浙大版电工电子学实验报告13集成运算放大器及应用(二)波形发生及脉宽调制

专业：应用生物科学专业：应用生物科学姓名：学号：___日期：地点：课程名称：电工电子学实验指导老师：实验名称：集成运算放大器及应用(二)波形发生及脉宽调制一、实验目的1.掌握用集成运放构成的方波、三角波发生器的工作原理和性能。2.了解压控脉宽调制电路的组成和工作原理。二、主要仪器设备1.XJ4318型双踪示波器2.HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源3.MDZ－2型模拟电子技术实验箱4.运放、时基电路实验板5.万用表三、实验内容图13-11.波形发生电路 (1)按图13-1连接A1和A2二级电路，将电位器RP1的滑动头调至最右端(即RP1=0)，用双踪示波器同时观察并记录uo1及uo2的波形。注意两个波形的相位，将波形画在时间轴取值一致并对齐的两个坐标系内，以便分析工作原理。测量并记录uo1和uo2的频率及幅值。 (2)保持RP1=0、R2=100kΩ不变，将R1改为51kΩ，重复1)的实验内容。 (3)保持R1=R2=100kΩ，调节电位器RP1，重复1)的实验内容。波形图：实验(1)实验(2)uo1uo2实验(3)uo1uo2数据记录表：实验(1)实验(2)实验(3)uo1周期T/ms4.62.64.85.0(±)幅值/V6.876.86.8uo2周期T/ms4.62.64.85.0(±)幅值/V7.64.47.67.62.脉宽调制电路保持R1=R2=100kΩ，RP1=0。(1)按图13-1连接好A3组成的脉宽调制电路。(2)把uo2作为脉宽调制电路的输入电压，根据表13-1改变参考电压UR值完成各项内容的测试。(注意：URmax和URmin是指在保证有uo3波形的情况下，UR的最大调节范围)参考电压UR/VURmax=6.90210-1-2URmin=-6.84Uo3(±)幅值/V13.7513.7513.7513.7513.7513.7513.75周期T/ms4.64.64.64.64.64.64.6高频时间tW/ms01.61.82.22.52.84.4Uo3脉宽比tW/T00.350.390.480.540.610.96Uo3平均值Uo3/V-13.75-4.18-2.99-0.601.202.9912.55表13-1四、实验总结1.将波形发生电路中的实测值与理论估算值相比较并讨论结果。由于uo1的幅值没有已知的数据可以计算，而又因其周期与uo2(理论值和实验值都)完全相同，因此此处只对uo2进行实验值与理论值的比较。理论值计算公式：uo2=UzR1/R2T=4RfCfR1/R2(其中Uz的理论值使用uo1相应的幅值计算)实验值理论值偏差实验(1)周期T/ms4.6415%(±)幅值/V7.66.811.76%实验(2)周期T/ms2.62.0427.45%(±)幅值/V4.43.5723.25%实验(3)周期T/ms4.84.214.29%(±)幅值/V7.66.811.76%周期T/ms5.04.413.64%(±)幅值/V7.66.811.76% 据上表可见，各组实验值与理论值都有一定的差距，分析原因如下：(1).理论值是根据在理想情况下求得的公式来计算的，而实际上有些因素不能达到理想条件，不能忽略，因而产生较大偏差。(2).电路内部构造与外部接线并不能达到完全符合实验设置的条件，比如由于某处电路接触不良而导致电阻增大。(3).观察发现，所有偏差均为正偏差，即实验值都比理论值大，因而可推测存在某种使测量值偏大的系统误差，但具体原因不明。2.画出实验中各点波形。 各点波形图已在上文中画出，此处使用叠加图来进行进一步分析：波形图分析实验(1)据图可见，方波和三角波的周期是相同的；三角波的幅值比方波稍大；三角波的变化趋势则与方波相反，即当方波为负时三角波斜率为正，反之则为负。另外可以看出，方波正负向翻转期间有一条近乎竖直的连线，说明方波在翻转时也是有过程的，只是用时极短而已；而理想状态下这个过程是不需要时间的。此图主要说明了方波和其产生的三角波之间的相互关系，以及两波的一些基本性质。实验(2)此图为改变R1后的波形图，R1由原来的100kΩ变为了51kΩ，根据相关理论，这会使所生成的三角波幅值变为原来的51%，而实际上变为了原来的4.4/7.6×100%=57.9%，这与理论计算还是比较接近的。可见通过改变R1来改变三角波幅值的方法具有较小的相对误差，但由于绝对误差的存在，实际情况可能并不理想。除此之外，方波的幅值也比改变前略有增大，但理论上R1对该值无影响，此处推断是电路中的某种构造所致，但具体原因不明。实验(3)此处的两张图分别是引入一半的RP1(即5kΩ)和全部的RP1(即10kΩ)，使得相应的Rf值分别增大到105kΩ和110kΩ。据相关理论可知，Rf的增大会使波形的周期相应增大105%和110%；而实验结果是分别增大了104.3%和108.7%，可见基本符合理论计算。但由于其均小于理论增大值，因此如若Rf增大更多倍，则会造成更大的偏差。因此实际应用中应避免通过计算Rf的值来得到相应频率，而应直接对输出频率进行测量，再来调节Rf。3.整理分析测试结果。波形发生电路所得的结果及其分析基本都已在上文给出，这里再对脉宽调制电路进行简要分析。根据所得的数据与处理后的结果，可见脉宽调制电路能够较好地实现脉宽调制的功能，能够限制高平/地平的输出时间，以供某种实际需要之用。观察表中数据，可以看出高平时间变化量ΔtW基本与UZ变化量ΔUZ成正比，因此可以通过改变UZ来调整脉宽调制的强度。此外还要说明的是，实验电路图中的10kΩ的可变电阻并不能使Uz达到URmax或URmin，因此本实验采用了100kΩ的可变电阻，得到URmax=6.90V，URmin=-6.84V。总体来讲本次实验所得数据与理论有所差距，原因也是多方面的，可见有时根据理论还不能完全应用与实践，在遇到现实中需要解决的问题时还应进行多项测试，才可能达到所需要求。通过观察可以看出，本次实验中所得的大部分数据和理论值的偏差都有一定的规律性，可见存在着某种系统误差，导致了数据的一致的变化趋势，这在实际应用中可能还需要某种补偿措施来修正这些偏差。五、心得体会 本次实验使我们学会了运用集成运放电路生成方波和三角波的方法，也使我们了解了脉宽调制电路基本工作方式。通过这些操作，使实验与理论较好地联系在了一起，更好地阐明了理论上电路的工作原理。通过比较实际测量数据与理论计算值，可看出实践上并没有理论那么完美，存在