波形產(chǎn)生電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、波形產(chǎn)生電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過實(shí)驗(yàn)掌握由集成運(yùn)放構(gòu)成的正弦波振蕩電路的原理與設(shè)計(jì)方法；2. 通過實(shí)驗(yàn)掌握由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波（矩形波）和三角波（鋸齒波）振蕩電路的原理與設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 正弦振蕩電路實(shí)驗(yàn)電路圖如下圖所示，電源電壓為12V。（1）緩慢調(diào)節(jié)電位器RW，觀察電路輸出波形的變化，解釋所觀察到的現(xiàn)象。（2）仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器RW，使電路輸出較好的正弦波形，測(cè)出振蕩頻率和幅度以及相 對(duì)應(yīng)的RW之值，分析電路的振蕩條件。（3）將兩個(gè)二極管斷開，觀察輸出波形有什么變化。2. 多諧振蕩電路（1）按圖 2 安裝實(shí)驗(yàn)電路（電源電壓為12V）。觀測(cè)VO1、VO2波形的幅度、周期（頻率

2、）以及VO1的上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)。（2）對(duì)電路略加修改，使之變成矩形波和鋸齒波振蕩電路，即VO1為矩形波，VO2 為鋸齒波。要求鋸齒波的逆程（電壓下降段）時(shí)間大約是正程（電壓上升段）時(shí)間的 20左右。觀測(cè)VO1、VO2的波形，記錄它們的幅度、周期（頻率）等參數(shù)。3. 設(shè)計(jì)電路測(cè)量滯回比較器的電壓傳輸特性。三、預(yù)習(xí)計(jì)算與仿真1. 預(yù)習(xí)計(jì)算（1）正弦振蕩電路由正反饋的反饋系數(shù)為：由此可得RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性與相頻特性分別為易知當(dāng)時(shí)，和同相，滿足自激振蕩的相位條件。若此時(shí)，則可以滿足，電路起振，振蕩頻率為。若要滿足自激振蕩，需要滿足在起振前略大于1，而，令，即滿足條件的Rw應(yīng)略大于10

3、k。（2）多諧振蕩電路對(duì)電路的滯回部分，輸出電壓UO=UZ=6V，UP=UOR2R2+R1+UO2R1R2+R1，當(dāng)UP=UN=0V時(shí)，可以得到UO2=R2R1UO=3V。由UT=1R3C0.5TUO-UT，所以得到：T=4R2R4CR1=400us。2. 仿真分析（1）正弦振蕩電路仿真電路圖：仿真得到的測(cè)量數(shù)據(jù)總結(jié)如下（具體見仿真報(bào)告）：（1）RW為0時(shí)，無波形產(chǎn)生（2）調(diào)節(jié)RW恰好起振時(shí)RW/k頻率f/Hz峰值/V仿真值10.15987.171.555（3）調(diào)節(jié)RW使輸出電壓幅值最大RW/k頻率f/Hz峰值/V仿真值17.81987.1710.388（2）多諧振蕩電路仿真電路圖：得到的數(shù)據(jù)

4、整理如下：VO1幅度/VVO1周期/usVO2上升時(shí)間/usVO2下降時(shí)間/usVO2幅度/VVO2周期/us仿真值6.535409.09208.33204.552.907420.46（3）矩形波和鋸齒波發(fā)生電路仿真電路圖：仿真結(jié)果整理如下：VO1幅度/VVO1周期/msVO2上升時(shí)間/msVO2下降時(shí)間/msVO2幅度/VVO2周期/ms仿真值6.5391.6001.3350.2652.8041.600（4）滯回比較器電壓傳輸特性的測(cè)量仿真電路圖：仿真結(jié)果整理如下：-UT/V+UT/V-UZ/V+UZ/V仿真值-2.1972.197-6.5406.540四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1. 正弦振蕩電

5、路（1）RW為0時(shí)，無波形產(chǎn)生（2）調(diào)節(jié)RW恰好起振時(shí)RW/k頻率f/Hz峰值/V理論值10.0994.7仿真值10.15987.171.555實(shí)驗(yàn)值10.331024.10.905相對(duì)誤差/3.32.96-41.8此時(shí)的波形：（3）調(diào)節(jié)RW使輸出電壓幅值最大RW/k頻率f/Hz峰值/V理論值994.7仿真值17.81987.1710.388實(shí)驗(yàn)值18.52932.6310.250相對(duì)誤差/3.99-6.24-1.33此時(shí)的波形：（4）將兩個(gè)二極管斷開觀察RW從小打大變化時(shí)的波形是如何變化的調(diào)節(jié)電阻使得恰好起振時(shí)的波形和繼續(xù)調(diào)大電阻后的輸出電壓波形依次為：由波形變化可以看出，當(dāng)調(diào)節(jié)電阻使得電路

