模电实验4(简易函数信号发生器电路的研究.ppt

电子基础教学实验中心 实验六简易函数信号发生器电路的研究 一 实验目的 二 实验原理 三 实验设备和器件 五 实验报告 四 实验仪器 六 预习要求及思考题 一 实验目的1 通过实验掌握由运算放大器构成正弦波振荡电路的原理与设计方法 2 通过实验掌握由运算放大器构成方波和三角波振荡电路的原理与设计方法 3 通过实验了解函数信号发生器的调整和主要性能指标的测试方法 二 实验原理 1 函数信号产生方案 对于函数信号产生电路 一般有多种实现方案 如模拟电路实现方案 数字电路实现方案 如DDS方式 模数结合的实现方案等 数字电路的实现方案 一般可事先在存储器里存储好函数信号波形 再用D A转换器进行逐点恢复 这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数 D A转换器的转换速度 以及整个电路的时序处理等 其信号频率的高低 是通过改变D A转换器输入数字量的速率来实现的 模拟电路的实现方案 是指全部采用模拟电路的方式 以实现信号产生电路的所有功能 本实验的函数信号产生电路采用全模拟电路的实现方案 对于波形产生电路的模拟电路的实现方案 也有几种电路方式可供选择 本实验选用最常用的 线路比较简单的电路加以分析 如用正弦波发生器产生正弦波信号 然后用过零比较器产生方波 再经过积分电路产生三角波 其电路框图如图6 1所示 图6 1模拟电路实现方案框图 2 RC桥式正弦振荡电路RC桥式正弦振荡电路如图6 2所示 其中R1 C1和R2 C2为串 并联选频网络 接于运算放大器的输出与同相输入端之间 构成正反馈 以产生正弦自激振荡 R3 RW及R4组成负反馈网络 调节RW可改变负反馈的反馈系数 从而调节放大电路的电压增益 使电压增益满足振荡的幅度条件 图6 2RC桥式正弦振荡电路 为了使振荡幅度稳定 通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益 从而维持输出电压幅度的稳定 图中的两个二极管D1 D2便是稳幅元件 当输出电压的幅度较小时 电阻R4两端的电压低 二极管D1 D2截止 负反馈系数由R3 RW及R4决定 当输出电压的幅度增加到一定程度时 二极管D1 D2在正负半周轮流工作 其动态电阻与R4并联 使负反馈系数加大 电压增益下降 输出电压的幅度越大 二极管的动态电阻越小 电压增益也越小 输出电压的幅度保持基本稳定 图6 2RC桥式正弦振荡电路 当 R1 R2 R C1 C2 C时 电路的振荡频率 起振的幅值条件 为了维持振荡输出 必须让 为了保证电路起振 调整电阻RW 即改变了反馈Rf 使电路起振 且波形失真最小 如不能起振 则说明负反馈太强 应适当加大Rf 如波形失真严重 则应适当减少Rf 改变选频网络的参数C或R 即可调节振荡频率 一般采用改变电容C作频率量程切换 粗调 而调节R作量程内的频率细调 图6 2RC桥式正弦振荡电路 由图6 3可知 电路翻转时 即得 图6 3迟滞比较器 图6 4迟滞比较器电压传输特性 3 比较器迟滞比较器的电路图如图6 3所示 该比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器 由于正反馈作用 这种比较器的门限电压是随输出电压V0的变化而变化 在实际电路中为了满足负载的需要 通常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路 从而获得合适的和 4 方波和三角波发生器由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器 一般均包括比较器和RC积分器两大部分 如图6 5所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器 图6 5方波和三角波发生器电路 4 1方波和三角波发生器的工作原理A1构成迟滞比较器 同相端电位Vp由VO1和VO2决定 利用叠加定理可得 当Vp 0时A1输出为正 即VO1 Vz 当Vp 0时 A1输出为负即VO1 Vz A2构成反相积分器VO1为负时 VO2向正向变化 VO1为正时 VO2向负向变化 假设电源接通时VO1 Vz 线性增加 当 时 可得 当VO2上升到使Vp略高于0v时 A1的输出翻转到VO1 Vz 同样时当VO2下降到使Vp略低于0时 VO1 Vz 这样不断的重复 就可以得到方波VO1和三角波VO2 其输出波形如图6 6所示 输出方波的幅值由稳压管DZ决定 被限制在稳压值 Vz之间 电路的振荡频率 方波幅值 三角波幅值 调节可改变振荡频率 但三角波的幅值也随之而变化 三 实验设备与器件1 直流电源 12V 2 双踪示波器 3 交流毫伏表 4 频率计 5 集成运算放大器 LM324 6 7 电阻器 电容器若干只 四 实验内容按照图6 7所示连接电路 首先将K1断开 K2闭合分别进行RC桥式正弦波振荡器和方波 三角波发生器的调试 然后将K1闭合 K2断开进行函数信号发生器电路的联调 图6 7函数信号发生器实验电路 1 RC桥式正弦波振荡器 1 通 12V电源 缓慢调节电位器RW1使电路起振 并定性描绘出V01的波形 仔细调节电位器RW1 使电路输出较好的正弦波形 测出振荡频率和幅度以及相对应的RW1值 2 在R1 R2或C1 C2上并接同值电阻或电容 用示波器观察输出电压波形 并测出相应频率 了解振荡频率的调整方法 3 将两个二极管断开 观察输出波形有什么变化 并分析D1 D2的稳幅作用 2 方波和三角波发生器 K1断开 K2接通 1 将RW2调到合适的位置上 用双踪示波器观察V02 V03波形 并记录此时输出波形的波形 幅值 频率及RW2的值 2 调整RW2的位置 观察对V02 V03波形频率和幅值的影响 3 改变R5 或R6 的值 观察对V02 V03波形 频率和幅值的影响 3 联调 K1接通 K2断开 用双踪示波器观察V01 V02 V03的波形 开记录相关频率 幅度数据 五 实验报告1 列表整理实验数据 画出波形 把实测频率与理论值进行比较 2 根据实验分析RC振荡器的振幅条件 3 讨论二极管D1 D2的稳幅作用 4 在同一张坐标纸上 按比例画出正弦波 方波及三角波的波形 并标明周期和电压幅值 5 分析并讨论R5 R6和RW2的改变对三角波幅值和频率的影响 六 预习要求1 复习有关RC正弦波振荡器 三角波及方波发生器的工作原理 2 设计实验表格3 理解电路振荡