实验八 信号产生与处理电路

实验八信号产生与处理电路一、实验目的二、预习要求三、基本原理四、实验内容五、实验设备与器材六、实验报告要求七、思考题一实验目的熟悉用运算放大器构成RC正弦波发生器的工作原理及电路组成形式。掌握比较器的电路组成特点。学习振荡电路、比较器的调整与测试方法。二预习要求复习RC桥式正弦波振荡器的工作原理及电路组成形式，估算实验电路的振荡频率。复习电压比较器的工作原理及传输特性。了解过零比较器及滞回特性过零比较器的电路组成形式。分析R1、R2、D1、D2的改变对振荡器输出波形的影响。三实验原理1、RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）从结构上来看，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的正反馈放大器，其选频网络可以用R、C元件组成（称为RC振荡器），一般用来产生1Hz～1MHz的低频信号；选频网络也可以用L、C元件组成（称为LC振荡器），一般用来产生1MHz以上的高频信号。不论哪种振荡器，都必须满足产生持续振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件。本实验采用如图1所示的电路，运算放大器A1组成RC桥式正弦波振荡器。由图可见，具有选频特性的串联（R1C1）、并联（R2C2）网络构成正反馈支路，接到运算放大器A1的同相输入端，负反馈支路仍接反相输入端，电位器RW1的作用是调节负反馈深度，以保证起振条件。电路中采用了匹配对接的两只二极管构成稳幅电路，以保证输出波形正负半周对称。图１123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-Nov-2007SheetofFile:D:\安装软件\PROTEL\EXAMPLES\MyDesign.ddbDrawnBy:C20.01uFC10.01uFD2D1A1A2Rw110KR33KR41KR520KR251KR151KR610KR710KRw21K+12VUrUo1Uo2+12V+12V-12V-12VR4的接入是为了削弱二极管的非线性影响，以改善波形失真。电路中集成运算放大器A1作为一个线性放大元件，工作在线性区。当电路中R1=R2=R，C1=C2=C时，振荡频率ｆ0=1/2πRC起振的幅值条件为RF/R1＞２式中，RF=RW1+（R4//rd），rd为二极管正向导通电阻。调整反馈电阻RF（调节RW1），使电路起振，且波形失真最小。如果不能起振，则说明负反馈太强，应适当增大RF；如波形失真严重，则应适当减小RF。改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。一般对电容C做频率切换，而对R作量程内频率细调。2、电压比较器图2(a)所示为一个最简单的电压比较器，在运算放大器的同相输入端加参考电压UR，反相端加输入电压Ui。当UiUR时,输出低电平,DZ导通,U0=-UD，低电位；当UiUR时,输出高电平,DZ截止,U0=UD，高电位。因此，以参考电压UR为界，当输入电压Ui变化时，输出电压反映出两种状态，既高电位和低电位，且在UR附近翻转。图2（b）为输出电压与输入电压之间的传输特性曲线。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Oct-2007SheetofFile:D:\安装软件\PROTEL\EXAMPLES\MyDesign.ddbDrawnBy:R1R2R3DzUo图2（ａ）ＵＯＵｉＵｚＵＲ０ＵＤ图2（ｂ）常见的电压比较器有普通过零比较器、具有滞回特性的过零比较器（Schmitt触发器）、双限比较器（窗口比较器）等。图1电路中，运算放大器A2是一个具有滞回特性的过零电压比较器，输入电压（即A1输出正弦信号）加到反相端，比较电压UR加在同相输入端。从图1可以看出，从输出端引一个电阻分压支路（R6，R7）到同相输入端，若输出电压U02改变状态，则U+端的电位也随着发生变化，使过零点离开原来位置。当U0为正值时（记为U0‘），有四实验内容1、测量正弦波振荡器输出电压的波形、频率和幅度（1）在模拟电路实验箱上按图1接好振荡器电路，检查无误后接通电源。（2）调节RW1使电路振荡。（3）测量输出电压的频率、幅度，并描绘波形，将结果填入表1中2、观察选频网络元件对电路的影响（1）将R1，R2更换为20KΩ的电阻，测量输出电压U01的波形、频率和幅值，将结果填入表2中。（2）将R1，R2更换为75KΩ的电阻，再次测量输出电压U01的波形、频率和幅值，将结果填入表2中。表1振荡器实验数据3、观察稳幅电路的作用（1）接入和去掉D1，D2时，观察输出波形的变化情况，将结果记入表3-13-3中（2）表3稳幅电路波形表2改变选频元件实验数据4、研究比较器的工作原理（1）按图1接好A2电路，并将它与A1振荡器电路连在一起。表3稳幅电路波形（2）将比较器A2的U+端接地，此时电路为过零比较器，用双踪示波器观察U01和U02的波形，记录并比较之。（3）断开U+端的接地线，并将U+端接R6，调节RW2使比较电压UR=0。此时的比较器为具有滞回特性的比较器电路。观察记录波形，读出回差电压UH的大小。（4）缓慢调节RW2，观察波形变化，测量当UR=4V时的输出波形，记录波形并读出回差电压UH的值。五实验设备双踪示波器1台数字函数发生器1台低频毫伏表1台模拟电路实验箱1个万用表1块六实验报告要求列表整理实验数据，分析实验结果，并将其与理论值比较。观察输出波形，绘出传输特性曲线。记录正弦信号发生器的起振、失真及最大不失真时的RW1值和最大不失真时的U01值。通过实验，分析RC的振幅条件。讨论二极管D1，D2的稳幅作用。七思考题为什么在正弦波振荡电路中要引入负反馈支路？为何要增加D1和D2？它们是怎样稳幅的？如何测量比较器中的回差电压UH。选择适当参数，测出过零比较器的传输特性。滞回比较器中，信号能否加在同相端？如果能的话，将会出现什么结果？