方波和三角波發(fā)生器電路

1、-方波和三角波發(fā)生器電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器，一般均包括比擬器和RC積分器兩大局部。如圖6.5所示為由遲滯比擬器和集成運(yùn)放組成的積分電路所構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器。方波和三角波發(fā)生器的工作原理A1構(gòu)成遲滯比擬器，同相端電位Vp由VO1和VO2決定。利用疊加定理可得：當(dāng) Vp0時(shí)  A1輸出為正，即VO1 =  +Vz；當(dāng) Vp0時(shí)，  A1輸出為負(fù)  即 VO1 =  -VzA2構(gòu)成反相積分器       VO1為負(fù)時(shí)， VO2 向正向變化， VO1 為正時(shí)， VO

2、2 向負(fù)向變化。假設(shè)電源接通時(shí)VO1 = -Vz，線性增加。當(dāng)VO2上升到使Vp略高于0v時(shí)，A1的輸出翻轉(zhuǎn)到VO1 = +Vz 。 四、報(bào)告要求1、課題的任務(wù)和要求。2、課題的不同方案設(shè)計(jì)和比擬，說明所選方案的理由。3、電路各局部原理分析和參數(shù)計(jì)算。4、測試結(jié)果及分析：1實(shí)測輸出頻率圍，分析設(shè)計(jì)值和實(shí)測值誤差的來源。2對(duì)應(yīng)輸出頻率的高、中、低三點(diǎn)，分別實(shí)測輸出電壓的峰峰值圍，分析輸出電壓幅值隨頻率變化的原因。3頻率特性測試，在低頻端選定一個(gè)輸出幅值，而后逐步調(diào)高輸出頻率，選1215個(gè)測試點(diǎn)，用示波器觀測輸出對(duì)應(yīng)頻率下的輸出幅值，填入自己預(yù)做的表格，畫出電路的幅頻特性。注意：輸出幅值一旦選定，

3、在調(diào)節(jié)輸出測試頻率點(diǎn)過程中，不能再動(dòng)！4畫出示波器觀測到的各級(jí)輸出波形，并進(jìn)展分析；假設(shè)波行有失真，討論失真產(chǎn)生的原因和消除的方法。5、課題總結(jié)6、參考文獻(xiàn) 2、方波、三角波發(fā)生器 1按圖11-2所示電路及參數(shù)接成方波、三角波發(fā)生器。 圖11-22將電位器Rp調(diào)至中心位置，用雙綜示波器觀察并描繪方波V01及三角波V02 注意標(biāo)注圖形尺寸，并測量Rp及頻率值。 表11-3方波V01及三角波V02 波形 Rp=         (中間) ,      

4、0;  f=3改變Rp的位置，觀察對(duì)V01和V02 幅值和頻率的影響，將測量結(jié)果填入表11-3中 記錄不失真波形參數(shù)。 表11-4 F ( KHz )  Rp ( ) V01P-PV  V02P-PV  備  注     頻率最高 頻率最低 4將電位器Rp調(diào)至中間位置，改變R1為10K可調(diào)電位計(jì)，觀察對(duì)V01和V02 幅值和頻率的影響。將測量結(jié)果填入表11-4中。 表11-5 F (KHz ) R1 ( ) V01P-PV  V02P-PV &#

5、160;備  注     頻率最高 頻率最低 5電位器Rp保持中間位置，R1接10K電阻，改變R2為100K可調(diào)電位計(jì)，觀察對(duì)V01和V02 幅值和頻率的影響。將測量結(jié)果填入表11-5中。記錄有波形的測試參數(shù)      表11-6 F ( KHz )  R2 ( ) V01P-PV  V02P-PV  備  注     頻率最高 頻率最低 四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 畫出各實(shí)驗(yàn)的波形圖。 2. 總結(jié)波形發(fā)

6、生器的特點(diǎn)。 穩(wěn)定的方波和三角波發(fā)生器(118)如下圖為穩(wěn)定的方波和三角波發(fā)生電路。該電路的特點(diǎn)是：方波和三角波的頻率幾乎相等，正、負(fù)向振幅對(duì)稱；三角波的正、負(fù)斜率不受振幅變化的影響，而且正、負(fù)斜率可以分別調(diào)節(jié)。此外，調(diào)節(jié)基線電平時(shí)不會(huì)改變輸出波形。運(yùn)算放大器A2為積分器，它由運(yùn)放A1的輸出方波驅(qū)動(dòng)。方波的振幅由兩個(gè)齊納二極管D1、D2固定在±5V。電位器R3調(diào)節(jié)三角波的正斜率，R2調(diào)節(jié)三角波的負(fù)斜率，R5調(diào)節(jié)三角波的振幅。如果只需要一樣的正、負(fù)斜率，則D3、D4和R2可以省掉。運(yùn)算放大器A1為比擬器。參考電壓由電位器R4調(diào)節(jié)，R4決定輸出的基線電平，但是不會(huì)影響振幅和斜率。最高工作

