電工學綜合實踐 上海應用技術學院電子技術實驗室 王先運編 2013年1月 電工學綜合實踐 一 目的 1 掌握常用電子儀器儀表的使用方法 二 時間安排 3部分 2 掌握電子線路的連接 測量 實驗數據處理 分析 以及故障排除等實驗技術和方法 3 學習實驗報告和課程設計報告的編寫方法 為以后的科學研究準備基礎 1 星期一 二 完成3個實驗 見任務書 按照要求完成電子線路的連接 測量 實驗數據處理分析 撰寫實驗報告 2 星期二 四 完成簡易信號發生器的設計 安裝與調試 實驗數據處理分析 撰寫課程設計說明書 3 星期五 上交實驗報告和課程設計說明書 答辯 三 地點 電子實驗 課設電路調試 電子實驗室數據處理 撰寫報告 教室 宿舍 圖書館等 設計思想 一 正弦波發生器 二 整形為方波 比較器 三 整形為三角波 積分 簡易信號發生器的設計基礎知識 僅介紹本設計所涉及部分內容 一 正弦波振蕩電路 1自激振蕩 放大電路在無輸入信號的情況下 就能輸出一定頻率和幅值的交流信號的現象 開關合在 1 為無反饋放大電路 開關合在 2 為有反饋放大電路 自激振蕩狀態 自激振蕩的條件 1 幅度條件 2 相位條件 n是整數 相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋 幅度條件表明反饋放大器要產生自激振蕩 還必須有足夠的反饋量 可以通過調整放大倍數a或反饋系數f達到 自激振蕩的條件 2正弦波振蕩電路參見p144 147 p151 153第17 3 1 2題 實驗九 正弦波振蕩電路用來產生一定頻率和幅值的正弦交流信號 它的頻率范圍很廣 可以從一赫以下到幾百兆赫以上 輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦 輸出的交流電能是從電源的直流電能轉換而來的 常用的正弦波振蕩器 石英晶體振蕩電路 頻率穩定度高 應用 無線電通信 廣播電視 工業上的高頻感應爐 超聲波發生器 正弦波信號發生器 半導體接近開關等 正弦波振蕩電路的組成 1 放大電路 放大信號 2 反饋網絡 必須是正反饋 反饋信號即是放大電路的輸入信號 3 選頻網絡 保證輸出為單一頻率的正弦波 即使電路只在某一特定頻率下滿足自激振蕩條件 4 穩幅環節 使電路能從 auf 1 過渡到 auf 1 從而達到穩幅振蕩 3rc正弦波振蕩電路 rc選頻網絡正反饋網絡 放大電路 用正反饋信號uf作為輸入信號 選出單一頻率的信號 1 電路結構 同相比例電路 選頻網絡 2 rc串并聯選頻網絡的選頻特性 反饋系數 分析可知 僅當 0時 u2 u1 1 3達最大值 且u2與u1同相 即網絡具有選頻特性 f0決定于rc 3 工作原理 輸出電壓uo經正反饋 兼選頻 網絡分壓后 取uf作為同相比例電路的輸入信號ui 起振過程 穩定振蕩 a 0 僅在f0處 f 0 滿足相位平衡條件 所以振蕩頻率f0 1 2 rc 改變r c可改變振蕩頻率 由運算放大器構成的rc振蕩電路的振蕩頻率一般不超過1mhz 振蕩頻率振蕩頻率由相位平衡條件決定 起振及穩定振蕩的條件 穩定振蕩條件 auf 1 f 1 3 則 起振條件 auf 1 因為 f 1 3 則 考慮到起振條件 auf 1 一般應選取rf略大于2r1 如果這個比值取得過大 會引起振蕩波形嚴重失真 由運放構成的rc串并聯正弦波振蕩電路不是靠運放內部的晶體管進入非線性區穩幅的 而是通過在外部引入負反饋來達到穩幅的目的 4 振蕩頻率的調整 改變開關s的位置可改變選頻網絡的電阻 實現頻率粗調 改變電容c的大小可實現頻率的細調 振蕩頻率 5 帶穩幅環節的電路 振蕩幅度較小時正向電阻大 振蕩幅度較大時正向電阻小 利用二極管的正向伏安特性的非線性自動穩幅 穩幅環節 5 帶穩幅環節的電路 圖示電路中 rf分為兩部分 在rf1上正反并聯兩個二極管 它們在輸出電壓uo的正 負半周內分別導通 在起振之初 由于uo幅值很小 尚不足以使二極管導通 正向二極管近于開路 此時 rf 2r1 而后 隨著振蕩幅度的 增大 正向二極管導通 其正向電阻逐漸減小 直到rf 2r1 振蕩穩定 rc振蕩器的振蕩頻率較低 常用的rc振蕩器是文氏電橋振蕩器 其振蕩頻率f0 1 2 rc 只取決于r c的數值 小結 電路 參數 可參考根據上式自行設計 建議設置在幾百至1千赫茲之間 二 整形為方波 比較器 rc振蕩電路的輸出端接入過零比較器即可 p113圖16 3 6a 若想提高方波品質 可采用滯回比較器 p112圖16 3 10 電路帶有正反饋 可加速反轉 提高方波品質 過零電壓比較器 電工學 下 p120 利用電壓比較器將正弦波變為方波 復習 電壓比較器 思考 若輸入信號接在同相端 且ur 0時 畫出輸出波形 四 整形為三角波 積分電路 過零比較器的輸出端接入積分器即可 p106圖16 2 8 參數設計 按照指導書100hz up p 8v的要求 參數可計算如下 f 100hz t 1 f 0 01s 10ms t th tl 而th tl th tl 5ms 復習 積分運算電路 電工學 下 p103 由虛短及虛斷性質 i1 if if 當電容cf的初始電壓為uc t0 時 則有 若ui為恒定電壓u 則 例 電路如圖 試據ui畫出uo波形 設 rc t 解 典型的積分電路 以每次信號躍變的時刻為0點 即坐標平移 方波 三角波轉換電路 電路如圖