实验十一 集成运算放大器的基本应用（Ⅳ） ─ 波形发生器 ─ 一、实验目的 1、 学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器 2、 学习波形发生器的调节和重要性能指标的测试措施 二、实验原理 由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简朴的几种电路加以分析 1、 RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）图11－1为R C桥式正弦波振荡器其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同步兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节调节电位器RW，可以变化负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形运用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且规定特性匹配，才干保证输出波形正、负半周对称R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真电路的振荡频率 起振的幅值条件 ≥2 式中Rf＝RW＋R2＋（R3 // rD），rD — 二极管正向导通电阻 调节反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小如不能起振，则阐明负反馈太强，应合适加大Rf如波形失真严重，则应合适减小Rf。
变化选频网络的参数C或 R，即可调节振荡频率一般采用变化电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调图11－1 RC桥式正弦波振荡器 2、方波发生器由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均涉及比较器和RC积分器两大部分图11-2所示为由滞回比较器及简朴RC 积分电路构成的方波—三角波发生器它的特点是线路简朴，但三角波的线性度较差重要用于产生方波，或对三角波规定不高的场合电路振荡频率 式中 R1＝R1'＋RW' R2＝R2'＋RW" 方波输出幅值 Uom＝±UZ三角波输出幅值 调节电位器RW（即变化R2／R1），可以变化振荡频率，但三角波的幅值也随之变化如要互不影响，则可通过变化Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节图11－2 方波发生器 3、 三角波和方波发生器如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图11－3 所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器图11－4为方波、三角波发生器输出波形图由于采用运放构成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。
图11-3 三角波、方波发生器 电路振荡频率 方波幅值 U′om＝±UZ 三角波幅值 调节RW可以变化振荡频率，变化比值可调节三角波的幅值图11－4 方波、三角波发生器输出波形图 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、双踪示波器 3、交流毫伏表 4、频率计 5、集成运算放大器 μA741×2 6、二极管 IN4148×2 7、 稳压管 2CW231×1 电阻器、电容器若干 四、实验内容 1、 RC桥式正弦波振荡器 按图11－1连接实验电路 1) 接通±12V电源，调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到浮现失真描绘uO的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真状况下的RW值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响 2) 调节电位器RW，使输出电压uO幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压UO、反馈电压U+和U-，分析研究振荡的幅值条件3) 用示波器或频率计测量振荡频率fO，然后在选频网络的两个电阻R上并联同一阻值电阻，观测记录振荡频率的变化状况， 并与理论值进行比较。
4) 断开二极管D1、D2，反复2)的内容，将测试成果与2)进行比较，分析D1、D2的稳幅作用5) RC串并联网络幅频特性观测将RC串并联网络与运放断开，由函数信号发生器注入3V左右正弦信号，并用双踪示波器同步观测RC串并联网络输入、输出波形保持输入幅值（3V）不变，从低到高变化频率，当信号源达某一频率时，RC串并联网络输出将达最大值（约1V），且输入、输出同相位此时的信号源频率 2、方波发生器 按图11－2连接实验电路 1) 将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观测并描绘方波uO及三角波uC的波形（注意相应关系），测量其幅值及频率，记录之 2) 变化RW动点的位置，观测uO、uC幅值及频率变化状况把动点调至最上端和最下端，测出频率范畴，记录之 3) 将RW恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观测uO波形，分析DZ的限幅作用 3、三角波和方波发生器 按图11－3连接实验电路 1) 将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观测并描绘三角波输出u0及方波输出uO′，测其幅值、频率及RW值，记录之 2) 变化RW的位置，观测对uO、uO′幅值及频率的影响 3) 变化R1(或R2)， 观测对uO、uO′幅值及频率的影响。
