频率电压转化器,其原理大概就是,将频率的变化,通过电压的变化来表示出来,而且二者是线性的关系。
下面,我主要就说一些,我做的时候遇到的问题,和一些我对这些的问题的看法,当然这其中有老师的解答。
首先是,位于中间靠左的,两片OP07构成的三角波发生器。三角波是可以稳定的调频的,但是三角波的输出幅值会变化,虽然理论上说,第一级方波发生器产生的方波幅值,与第二级积分电路的电阻R无关,但是实际过程中,我以为后面的这个电阻R对前一级是有影响的。(虽然老师一开始就和我说,三角波的发生器的幅值应当基本不变)我想可以这么解释,方波发生器产生的方波幅值,虽然说和后一级的积分电路的电阻R无关,但是,方波的幅值和频率有关。R虽然直接影响的方波频率,但是方波发生器,实际上是电压比较器,如果这个输入的频率改变,那么输出方波的频率改变,进一步方波的幅值就变了。(我只能这么说,我的解释是模仿最优解释推论,可能不对,但是他是比较好地能解释这个现象的)
然后是8038,这样一个函数波形发生器的集成芯片,他能够产生方波、三角波、正弦波,并且他能够稳定输出波形,输出波形的性质很好。一开始,所有的电路全部搭好了,但是没有任何波形。怎么办呢?我就去看书了,各位请看:
这书上,说了一句好有用的话啊!“观察有无波形”,然后直接就有了,无波形的情况提都不提,或许他是觉得大家应该都能懂他的意思吧(姑且这么揣测吧)。我就看后面的电路图,这边1脚和12脚上的滑动变阻器对称,4脚和5脚也是对称,7脚和8脚都能作为正弦波输出,但是这一次我们只用到8脚。所以我就猜测,调节8脚的滑动变阻器,慢慢调,后来果然能够看见了(如果滑动变阻器往一边调了好久都没有信号,那就往另一边试试)。我后来帮另一位同学,如是调节,最终也出来波形了。所以这个方法大抵是错不了的。
最后是模电书上的文氏电桥电路,这一块,我确实要特别提一下,我设计的这个起振电路,他能产生的正常的正弦波,大约是50-80kHz,和我们要求的200-2000Hz,相差甚远,如果非要调到我们要求的频段,最终呈现的幅度有电源电压的方波信号。所以我后来更改1下,大约用0.1~1 μ f {\mu}f μf的电容可能比较合适,具体情况,希望有缘人去试试啊。
三部分波形产生电路分别说完了,下面谈一谈后面的转换电路吧。
311和331大抵都是差不多的,后面的反相器可能要注意,因为,如果是单独的一个反相器,可能拿2个100k Ω {\Omega} Ω的设计,就能很好地产生了反相信号了,但是由于级联问题,前级的输出电阻,后级的输入电阻,对整个反相器的影响,此时需要将其中一个电阻,换为电位器,进行调整电压,以此来实现反相器。
与反相器的电压同样的,是最后反向比例加法器的参考电压,这边电压需要从电源电压分压,分压后,也相当于是一个输出电压,所以要使得输出电阻小,那么输出电阻和接参考电压的电阻的比值大概是1:100,即1k Ω {\Omega} Ω和100k Ω {\Omega} Ω的电阻,或者类似的。同时,为了能产生精确的电压,也可以将其中一个固定的电阻,换为电位器,这样就能调节参考电压了。
说完了级联的问题,那么就干脆继续深入下去,因为我做了文氏电桥,老师索性就和我多说了几句,她告诉我,8038芯片本身就是一个起振电路,原理和这个电桥一样,只是我们外面加电阻和电容,设计电路后,达到产生符合我们要求的正弦波。这样产生的正弦波大概最高不失真频率是4kHz,就是在这段频段范围内,正弦波波形稳定,幅值基本不变,过了这个峰值之后,可能就要发生变化了,类似我文氏电桥的失真。
老师继续深入下去讲,单级的电路是很容易的,并且影响因素很有限,而多级设计,需要考虑前后级影响,这也就是集成器件,难做的原因。她还告诉我,原本课设曾经打算过,让大家用分立器件设计实现8038芯片功能,但是由于这样要求过高,并且影响因素太多,学生实现起来难度较大,所以就搁下来了。但是就8038芯片,产生正弦波,还可以继续作文章,比如说,产生分段输出频率的正弦波,比如低频、中频、高频,这样就要我们自行设计中频和高频段的电路,这就好比曾经模拟电路中的换挡概念。
最后的时候,我问了一些关于示波器的问题,因为实验室示波器测量的时候,会出现许多毛刺,并且示波器的分度值越小,测出的线条越粗,而且两个输出通道之间我认为是相互影响的。老师告诉我,这和接入示波器的电缆有关,实验室里面是最普通的电缆,有高阻态的电缆,并且可以换挡,它里面就有滤波电容,非常精密,能够避免这些问题,但是由于成本太高,所以就不能大批量拿给学生用,毕竟钱是大问题。这大概是我关于示波器听的最清晰的解释。
但是最后的一个问题,好像暂时还没有解决,也没办法解决。我尽量把他描述的清晰一点:
我在测试电路时,使用口袋实验室的4个示波器通道,我用2通道(1通道接跟随器输出,3通道不接,4通道接参考电压)观测331的输出电压,按照理论上来说,其电压值应该是从0.3到3V线性变化,但是我在调节8038过程中,2kHz的正弦波符合标准,200Hz的正弦波却能达到600mV,我以为是8038芯片出了问题,于是换接三角波,但是三角波的情况与8038情况类似。于是我仔细测量,发现从2kHz变化到200Hz过程中,我看了1500、1000、500Hz的这一系列变化过程,电压都是线性变化,但是后来到了300Hz~280Hz之间的时候,出现了,电压值不能继续下降,就像触底反弹一样,电压值一下子就抬高了近60mV。
所以这下我以为是后面电路输出有问题,但是我换成文氏电桥后,这些问题就全部没有了,电压输出标准的线性变化。后来我想起之前,我一直拿3和4通道测后面的输出,于是将2通道接到331输出,3通道接311输出,这下三种波形发生器都测试,效果与理论值完全符合。而如果将2通道与3通道的测量点对换,依然测试正确,但是如果拔掉3通道的线,那么2通道测试,又出现之前的状况(拔掉1通道对2通道的影响,也是如此)。
以上,大概就是问题的全部描述,这样的问题,我无法给出合理的解释,要说是电路的问题,明明换一下测量的接法,测量结果就对了,要说接法的问题,文氏电桥又能很好符合。当真是说不清,道不明啊。
现在唯一能了解的,就是示波器的几个通道之间,会相互影响,但是,如何影响?不知也。为什么文氏电桥(其输出波形幅度能达到电源电压)就能很好地回避这个问题?不知也。为什么会有电压降不下去,电压会被抬升?不知也。
如果日后,还有人遇到如是地问题,若是能解决的话,望君不吝赐教也!