rc电路的设计与响应测试(综设)

RC 电路的设计与响应测试 一、 设计任务 给定一频率 010KHz,幅值 4V 的方波激励信号，请设计一波形转换器，要求： a)将方波转换为正弦波； b)转换过程衰减足够小。 二、设计方案 采用 RC 电路，分两步实现波形转换： 1. RC 积分电路，先将给定方波转换为三角波； 2. RC 低通滤波电路，再将三角波转换为正弦波； 3* 两级电路间的隔离(三种方法 )。 三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 函数信号发生器 1 2 交流毫伏表 1 3 双踪示波器 1 4 电容 4.7uf，2.2uf，1uf，0.47uf，0.2uf，0.1uf 5 电位器 100K 10k 100 欧各一个 6 电阻 10 欧,51 欧, 100 欧, 1K,2K,2.4K,10k 若干 四、电路设计 第一步：RC 积分电路设计，将给定方波转换为三角波 积分电路(无源)设计 输入电阻 R1 要求 K 级，积分电容 C1 要求较大，但小于 1F; 积分电路 =R1*C11/(2f )，据此确定元件参数。 积分电路的结构如图 1，输入电压 为矩形脉冲，脉冲宽度为 ，从电容器两端输出1upt 的电压为 。在电路参数满足 的条件下，2upt 图 1 积分电路 dtuRCidtuRiCR12 11 上式表明，输出电压 近似的与输入电压 对时间的积分成正比。 在电路参数满足 的条件下，电容两端的输出电压 为三角波，其波形如图 1pt2 所示。此电路称为积分电路，它能够将矩形脉冲输入信号变换成三角波输出信号。 第二步： 低通滤波器的设计，将三角波转换为正弦波 低通滤波电路设计要求： 要求不滤除 10KHz 以下分量； R2 较小；据 n=1/(R2*C2)=2 f 来确定元件参数. 任意平稳信号可分解成不同频率成分的正弦波，三角波也是。滤波的目的是抑制和消除噪 声或无用信号，分离出有用信号, 此处采用低通滤波，滤除叠加在同频率正弦波信号上的 尖峰高频信号，即可再现同频正弦波。 RC 低通滤波器的频率特性为： 0121jRCjUjH R2 C2 + + - - Ui Uo 图 2 低通滤波器 其中， 或 ， 称为低通滤波器的截止频率RC10RCf100f 当输入信号的频率 时，低通滤波器有较大幅度的输出信号；当输入信号的 频率 时，输出信号明显衰减。0 故称低通滤波器的通频带为： )(0b 又因为 RC 低通滤波器的输出信号的相位滞后于输入信号的相位，所以又称该电路为 滞后相移网络。 第三步* 两级电路间的隔离(三种方法) 常用隔离电路 1：射极跟随器 射随器是由三极管构成的共集放大电路，输入输出同相电压放大倍数近似 1，输入电 阻高，输出电阻低，可用作中间级，减少前后级电路间的相互影响，起缓冲和隔离作用。 C1 RB RE C2 RL VT VCC + + - - Ui Uo 图 3 射极跟随器 常用隔离电路 2：电压跟随器 电压跟随器其实是一种同相比例放大电路，放大倍数近似于 1（大于 1） ，但输入阻抗 极高，输出阻抗很低，性能和射极输出器相似，故可用作中间隔离级使用。 U1 R1Ui Uo 图 4 电压跟随器 常用隔离电路 3：有源积分电路 将积分电路与隔离运放结合，可构成有源积分电路，此时 输入电阻 R1 要求 K 级，积分电容 C1 要求较大，但小于 1uf ; =R1*C11/(2f )时为积分电路，周边元件参数：积分漂移泄漏电阻 Rf=10R1，静态平衡电阻 Rp=R1/Rf R1 C1 op Rf Rp + - Ui + -Uo 图 5 有源积分电路 第四步：总体设计 V1 R1 C1 R2 C2 op Rf Rp 运放隔离 五、硬件电路测试 根据前面设计的电路，搭建硬件电路，通过示波器测量输出信号； 若波形参数差异较大，查找原因并重新设计电路 记录电路设计的元件参数，同时测量输出信号，一并记入下表： 三角波输出 正弦波输出 R1 C1 R2 C2 方波 激励 信号 频率 20KHz 幅值 4V 相移 0 六、注意事项： 1、电路仿真时电路稳定可能需半分钟； 2、RC 电路会有相移、衰减现象； 3、理论通过的电路，实测可能 fail； 4、为求简洁，图中运放未画出电源，实验时应连接。 七、预习报告要求： 1写出电路设计与理论计算过程； 2利用 multisim 软件进行电路仿真实验； 3打印出电路原理图和仿真结果。 八、实验报告 1.总结 RC 电路的基本应用； 2.填写测量参数表格，并说明积分电路与低通滤波的异同； 3.解释波形转换中的衰减和相移原因。 九、思考题 1. 改变