五、实验总结 1、 正弦波发生器 1) 列表整顿实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较 2) 根据实验分析RC振荡器的振幅条件 3) 讨论二极管D1、D2的稳幅作用 2、 方波发生器 1) 列表整顿实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值） 2) 分析RW变化时，对uO波形的幅值及频率的影响 3) 讨论DZ的限幅作用 3、 三角波和方波发生器 1) 整顿实验数据，把实测频率与理论值进行比较 2) 在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值 3) 分析电路参数变化（R1，R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响 六、预习规定 1、 复习有关RC正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理，并估算图11－1、11－2、11－3电路的振荡频率 2、 设计实验表格 3、 为什么在RC正弦波振荡电路中要引入负反馈支路？为什么要增长二极管D1和D2？它们是如何稳幅的？ 4、 电路参数变化对图11－2、11－3产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响？（或者：如何变化图11－2、11－3电路中方波及三角波的频率及幅值？） 5、 在波形发生器各电路中，“相位补偿”和“调零”与否需要？为什么？ 6、 如何测量非正弦波电压的幅值？实验十二 RC正弦波振荡器 一、实验目的 1、 进一步学习RC正弦波振荡器的构成及其振荡条件 2、 学会测量、调试振荡器 二、实验原理 从构造上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。
若用R、C元件构成选频网络，就称为RC 振荡器， 一般用来产生1Hz～1MHz的低频信号 1、 RC移相振荡器 电路型式如图12－1所示,选择R＞＞Ri图12－1 RC移相振荡器原理图 振荡频率 起振条件 放大器A的电压放大倍数｜｜＞29 电路特点 简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般 用于频率固定且稳定性规定不高的场合 频率范畴 几赫～数十千赫 2、 RC串并联网络（文氏桥）振荡器 电路型式如图12－2所示 振荡频率 起振条件 ||＞3电路特点 可以便地持续变化振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形图12－2 RC串并联网络振荡器原理图 3、 双T选频网络振荡器电路型式如图12－3所示图12－3 双T选频网络振荡器原理图振荡频率 起振条件 ||＞1电路特点 选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡 注：本实验采用两级共射极分立元件放大器构成RC正弦波振荡器 三、实验设备与器件 1、 ＋12V 直流电源 2、 函数信号发生器 3、 双踪示波器 4、 频率计 5、 直流电压表 6、 3DG12×2 或 9013×2 电阻、电容、电位器等 四、实验内容 1、 RC串并联选频网络振荡器(1) 按图12－4组接线路图12－4 RC串并联选频网络振荡器 (2) 断开RC串并联网络，测量放大器静态工作点及电压放大倍数。
(3) 接通RC串并联网络，并使电路起振，用示波器观测输出电压uO波形，调节Rf使获得满意的正弦信号，记录波形及其参数 (4) 测量振荡频率，并与计算值进行比较5) 变化R或C值，观测振荡频率变化状况6) RC串并联网络幅频特性的观测将RC串并联网络与放大器断开，用函数信号发生器的正弦信号注入RC串并联网络，保持输入信号的幅度不变（约3V），频率由低到高变化，RC串并联网络输出幅值将随之变化，当信号源达某一频率时，RC串并联网络的输出将达最大值（约1V左右）且输入、输出同相位，此时信号源频率为 2、 双T选频网络振荡器 (1) 按图12－5组接线路 (2) 断开双T网络，调试T1管静态工作点，使UC1为6～7V (3) 接入双T网络，用示波器观测输出波形若不起振，调节RW1，使电路起振 (4) 测量电路振荡频率，并与计算值比较图12－5 双T网络RC正弦波振荡器 * 3、 RC移相式振荡器的组装与调试(1) 按图12－6组接线路 (2) 断开RC移相电路，调节放大器的静态工作点，测量放大器电压放大倍数 (3) 接通RC移相电路，调节RB2使电路起振，并使输出波形幅度最大，用示波器观测输出电压uO波形，同步用频率计和示波器测量振荡频率，并与理论值比较。
参数自选，时间不够可不作图12－6 RC移相式振荡器 五、实验总结 1、 由给定电路参数计算振荡频率，并与实测值比较， 分析误差产生的因素 2、 总结三类RC振荡器的特点 六、预习规定 1、 复习教材有关三种类型RC振荡器的构造与工作原理 2、 计算三种实验电路的振荡频率 3、 如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。