实验三 波形变换电路

一. 实验目的

1 了解二极管限幅器的组成与工作原理；

2 掌握用二极管实现非线性波形变换的基本原理；

3 熟悉任意波变方波、方波变脉冲波、方波变三角波、三角波变正弦波的原理和方法。

二. 实验仪器

双踪示波器 一台； 实验箱与综合实验模块 一套； 信号发生器 一台；连接线若干

三. 实验原理

1 二极管限幅器

二极管限幅器的原理图如图3-1所示。

TT1TP1R1D1D2R2

图3-1 二极管限幅器实验原理图

输入信号从TP1处输入，输出信号在TT1处测试。设输入信号电压为Vi，输出信号电压为Vo，二极管导通电压为VDON，二极管导通电阻为rd。

（1）当Vi?VDON时，二极管D1、D2都截止，Vo?则Vo?Vi。

（2）当Vi?VDON时，二极管D1、D2都导通，Vo?R2Vi，由于R1远远小于R2，

R1?R2R2//rdVi,由于rd远远小于R2，

R1?R2//rd则Vo?13

rdVi。所以当Vi?VDON时输出信号波形就近似变为上、下顶部被削平的梯形

R1?rd波。

2 任意波转方波、方波转脉冲波、方波转三角波、脉冲波转锯齿波

任意波变方波、方波变脉冲波、方波变三角波、脉冲波变锯齿波的原理图如图3-2所示。

R43TP11D9D1054R44R42D11D12+12VTP13C17R51-12VU5A2R46+12VTT4K7R49234U6A1TP12C1667R47U5B1R508+12VD13TT5

图3-2 若干波形转换原理图

（1）任意波转方波

任意波从TP11输入，经过双向限幅器（D9、D10）后送入比较器U5A的正向输入端，从TP13处输出方波。此比较器为迟滞比较器，在过零点比较器的基础上引入正反馈电阻R43，用来抑制过零点附近的干扰。R42和稳压二极管D11、D12起分压作用。

（2）方波转脉冲波

当TP12悬空时，比较器U5B的反向输入端由＋12V电源通过电阻R46，获得一个高于同向输入端的电压，其值等于二极管D13的导通电压，则比较器输出一个负的直流电压。

连接TP13和TP12，则TP13处的方波经过电容C16送入到比较器U5B的反向输入端。当反向输入端电压发生正向变化时，由于D13的正向导通电阻很小，电压的变化大部分降落在C16上，比较器的反向输入端发生的变化不大，因此比较器的输出电压保持不变。当反向输入端电压发生负向变化时，由于C16两端的电压不能发生突变，二极管反向截止，使比较器反相输入端发生负向变化，比较器输出发生正跳变。在电源电压充电的作用下，C16右端电位逐渐升高，当反向输入端的电位过零点后，输出电压迅速变为负值。直到反向输入端的第二个负跳变之前，比较器的输出一直为负电压。如此反复，就可在TT4处得到正负交替的脉冲波，输出负脉冲的宽度由C16和R46决定。

（3）方波转三角波、脉冲波转锯齿波

方波转三角波、脉冲波转锯齿波用积分电路实现。图3－2中，运放U6A组成积分器，R51用来克服运放失调和初始输出直流分量的不确定性。开关K7向上波，选择方波进入积分器；K7向下拨，选择脉冲波进入积分器。三角波和锯齿波在TT5处观察。

3 三角波转正弦波

三角波变正弦波的方法有滤波法和折线法，本实验采用的是折线法。原理图如图3-3所

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示，具体原理可参考高等教育出版社出版的《模拟电子技术基础》（第三版）（童诗白、华成英主编）或其他相关书籍。

TP3D3R3R4TP4TT2R14R15D4R5R13D5R6R7TP2D6R8D7R9D8R10R11TP5R12TP6

图3-3 三角波转正弦波原理图

四. 实验内容与步骤

观察各波形变换的结果并进行比较分析。

1 限幅器

（1）连接实验电路

在实验箱上插入“综合实验”模块，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9向左拨，实验箱直流稳压电源GND接模块GND，其他电源可不接。

（2）输入信号

TP1处输入频率f=1KHz，电压U=500mVPP的正弦波信号。该信号由信号发生器提供。 （3）观察限幅器的输出

用示波器在TT1处观察，逐渐增大TP1处信号的幅度，观察TT1处信号波形的变化情况。记录TT1处信号上下顶被削平时TP1处信号的峰峰值，并记录（画出）这2个波形（在同一个坐标系内）。

2 任意波转方波、方波转脉冲波、方波转三角波、脉冲波转锯齿波 （1）连接实验电路

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模块同前，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9向左拨，实验箱直流稳压电源的GND接模块GND，±12V接模块±12V。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的电压开关，K5、K6向右拨，K7放任意位置，此时，模块上的电源指示灯LED5、LED6亮。

（2）输入信号

TP11处输入频率f=1KHz，U=2VPP的正弦波或三角波信号（由低频信号源提供）。 （3）观察方波输出

用示波器在TP13处观察，记录此处信号的波形。 （4）观察三角波输出

开关K7向上拨，用示波器在TT5处观察，记录此处信号的波形。 （5）观察脉冲波输出

连接TP12与TP13，用示波器在TT4处观察，记录此处信号的波形。 （6）观察锯齿波输出

连接TP12与TP13，K7向下拨，用示波器在TT5处观察，记录此处信号的波形。 3 三角波转正弦波 （1）连接实验电路 实验模块同前，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8 、K9向左拨，主板GND接模块GND，TP3接主板＋5V，TP5接主板－5V。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关。

（2）输入信号

TP2处输入频率f=20KHz，U= 8VPP的三角波信号。此信号由低频信号源提供。 （3）观察正弦波输出

用示波器在TT2处观察并记录输出波形 （4）改变分压电阻观察输出波形

去掉TP3与主板＋5V的连线以及TP5与主板－5V的连线。TP4接主板＋5V，TP6接主板－5V。TP2处输入信号不变，用示波器在TT2处观察并记录输出波形。

五．思考题

1 双向限幅器的工作原理。

2 试分析任意波转方波的过程原理。

3 在三角波转正弦波的电路中，改变分压电阻对输出正弦波的影响如何。

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