7、頻率由運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率、最大輸出電流以及二極管的開關(guān)速度決定。三角波振幅：方波振幅：Vo2=±5V(由二極管D1、D2決定)用555制作的多波形信號(hào)發(fā)生器運(yùn)算放大器在信號(hào)發(fā)生器中的應(yīng)用電路555三個(gè)元器件組成的方波發(fā)生器電路具有三角波和方波輸出的壓控振蕩器如下圖為具有三角波和方波輸出的壓控振蕩電路。該電路是一個(gè)受控制電壓控制的振蕩器。它具有很好的穩(wěn)定性和極好的線性，并且有較寬的頻率圍。電路有兩個(gè)輸出端，一個(gè)是方波輸出端，另一個(gè)為三角波輸出端。圖中，A1為倒相器，A2為積分器，A3為比擬器。場效應(yīng)管Q1用來變換積分方向。比擬器的基準(zhǔn)電壓是由穩(wěn)壓二極管D1、D2提供，積分器的輸出和基

8、準(zhǔn)電壓進(jìn)展比擬產(chǎn)生方波輸出。電阻R5、R6用來降低Q1的漏極電壓，以保證大輸入信號(hào)時(shí)Q1能完全截止。電阻R7、R8和二極管D3、D4是為了防止A3發(fā)生阻塞。按圖中所標(biāo)元件數(shù)值，電源電壓用 15V，則變換系數(shù)為1kHzV。電路在100：1頻率圍具有低于±0.5的線性誤差。 一、目的：1、 對(duì)電壓比擬器的理解，學(xué)習(xí)閾值電壓的測量方法。2、 握集成運(yùn)放在波形發(fā)生器值的應(yīng)用，學(xué)習(xí)頻率的測量方法。3、 解壓控振蕩器工作原理。二、習(xí)要求：1、 真閱讀本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及教材中的有關(guān)容，熟悉滯迴比擬器、方波三角波發(fā)生器及壓控振蕩器的工作原理。2、 給定的圖83 所示電路中，計(jì)算為0 4V 時(shí)，輸出發(fā)

9、生跳變時(shí)的輸入電壓。 U3、 圖85 所給電路參數(shù)，設(shè)U V ，計(jì)算三角波的幅值及頻率。 z = ±44、 圖86 所給電路參數(shù)，設(shè)運(yùn)放的飽和電壓V V osat = 10 ，按表11 給定的值，計(jì)算頻率f。I U三、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)電路1、 電壓比擬器是使輸入的模擬電壓與參考電壓相比擬，當(dāng)集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端電位相等時(shí)，輸出電壓就發(fā)生跳變。I U R U圖8-1 簡單電壓比擬器電平跳變?yōu)榈碗娖?，或由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，所以比擬器中的運(yùn)放工作在非線性區(qū)。輸出發(fā)生跳變的臨界條件是U+=U-，使輸出發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入值稱為閾值電壓，用符號(hào)UTH表示。圖8-1 所示電壓比擬器的傳輸特性如圖8

10、-2 所示。電壓比擬器是測量電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)、信號(hào)處理和波形發(fā)生器等電路中常用的根本單元。簡單比擬器是具有靈敏度高，電路構(gòu)造簡單等特點(diǎn)，但是它的抗干擾能力差，假設(shè)輸入信號(hào)在閾值附近變化，輸出將反復(fù)發(fā)生跳變。滯回比擬器有兩個(gè)閾值電壓，只要干擾不超過兩個(gè)閾值電壓之差，輸出就不會(huì)來回變化。圖83 所示為一滯回比擬器，由于運(yùn)放的反相輸入接地，所以比擬器輸出發(fā)或C之值以滿足振蕩頻率的要求。3、壓控振蕩器2再在實(shí)驗(yàn)箱的面包板上連接圖86 中的分壓電路，反相器和開關(guān)二極管、1 D2 DA741 引腳功能見圖87。3檢查無誤后接通電源，按表81 改變輸入電壓，測量輸出的三角波的頻率。并用示波器觀察波形幅度，

