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1、实验十一集成运算放大器的基本应用（W）波形发生器一一、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整和主要性能指标的测试方法。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，线路比较简单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RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路, 同时兼作选频网络，R、R、R及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电 12W位器R,可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个W反向并联二极管D、D正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D、
2、D采用硅管（温1 2 1 2度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R的接入3 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f O 2nRC起振的幅值条件式中R =R +R +（R r ）, r 二极管正向导通电阻。f W 23 DD调整反馈电阻R （调R）,使电路起振，且波形失真最小。如不能起振， fW则说明负反馈太强，应适当加大R。如波形失真严重，则应适当减小R。 ff改变选频网络的参数C或R,即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。UuCE?215K10KJ-12V）.01 U+ 2V90 coDi IM4J4
3、SX2R：i 2.2K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，一般均包括比较器和 RC 积分器两大部分。图11-2所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波 三角波发生器。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产 生方波，或对三角波要求不高的场合。电路振荡频率式中 R=R + R1 1 W12R C Ln（1 + 些）f fR1R =R + R 方波输出幅值U =Uom Z三角波输出幅值RU 二 2 U cm R + R Z12调节电位器R （即改变R /R ）,可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随W 2 1之变化。如要互不影响，
4、则可通过改变R （或C）来实现振荡频率的调节。 ff图 112 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 113 所 示，则比较器A输出的方波经积分器A积分可得到三角波，三角波又触发比较12器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图 114 为方波、 三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，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f -O 4R (R + R )C1 fW f方波幅值U =Uom Z三角波幅值U 二 uomRZ2R调节R可以改变振荡频率，改变比值-i可调节三角
5、波的幅值。WR2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UA741X26、二极管IN4148X27、稳压管2CW231X1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1 11连接实验电路。1）接通12V电源，调节电位器R,使输出波形从无到有，从正弦波到W出现失真。描绘u的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的R值，OW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R ,使输出电压u幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别WO测量输出电压U、反馈电压U+和U-，分析研究振荡的幅
6、值条件。O3）用示波器或频率计测量振荡频率f,然后在选频网络的两个电阻OR上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并与理论值进行比较。4）断开二极管D、D,重复2）的内容，将测试结果与2）进行比较，12分析D、D的稳幅作用。12*5） RC串并联网络幅频特性观察将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， 并用双踪示波器同时观察RC串并联网络输入、输出波形。保持输入幅值（3V） 不变，从低到高改变频率，当信号源达某一频率时，RC串并联网络输出将达最 大值（约IV），且输入、输出同相位。此时的信号源频率f = f 0 2nRC2、方波发生器按图1 12连接实验电路。
7、1）将电位器R调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波u及三角波WOu的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。C2）改变R动点的位置，观察u、u幅值及频率变化情况。把动点调至最WO C上端和最下端，测出频率范围，记录之。3）将R恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察u波形，分析D的限W O Z 幅作用。3、三角波和方波发生器按图113连接实验电路。1）将电位器 R 调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出 uW0及方波输出u ,测其幅值、频率及R值，记录之。OW2）改变R的位置，观察对u、u 幅值及频率的影响。W O O3）改变R （或R ）,观察对u、u 幅值及频率的影响。1
8、 2 O O五、实验总结1、正弦波发生器1）列表整理实验数据，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D、D的稳幅作用。122、方波发生器1）列表整理实验数据，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R变化时，对u波形的幅值及频率的影响。WO3）讨论D的限幅作用。Z3、三角波和方波发生器1）整理实验数据，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（R , R和R ）对输出波形频率及幅值的影响。1 2 W六、预习要求1、复习有关 R
9、C 正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理，并估 算图111 、 112 、 113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？为什么要增加二 极管D和D ?它们是怎样稳幅的？124、电路参数变化对图 112、113产生的方波和三角波频率及电压幅 值有什么影响？（或者：怎样改变图 112、113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”是否需要？为什么？6、怎样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正弦波振荡器的组成及其振荡条件2、学会测量、调试振荡器二、实验原理 从
10、结构上看，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元件组成选频网络，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RRiO图12 1 RC移相振荡器原理图振荡频率f -1 2n6RC起振条件放大器A的电压放大倍数丨隈丨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要求不高的场合。频率范围几赫数十千赫。2、RC串并联网络（文氏桥）振荡器 电路型式如图122所示。振荡频率f -1O 2tRC起振条件|鹉3电路特点可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到 良好的振荡波形
11、。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123所示。图12 3双T选频网络振荡器原理图 f =丄0 5RCCiIFA振荡频率起振条件Rr12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组成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、3DG12X2 或 9013X2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124组接线路图124 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
12、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u波形,O调节R使获得满意的正弦信号，记录波形及其参数。f(4) 测量振荡频率，并与计算值进行比较。(5) 改变R或C值，观察振荡频率变化情况。(6) RC串并联网络幅频特性的观察将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IV左右)。且输入、输出同相位，此时信号源频率为f = f =0 2nRC2、双T选频网络振荡器(1) 按图125组接线路(2)
13、断开双T网络，调试T管静态工作点，使U为67V。1C1(3) 接入双T网络，用示波器观察输出波形。若不起振，调节R，使电路W1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126组接线路(2) 断开RC移相电路，调整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R使电路起振，并使输出波形幅度最大，用B2示波器观测输出电压u波形，同时用频率计和示波器测量振荡频率，并与理论O值比较。* 参数自选，时间不够可不作。图12 6 RC移相式振汤器五、实验总结1、由给定电路参数计算振汤频率，并与实测值比较， 分析误差产生的 原因。2、总结三类RC振荡器的特点。六、预习要求1、复习教材有关三种类型RC振荡器的结构与工作原理。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。