6、剛好出現(xiàn)振蕩時(shí)輸出電壓幅值就已經(jīng)到達(dá)最大值，并且有一點(diǎn)的失真現(xiàn)象，當(dāng)繼續(xù)調(diào)大電阻時(shí)，輸出電壓波形失真更加嚴(yán)重。2. 多諧振蕩電路輸出電壓波形為：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如下：VO1幅度/VVO1周期/usVO2上升時(shí)間/usVO2下降時(shí)間/usVO2幅度/VVO2周期/us仿真值6.535409.09208.33204.552.907420.46實(shí)驗(yàn)值6.150424.72212.0212.03.20424.72相對(duì)誤差-5.893.821.763.6410.081.013. 矩形波和鋸齒波發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)整理如下：VO1幅度/VVO1周期/msVO2上升時(shí)間/msVO2下降時(shí)間/msVO2幅度/V

7、VO2周期/ms仿真值6.5391.6001.3350.2652.8041.600實(shí)驗(yàn)值6.0501.6161.3500.2703.101.626相對(duì)誤差-7.481.001.121.8910.561.634. 滯回比較器電壓傳輸特性的測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如下：-UT/V+UT/V-UZ/V+UZ/V仿真值-2.1972.197-6.5406.540實(shí)驗(yàn)值-2.0152.054-6.006.00相對(duì)誤差/8.286.518.268.26誤差分析：1. 正弦振蕩電路中峰值的測(cè)量誤差較大，可能由于在仿真過程中由于Multisim中在用示波器測(cè)量輸出電壓時(shí)，即使調(diào)節(jié)電阻已經(jīng)達(dá)到理論值，但示波器上還是沒有

8、波形出現(xiàn)，所以會(huì)與實(shí)際測(cè)量形成一定的誤差。2. 多處的輸出電壓測(cè)量的誤差較大。因?yàn)閷?shí)際實(shí)驗(yàn)使用的穩(wěn)壓管為5.1V的，而老師要求的仿真中采用的穩(wěn)壓管為6V的，即使仿真中采用的是虛擬的穩(wěn)壓管，但是經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管還是會(huì)存在正向?qū)妷?，所以仿真中采用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值較大，產(chǎn)生了誤差。五、思考題1. 圖 1 中的電位器調(diào)到什么位置時(shí)最好（電路既容易起振，又能輸出較好的正弦波）？答：由正弦波發(fā)生電路的起振條件，Rw應(yīng)該略大于10k，電路才能輸出正弦波。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得Rw=10.33k時(shí)電路恰能產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波，而在Rw=18.52k時(shí)電路輸出的不失真正弦波幅值最大。因此，為了既使電路容易起振，又能輸出較

9、好的正弦波，應(yīng)該將電位器調(diào)節(jié)到10.33k與18.52k之間的位置。6. 由運(yùn)放組成的多諧振蕩器電路，其輸出波形（方波或矩形波）的跳變沿主要決定于什么？如果要縮短其上升時(shí)間和下降時(shí)間（使波形變陡），您認(rèn)為可采取哪些辦法？答：由于電路中使用的運(yùn)放不是理想的運(yùn)放，所以轉(zhuǎn)換速率有限，因此輸出方波或矩形波時(shí)會(huì)出現(xiàn)跳變沿。如果要縮短其上升和下降時(shí)間，應(yīng)該提高運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1. 正弦振蕩電路的起振條件為Rw應(yīng)該略大于10k，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得當(dāng)Rw=10.33k時(shí)電路恰好起振；2. 在正弦振蕩電路中加入二極管的非線性環(huán)節(jié)可以在一定范圍內(nèi)避免波形發(fā)生失真，實(shí)驗(yàn)測(cè)得輸出最大不失真正弦波時(shí)Rw=18.52k，若去掉二極管環(huán)節(jié)則電路一起振就失真。3. 多諧振蕩電路第一級(jí)電路輸出方波，第二級(jí)電路輸出三角波，若在電路中加入占空比可調(diào)環(huán)節(jié)可以調(diào)節(jié)積分電路的充電和放電的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)其時(shí)間常數(shù)不一樣時(shí)，則充電和放電所需要的時(shí)間就不同，進(jìn)而使電路輸出鋸齒波；4. 滯回比較器電路有兩個(gè)閾值電壓，其輸出特性如上面仿真圖示。七