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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。 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。 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。 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 （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