哈工大模電自主設(shè)計實驗

LC、RC波形振蕩器的擴(kuò)展分析實驗?zāi)康膶W(xué)會通過場效應(yīng)管來保證RC振蕩器的穩(wěn)幅；通過實驗理解LC、RC振蕩器的工作原理；了解振蕩器自動穩(wěn)幅系統(tǒng)的作用；掌握LC、RC振蕩電路振蕩頻率的測試方法和計算方法；比照總結(jié)LC、RC振蕩電路的特點。2、總體設(shè)計方案或技術(shù)路線正弦振蕩電路一般包括兩局部，放大電路A和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)F，如下圖。由于振蕩電路不需要外界輸入信號，因此，通過反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的反應(yīng)信號Xf就是根本放大電路的輸入信號Xid。該信號經(jīng)根本放大電路放大后，輸出為Xo，假設(shè)能使Xf與Xid大小相等，極性相同，構(gòu)成正反應(yīng)電路，那末這個電路就能維持穩(wěn)定的輸出。因而，Xf＝Xid可引出正弦振蕩條件。由圖可知：Xo=AXid而Xf=Fxo當(dāng)Xf＝Xid時，那么有：AF=1上述條件可寫成︱AF︱＝1，稱幅值平衡條件。即放大倍數(shù)A與反應(yīng)系數(shù)F乘積的模為1，說明振蕩電路已經(jīng)到達(dá)穩(wěn)幅振蕩，但假設(shè)要求電路能夠自行振蕩，開始時必需滿足︱AF︱>1的起振條件。由Xf與Xid極性相同，可得：ΦA(chǔ)＋ΦF＝1稱相位平衡條件即放大電路的相角和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的相角之和為2n·PI，其中n為整數(shù)。要使振蕩電路輸出確定頻率的正弦信號，電路還應(yīng)包含選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路兩局部。選頻電路的作用使單一頻率的信號滿足振蕩條件，穩(wěn)幅電路能保證電路的輸出幅度是穩(wěn)定不失真的，這兩局部電路通常可以是反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，或放大電路的一局部。3、實驗電路圖〔書本上的文氏電橋正弦波震蕩電路〕〔場效應(yīng)管穏幅正弦波震蕩電路)〔電容三點式LC正弦波振蕩電路〕RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩電路又稱文氏橋式振蕩電路。它適于產(chǎn)生頻率低于或等于1MHz的正弦信號。將場效應(yīng)管當(dāng)作一個壓控電阻使用，代替電阻R1，當(dāng)輸出電壓幅度增大時，使場效應(yīng)管的等效電阻也增大，負(fù)反應(yīng)加強(qiáng)，從而使輸出電壓幅度減小，實現(xiàn)穩(wěn)幅。電容三點式的頻率為，反應(yīng)系數(shù)F=c1/c2。振蕩圖中的D1、D2是兩個開關(guān)二極管，利用其正向?qū)〞r電阻的非線性，來自動調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。如果輸出幅度增大時，流過D1、D2的電流增大，其正向電阻減小，負(fù)反應(yīng)加強(qiáng)，電壓放大倍數(shù)隨之下降，使輸出幅度降低；如果輸出幅度減小時，流過D1、D2的電流減小，其正向電阻增大，電壓放大倍數(shù)隨之增加，使輸出幅度增大。調(diào)節(jié)Rw改變放大器的放大倍數(shù)。選擇RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，使振蕩頻率取1KHz~10KHz中任一值。〔R取值不能小于1千毆〕。選擇R1，R2，R3，RW的阻值〔阻值不能小于1千毆〕。實驗箱中電位器有1KΩ，10KΩ，50KΩ，470KΩ，1MΩ五種規(guī)格。R3越小，對二極管非線性的削弱越大，波形失真也就越小，但穩(wěn)幅作用也同時被削弱。可見，在選擇R3時．應(yīng)注意兩者兼顧。實驗證明，當(dāng)R3與二極管的正向電阻Rd接近時，穩(wěn)幅作用和波形失真都有較好的效果。R3通常選幾千歐。并通過實驗來調(diào)整到達(dá)最正確。集成運放采用μA741，穩(wěn)幅元件采用實驗儀中的二極管1N4148。4、儀器設(shè)備名稱、型號和技術(shù)指標(biāo)1．實驗箱一個2．雙蹤示波器一臺交流毫伏表一塊直流電源二極管1N4148集成運放μA7415、理論分析或仿真分析結(jié)果〔仿真電路圖〕〔瞬態(tài)分析〕〔穩(wěn)態(tài)分析〕6、詳細(xì)實驗步驟及實驗結(jié)果數(shù)據(jù)記錄〔包括各儀器、儀表量程及內(nèi)阻的記錄〕1.用示波器觀察有無輸出電壓Uo，如果觀察到無明顯失真的正弦波和方波。用示波器測量振蕩頻率，并與計算結(jié)果比擬。橋式波形發(fā)生器：R1=5.1K,RW+R2=5.1K,R3=6.2K,C=0.01uF,R4=R5=10K場效應(yīng)管穩(wěn)幅波形發(fā)生器：R1=R2=10K,C1=C2=0.01UF,其余生用集成運輸算放大器上6V 穩(wěn)壓管和5.1K電阻電容三點式正弦波震蕩電路：L=1MH,C1=0.1UF,C2=1UF,C0=0.01UF2.用交流毫伏表觀察輸出電壓U0是否穩(wěn)定，在波形不失真情況下測量V0和Vf。