电子电路实验四实验报告

1、实验四 波形发生电路实验报告一、理论计算1.正弦振荡电路实验电路如图1所示，电源电压为12V。分析图1电路的工作原理，根据图中的元件参数，计算符合振荡条件的Rw值以及振荡频率f0。该正弦振荡电路采用RC串并联选频网络，选频网络的示意图如下：当输入信号的频率足够低时，1CR，Uf超前Uo，且当频率趋近于零时，相位超前趋近于+90；当输入信号的频率足够高时，1CR，Uf滞后Uo，且当频率趋近于无穷大时，相位滞后趋近于-90。因此，当信号频率从零逐渐变化到无穷大时，Uf的相位将从+90逐渐变化到-90，故必定存在一个频率f0，当f= f0时，Uf与Uo同相。RC串并联选频网络的反馈系数F=UfUo=

2、R/1jCR+1jC+R/1jC整理可得F=13+j(RC-1RC)令0=1RC，则f0=12RC代入上式，得出F=13+j(ff0-f0f)当f=f0时，F=13，由正弦振荡电路的起振条件知，A3。对于图1的正弦振荡电路，有A=R3+R4+RwR3将R3、R4代入上式，令之大于3，得Rw10kW。将R1=R2=16kW、C1=C2=0.01mF代入f0式，得f0=994.7Hz。2.多谐振荡电路实验电路如图2所示。深入分析图2所示电路的工作原理，画出Vo1、Vo2的波形，推导Vo1、Vo2波形的周期（频率）和幅度的计算公式。再按图2中给出的元件参数计算Vo1、Vo2波形的周期（频率）、幅度，

3、以备与实验实测值进行比较。该电路为三角波发生电路，原理图如下：虚线左边为滞回电路，故Vo1为方波。根据叠加原理，集成运放A1同相输入端的电位uP1=R2R1+R2u0+R1R1+R2uo1=R2R1+R2uoR1R1+R2UZ令uP1=uN1=0，则阈值电压UT=R1R2UZ对于虚线右边的积分电路，其输入电压不是+UZ，就是-UZ，故积分电路的输出电压的波形为三角波。设输出电压的初始值为-UT，终了值为+UT，则UT=1R3CUZT2-UT可解得T=4UTR3CUZT为矩形波、三角波共同的周期。矩形波的幅度的理论值即为UZ，等于6V；将实验电路图中的各个参数代入各式，得UT=0.5*6=3V，

4、故三角波的幅度理论值为3V，矩形波、三角波的周期T=4UTR4CUZ=0.4ms。3.锯齿波发生电路锯齿波发生电路的原理图见仿真实验电路图。设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，当uo1=+UZ时，D3导通，D4截止，输出电压的表达式为uo=-1R4C1UZt1-t0+u0(t0)uo随时间线性下降。当uo1=-UZ时，D4导通，D3截止，输出电压的表达式为uo=1R4+R5C1UZt2-t1+u0t1uo随时间线性上升。根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出下降时间和上升时间，分别为T1=t1-t02R1R4C1R2T2=t2-t12R1(R4+R5)C1R2代入实际数值，计算得下降时间

5、T1=0.2ms，上升时间T2=1.0ms，振荡周期T=1.2ms，则矩形波、锯齿波的周期均为1.2ms。对于波形的峰值，矩形波的峰值应等于+UZ=6V，锯齿波的峰值应等于+UT=3V。二、实验数据处理1.正弦振荡电路实验电路如图1所示，电源电压为12V。（1）缓慢调节电位器Rw，观察电路输出波形的变化，解释所观察到的现象。缓慢调节电位器Rw，使其阻值从零缓慢增大，观察波形，可知波形一开始为直线，增大到一定值时波形变为正弦波，再增大Rw，波形幅值逐渐增大，至Rw为一定值时波形失真。这是因为电位器接入电路的阻值小于起振要求的最小值时，基本电路放大倍数与反馈系数乘积的模小于1，电路不起振；当Rw大

6、于这个最小值时，电路起振，波形为正弦波，且当Rw达到一定值时，由于集成运放供电电源的限制，其输出电压的幅值有上限，故波形出现顶部、底部失真。（2）仔细调节电位器Rw，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Rw之值，分析电路的振荡条件。数据整理如下：Rw/kW振荡频率f0/Hz幅度Uom/V18.97922.320.6（3）将两个二极管断开，观察输出波形有什么变化。缓慢调节电位器Rw，使其阻值缓慢增大，观察知波形一开始为直线，增大到某一小范围内，波形从直线突变为正弦波，在稍微增大Rw则波形开始失真。这说明两个二极管的作用是稳定输出电压。2.多谐振荡电路（1）按图2安装实验电路（

7、电源电压为12V）。观测Vo1、Vo2波形的幅度、周期（频率）以及Vo1的上升时间和下降时间等参数。Vo1幅度Vo1周期Vo1上升时间Vo1下降时间Vo2幅度Vo2周期11.4V430.0ms840ns820ns6.11V430.7ms（2）对图2电路略加修改，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即Vo1为矩形波，Vo2为锯齿波。要求锯齿波的逆程（电压下降段）时间大约是正程（电压上升段）时间的20左右。观测Vo1、Vo2的波形，记录它们的幅度、周期（频率）等参数。电路图如下：Vo1幅度Vo1周期Vo2幅度11.5V1.392ms6.0VVo2上升时间Vo2下降时间Vo2周期1.152ms0.239

