实验九 利用函数电路实现波形变换

实验九利用函数电路实现波形变换

—、实验目的

1 、利用二极管非线性特性 , 实现三角波→正弦波的变换。

2 、利用差分对管的饱和与截止特性，实现三角波→正弦波变换。

二、预习要求

1 、预习方波产生电路和方波→三角波的变换电路工作原理。

2 、预习三角波→正弦波的变换电路和工作原理。

三、实验仪器设备

1 、双踪示波器

2 、万用表

3 、高频电路实验装置

四、实验电路和工作原理

1 、二极管波形变换电路工作原理

从三角波和正弦波的波形上看 , 二者主要的差别在波形的峰值附近 , 其余部

分都很相似 . 因此只要设法将三角波的幅度按照一定的规律逐段衰减 , 就能

将其转换为近似正弦波 . 见图 9.1 所示 .

用二极管将三角波近似转换为正弦波的实验电路见图 9.2 。图中 , R4 ～

R7,D1 ～ D3 负责波形的正半周， R8 ～ R11,D4

～ D6 负责波形的的下半周， R2 和 R3 为正负半周共用电阻， R1 对输入的三角波进行降压。在正半周的变换过程中，设 R4 ～

R7 都取值为 1.2K Ω, 在正半周 , 当 D1 ～ D3 都不导通时， C 、 B 、 A 点的电压分别为 1.25V,2.5V,3.75V 。在波形变换的过程中 , 由于二极管的非线性特性，加上输入函数的时间关联性 , 不同时刻二极管上所承受的电压是不同的。为了分析的方便 , 我们假设二极管的正向导通电压为 0.5V, 则当输入电压高于 1.75V 时 , 二极管 D3 导通，输出电压高于 1.75V ；当输入电压高于 3V 后 , 二极管 D2 导通 , 输出电压高于 3V; 当输入电压高于 4.25V 后 , 二极管 D1 导通 , 输出高于 4.25V. 以此类推 , 便可近似得到正弦波形 . 若增大电阻 R4 的值 , 可以降低波峰时的电压降 , 以适应不同输入电压的变换要求 . 负半周的变换原理与此相类似 , 读者可以自行分析。

图 9.1 三角波→正弦波变换原理示意图图9.2 二极管三角波→正弦波变压器2. 三极管波形变换电路工作原理

图 9.3 为利用三极管的非线性特性，实现三角波→正弦波的变换电路。图中，RP1 调节三角波的幅度 ,RP2 调节电路的对称性

, 电阻 R2 可改变正弦波的失真度 ,RP3 用于调节输出电压的幅度 ,C1 为隔直电容。

图9.3 三极管三角波→正弦波变换器图.9.4 三极管三角波→正弦波变换曲线图

波形变换的原理是 : 利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。

由模拟电子技术相关知识可知 , 差分对管的放大特性表达式为：

i c1 = = (1)

上式中，α = ≈ 1,I 0 为差分放大器的恒定电流 ;V T 为温度的电压当量 , 当室温为25 ℃ 时，V T ≈ 26mV.

如果 V id 为三角波 , 设表达式为

(2)

式中 ,V m 为三角波的幅度 ,T 为三角波的周期 .

将式 (2) 代入式 (1) 中 , 可得 :

（ 3 ）

用计算机对式（ 3 ）进行计算，打印输出的 i c1 (t) 或 i c2 (t) 曲线近似于正弦波，则差分放大器的输出电压 V c1

(t) 和 V c2 (t) 也近似于正弦波，波形变换过程如图 9.4 所示。为使输出波形更接近正弦波 , 要求 :

①传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄；

⑧三角波的幅值 V m 应接近晶体管的截止电压值。

五、实验内容与步骤

1 ．二极管波形变换

实验电路见图 9.2

（ 1 ）将上下两端电阻 Rl — R 1l 分别选 1.2K 接至± 5V 电源，测得 A 、B 、 C 、 D 、 E 、 F 各点的分压电压。选择

函数发生器输出的波形为三角波，频率调至 20KHz ， V P-P 调至 3V ，然后接入电路 IN 端，观察 OUT 输出波形。

（ 2 ）将 R4 、 R11 电阻，分别改接成 2K 和 5.1K （即： R4 ＝ R11 ＝ 2K 、R4 ＝ R11 ＝ 5.1K ），观察波形，测各点分压电压，并分别与接 1.2K Ω时相比较，分析原因。

V A V B V C V D V E V F

R4=R11=1.2K

Ω

R4=R11=2K Ω

R4=R11=5.1K

Ω

(3) 画出 (1) 、（ 2 ）不同电阻时的输出正弦波形。

2. 三极管波形变换

实验电路见图 9.3

选择函数信号发生器输出的波形为三角波，频率调至 20KHz ， V P-P 调至 3V ，调节三角波输出幅度，观察 OUT 输出波形，使三角波出现正、负半周削波，将负反馈 R2 接至三极管发射极，调节 RP2 ，可改变波形正、负半周的对称度，反复调节 RP1 、 RP2 即可得到正弦波输出。调 RP3 可改变正弦波输出幅度。 R2 的大小可改变正弦波的失真度。

六、实验报告

1 、整理数据，画出波形图。

2 、二极管波形变换电路中，改变分压电阻（ R4 、 R11 ）时，对正弦波形有何影响。

3 、三极管波形变换电路中，分析电位器 RP1 、 RP2 和 RP3 的作用，以及改变负反馈电阻 R2 对正弦波的影响。

4 、比较两种变换电路的优缺点。