哈工大模電自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

LC、RC波形振蕩器的擴(kuò)展分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)保證RC振蕩器的穩(wěn)幅；通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解LC、RC振蕩器的工作原理；了解振蕩器自動(dòng)穩(wěn)幅系統(tǒng)的作用；掌握LC、RC振蕩電路振蕩頻率的測(cè)試方法和計(jì)算方法；比照總結(jié)LC、RC振蕩電路的特點(diǎn)。2、總體設(shè)計(jì)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(hào)，因此，通過(guò)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的反應(yīng)信號(hào)Xf就是根本放大電路的輸入信號(hào)Xid。該信號(hào)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(gè)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(shí)，那么有：AF=1上述條件可寫(xiě)成︱AF︱＝1，稱(chēng)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(shuō)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(kāi)始時(shí)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(chēng)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(hào)，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(hào)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(shí)驗(yàn)電路圖〔書(shū)本上的文氏電橋正弦波震蕩電路〕〔場(chǎng)效應(yīng)管穏幅正弦波震蕩電路)〔電容三點(diǎn)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(chēng)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(hào)。將場(chǎng)效應(yīng)管當(dāng)作一個(gè)壓控電阻使用，代替電阻R1，當(dāng)輸出電壓幅度增大時(shí)，使場(chǎng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。電容三點(diǎn)式的頻率為，反應(yīng)系數(shù)F=c1/c2。振蕩圖中的D1、D2是兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管，利用其正向?qū)〞r(shí)電阻的非線性，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。如果輸出幅度增大時(shí)，流過(guò)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(shí)，流過(guò)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(shí)驗(yàn)箱中電位器有1KΩ，10KΩ，50KΩ，470KΩ，1MΩ五種規(guī)格。R3越小，對(duì)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(shí)被削弱?？梢?jiàn)，在選擇R3時(shí)．應(yīng)注意兩者兼顧。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)R3與二極管的正向電阻Rd接近時(shí)，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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整到達(dá)最正確。集成運(yùn)放采用μA741，穩(wěn)幅元件采用實(shí)驗(yàn)儀中的二極管1N4148。4、儀器設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)和技術(shù)指標(biāo)1．實(shí)驗(yàn)箱一個(gè)2．雙蹤示波器一臺(tái)交流毫伏表一塊直流電源二極管1N4148集成運(yùn)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(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)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(wú)輸出電壓Uo，如果觀察到無(wú)明顯失真的正弦波和方波。用示波器測(cè)量振蕩頻率，并與計(jì)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(chǎng)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(yùn)輸算放大器上6V 穩(wěn)壓管和5.1K電阻電容三點(diǎn)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(cè)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(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅波形發(fā)生器8.4V2.71V1.4037KHZ1.4058KHZ電容三點(diǎn)式正弦波震蕩電路19.8V1.88V15.853KHZ15.863KHZ3.畫(huà)出調(diào)試之后的RC場(chǎng)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(huà)出〕4.計(jì)算放大倍數(shù)Au、頻率f、反應(yīng)系數(shù)F并且與實(shí)際數(shù)值比擬。AuAu0ff0FF0橋式波形發(fā)生器3.22.861.352khz1.3khz0.350.33場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅波形發(fā)生器3.23.291.404khz1.4khz0.320.33電容三點(diǎn)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(gè)部件的功能。雖然沒(méi)有輸入，但由于實(shí)驗(yàn)室有微弱的噪聲和振動(dòng)，微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，輸出也很大，最后經(jīng)過(guò)穩(wěn)幅原件穩(wěn)定下來(lái)。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(lái)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(lái)說(shuō)，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(shí)際實(shí)驗(yàn)中很難觀察到振蕩電路起振的過(guò)渡過(guò)程，通過(guò)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(hào)，經(jīng)過(guò)放大，通過(guò)正反應(yīng)的選頻網(wǎng)絡(luò)，使輸出幅度愈來(lái)愈大，最后受電路中非線性元件的限制，使振蕩幅度自動(dòng)地穩(wěn)定下來(lái)?！?〕開(kāi)始時(shí)〔場(chǎng)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(shí)，A(V)=3，F(xiàn)(V)=1/3。當(dāng)增大電位器RW阻值時(shí)，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(shí)開(kāi)始自激振蕩。當(dāng)繼續(xù)增大電位器時(shí)，增益繼續(xù)增大，二極管開(kāi)始非線性限幅，當(dāng)輸出幅值過(guò)大時(shí)，超過(guò)二極管限幅最值，開(kāi)始出現(xiàn)非線性失真。8、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決對(duì)策〔1〕：所測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論值有偏差。解決對(duì)策：翻開(kāi)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(shí)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(yàn)臺(tái)。：做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)間緊迫。解決對(duì)策：在做實(shí)驗(yàn)之前更加充分準(zhǔn)備，深入理解實(shí)驗(yàn)原理，提前到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行準(zhǔn)備，實(shí)在不行就下次再來(lái)。：做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間比擬早，模電的理論課程還沒(méi)有學(xué)到所做實(shí)驗(yàn)需要的知識(shí)。解決對(duì)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(lái)完善自己缺陷的知識(shí)。：不會(huì)使用仿真軟件，沒(méi)有摸你手段。解決對(duì)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(wèn)題，同時(shí)具備了一定的仿真能力。9、本次實(shí)驗(yàn)的收獲和體會(huì)、對(duì)電路實(shí)驗(yàn)室的意見(jiàn)或建議收獲體會(huì)：自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)我們學(xué)生是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，沒(méi)有了現(xiàn)成的公式和步驟，一開(kāi)始我顯得手足無(wú)措，但是硬著頭皮在圖書(shū)館一點(diǎn)一點(diǎn)查閱電路實(shí)驗(yàn)書(shū)，在網(wǎng)上搜索相關(guān)課題的資料讓我一點(diǎn)一點(diǎn)成長(zhǎng)，雖然僅僅選擇課題和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就花費(fèi)了將近一個(gè)星期的時(shí)間，但是我依然感謝這次自主實(shí)驗(yàn)讓我開(kāi)發(fā)潛能，超越自我。一點(diǎn)小小的建議：希望實(shí)驗(yàn)室能開(kāi)放更多的電路元件，因?yàn)樵谶x擇課題的時(shí)候有些感興趣并且有挑戰(zhàn)性的課題