集成運放構成正弦波方波和三角波發(fā)生器

1、實驗葉集成運算放大器的基本應用（IV）波形發(fā)生器、實驗目的1、學習用集成運放構成正弦波、方波和三角波發(fā)生器。2、學習波形發(fā)生器的調整和主要性能指標的測試方法。由集成運放構成的正弦波、方波和三角波發(fā)生器有多種形式，本實驗選用 最常用的，線路比較簡單的幾種電路加以分析。1、RC橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）圖111為RC橋式正弦波振蕩器。其中RC用、并聯電路構成正反饋支路， 同時兼作選頻網絡，R、R2、RW及二極管等元件構成負反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調節(jié)電 位器Rv,可以改變負反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個 反向并聯二極管D、D2正向電阻的非線性特性來實現穩(wěn)幅。D、D2采用硅管（溫

2、 度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負半周對稱。R的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。電路的振蕩頻率fO 2- RC起振的幅值條件式中R = R R+ （R d）, rD 二極管正向導通電阻。調整反饋電阻R （調R,使電路起振，且波形失真最小。如不能起振, 則說明負反饋太強，應適當加大 R。如波形失真嚴重，則應適當減小 R改變選頻網絡的參數C或R,即可調節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容 C作頻率量程切換,而調節(jié)R作量程內的頻率細調RiDi 1N4148丈2圖11 1 RC橋式正弦波振蕩器U-2、方波發(fā)生器由集成運放構成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和R

3、C積分器兩大部分。圖11-2所示為由滯回比較器及簡單 RC積分電路組成的方波 一三角波發(fā)生器。它的特點是線路簡單，但三角波的線性度較差。主要用于產 生方波，或對三角波要求不高的場合。電路振蕩頻率fo2RCfLn(12R2式中 R=R + RW/R 2=R + R方波輸出幅值Um= UZ三角波輸出幅值R2Ucm2UzR1R2調節(jié)電位器 甩（即改變R/R）,可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨 之變化。如要互不影響，則可通過改變 R （或G）來實現振蕩頻率的調節(jié)Uc a/W-】2VlRe 20Kim+ 12V9Rs 2K JULCi0.O】（1R I ：）：RM22K2CW231Rj10K圖11

4、2 方波發(fā)生器3、 三角波和方波發(fā)生器如把滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統，如圖11-3所示，則比較器A輸出的方波經積分器 A積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比較 器自動翻轉形成方波，這樣即可構成三角波、方波發(fā)生器。圖11-4為方波、三角波發(fā)生器輸出波形圖。由于采用運放組成的積分電路，因此可實現恒流充 電，使三角波線性大大改善。八 2CW231圖11-3 三角波、方波發(fā)生器電路振蕩頻率fo4W Rw)Cf方波幅值U om= UZ三角波幅值Uom凱R2調節(jié)RW可以改變振蕩頻率，改變比值 R1可調節(jié)三角波的幅值。U*Uz-UiT 一|圖11 4方波、三角波發(fā)生器輸出波形圖三、實驗設備與器

5、件1、 12V直流電源2、雙蹤示波器3、交流毫伏表4 、頻率計5、集成運算放大器A741X26、二極管IN4148X27 、穩(wěn)壓管2CW2311電阻器、電容器若干。四、實驗內容1、RC橋式正弦波振蕩器按圖11-1連接實驗電路。1）接通 12V電源，調節(jié)電位器 R,使輸出波形從無到有，從正弦波到 出現失真。描繪uo的波形，記下臨界起振、正弦波輸出及失真情況下的RW值,分析負反饋強弱對起振條件及輸出波形的影響2）調節(jié)電位器RW,使輸出電壓uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別 測量輸出電壓UO、反饋電壓U餅口 U-,分析研究振蕩的幅值條件。3）用示波器或頻率計測量振蕩頻率f。，然后在選頻網絡的兩個

6、電阻R上并聯同一阻值電阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況，并與理論值進行比較。4）斷開二極管D、D2,重復2）的內容，將測試結果與2）進行比較， 分析D、D2的穩(wěn)幅作用。*5） RC用并聯網絡幅頻特性觀察將RC串并聯網絡與運放斷開，由函數信號發(fā)生器注入 3V左右正弦信號， 并用雙蹤示波器同時觀察RC串并聯網絡輸入、輸出波形。保持輸入幅值（3V） 不變，從低到高改變頻率，當信號源達某一頻率時，RC串并聯網絡輸出將達最大值（約1V）,且輸入、輸出同相位。此時的信號源頻率f fo -2兀RC2、方波發(fā)生器按圖112連接實驗電路。1）將電位器Rw調至中心位置，用雙蹤示波器觀察并描繪方波uo及三角波 UC的

7、波形（注意對應關系），測量其幅值及頻率，記錄之。2）改變R動點的位置，觀察U6 Uc幅值及頻率變化情況。把動點調至最 上端和最下端，測出頻率范圍，記錄之。3）將R恢復至中心位置，將一只穩(wěn)壓管短接，觀察Uo波形，分析DZ的限 幅作用。3、三角波和方波發(fā)生器按圖113連接實驗電路。1）將電位器RW調至合適位置，用雙蹤示波器觀察并描繪三角波輸出uo及方波輸出U。，測其幅值、頻率及 R值，記錄之。2）改變Rv的位置，觀察對U6 u。幅值及頻率的影響。3）改變R （或R）,觀察對uo、U。幅值及頻率的影響。五、實驗總結1、 正弦波發(fā)生器1） 列表整理實驗數據，畫出波形，把實測頻率與理論值進行比較2）根據