8、ms1.391ms3.滞回比较器的电压传输特性测量滞回比较器的电压传输特性。电路图如下：阈值电压UT输出电压幅值UZ2.00V5.813V三、实验数据分析1.正弦振荡电路（1）电路恰好起振时，Rw的阻值、振荡频率的各组数据如下：数据类型Rw/kW振荡频率/Hz理论估算10.0994.7仿真结果10.1992.1实验测量结果10.3990.0可见实验与仿真结果和理论估算的结果均较为接近。电路恰好起振的Rw较大的原因可能是实际电路的电阻阻值比标称值小，或者是示波器纵轴的刻度不合适，导致电路开始振荡时因波形幅值较小而观察不到波形。（2）电路输出电压波形不失真且幅度最大时，Rw的阻值、振荡频率及峰值如

9、下：数据类型Rw/ kW振荡频率/Hz峰值/V仿真结果17.8985.110.4实验测量结果19.0922.310.3相对误差计算如下表：Rw振荡频率峰值相对误差/%6.7-6.8-1.0可见输出电压波形不失真且幅度最大时的电位器阻值、振荡频率误差较大。电位器阻值的误差的原因可能是电阻阻值比标称值小，或者用万用表测量带来的误差较大等；振荡频率的误差可能源自于集成运放及其它元件带来的结电容、杂散电容等，这使得RC串并联电路中的电容的实际值比原来的大（结电容、杂散电容等相当于并联到此电容上），则RC增大，振荡频率减小。2.多谐振荡电路（1）矩形波、三角波的周期、峰值等的各组数据如下：数据类型Vo1

10、峰值/VVo1周期/msVo1上升时间/ msVo1下降时间/ msVo2峰值/VVo2周期/ ms理论估算6.000400003.000400仿真结果5.5484211.5151.7052.907422实验结果5.7004300.8400.8203.055431可见，实际实验中矩形波的上升时间、下降时间均接近0，说明矩形波较为理想。实测结果与理论计算、仿真实验得到的结果的相对误差如下表：相对误差/%Vo1峰值Vo1周期Vo2峰值Vo2周期理论计算-5.37.01.87.2仿真结果2.72.14.82.1可见，输出电压波形的峰值的误差较小，误差的来源可能为仿真实验和实际实验中的稳压管的稳压值各

11、不相同，尤其是仿真实验中，稳压值明显比6V小，而实际实验中稳压管的稳压值标为5.1V，加上稳压管的开启电压0.60.8V，实际的UZ应在5.75.9V范围内，即不到6V。对于周期的误差，由理论分析知三角波的幅值与矩形波的幅值之比应约为0.5，而实际实验中其幅值之比稍大于0.5，这导致矩形波、三角波的周期比理论值大，将实际比值代到理论计算公式中，得周期T=0.429ms，与实验结果十分相近。产生误差的原因可能为电阻的实际值与标称值相差较大，或集成运放的不理想、稳压管的翻转速度不够大，导致矩形波变化的延迟（因为实际运放的特性曲线在差模输入电压约为0时的斜率不是无穷大，这导致其输出电压从正值到负值或

12、从负值到正值变化需要时间，即转换速率不为无穷大），最终时周期变大。（2）锯齿波发生电路的数据整理如下表：数据类型Vo1峰值/VVo1周期/ msVo2峰值/VVo2上升时间/ msVo2下降时间/ msVo2周期/ ms理论估算6.0001.2003.0001.0000.2001.200仿真结果5.5491.3862.8961.1520.2351.387实验结果5.7501.3923.0001.1420.2491.391各组数据的相对误差如下：相对误差/%Vo1峰值Vo1周期Vo2峰值Vo2上升时间Vo2下降时间Vo2周期理论计算-4.313.8012.419.713.7仿真结果3.50.43

13、.5-0.95.60.3可见，实测结果与仿真实验的结果相差较小，而与理论估算的结果相差很大，且相差较大的数据为周期、上升下降时间，误差产生原因除（1）中讨论的外，还有理论估算中忽略了的二极管的导通电阻，若把导通电阻计算在内，波形的上升时间、下降时间及周期都会增大，加上实际运放、稳压管的延迟、电阻的误差等，使得这三组数据的误差较大。3.滞回比较器的电压传输特性数据整理如下表：数据类型阈值电压UT/V输出电压高低电平UZ/V理论估算3.0006.000仿真结果1.8565.551实验结果2.0005.813实验结果与理论计算结果、仿真结果的误差原因在之前已讨论过，应为稳压管的稳压值差异。4.矩形波上升、下降时间分析实验结果中，矩形波的上升时间、下降时间均不为0，约为1ms，而理论上，上升、下降时间应为0，原因可能是实际运放的不理想。实际运放的特性曲线在差模输入电压约为0时的斜率不是无穷大，这导致其输出电压从正值到负值或从负值到正值变化需要时间，所以矩形波的上升、下降时间均不为0。四、思考题1.图1中的电位器调到什么位置时最好（电路既容易起振，又能输出较好的正弦波）？答：调到接入电路的阻值为13kW到15kW之间的位置最好，此时电路容易起振，幅值易测，且与正弦波较为近似。6.由运放组成的多谐振荡器电路，其输出波形（方波或矩形波）的跳变沿主要决定于什