频网络构成正反馈支路并兼作选频网络,二极管构成稳幅电路。调节电位器Rp可以改变负反馈的深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D1,D2要求温度稳定性好且特性匹配,这样才能保证输出波形正负半周对称,同时接入R4以消除二极管的非线性影响。
若R1=R2,C1=C2,则振荡频率为f0=1/2πRC,正反馈的电压与输出电压同相位,且正反馈系数为1/3。为满足电路的起振条件放大器的电压放大倍数AV > 3,其中AV = 1+R5/ =Rp+R4。由此可得出当R5 >2R3时,可满足电路的自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R5应略大于R3,这样既可以满足起振条件,又不会因其过大而引起波形严重失真。
此外,为了输出单一的正弦波,还必须进行选频。由于振荡频率为f0=1/2πRC,故在电路中可变换电容来进行振荡频率的粗调,可用电位器代替R1,R2来进行频率的细调。
电路起振后,由于元件参数的不稳定性,如果电路增益增大,输出幅度将越来越大,最后由于二极管的非线性限幅,这必然产生非线性失真。反之,如果增益不足,则输出幅度减小,可能停振,为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中两个二极管主要是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性,来自动调节负反馈深度。
三、实验内容
(一)计算机仿真部分
(1)按实验电路图连接好仿真电路。
(2)启动仿真,用示波器观测有无正弦波输出。若无输出,可调节Rp使V0为伍明显失真的正弦波,并观察V0的值是否稳定。记录起振、正弦波输出和临界失真情况下的f、Rp和 V0有效值在表格中。
(3)保持其他参数不变,分别测量C1=C2=0.01μF和C1=C2=0.02μF两种情况下V0和Vf的有效值及频率,记录在表格中。 (二)实验室操作部分
1、按图连接好电路,并仔细检查确保电路无误。检查无误后,接通V直流电源。
2、接通电源用示波器观测有无正弦波输出。调节Rp,使输出波形从无到有直至不失真。绘出Vo的波形,并记录临界起振、正弦波输出及出现失真情况下的Rp值。将将结果记录至表中并分析负反馈强弱对起振条件和输出波形的影响。
3、调节电位器Rp使输出波形幅值最大且不失真,分别测出输出电压Vo并将结果记录表中,分析振荡的幅值条件。
4、观察R1=R2=10k?,C1=C2=0.01μF 情况下(输出波形不失真),分别测量Vo的幅值和反馈电压Vf,填入表中,并与计算结果相比较。
5、断开二极管D1,D2,重复步骤3的内容,将结果与步骤3的结果进行比较。
四、实验结果
起振 临界失真(输出已失真) 可变电阻/kΩ 反馈电压/V 输出电压/V 7 257.15 770.134 9.5 3.808 11.117 (一)计算机仿真部分 起振波形 稳定波形 临界失真波形 波特图
(二)实验室操作部分
实验五 方波发生器
一、实验目的
(1)学习集成运算放大器组成矩形波发生器的工作原理 (2)掌握集成运算放大器的基本应用,为综合应用奠定基础 (3)进一步熟悉仿真软件的应用
二、实验原理
图(1)是由集成运算放大器构成的输出脉冲宽度可调的矩形波发生器。
图(1) 宽度可调的矩形波发生器
设接通电源后输出电压Vo = + Vz二极管D1导通,D2截止,Vo经R3向C充电,充电时间常数为R3C。当电容两端电压Vc略大于同相输入端电压Vp时,输出电压Vo跳变为-Vz,二极管D1截止,
D2导通,电容经R4向输出端放点,放点时间常数为R4C。当Vc略小于Vp时,输出电压Vo又跳变为+Vz。如此周而复始进行,随着电容的充放电,输出电压Vo不断翻转,形成矩形波,如图(1)所示。
输出脉冲高电平Vo = + Vz的时间为 输出低电平Vo = - Vz的时间为 振荡频率 占空比
可见,调节电位器Rp,改变R3的大小,即可调节输出脉冲的宽度。但由于受运算放大器上升速率的限制,不能得到太窄的矩形波。
三、实验内容
(一)计算机仿真部分
a) 按图所示电路接线,检查无误后接通直流电源。 b) 用示波器测出的波形,画出波形比较他们的关系。 c) 用示波器测出的幅值和频率。
d) 调节电位器,可双击图标将弹出的对话框的key栏设置成A,Incerement栏改成5%。
这两个参数可根据需要调节。这样按住“A”键,电位器以5%的速率 增长。按住“SHIFT+A”键,电位器则以5%的速率减小。用示波器观察输出电压的变化,当时(占空比D=50%),测量电阻的大小,分析实测值与理论值的误差。
(二)实验室操作部分
1、按图所示连接电路,检查无误后接通直流电源。
2、用示波器观察Vo,Vc的波形,画下波形,比较他们的相位关系。 3、用示波器观察Vo,Vc的幅值和频率。
4、调节电位器Rp,用示波器观察输出电压Vo的变化。
5、当T1=T2时(占空比D=50%),测量电阻R3的大小,分析实测值与理论值的误差。
四、实验结果
(一)计算机仿真部分
(1)用示波器观察Vo,Vc的波形,画下波形,比较它们的相位关系。 (2)用示波器测出Vo,Vc的幅值和频率。
Vo的幅值和频率 Vc的幅值和频率
(3)调节电位器Rp,用示波器观察输出电压Vo的变化,当T1 = T2 时,测量电阻R3的大小,分析实测值与理论值的误差。
当D = 50% 时,R3 = R4 = 100kΩ,通过观测示波器的波形,当R3 = 100kΩ时,T1 = T2。 (二)实验室操作部分
实验六 有源滤波器
一.i实验目的
(1)熟悉有源RC滤波器的设计方法。
(2)掌握录波器上、下限频率的测试方法,了解滤波器在实际中的应用。
二.实验原理
有源滤波器的作用是输入信号中选出有用的频率信号使其通过,而将无用的干扰的频率信号加以抑制,起衰减作用。
滤波器采用运算放大器和元件R、C组成,成为有源滤波器。优点是由于电路中没有电感和大电容元件,因而体积小、重量轻;另外由于集成运算放大器的开环增益和输入阻抗高 ,输出阻抗低,可兼有电压放大作用和一定的带负载能力。缺点是集成运算放大电路频率带宽不够理想,因此有源滤波器只能在有限的频率带宽中工作。一般有源滤波器使用频率在数千赫兹以下的电路中,高频电路中采用LC无源滤波器效果较好。 (1)低通滤波器