王永威综合性实验报告Word文档格式.docx
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(1)掌握正弦波、方波、三角波等信号发生电路的工作原理和设计方法。
(2)进一步熟悉和掌握集成运算放大器电路在复杂电路中的应用。
(3)进一步熟悉和掌握仿真软件在电路设计与调试中的作用。
(4)熟悉并掌握综合电路的基本调试技巧和方法。
(5)了解单片集成函数发生器ICL8038的基本原理。
二、实验原理和电路
函数发生器能够自动发生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等波形。
波形产生的方案得到有多种,如先产生方波,再积分得到三角波,再得到正弦波。
或先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波换成方波,再由积分电路得到三角波。
在电路实现上可以用集成运算放大器和晶体管实现,也可以用集成电路(如单片集成函数发生器ICL8038)等。
本次实验中,采用集成运算放大器实现方波-三角波的生成。
图综--1所示的电路能够自动产生方波-三角波。
图综---1方波-三角波发生电路
工作原理如下:
若a点断开,运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器的翻转。
运放的反相端接基准电压,即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。
比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vee(|+Vcc|=|-Vee|),当比较器的U+=U-=0时,比较器翻转,输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。
设Uo1=+Vcc,则
………..
(1)
将上式整理,得比较器翻转的下门限单位Uia-为
……………………………………………..
(2)
若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为
………………………………………………(3)
比较器的门限宽度
…………………………………………………..(5)
由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图综--2所示。
A点断开后,运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出Uo2为
…………………………………………………...(6)
当
时,
………………………………….(7)
…………………………………….(8)
可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系下图所示。
A点闭合,既比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波。
三角波的幅度为:
方波-三角波的频率f为
图综—2比较器电压传输特性
图综--3方波-三角波
方波的输出幅度约等于电源的电压+VCC,三角波的输出幅度不大于电源电压+VCC,电位器RP1可以实现幅度微调,但会影响频率。
调节RP1在改变波形频率的同时一般不会影响波形的幅度。
若要求输出波形频率范围可变,则可用改变C1实现频率的粗调,调节RP2实现频率的微调。
三、实验内容及步骤
按图综--4连接好方波-三角波实验电路,启动仿真按钮。
图综--4函数发生器仿真电路图
(1)当C1=1μF时。
用示波器观察VO1(方波)和VO2(三角波)波形,测量波形的幅度和频率。
其波形如图综—5所示。
图综--5
调节电位器RP1(即R7),观察对VO1和VO2各幅值和频率的影响。
其结果如表一所示:
表一(C=1uf,R6=50%,调节R7)
R7
0%
40%
80%
100%
Vo1的幅度/V
11.117
11.118
Vo1的周期/ms
111.007
110.075
Vo2的幅度/V
5.460
5.487
5.550
5.558
Vo2的周期/ms
调节电位器RP2(即R6),观察对VO1和VO2各幅值和频率的影响。
其结果如表二所示:
表二(C=5uf,R7=50%,调节R6)
R6
0%
11.116
1048.508
649.254
250.000
51.119
Vo2的幅度/V
5.537
5.531
(2)当C1=10μF时,重复
(1)的内容。
其波形如图综--6所示。
图综--6
其结果如表三所示。
表三(C=10uf,R6=50%,调节R7)
11.115
1110.07
1100.75
5.556
其结果如表四所示。
表四(C=10uf,R7=50%,调节R6)
R6
2070.91
1287.32
500
103.55
5.541
(3)比较C1取不同值时对波形的影响。
为了比较C1取不同值时对波形的影响,除C1=1μF和C1=10μF外,我们还选取了C1=5μF时对VO1和VO2各幅值和频率的影响,其结果如表五和表六所示。
表五(C=5uf,R7=50%,调节R6)
表六(C=5uf,R6=50%,调节R7)
11.112
11.114
550.748
548.508
(4)调节RP3的值在示波器中观察并记录三角波变换为正弦波的波形、幅值、频率。
VO3和VO4在RP3=2%、3%和4%时所对应的波形分别如图综—7、综—8和综—9所示,其幅值和周期如表七所示。
表七
测定值R8
2%
3%
4%
VO3幅度/mv
95.3
134.6
170.1
周期/ms
548.5
269.0
550.4
VO4幅度/mv
4.29
5.0
5.137
图综—7
图综—8
图综—9
四、实验结果分析
(1)影响Vo1和Vo2幅度的因素有R7,影响Vo1和Vo2频率的因素包括C1、R6和R7。
而由公式(3)可得R7对Vo1和Vo2幅度的影响非常有限,所以实验结果几乎体现不出来;
与此同时,C1、R6对Vo1和Vo2频率的影响非常明显,这也与上述频率公式的计算相符合,当然,R7对其的影响也是微乎其微,毕竟它的阻值只有50Ω.
(2)由表七的数据可得R8的大小对VO3和VO4的幅值和频率均有影响,且幅值随着R8的增大而增大。
五、注解
附录所示均为表格所对应的波形。
附录
附图一(C=1uf,R6=50%,R7=0%):
附图二(C=1uf,R6=50%,R7=40%):
附图三(C=1uf,R6=50%,R7=80%):
附图四(C=1uf,R6=50%,R7=100%):
附图五(C=1uf,R7=50%,R6=0%):
附图六(C=1uf,R7=50%,R6=40%):
附图七(C=1uf,R7=50%,R6=80%):
附图八(C=1uf,R7=50%,R7=100%):
附图九(C=5uf,R7=50%,R6=0%):
附图十(C=5uf,R7=50%,R6=40%):
附图十一(C=5uf,R7=50%,R6=80%):
附图十二(C=5uf,R7=50%,R6=100%):