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时间:2018-04-28
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1、实验二相位差测量一、实验目的1、掌握将相位差转换为电压的原理。2、掌握脉冲电压的脉宽与电压平均值成正比的原理。3、掌握磁电系仪表的基本读数是电流(电压)的平均值。4、了解硬件电路的设计方法和基本的硬件调试方法。二、实验类型综合型三、实验仪器序号名称数量备注1面包板12电阻81MΩ,2个。51kΩ,2个。5kΩ,2个。200Ω,2个。3电容1202或2224稳压二极管41N41485发光二极管26LM33917CD407018CD401319信号发生器11KHz,9.5V10可调电阻箱120kΩ11可调电容箱
2、150微法12万用表113直流电源1直流电源电压10V四、实验原理1、原理图6图1相位表原理图1、电路原理此电路可以检测-180--+180的相位差。两路输入信号Y1、Y2经整形后成为两路与原信号同频率同相位的方波。方波送入异或门CD4070,CD4070的输出是电压脉冲,脉冲宽度与输入信号的相位差绝对值成正比。用磁电式仪表测CD4070的输出电压(根据磁电系仪表的原理,测量值为电压的平均值),测量值Uo与脉冲宽度成线性关系。因此可得Uo与输入信号的相位差绝对值成正比。输入信号的超前、滞后由LED显示,当Y
3、1超前Y2时,LED1亮;当Y1滞后Y2时,LED2亮。2、相位差与时间差的关系3、脉冲电压的平均值与脉宽成正比其中:a——脉宽。T——脉冲电压周期。UH——脉冲电压高电平。4、磁电系电压表的读数是电压的平均值。五、实验内容和要求1、内容和要求6搭出相位差测量电路,并在具体电路上验证,调系数。具体要求:掌握基本的硬件插接技术,布线必须正确、接触良好,其次要求布线合理、清晰、美观。2、测量数据构造如图2所示的电路,信号发生器产生频率为100Hz的正弦波,调节RC参数可以改变Y1(电源电压)与Y2(电阻电压,与
4、回路电流同相位)之间的相位差,记为。Y1和Y2作为相位表的输入信号,用磁电系电压表(或万用表测量)测量相位表的输出电压,当输出电压测出后,脉宽a就可以算出来,a算出来后,相位差也就可以算出来,记为,比较和。记录发光二极管(LED)的状态,用以确定两路正弦信号的相位关系(超前/滞后)。表1阻抗角测量记录表格阻值(Ω)电容(μF)相位差(度)观察LED电压读数Vo(V)相位差(度)LED1LED2﹡注意观察LED图2用相位表测量阻抗角3、硬件调试方法制作硬件时,若输出电压值或LED的状态不正确,需调试硬件电路,
5、找出错误并改正。建议采用以下方法调试硬件:6(1)用电压表测量各点电压,或者用示波器观察各点波形。(2)从输入信号起,向后逐点测量,具体步骤如下所述。首先看两路输入的正弦波信号是否正常,改变电阻数值时,两路正弦波的相位差是否改变,若不改变或无正弦波,说明外部的信号电路有问题,可以逐一排查信号源、R和C的数值,以及它们的连接。然后看LM339是否有输出,输出的幅值是否正常,输出方波是否与输入正弦波同相位,输出方波的相位差是否随输入信号的相位差变化。若以上任一项不正常,可以考虑以下几种可能:LM339的各引脚连
6、接有错;LM339后面连接的电路有错,影响了LM339;LM339芯片坏。需逐一排除以上可能,直至LN339输出正确。再看CD4070是否有输出,输出是否随输入的相位差变化。若以上任一项不正常,可以检查以下几方面:4070的输入信号是否正确;4070的引脚连接是否正确;4070芯片是否损坏。CD4013的输出是两个确定的电平,一个是高电平,另一个是低电平,高电平引脚所连接的发光二极管会点亮。把Y1、Y2的位置互换,引脚的输出电平与互换前相反。六、注意事项制作硬件注意事项(1)插拔板上的任何元件、线路时,均要
7、断开直流电源和输入信号,否则会损坏芯片。(2)给三个芯片供电的直流电源电压取+10V。(3)芯片的Vcc或VDD接芯片工作电源,Vss或GND接地。(4)芯片上没用到的输入脚不可悬空,全部接到固定电平,可以接到高电平(Vcc或VDD)或低电平(地)。芯片上没用到的输出脚必须悬空,不可接固定电平。(5)请注意看CD4013芯片资料里的真值表。R和S端应接地,输出才会随D和Clock端变化。(6)`元件和引线的金属引脚尽量不外露,以减小干扰。(7)合理布局,板面以整齐、引线少为上,尽量减少长线和相互跨接的线。(
8、8)“地”是指一个公共点,并不一定接大地。综合实验中信号发生器地、直流电源地、电路板地、电压表地是同一点。(9)为了便于调试和检查,面包板上输入输出以及接地线位置如图7所示。6图7面包板输入输出接法注:以下部分供同学们参考,最终交实验报告时不要包括在内。芯片简介:LM339是电压比较器,输入正弦信号,输出同频率同相位的方波。其芯片的管脚定义图2所示。图2LM339的管脚定义CD4013,锁存器,当时钟端(Cloc
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