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文档简介
实验十一 RC移相电路与补偿分压电路一、实验目的1 了解由RC组成的移相电路和补偿分压电路的工作原理。2 掌握RC移相电路和补偿分压电路的设计和调试方法。二、实验内容1 用示波器观察RC移相电路输入信号相位与输出信号相位关系的李沙育图形,测量移相相位差。2 用示波器观察补偿分压电路处于最佳补偿、过补偿和欠补偿状态的波形。三、实验仪器1 信号与系统实验箱 一台2 信号系统实验平台3 RC移相电路与补偿分压电路模块(DYT3000-66) 一块4 20MHz双踪示波器 一台5 连接线若干四、实验原理1. RC移相电路的工作原理和设计方法 工作原理图11-1为RC电路,图11-2为向量模型图。由图11-2可得 (式11-1)其模 (式11-2)相位差为 (式11-3)+U2RCU1图11-1+U2RU1图11-2uABCtj2Y2Ym图11-3 U2相对于U1超前的相位角由式11-1可知,U2与U1的相位差为正值,即输出电压超前输入电压。当固定时,若R从0变到,则相位差从90o变到0o。 设计方法根据设计要求,先选定电容值,再根据式11-3算出电阻值。如要求设计一个移相30o,工作频率为1KHz的RC移相电路,则根据式11-3得 (式11-4)取C0.047uF,代入10-4,得 调试方法在电路的输入端输入一正弦信号,用示波器的CH1观察U1,用示波器的CH2观察U2,这时U2相对于U1超前的相位角为。如图11-3所示。若这时不满足设计要求,可把电阻换为一个电位计和一个固定电阻串联,调节电位计RW的大小,可达到设计要求。RC移相电路的电路原理图如图11-4所示。图11-4 RC移相电路原理图2. 补偿分压电路的工作原理和设计方法 工作原理当用电子仪器测量较大幅度的信号时,仪器输入端必须使用分压器使信号衰减。由于仪器(或电路)的输入端存在输入电容或分布电容,电路的输入阻抗呈容性,使输入信号波形产生失真。信号频率越高,这种影响越明显。因此,在电路中必须加入补偿分压电路。图11-5所示电路,电阻R1与R2组成分压电路,电容C2为输入回路的输入电容(包括分布电容)。如果不考虑C2的影响,其输入电压与输出电压成一定的分压关系,分压系数为常数。但由于C2的存在,分压系数Ku就不再保持常数,随输入信号频率的变化而变化。为使图11-5电路的输出信号满足不失真且分压系数Ku保持常数的要求,在电路的R1两端并联一个电容C1来补偿C2的作用,这个电路称为补偿分压电路。当满足R1C1R2C2 (式11-5)时,可得到最佳补偿效果,即达到输出信号满足不失真和分压系数为常数的要求。如果不满足上述关系,则当R1C1R2C2时,称为过补偿,当R1C1R2C2时,称为欠补偿。C1C2R2R1图11-5 补偿分压电路 设计方法根据设计要求,先确定电阻值,再根据电路分布电容的大小,选择补偿电容。本实验中,由于信号的频率较低,示波器的分布电容不足以对电路产生明显的影响,为了达到实验目的,人为在输出端并联一电容C503,电路的分压比设定为100:1,通过可调电容进行电路补偿。补偿分压电路的电路原理图如图11-6所示。图11-6 补偿分压电路原理图 调试方法在电路的输入端输入方波信号,调节可调电容,使电路处于最佳补偿情况如图11-7所示,若C1太小或太大则出现欠补偿和过补偿情况分别如图11-8、11-9所示。图11-7 最佳补偿情况图图11-8 欠压补偿 图11-9 过补偿五、实验步骤本实验使用信号源单元和RC移相电路与补偿分压电路模块。1 熟悉RC移相电路与补偿分压电路的工作原理。接好电源线,将RC移相电路与补偿分压电路模块插入信号系统实验平台插槽中,打开实验箱电源开关,通电检查模块灯亮,实验箱开始正常工作。2 RC移相电路的测试: 将信号源单元产生的VPP3V、f01KHz正弦波信号送入RC移相电路信号输入点SIN_IN。 示波器的CH1和CH2探头分别接SIN_IN和YIX_OUT,观察RC移相电路的输入和输出波形,测量U2相对于U1的相位差,记录相应的电路参数值。 将RC移相电路的输入和输出波形分别接示波器的X轴和Y轴,观察输入信号相位与输出信号相位关系的李沙育图形,测量U2相对于U1的相位差,记录相应的电路参数值。 调节电位计W201,改变移相电路的电路参数,重复上述实验步骤。3 补偿分压电路的测试: 将信号源单元产生的f016KHz方波信号送入补偿分压电路信号输入点SQU_IN。 调节可调电容,使电路分别处于最佳补偿、过补偿和欠补偿三种状态,用示波器观察三种状态下BUC_OUT的输出波形,并用电容表测出最佳补偿状态下的C1的值。六、输入、输出点参考说明1 输入点参考说明SIN_IN:RC移相电路正弦波信号输入点。SQU_IN:补偿分压电路方波信号输入点。2 输出点参考说明BUC_OUT:经补偿分压电路后的信号输出点。YIX_OUT:经RC移相电路后的正弦波信号输出点。七、实验思考题1 要使RC移相电路有较大的移相范围,电路应该满足哪些条件?2 补偿分压电路中,什么情况下示波器的分布电容会对信号的输出波形产生
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