浙大版電工電子學(xué)實驗報告13集成運算放大器及應(yīng)用(二)波形發(fā)生及脈寬調(diào)制

專業(yè)：應(yīng)用生物科學(xué)專業(yè)：應(yīng)用生物科學(xué)姓名：學(xué)號：___日期：地點：課程名稱：電工電子學(xué)實驗指導(dǎo)老師：實驗名稱：集成運算放大器及應(yīng)用(二)波形發(fā)生及脈寬調(diào)制一、實驗?zāi)康?.掌握用集成運放構(gòu)成的方波、三角波發(fā)生器的工作原理和性能。2.了解壓控脈寬調(diào)制電路的組成和工作原理。二、主要儀器設(shè)備1.XJ4318型雙蹤示波器2.HY3003D-3型可調(diào)式直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源3.MDZ－2型模擬電子技術(shù)實驗箱4.運放、時基電路實驗板5.萬用表三、實驗內(nèi)容圖13-11.波形發(fā)生電路 (1)按圖13-1連接A1和A2二級電路，將電位器RP1的滑動頭調(diào)至最右端(即RP1=0)，用雙蹤示波器同時觀察并記錄uo1及uo2的波形。注意兩個波形的相位，將波形畫在時間軸取值一致并對齊的兩個坐標(biāo)系內(nèi)，以便分析工作原理。測量并記錄uo1和uo2的頻率及幅值。 (2)保持RP1=0、R2=100kΩ不變，將R1改為51kΩ，重復(fù)1)的實驗內(nèi)容。 (3)保持R1=R2=100kΩ，調(diào)節(jié)電位器RP1，重復(fù)1)的實驗內(nèi)容。波形圖：實驗(1)實驗(2)uo1uo2實驗(3)uo1uo2數(shù)據(jù)記錄表：實驗(1)實驗(2)實驗(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.脈寬調(diào)制電路保持R1=R2=100kΩ，RP1=0。(1)按圖13-1連接好A3組成的脈寬調(diào)制電路。(2)把uo2作為脈寬調(diào)制電路的輸入電壓，根據(jù)表13-1改變參考電壓UR值完成各項內(nèi)容的測試。(注意：URmax和URmin是指在保證有uo3波形的情況下，UR的最大調(diào)節(jié)范圍)參考電壓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高頻時間tW/ms01.61.82.22.52.84.4Uo3脈寬比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、實驗總結(jié)1.將波形發(fā)生電路中的實測值與理論估算值相比較并討論結(jié)果。由于uo1的幅值沒有已知的數(shù)據(jù)可以計算，而又因其周期與uo2(理論值和實驗值都)完全相同，因此此處只對uo2進(jìn)行實驗值與理論值的比較。理論值計算公式：uo2=UzR1/R2T=4RfCfR1/R2(其中Uz的理論值使用uo1相應(yīng)的幅值計算)實驗值理論值偏差實驗(1)周期T/ms4.6415%(±)幅值/V7.66.811.76%實驗(2)周期T/ms2.62.0427.45%(±)幅值/V4.43.5723.25%實驗(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% 據(jù)上表可見，各組實驗值與理論值都有一定的差距，分析原因如下：(1).理論值是根據(jù)在理想情況下求得的公式來計算的，而實際上有些因素不能達(dá)到理想條件，不能忽略，因而產(chǎn)生較大偏差。(2).電路內(nèi)部構(gòu)造與外部接線并不能達(dá)到完全符合實驗設(shè)置的條件，比如由于某處電路接觸不良而導(dǎo)致電阻增大。(3).