电路实验十六波形变换器的设计、制作和测试.doc

实验十六 波形变换器的设计、制作和测试（设计性实验）一、实验目的1.设计一个RC 微分电路，将方波变换成尖脉冲波。2.设计一个RC 积分电路，将方波变换成三角波。二、实验原理1.微分电路在脉冲电路里，微分电路是一种常用的波形变换电路，它可将矩形脉冲（或方波）电压变换成尖脉冲电压。图16-1所示是一种最简单的微分电路，它的实质上是一个对时间常数有一定要求的RC串联分压电路。当电路时间常数远小于输入的矩形脉冲宽度时，则在脉冲作用的时间T0 内，电容器暂态过程可以认为早已结束，于是暂态电流或电阻或电阻上的输入电压就是一个正向尖脉冲，如图16-2所示。在矩形脉冲结束时，输入电压跳至零，电容器放电，放电电流在电阻上形成一个负向尖脉冲。因时间常数相同，所以正负尖脉冲波形相同。由于T0RC，所以暂态持续时间极短，电容电压波形近似输入矩形脉冲波，故有uc(T)u1(t) 。 图16-1 微分电路及其波形 图16-2 波形图因为 所以 该式说明输出电压u2(t)近似与输入电压u1(t)的导数成正比，这就是微分电路名称的由来。 设计微分电路时，通常应使脉冲宽度T0至少大于的五倍以上，即T0 5RC(=RC)，若取R=R0则CT0/5R0,这样看来，选取愈小，输出电压愈接近输入电压的微分。2.积分电路 积分电路是一种常用的波形变换电路，它是将矩形波变换成三角波的一种电路。最简单的积分电路也是一种串联分压电路，只是它的输出是电容两端电压，且电路的时间常数远大于脉冲持续时间T0，如图16-3所示。 图16-3 积分电路及其波形又因输出电压：所以 = 也就是说，输出电压u2(t)近似与输入电压u1(t)的积分成正比，这也就是积分电路的由来。如果将积分电路的充电和放电回路的时间常数设计得不一样，例如充电时间常数小而放电时间常数大（或相反），则积分电路还可以将矩形脉冲电压换为锯齿波电压，如图16-4所示。设计积分电路，通常要求电路时间常数大于脉冲宽度的五倍以上，即=RC5 T0图16-4 矩形波到锯齿波的变换三、实验仪器及设备双踪示波器 1台信号发生器 1台毫伏表 1只接线板 1块四、实验内容与步骤1.RC微分电路的设计设计一个微分电路，使频率为5KHz、幅度为2V（峰值）的方波电压通过此电路变为尖脉冲电压。给定R=6K，试计算电容的选取范围。选择三个不同大小的C值（其中一个在计算范围以外），观察输入、输出波形并记录下来。2.RC积分电路的设计设计一个积分电路，使频率为5KHz、幅度为2V（峰峰值）的方波电压通过此电路变为三角波电压。给定电容C=0.01F，试计算电阻的选取范围。选择三个不同大小的R值（其中一个在计算范围以外），观察输入、输出波形并记录下来。3.积分电路输出特性实验 将上述积分电路输入矩形脉冲，频率仍然为5KHz，幅度不变，脉冲宽度T0=T/4，其中T为脉冲重复周期、观察输出波形是否为锯齿波，并解释。五、预习思考题1.复习教材中的相关部分。思考什么是微分电路、积分电路，他们的作用如何？2.微分电路和积分电路与一般的RC电路有何区别？六、实验报告1.写出设计电路的计算过程。 2.将观测到的各种电路波形绘制在坐标纸上，并分析得到的结果。