8、實驗分析RC振蕩器的振幅條件3）討論二極管D、D2的穩(wěn)幅作用。2、 方波發(fā)生器1） 列表整理實驗數據，在同一座標紙上，按比例畫出方波和三角波的波形圖（標出時間和電壓幅值）。2）分析RW變化時，對uo波形的幅值及頻率的影響。3） 討論DZ的限幅作用。3、 三角波和方波發(fā)生器1） 整理實驗數據，把實測頻率與理論值進行比較。2） 在同一坐標紙上，按比例畫出三角波及方波的波形，并標明時間和電壓幅值。3）分析電路參數變化（R, R和RW）對輸出波形頻率及幅值的影響。六、預習要求1、復習有關RC正弦波振蕩器、三角波及方波發(fā)生器的工作原理，并估 算圖 11 1、 11 2、 11 3 電路的振蕩頻率。3）

9、設計實驗表格3、為什么在RC正弦波振蕩電路中要引入負反饋支路？為什么要增加二 極管D和C2?它們是怎樣穩(wěn)幅的？4、 電路參數變化對圖11 2、 11 3 產生的方波和三角波頻率及電壓幅值有什么影響？（或者：怎樣改變圖11 2、 11 3 電路中方波及三角波的頻率及幅值？）5、 在波形發(fā)生器各電路中， “相位補償”和“調零”是否需要？為什么？6、 怎樣測量非正弦波電壓的幅值？實驗十二 RC正弦波振蕩器一、實驗目的1、進一步學習RC正弦波振蕩器的組成及其振蕩條件2、學會測量、調試振蕩器二、實驗原理從結構上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號的，帶選頻網絡的正反饋放大 器。若用R C元件組成選頻網絡，就稱

10、為 RC振蕩器，一般用來產生1Hz 1MHz勺低頻信號。1 、RC移相振蕩器電路型式如圖12-1所示，選才？ R R 0圖12 1 RC移相振蕩器原理圖振蕩頻率 f 0 ： 2uV6RC起振條件放大器A的電壓放大倍數| A | 29電路特點簡便，但選頻作用差，振幅不穩(wěn)，頻率調節(jié)不便，一般用于頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場合。頻率范圍幾赫數十千赫。2 、RC串并聯網絡（文氏橋）振蕩器電路型式如圖12 2所示振蕩頻率f O2 tRC起振條件| A|3電路特點可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負反饋穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩波形。圖122 RC串并聯網絡振蕩器原理圖3 、雙T選頻網絡振蕩器電路型式如圖12

11、 3所示圖123 雙T選頻網絡振蕩器原理圖1振蕩頻率起振條件電路特點foR5RCAF| 1選頻特性好，調頻困難，適于產生單一頻率的振蕩注：本實驗采用兩級共射極分立元件放大器組成RC正弦波振蕩器入實驗設備與器件1、 +12V直流電源 2 、函數信號發(fā)生器3 、雙蹤示波器4、頻率計5、直流電壓表 6、3DG12X 2或9013X2電阻、電容、電位器等四、實驗內容1、RC串并聯選頻網絡振蕩器(1)按圖124組接線路圖124 RC串并聯選頻網絡振蕩器(2) 斷開RC串并聯網絡，測量放大器靜態(tài)工作點及電壓放大倍數。(3) 接通RC串并聯網絡，并使電路起振，用示波器觀測輸出電壓 uo波形,調節(jié)R使獲得滿意

12、的正弦信號，記錄波形及其參數。(4) 測量振蕩頻率，并與計算值進行比較。(5)改變R或C值，觀察振蕩頻率變化情況。(6) RC串并聯網絡幅頻特性的觀察將RC串并聯網絡與放大器斷開，用函數信號發(fā)生器的正弦信號注入RC用 并聯網絡，保持輸入信號的幅度不變(約 3V),頻率由低到高變化，RC串并聯 網絡輸出幅值將隨之變化，當信號源達某一頻率時，RC串并聯網絡的輸出將達 最大值(約1V左右)。且輸入、輸出同相位，此時信號源頻率為2冗RC2 、雙T選頻網絡振蕩器(1) 按圖125組接線路(2) 斷開雙T網絡，調試Ti管靜態(tài)工作點，使UCi為67V。(3) 接入雙T網絡，用示波器觀察輸出波形。若不起振，調節(jié)RWi,使電路起振。(4) 測量電路振蕩頻率，并與計算值比較。圖12 5 雙T網絡RC正弦波振蕩器*3、RC移相式振蕩器的組裝與調試(1)按圖126組接線路(2) 斷開RC移相電路，調整放大器的靜態(tài)工作點，測量放大器電壓放大 倍數。(3) 接通RC移相電路，調節(jié)RL使電路起振，并使輸出波形