試驗(yàn)6RC波形發(fā)生電路試驗(yàn)

1、注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!實(shí)驗(yàn)6 RC電波形發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)、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、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、預(yù)習(xí)內(nèi)容(1)復(fù)習(xí)關(guān)于用運(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)生器的基礎(chǔ)知識(shí)。(2)定性繪制本實(shí)驗(yàn)所用電路的輸出波形，估算輸出波形的周期。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)方波發(fā)生器方波發(fā)生器電路如圖1所示，其工作原理可敘述如下:圖1方波發(fā)生器設(shè)電路通電瞬時(shí)，電容上的電壓為零，電路輸出為 Vz,這時(shí)運(yùn)放正相輸入端為VP1R2Vz = FVz運(yùn)放輸出電流經(jīng)R3, R

2、p, R4向電容C充電。運(yùn)放反相輸入端Vn隨時(shí)間延續(xù)第1頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!電壓升高，當(dāng)Vn=VP1時(shí)，電路輸出翻轉(zhuǎn)，Vo由Vz變?yōu)?Vz,vp由VP1 = FVz變?yōu)閂P2=-FVz。這時(shí)由“地”向電容反向充電，Vn隨時(shí)間延續(xù)電壓下降，當(dāng)Vn= VP2時(shí)，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(fù)始，電路輸出方波。在穩(wěn)態(tài)，輸出為Vz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Vc(0)=-FVz,電容充電的終了電壓為 Vz,這里“電容充電的終了電壓”指“若輸出電壓VO不翻轉(zhuǎn)，電容充電的終了

3、電壓”所以電容上的電壓為圖2圖1所示電路的輸出波形tVc t =Vz -FVz-Vz e及其中R=Rp+R4。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q則tFVz =Vz -FVz -Vz e-RC-1 F =RCln 1-F輸出方波的周期為2q所以輸出方波的周期為T =2(RP + R )Cln 1+等 j可見，在實(shí)驗(yàn)中通過改變 Rp就可以改變電路輸出方波的周期。通常，由于運(yùn)放最大輸出電流小于限幅二極管的最大限幅電流 Izmax,為使運(yùn) 放能正常工作，必須有限流電阻 R3。若電路不起振，可適當(dāng)減小 R3的阻值。觀 察Vc, Vo的波形，并與理論分析的結(jié)果相比較。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：分別測(cè)

4、量 R4+Rp=20kQ, 40kQ, 60kQ, 80kQ, 100kQ時(shí)電路輸出 波形的幅值和周期，并于理論分析的結(jié)果相比較。(2)占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器電路如圖3所示。與方波發(fā)生器相比，給C正向充電和反向充電使用了不同第2頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!的路徑，從而使得高電平持續(xù)時(shí)間和低電平持續(xù)時(shí)間不同圖3占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器當(dāng)輸出為高電平Vz時(shí)，運(yùn)放輸出的電流經(jīng)Rpp, Di, R4向電容充電，類同于 對(duì)方波發(fā)生器的分析，忽略二極管的開啟電壓，容易得到輸出高電平的持續(xù)時(shí)間 為C - 2R% =(RPP + R4 )Cln 1+ R2

5、 J類似地可以求得輸出低電平的持續(xù)時(shí)間為%=（RpN+R4pln 1+型 I 1;相位條件：2后2卜冗，k=0,工 及。由于0正反饋支路的相移為0,所以只要Avf3,電路就能起振。對(duì)于正弦波振蕩器，起振后的平衡條件是：幅值條件：| AvfF |=1;相位條件：2（|F2k& k=0, 土，及。因此，電路一定要有自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。在本電路中，在起振的瞬間，輸出正弦波的幅值較小，其在電阻R2上的分壓VR2小于二極管第6頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!的開啟電壓VDth,二極管不起作用，Req=R2,假設(shè)Rp=15 kQ,由上式可知，這時(shí) 同相放大器的放

6、大倍數(shù)為3.5倍，大于3倍，輸出電壓波形的幅值不斷增大。隨 著輸出電壓波形的幅值不斷增大，當(dāng)VR2=VDth時(shí)，二極管導(dǎo)通，Req減小，最終平衡于Avf=3o電路輸出穩(wěn)定的正弦波。圖7 RC正弦波發(fā)生器正弦波幅值估算。在穩(wěn)態(tài)，負(fù)反饋支路的電流在Ri上的壓降為輸出的1/3,即Vom /RpRi_1、，R1 1Vm3從中可解出輸出正弦波的幅值為Vom3RiV2R1 - RPDth由于二極管在一個(gè)周期內(nèi)，在導(dǎo)通、截止之間不斷變化，所以輸出的“正弦波”質(zhì)量并不好，電路非線性造成的諧波失真較大。有多種實(shí)現(xiàn)從|AvfF|1到|AvfF|=1的電路，有的電路可使輸出正弦波的諧波失真較小。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）調(diào)整R