11、當(dāng)改變時(shí)，三角波的幅度是否變化。I UI U表81五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測量結(jié)果。1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測量結(jié)果。2、按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出壓控振蕩器02 的振蕩頻率與的關(guān)系曲線。 U I U3、將測量值與計(jì)算值相比擬，分析誤差的主要原因。實(shí)驗(yàn)五方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。2進(jìn)一步培養(yǎng)電路的安裝與調(diào)試能力。二預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)教材中波形發(fā)生電路的原理。2 根據(jù)所給的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)方波、三角波發(fā)生器，計(jì)算電路中的元件參數(shù)，畫出標(biāo)有元件值的電路圖，制定出實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。 3寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。三實(shí)驗(yàn)原理方波、三角波發(fā)生器由電壓比C2較器和

12、根本積分器組成，如圖1所示。 uo1C1運(yùn)算放大器A1與R1、R2、R3 A1及Rw1、Dz1、Dz2組成電壓比擬器；R4 RW A2 uo2運(yùn)算放大器A2與R4、Rw2、R5、C1 R1R3 RW 及C2組成反相積分器，比擬器與R5積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，R2DZ1構(gòu)成能自動(dòng)產(chǎn)生方波、三角波的發(fā)DZ2生器請(qǐng)參考根底型實(shí)驗(yàn)中的方波、三角波發(fā)生電路。圖1 方波、三角波發(fā)生器電路圖電路參數(shù)：1方波的幅度：Uo1m = Uz 1 2三角波的幅度： 23方波、三角波的頻率： 3其中C可選擇C1或C2。從式2和3可以看出，調(diào)節(jié)電位器Rw1可改變?nèi)遣ǖ姆?，但?huì)影響方波、三角波的頻率；調(diào)節(jié)電位器R

13、w2可改變方波、三角波的頻率，但不會(huì)影響方波、三角波的幅度。四方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法方波、三角波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)指標(biāo)要求，確定電路方案，選擇運(yùn)放和電源電壓，計(jì)算電路元件的數(shù)值。設(shè)計(jì)舉例要求設(shè)計(jì)一個(gè)方波、三角波發(fā)生器，性能指標(biāo)如下：輸出電壓：Uo1p-p 10V方波，Uo2p-p = 8V三角波輸出頻率：100Hz 1kHz，1kHz 10 kHz波形特性：方波tr <10ms 1kHz，最大輸出時(shí)，三角波gD < 2 % 。設(shè)計(jì)步驟：1確定電路，選擇元器件。選擇圖1所示電路，其中：A1、A2為mA741或HA1741集成運(yùn)算放大器，Rw1、Rw2為電位器；取電源電壓+E

14、c = +15V，- Ec = -15V，由于方波電壓的幅度由穩(wěn)壓管Dz1、Dz2的值決定。指標(biāo)要求方波電壓的峰 一 峰值Uo1p-p 10V，而穩(wěn)壓管的正向壓降為0.7V，因此選用穩(wěn)壓值分別為4.3V和-4.3V的穩(wěn)壓管。2計(jì)算元件的參數(shù)由2式可得：取R2 = 40kW，則R3+ Rw1 = 50 kW，取R3 = 20 kW，Rw1為47 kW的電位器，平衡電阻R1= R2 /R3+ Rw1= 22kW。將 代入3式可得：當(dāng)100Hz £ f £ 1 kHz時(shí)，取C = C1 = 0.1mF，則R4 + Rw2 = 3.1kW 31 kW，R4取標(biāo)稱值：R4 = 3 k

15、W，Rw2取47 kW的電位器，R5 = R4 = 3 kW。當(dāng)1 kHz £ f £ 10 k Hz時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)波段的轉(zhuǎn)換取C = C2 = 0.01mF，R4、R5、Rw2取值不變。五方波、三角波發(fā)生器的安裝與調(diào)試按圖1所示安裝好電路，將電位器Rw1調(diào)到30kW，穩(wěn)壓電源輸出的+15V電壓接到集成運(yùn)放mA741的7腳，-15V接到集成運(yùn)放mA741的4腳，示波器的CH1接uo1，CH2接uo2，調(diào)節(jié)電位器Rw1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；然后調(diào)節(jié)電位器Rw2，從示波器的屏幕上觀察uo1和uo2的輸出頻率是否連續(xù)變化，波形是否正常假設(shè)無波形顯示或波形不是方波 - 三角波，應(yīng)重新檢查電路。六方波、三角波發(fā)生器的性能指標(biāo)測試方波、三角波發(fā)生器性能指標(biāo)的測試有：1輸出波形：方波、三角波。2頻率圍：1Hz 10Hz，10Hz 100Hz，100Hz 1 kHz，1kHz 10 kHz等。3輸出電壓：一般指輸出波形的峰 一 峰值Uop-p。4波形特性：表征方波特性的參數(shù)是上升時(shí)間tr，一般要求tr < 100ns1kHz，最大輸出時(shí)；表征三角波特性的參數(shù)是非線性失真系數(shù)gD，gD = 2 %。七實(shí)驗(yàn)