深度，以保證起振條件。電路中采用了匹配對接的兩只二極管構(gòu)成穩(wěn)幅電路，以保證輸出波形正負半周對稱。 圖123456ABCD654321DCBATitl

3、eNumberRevisionSizeBDate:8-Nov-2007 Sheet of File:D:安裝軟件PROTELEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:C20.01uFC10.01uFD2D1A1A2Rw110KR33KR41KR520KR251KR151KR610KR710KRw21K+12VUrUo1Uo2+12V+12V-12V-12VvR4的接入是為了削弱二極管的非線性影響，以改善波形失真。電路中集成運算放大器A1作為一個線性放大元件，工作在線性區(qū)。v當電路中R1=R2=R，C1=C2=C時，振蕩頻率v 0=1/2RCv起振的幅值條件為 RF/R1v式中，

4、RF=RW1+（R4/rd），rd為二極管正向?qū)娮?。v調(diào)整反饋電阻RF（調(diào)節(jié)RW1），使電路起振，且波形失真最小。如果不能起振，則說明負反饋太強，應適當增大RF；如波形失真嚴重，則應適當減小RF。v改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般對電容C做頻率切換，而對R作量程內(nèi)頻率細調(diào)。2、電壓比較器v圖2(a)所示為一個最簡單的電壓比較器，在運算放大器的同相輸入端加參考電壓UR，反相端加輸入電壓Ui。v當UiUR時,輸出低電平,DZ導通,U0=-UD，低電位；v當UiUR時,輸出高電平,DZ截止,U0=UD，高電位。v因此，以參考電壓UR為界，當輸入電壓Ui變化時，輸出電壓反映出兩種狀

5、態(tài)，既高電位和低電位，且在UR附近翻轉(zhuǎn)。圖2（b）為輸出電壓與輸入電壓之間的傳輸特性曲線。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Oct-2007Sheet of File:D:安裝軟件PROTELEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:R1R2R3DzUo圖2（）圖2（）v常見的電壓比較器有普通過零比較器、具有滯回特性的過零比較器（Schmitt觸發(fā)器）、雙限比較器（窗口比較器）等。v圖1電路中，運算放大器A2是一個具有滯回特性的過零電壓比較器，輸入電壓（即A1輸出正弦信號）加到反相端，比較電壓UR加在同相輸入

6、端。v從圖1可以看出，從輸出端引一個電阻分壓支路（R6，R7）到同相輸入端，若輸出電壓U02改變狀態(tài)，則U+端的電位也隨著發(fā)生變化，使過零點離開原來位置。當U0為正值時（記為U0），有1、測量正弦波振蕩器輸出電壓的波形、頻率和幅度v（1）在模擬電路實驗箱上按圖1接好振蕩器電路，檢查無誤后接通電源。v（2）調(diào)節(jié)RW1使電路振蕩。v（3）測量輸出電壓的頻率、幅度，并描繪波形，將結(jié)果填入表1中2、觀察選頻網(wǎng)絡(luò)元件對電路的影響v（1）將R1，R2更換為20K的電阻，測量輸出電壓U01的波形、頻率和幅值，將結(jié)果填入表2中。v（2）將R1，R2更換為75K的電阻，再次測量輸出電壓U01的波形、頻率和幅值，

7、將結(jié)果填入表2中。表1 振蕩器實驗數(shù)據(jù)3、觀察穩(wěn)幅電路的作用v（1）接入和去掉D1，D2時，觀察輸出波形的變化情況，將結(jié)果記入表3-13-3中v（2）表3 穩(wěn)幅電路波形表2 改變選頻元件實驗數(shù)據(jù)4、研究比較器的工作原理（1） 按圖1接好A2電路，并將它與A1振蕩器電路連在一起。 表3 穩(wěn)幅電路波形v（2）將比較器A2的U+端接地，此時電路為過零比較器，用雙蹤示波器觀察U01和U02的波形，記錄并比較之。v（3）斷開U+端的接地線，并將U+端接R6，調(diào)節(jié)RW2使比較電壓UR=0。此時的比較器為具有滯回特性的比較器電路。觀察記錄波形，讀出回差電壓UH的大小。v（4）緩慢調(diào)節(jié)RW2，觀察波形變化，測量當UR=4V時的輸出波形，記錄波形并讀出回差電壓UH的值。v雙蹤示波器1臺v數(shù)字函數(shù)發(fā)生器1臺v低頻毫伏表1臺v模擬電路實驗箱1個v萬用表1塊v列表整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，并將其與理論值比較。v觀察輸出波形，繪出傳輸特性曲線。v記錄正弦信號發(fā)生器的起振、失真及最大不失真時的RW1值和最大不失真時的U01值。v通過實驗，分析RC的振幅條件。v討論二極管D1，D