RC波形發(fā)生電路實驗

RC波形發(fā)生電路實驗RC波形發(fā)生電路實驗/NUMPAGES15RC波形發(fā)生電路實驗RC波形發(fā)生電路實驗實驗目的學習使用運放組成方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器和正弦波發(fā)生器實驗儀器示波器、信號發(fā)生器、交流毫伏表、數(shù)字多用表實驗原理方波發(fā)生器方波發(fā)生器方波發(fā)生器設電路通電瞬時，電容上的電壓為0，電路輸出為Vz，這時運放正相輸入端為VP1=VzR1/(R1+R2)=FVz運放輸出電流經(jīng)R3，RP,R4向電容C充電。運放反相輸入端Vn隨時間延續(xù)電壓升高，當vn=VP1時，電路輸出翻轉(zhuǎn)，vo由Vz變?yōu)?Vz，vp由VP1=FVz變?yōu)閂P2=-FVz。這時由“地”向電容反相充電，vn隨時間延續(xù)電壓下降，當vn=VP2，電路輸出翻轉(zhuǎn)，vo由-VZ變?yōu)閂z，vp由VP2=-FVz變?yōu)镕Vz，周而復始，電路輸出方波。在穩(wěn)態(tài)，輸出為Vz的時間可用以下方法推導：在起始時刻，電容上的電壓為Vc(0)=-FVz,電容充電的終了電壓為Vz，所以電容上的電壓為Vc（t）=Vz+（-FVz-Vz）e^（-t/RC）當電容上的電壓達到FVz時，電路翻轉(zhuǎn)，記電容充電時間為τFVz=Vz+（-FVz-Vz）e^（-t/RC）Τ=RCln（1+F）/（1-F）輸出方波的周期為2τ，所以輸出方波的周期為T=2（Rp+R4）Cln（1+2R1/R2）+R+RPNRPP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)時間和低電平持續(xù)時間不同。當輸出為高電平Vz時，運放輸出的電流經(jīng)Rpp，D1,R4向電容充電，類同于對方波發(fā)生器的分析，忽略二極管的開啟電壓，容易得到輸出高電平的持續(xù)時間為τ1=（Rpp+R4）Cln（1+2R1/R2）類似地可求得輸出低電平的持續(xù)時間為τ2=（Rpn+R4）Cln（1+2R1/R2）輸出的周期為T=τ1+τ2=（Rp+2R4）Cln（1+2R1/R2）占空比為η=τ1/τ2=（Rpp+R4）/（Rpn+R4）三角波發(fā)生器設電路通電瞬間，即t=0時，電容上的電壓為0，積分器輸出vo=0，過0比較器輸出為vo1=Vz，這時運放AR1正相輸入端電壓為Vp1=（Vz-vo）Rp/（R1+Rp）+vo=RpVz/（R1+Rp）+voR1/（R1+Rp）>0運放AR1輸出保持為高電平。積分器輸出線性地下降。當Vp1等于0時，對應于時刻τ，這時過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/R1VoN=-1/R3C=-Vzτ/R3C三角波周期為T=4τ=4R3RpC/R1幅值為Vom=|von|=RpVz/R1鋸齒波發(fā)生器RRPNRPP圖7.6鋸齒波發(fā)生器與三角波發(fā)生器相比，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)時間和低電平持續(xù)時間不同。電容反相充電電流經(jīng)過C,R4,Rpn，D2，類似于對三角波周期的推導，忽略二極管的開啟電壓，容易得到鋸齒波的下降時間為τ2=2（Rpn+R4）R1C/R2電容正向充電電流經(jīng)過C,R4,Rpp，D1，忽略二極管的開啟電壓，容易得到鋸齒波的上升時間為τ1=2（Rpp+R4）R1C/R2鋸齒波的周期為T=τ1+τ2=2（Rp+2R4）R1C/R2類似于對三角波幅值的推導，容易得到鋸齒波的幅值為Vom=R1Vz/R2實驗項目仿真方波發(fā)生器仿真值R4+Rp/kΩ20406080100幅值/v3.363.373.383.373.36周期/ms6.418.3410.3712.4414.21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的增大而增大結論：符合預期。占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器R4+Rpp/kΩ20406080100R4+Rpn/kΩ10080604020周期/ms10.610.911.110.910.7幅值/V3.373.373.373.373.37占空比0.20.5125分析：無論Rpp和Rpn怎么變，矩形波的幅值不變，當占空比為1的時候周期最長，而當占空比越偏離1的時候，周期越小，但是這個差距并不明顯。結論：符合預期。三角波發(fā)生器Rp=10kΩVoVo1幅值/V3.7563.35周期/ms9.39.4Rp=15kΩVoVo1幅值/V5.1343.35周期/ms14.114.1分析：通過改變Rp的阻值可以改變?nèi)遣ǖ闹芷诮Y論：Rp變大，三角波的周期變大斜率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器Rp/kΩ1030507090幅值/V3.363.383.563.323.40周期/ms64.3463.2164.4862.2363.21τ1/ms10.418.230.840.948.7τ2/ms49.841.331.420.29.9分析：隨著Rp的改變，當Rp處于滑動變阻器的中間值時幅值最大，從中間向兩邊遞減。周期幾乎沒什么變化。結論：符合預期。實物實驗方波發(fā)生器實驗值：R4+Rp/kΩ20406080100幅值/v5.85.95.95.95.9周期/ms3.45.67.69.611.6理論分析值：R4+Rp/kΩ20406080100T/ms4.49.613.217.622分析：同仿真結論：周期數(shù)據(jù)比仿真值和理論計算值要小很多，周期實驗數(shù)據(jù)可能出錯，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+Rpp/kΩ20406080100R4+Rpn/kΩ10080604020周期/ms8.28.48.58.48.1幅值/V5.95.95.95.95.9占空比0.20.5125理論分析值R4+Rpp/kΩ20406080100T/ms13.213.213.213.213.2分析：同仿真。結論：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，實驗有誤差（3）三角波發(fā)生器Rp=10kΩVoVo1幅值/V5.455.65周期/ms8.888.9Rp=15kΩVoVo1幅值/V8.25.9周期/ms13.213.2分析：改變Rp的值，即可改變?nèi)遣ǖ闹芷冢襌p的值越大，三角波的周期越大結論：周期數(shù)據(jù)大致相等，幅值數(shù)據(jù)大約是仿真的2倍（4）斜率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器Rp/kΩ1030507090幅值/V6.055.95.95.96.05周期/ms62.561.661.461.662.7τ1/ms8.919.329.334.242.1τ2/ms41.433.427.419.78.9理論估算值Rp/kΩ1030507090τ1/ms8.817.626.435.244τ2/ms4435.226.417.68.8分析：τ1和τ2數(shù)據(jù)與理論計算值差不多，周期數(shù)據(jù)大致相等，幅值數(shù)據(jù)大約是仿真的2倍，τ1和τ2數(shù)據(jù)和仿真相差很大結論：仿真數(shù)據(jù)不精確，實驗和理論相符。五、實驗小結和思考題實驗小結本次實驗比較順利，在老師的兩次幫助下提前完成了。這次實驗我認識到了電路板上電源出的保險絲的重要性，由于電路中有短路線路，保險絲熔斷保護了電路，證明老師以前一直強調(diào)的電源接法對安全的重要性。本次實驗最大的失誤在于把書上電路圖中的“+”號誤以