U0峰峰UF峰峰F0F+橋式波形發(fā)生器6.1V2.13V1.325KHZ1.3527KHZ場效應(yīng)管穩(wěn)幅波形發(fā)生器8.4V2.71V1.4037KHZ1.4058KHZ電容三點式正弦波震蕩電路19.8V1.88V15.853KHZ15.863KHZ3.畫出調(diào)試之后的RC場效應(yīng)管正弦振蕩和LC振蕩波形圖。(如果失真或者出現(xiàn)異常波形也將其畫出〕4.計算放大倍數(shù)Au、頻率f、反應(yīng)系數(shù)F并且與實際數(shù)值比擬。AuAu0ff0FF0橋式波形發(fā)生器3.22.861.352khz1.3khz0.350.33場效應(yīng)管穩(wěn)幅波形發(fā)生器3.23.291.404khz1.4khz0.320.33電容三點式正弦波震蕩電路1010.515.85khz15.6khz0.090.10分析起振的原因，以及如何保證輸出頻率。試著從反應(yīng)的角度分析電路圖中各個部件的功能。雖然沒有輸入，但由于實驗室有微弱的噪聲和振動，微弱信號經(jīng)過放大，輸出也很大，最后經(jīng)過穩(wěn)幅原件穩(wěn)定下來。R1和R3構(gòu)成反應(yīng)電路，R4、R5、C1、C2并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反應(yīng)電路，二極管構(gòu)成穩(wěn)幅電路，更換改變RP來改變負(fù)反應(yīng)深度。7.分析比照LC和RC正弦振蕩電路的特性。根本區(qū)別在于選頻網(wǎng)絡(luò)的不同，假設(shè)使用RC組成選頻網(wǎng)絡(luò)，那么成為RC振蕩電路，假設(shè)是LC組成選頻網(wǎng)絡(luò)，便是LC振蕩電路。LC一般適合產(chǎn)生高頻波形；RC一般適合產(chǎn)生低頻波形。實驗結(jié)論〔1〕振蕩電路的根本組成就是：1、放大器；2、正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。有以上電路組成的振蕩電路一般輸出的都是方波。要想產(chǎn)生正弦波，還要增加一個組成局部：選頻網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)可以用電感L、電容C組成，這就是LC振蕩電路；也可以用電阻R、電容C組成選頻網(wǎng)絡(luò)，這就是RC振蕩電路。一般來說，LC振蕩電路適合產(chǎn)生較高頻率〔一般在高于幾百千赫〕；而RC振蕩電路適合產(chǎn)生較低頻率?！?〕在實際實驗中很難觀察到振蕩電路起振的過渡過程，通過Multisim可以方便的看到?！?〕電路可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負(fù)反應(yīng)穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩波形?！?〕由于電路中存在噪聲，它的頻譜分布很廣。這種微弱的信號，經(jīng)過放大，通過正反應(yīng)的選頻網(wǎng)絡(luò)，使輸出幅度愈來愈大，最后受電路中非線性元件的限制，使振蕩幅度自動地穩(wěn)定下來?！?〕開始時〔場效應(yīng)穩(wěn)幅RC正弦波振蕩)，A(V)略大于3，到達(dá)穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，A(V)=3，F(xiàn)(V)=1/3。當(dāng)增大電位器RW阻值時，放大器的增益逐漸增大，振蕩器總體電壓放大倍數(shù)大于1，到達(dá)自激振蕩的條件。此時開始自激振蕩。當(dāng)繼續(xù)增大電位器時，增益繼續(xù)增大，二極管開始非線性限幅，當(dāng)輸出幅值過大時，超過二極管限幅最值，開始出現(xiàn)非線性失真。8、實驗中出現(xiàn)的問題及解決對策〔1〕：所測量的數(shù)據(jù)與理論值有偏差。解決對策：翻開帶寬限制，合理調(diào)整元器件的擺放位置，減小元器件之間的相互干擾，同時盡量在連接電路之前選擇更加精準(zhǔn)的原件，尋找比擬安靜的試驗臺。：做實驗時發(fā)現(xiàn)時間緊迫。解決對策：在做實驗之前更加充分準(zhǔn)備，深入理解實驗原理，提前到實驗室進(jìn)行準(zhǔn)備，實在不行就下次再來。：做實驗的時間比擬早，模電的理論課程還沒有學(xué)到所做實驗需要的知識。解決對策：自己預(yù)習(xí)第七章“放大電路中的反應(yīng)〞，在網(wǎng)絡(luò)查找資料，來完善自己缺陷的知識。：不會使用仿真軟件，沒有摸你手段。解決對策：在網(wǎng)絡(luò)尋找仿真軟件教程，并且一步一步按照RC正弦振蕩的電路圖連接，最終解決了問題，同時具備了一定的仿真能力。9、本次實驗的收獲和體會、對電路實驗室的意見或建議收獲體會：自主設(shè)計實驗對我們學(xué)生是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，沒有了現(xiàn)成的公式和步驟，一開始我顯得手足無措，但是硬著頭皮在圖書館一點一點查閱電路實驗書，在網(wǎng)上搜索相關(guān)課題的資料讓我一點一點成長，雖然僅僅選擇課題和設(shè)計實驗就花費了將近一個星期的時間，但是我依然感謝這次自主實驗讓我開發(fā)潛能，超越自我。一點小小的建議：希望實驗室能開放更多的電路元件，因為在選擇課題的時候有些感興趣并且有挑戰(zhàn)性的課題