7、p,使電路起振，且使電路輸出波形的幅值為 5V,這時(shí)Rp的阻值 為多少？2）測(cè)量輸出波形的頻率，以及二次諧波失真和三次諧波失真。第7頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!3）分析Rp與輸出波形的幅值和諧波失真的關(guān)系。五、數(shù)據(jù)記錄與處理（1）方波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)可得到如圖8所示的方波。圖8方波發(fā)生器輸出波形分別取R4+Rp的值為20kQ, 40kQ, 60kQ, 80kQ, 100kQ,記錄使出波形的 頻率和峰一峰值,以及電容兩端電壓的峰一峰值。并將輸出頻率與理論值進(jìn)行比 較：表1方波發(fā)生器輸出波形數(shù)據(jù)R4+Rp輸出波形頻率fVpp頻率理論值20k Q314.

8、40Hz11.9V227.56Hz27.62%40k Q192.57Hz11.9V113.78Hz40.91%60k Q144.43Hz11.9V75.85Hz47.48%80k Q117.49Hz11.9V56.89Hz51.58%100kQ100.09Hz11.9V45.52Hz54.20%產(chǎn)生的誤差較大，可能是由電容C的容值不準(zhǔn)，以及產(chǎn)生的漏電效應(yīng)等因素導(dǎo)致的。此外，電容兩端的電壓（峰-峰值）約為6.5V,與輸出電壓的比值0.546第8頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!(2)占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)可得到如圖9所示的方波(圖中所示為占空比

9、=3.29的波形)圖9占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器輸出波形表2占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器輸出波形數(shù)據(jù)R4+Rppf占空比理論占空比占空比誤差20k Q138.40Hz0.3230.20038.08%40k Q133.10Hz0.6180.50019.09%60k Q131.40Hz1.0221.0002.15%80k Q132.80Hz1.6842.00018.76%100kQ137.88Hz3.2925.00034.16%理論得到的輸出頻率與Rpp的取值無關(guān);f =1=1/(RP +2R4 )Clr/l+魯J = 75.85Hz另外，用雙蹤示波器同時(shí)測(cè)量電容兩端的電壓情況，得到圖10所示波形(圖中

10、所示為占空比=0.323的波形)：第9頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!圖10占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器輸出波形及電容兩端波形電容兩端電壓的峰一峰值測(cè)得平均為6.5V,與輸出波形峰一峰值的比值與值(0.5)較為接近(3)三角波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)可得圖11所示的三角波波形圖11三角波發(fā)生器第一、第二級(jí)輸出波形測(cè)得 f=112.60Hz, Vpp=12.0Vo理論得到的頻率值為第10頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!1 Rf1 = 113.6HzT 4R3ppe理論與實(shí)際間只有0.9%的誤差，可見吻合地相當(dāng)好。第一級(jí)

11、電路得到的方一一 波幅值為11.5V,與Vpp非常接近。這也與Vom=FVz的公式相符合。 R2(4)鋸齒波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)可得圖12所示的鋸齒波波形圖12鋸齒波發(fā)生器第一、第二級(jí)輸出波形對(duì)鋸齒波的輸出波形特性(頻率、上升時(shí)間、下降時(shí)間)進(jìn)行測(cè)量: 表3鋸齒波發(fā)生器輸出波形數(shù)據(jù)R4+Rppf1F理論值2支理論值20k Q138.40Hz9.8ms8.8ms52.2ms44.0ms40k Q133.10Hz19.4ms17.6ms38.2ms35.2ms60k Q131.40Hz28.0ms26.4ms29.2ms26.4ms80k Q132.80Hz37.6ms35.2ms20.0ms17.6ms1

12、00kQ137.88Hz47.4ms44.0ms10.0ms8.8ms對(duì)于各組R4+Rpp值，上升時(shí)間與下降時(shí)間與理論值符合較好。而輸出鋸齒 波峰一峰值為11.5V,輸出方波的峰一峰值為12.0V,也近似相等。第11頁 共13頁注：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負(fù)責(zé)!(5)正弦波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)可以得到如圖13所示的正弦波波形圖13正弦波發(fā)生器vf、vo波形可以看到，輸出正弦波的信號(hào)并不好，存在著相當(dāng)程度的諧波失真。調(diào)整Rp使得vo的輸出的峰一峰值為5.0V,則vf變?yōu)?.67V。測(cè)量此時(shí)的Rp 阻值,得到 Rp=12.58826kQ。此時(shí)vF1.67V1=Pb -vo5.0V3與理論推導(dǎo)結(jié)果保持一致。而書中對(duì)于正弦波形的估算，會(huì)得到二極管的開 啟電壓VDth =Vom3R2R -Rp5V3 10/ 2 10-12.588=0.874V六、思考題(1)圖1中的R3的阻值應(yīng)如何選定？答：R3的阻值必須使得運(yùn)放