实验9波形变换电1.doc

实验9波形变换电路 实验目的 学习使用运放组成精密全波整流电路、电压-频率转换电路和三角波-正弦波变换电路。 实验仪器 示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。 预习内容 分析图9.2、图9.4和图9.7所示电路。定性绘制本实验所用电路的输出波形。 实验内容 精密全波整流电路 电路原理 若直接用二极管整流，由于普通二极管门限电压 为零点几伏，所以只能用于大信号整流。若要求检波 器件的门限电压尽可能地小，例如1mV，则可利用运 放和二极管可构成这样的检波器件，如图9.1(1)，即 等效理想检波二极管，如图9.1(2)。在图9.1(1)中，若 运放输入Vi为很小的正电压，由于运放的开环增益很 大，运放输出Vo将为很大的负电压，D1截止；若运 放输入Vi为很小的负电压，由于运放的开环增益很大， 运放输出Vo将趋向于很大的正电压，D1导通，D1导 通后有Vo≈Vi。可见，图9.1(1)等效为一个理想检波二极管。 图9.2就是利用这样的等效理想检波二极管组成的精密全波整流电路。以输入为正弦波为例，试述其工作原理。 在正半周期，Vi为正，运放AR1的反相输入端电压为0＋，输出趋向于很大的负电压，二极管D1截止。这里先假设D2导通。那么，由R1、R2、R3、AR1、D1、D2组成的电路等效为放大倍数为-1的放大器，Vo1输出的波形如图9.3（2）。当运放AR1的反相输入端电压为0＋时，输出趋向于很大的负电压，而输出 Vo1为输入的反相，为有限的负电压，所以D2导 通，D2导通后，运放输出端电压为－Vi－VD2th， 其中VD2th为D2导通时的电压降。可见，先前 假设D2导通是正确的。Vo1再经由R4、R5、R6、 AR2组成的放大倍数为-2的放大器，正半周期输 入Vi经AR1、AR2组成的两级放大器放大，形 成的输出为Vo12，如图9.3（3），为幅值为输入 的两倍的正半周期正弦波。与此同时，输入Vi经 RP（理论上其阻值应为20kΩ）、R6、R5、AR2组 成的放大倍数为-1的放大器放大，形成的输出为 Vo2，如图8.3(4)。输入为正半周期时的输出Vo为 Vo12与Vo2的线性迭加，如图9.3(5)。显然，输出 波形与输入波形是完全相同的。 在负半周期，Vi为负，运放AR1的反相输入 端电压为0－，输出趋向于很大的正电压，二极管D1导通。这里先假设D2截止。那么，运放AR1输出端开路。由于AR1的反相输入端电压0－，AR2反相输入端电压为0，所以没有电流流过R3，Vo1为0，如图9.3（2）。当运放AR1的反相输入端电压为0－时，输出趋向于很大的正电压，而输出Vo1为0，可见，先前假设D2截止是正确的。Vo1再经由R4、R5、R6、AR2组成的放大器，输出Vo12仍为0，如图9.3（3）。与此同时，输入Vi经RP（理论上其阻值应为20kΩ）、R6、R5、AR2组成的放大倍数为-1的放大器放大，形成的输出为Vo2，如图9.3(4)。输入为负半周期时的输出Vo为Vo12与Vo2的线性迭加，如图9.3(5)。显然，输出波形与输入波形是完全相同的。 可见，在图9.2所示电路中，若运放为理想运放，RP=R6=2R1，R1=R3=R4，则输出是对输入的全波整流，如图9.3(5)。由于实际元件数值并不等于标称值，所以实验电路中设置了电位器，用于调整。由于本实验使用的信号源最小输出是峰值为50mV的正弦电压，当输入为峰值为50mV的正弦电压时，实验电路输出应与图9.3(5)基本相同。 实验内容 取输入Vi有效值为1V、f=1kHz的正弦波。调整Rp，观察输出波形，使其相邻的峰值尽可能相等。 保持输入信号频率不变，取输入Vi峰值为50mV的正弦波。观察输出波形，与（1）的输出波形做比较，试分析造成两者波形差异的原因。 电压-频率转换电路 电路原理 电路如图9.4。这是一个简易的低频压控振荡器。输入为直流电压，输出为基频频率随输入直流电压变化而变化的锯齿波。 在稳态。设在Vo1=Vz 、Vo=－Vz时刻，运放AR1正相输入端电压过0，趋向负，Vo1翻转，由Vz变为－Vz。如图9.5，向电容正向充电的电流iCP为 （1） 其中，VDth为二极管的导通电压。向电容正向充电使输出电压Vo上升，当输出电压上升到 Vo=Vz时，AR1正相输入端的电压再次过0，但趋向于正，Vo1再次翻转，由－Vz变为Vz。记此过程持续的时间为T1，在此过程中，输出电压的变化量为 （2） 从中可解出 （3） 紧接着，由于Vo1=Vz，AR2反相输入 端为“虚地”，这使得二极管D截止，只 有Vi 向电容反向充电，