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1、集成运放构成正弦波 方波和三角波发生器实验十一 集成运算放大器的基本应用 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 图111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，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。利用两个反向并联二极管D1、D2正向
2、电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输出波形正、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 fO=1 2RC起振的幅值条件 Rf2 R1 式中RfRWR2，rD 二极管正向导通电阻。 调整反馈电阻Rf，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小Rf。 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66 频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。 图111 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
3、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 fo=12RfCfLn(1+2R2)R1 式中 R1R1RW R2R2RW 方波输出幅值 UomUZ 三角波输出幅值 Ucm=R2UZR1+R2调节电位器RW，可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变Rf来实现振荡频率的调节。 67 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A1
4、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 68 电路振荡频率 fO=R24R1(Rf+RW)Cf 方波幅值 UomUZ 三角波幅值 Uom=R1UZ R2R1可调节三角波的幅值。 R2调节RW可以改变振荡频率，改变比值 图114 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 A7412 6、二极管 I
5、N41482 7、 稳压管 2CW2311 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111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，从正弦波到出现失真。描绘uO的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的RW值，69 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，观察记录振荡频率的变化情况， 并与理论值进行比较。 4
6、) 断开二极管D1、D2，重复2)的内容，将测试结果与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，且输入、输出同相位。此时的信号源频率 1 f=f0= 2RC 2、方波发生器 按图112连接实验电路。 1) 将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波uO及三角波uC的波形，测量其幅值及频率，记录之。 2) 改变RW动点的位置，观察uO、uC幅值
7、及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。 3) 将RW恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察uO波形，分析DZ的限幅作用。 3、三角波和方波发生器 按图113连接实验电路。 1) 将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出u0及方波输出uO，测其幅值、频率及RW值，记录之。 2) 改变RW的位置，观察对uO、uO幅值及频率的影响。 3) 改变R1(或R2)， 观察对uO、uO幅值及频率的影响。 70 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D1
8、、D2的稳幅作用。 2、 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。 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) 分析电路参数变化对输出波形频率及幅值的影响。 六、预习要求 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
9、要增加二极管D1和D2？它们是怎样稳幅的？ 4、 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？ 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？ 71 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1Hz1MHz的低频信号。 1、 RC移相振荡器 电路型式如图121所示,选择RRi。 图121
10、 RC移相振荡器原理图 振荡频率 fO=126RC&29 起振条件 放大器A的电压放大倍数A 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串并联网络振荡器 电路型式如图122所示。 72 振荡频率 fO=1 2RC&|3 起振条件 |A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。 图122 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123 双T选频网络振荡器原理图 1 5RCR&F&|1 起振条件 R |A2振荡频率 f0=电路特点
11、 选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡。 73 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、 3DG122 或 90132 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
12、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74 并联网络，保持输入信号的幅度不变，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。且输入、输出同相位，此时信号源频率为 1= f=f 2RC 2、 双T选频网络振荡器 (1) 按图125组接线路 (2) 断开双T网络，调试T1管静态工作点，使UC1为67V。 (3) 接入双T网络，用示波器观察输出波形。若不起振，调节RW1，使电路起振。 (4) 测量
13、电路振荡频率，并与计算值比较。 图125 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，同时用频率计和示波器测量振荡频率，并与理论75 值比较。 * 参数自选，时间不够可不作。 图126 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。 76