觀察發(fā)現(xiàn)，所有偏差均為正偏差，即實驗值都比理論值大，因而可推測存在某種使測量值偏大的系統(tǒng)誤差，但具體原因不明。2.畫出實驗中各點波形。 各點波形圖已在上文中畫出，此處使用疊加圖來進(jìn)行進(jìn)一步分析：波形圖分析實驗(1)據(jù)圖可見，方波和三角波的周期是相同的；三角波的幅值比方波稍大；三角波的變化趨勢則與方波相反，即當(dāng)方波為負(fù)時三角波斜率為正，反之則為負(fù)。另外可以看出，方波正負(fù)向翻轉(zhuǎn)期間有一條近乎豎直的連線，說明方波在翻轉(zhuǎn)時也是有過程的，只是用時極短而已；而理想狀態(tài)下這個過程是不需要時間的。此圖主要說明了方波和其產(chǎn)生的三角波之間的相互關(guān)系，以及兩波的一些基本性質(zhì)。實驗(2)此圖為改變R1后的波形圖，R1由原來的100kΩ變?yōu)榱?1kΩ，根據(jù)相關(guān)理論，這會使所生成的三角波幅值變?yōu)樵瓉淼?1%，而實際上變?yōu)榱嗽瓉淼?.4/7.6×100%=57.9%，這與理論計算還是比較接近的?？梢娡ㄟ^改變R1來改變?nèi)遣ǚ档姆椒ň哂休^小的相對誤差，但由于絕對誤差的存在，實際情況可能并不理想。除此之外，方波的幅值也比改變前略有增大，但理論上R1對該值無影響，此處推斷是電路中的某種構(gòu)造所致，但具體原因不明。實驗(3)此處的兩張圖分別是引入一半的RP1(即5kΩ)和全部的RP1(即10kΩ)，使得相應(yīng)的Rf值分別增大到105kΩ和110kΩ。據(jù)相關(guān)理論可知，Rf的增大會使波形的周期相應(yīng)增大105%和110%；而實驗結(jié)果是分別增大了104.3%和108.7%，可見基本符合理論計算。但由于其均小于理論增大值，因此如若Rf增大更多倍，則會造成更大的偏差。因此實際應(yīng)用中應(yīng)避免通過計算Rf的值來得到相應(yīng)頻率，而應(yīng)直接對輸出頻率進(jìn)行測量，再來調(diào)節(jié)Rf。3.整理分析測試結(jié)果。波形發(fā)生電路所得的結(jié)果及其分析基本都已在上文給出，這里再對脈寬調(diào)制電路進(jìn)行簡要分析。根據(jù)所得的數(shù)據(jù)與處理后的結(jié)果，可見脈寬調(diào)制電路能夠較好地實現(xiàn)脈寬調(diào)制的功能，能夠限制高平/地平的輸出時間，以供某種實際需要之用。觀察表中數(shù)據(jù)，可以看出高平時間變化量ΔtW基本與UZ變化量ΔUZ成正比，因此可以通過改變UZ來調(diào)整脈寬調(diào)制的強度。此外還要說明的是，實驗電路圖中的10kΩ的可變電阻并不能使Uz達(dá)到URmax或URmin，因此本實驗采用了100kΩ的可變電阻，得到URmax=6.90V，URmin=-6.84V。總體來講本次實驗所得數(shù)據(jù)與理論有所差距，原因也是多方面的，可見有時根據(jù)理論還不能完全應(yīng)用與實踐，在遇到現(xiàn)實中需要解決的問題時還應(yīng)進(jìn)行多項測試，才可能達(dá)到所需要求。通過觀察可以看出，本次實驗中所得的大部分?jǐn)?shù)據(jù)和理論值的偏差都有一定的規(guī)律性，可見存在著某種系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的一致的變化趨勢，這在實際應(yīng)用中可能還需要某種補償措施來修正這些偏差。五、心得體會 本次實驗使我們學(xué)會了運用集成運放電路生成方波和三角波的方法，也使我們了解了脈寬調(diào)制電路基本工作方式。通過這些操作，使實驗與理論較好地聯(lián)系在了一起，更好地闡明了理論上電路的工作原理。通過比較實際測量數(shù)據(jù)與理論計算值，可看出實踐上并沒有理論那么完美，存在