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1、一、一、实实 验验 目目 的的二、二、实验原理实验原理三、三、实验电路和线实验电路和线路板路板五、五、预习要求及思考题预习要求及思考题四四、实验实验内容与要内容与要 求求六、六、实验报告及思考题实验报告及思考题波形产生和变换电路波形产生和变换电路一一 实验目的实验目的1掌握运放在开环、正反馈下的工作特点掌握运放在开环、正反馈下的工作特点2掌握比较器电路的工作原理掌握比较器电路的工作原理 3掌握方波、三角波和正弦波发生器的电路构成及掌握方波、三角波和正弦波发生器的电路构成及其工作原理其工作原理 二二 实验原理实验原理1 1函数信号产生方案函数信号产生方案对于函数信号产生电路，有多种实现方案，如对
2、于函数信号产生电路，有多种实现方案，如模拟电路实现方案、数字电路实现方案模拟电路实现方案、数字电路实现方案(如如DDS方式方式)、模数结合的实现方案、模数结合的实现方案等。等。本实验的函数信号产生电路采用全模拟电路的本实验的函数信号产生电路采用全模拟电路的实现方案。实现方案。本实验选用最常用的，线路比较简本实验选用最常用的，线路比较简单的电路加以分析。如采用文氏电桥电路构成单的电路加以分析。如采用文氏电桥电路构成正弦波发生器、采用施密特触发器构成多谐振正弦波发生器、采用施密特触发器构成多谐振荡产生方波、采用积分电路产生三角波。荡产生方波、采用积分电路产生三角波。图1 迟滞比较器图3 电压传输特
3、性2滞回滞回比较器（比较器（施密特触发器施密特触发器 ） （1）负向施密特触发器负向施密特触发器图2 波形变换 滞回比较器的电路图如图滞回比较器的电路图如图1所示，由于正反馈作用，这种比较器的门限所示，由于正反馈作用，这种比较器的门限电压是随输出电压电压是随输出电压VO的变化而变化。的变化而变化。正负向触发电平分别为：正负向触发电平分别为：图4 正向迟滞比较器图5 电压传输特性（2）正向施密特触发器正向施密特触发器所以正负向触发电平分别为：所以正负向触发电平分别为：因为电路翻转时：因为电路翻转时：V+ V- =03方波发生器方波发生器 VC的波形用施密特用施密特触发器的构成多谐振荡器产生方波触
4、发器的构成多谐振荡器产生方波输出方波的周期为 4方波和三角波发生器方波和三角波发生器 图6 方波和三角波发生器电路RC积分器积分器正向施密正向施密特触发器特触发器构成：由正向施密特触发器和集成运放组成的积分电路组成构成：由正向施密特触发器和集成运放组成的积分电路组成方波和三角波发生器的工作原理方波和三角波发生器的工作原理 A1构成正滞回比较器，正负向触发电平分别为：构成正滞回比较器，正负向触发电平分别为： 当当 V+0时时 A1输出为正，即输出为正，即VO1 = +Vz；当当 V+0时，时， A1输出为负输出为负 即即 VO1 = -VzA2构成反相积分器构成反相积分器 VO1 为正时，为正时
5、， VO2 负向线性变化，当负向线性变化，当VO2负向变化略低负向变化略低于于 滞回比较器再次翻转使滞回比较器再次翻转使滞回比较器再次翻转使滞回比较器再次翻转使VVO1O1变为正，周而复始，变为正，周而复始，变为正，周而复始，变为正，周而复始，产生方波和三角波产生方波和三角波产生方波和三角波产生方波和三角波，滞回比较器翻转，滞回比较器翻转， VO1变为负，变为负， VO2 正向线性正向线性线性变化，当线性变化，当VO2正向变化略高于正向变化略高于，滞回比较器再次，滞回比较器再次翻转使翻转使VO1变为正，周而复始，产生方波变为正，周而复始，产生方波VO1和三角波和三角波VO2 。三角波周期三角波
6、的峰值(1)(1)RC选频振荡器由以下两部分选频振荡器由以下两部分电路组成：电路组成：RC 选频网络选频网络由运算放大器构成的同相放大器由运算放大器构成的同相放大器5R C桥式正弦振荡电路桥式正弦振荡电路(2)RC 选频网络选频网络RC 选频网络的转移电压比及其频率特性如下所示选频网络的转移电压比及其频率特性如下所示： 该网络具有带通滤波特性，其中心频率0=1/RC 。当=0时|H(j0)|=1/3,(0)=0。 将将RC 选频网络和同选频网络和同相放大器按照右图连接相放大器按照右图连接起来，调节电位器使得起来，调节电位器使得放大器的放大倍数等于放大器的放大倍数等于3时，可以得到一个等时，可以
7、得到一个等幅的正弦振荡。振荡的幅的正弦振荡。振荡的频率由频率由RC选频网络确选频网络确定。定。(3)RC选频振荡器选频振荡器 在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件D1，D2来自动调整负反馈放大电路的增益，从而维持输出电压幅度的稳定。 当输出电压的幅度较小时，电阻R2两端的电压低，二极管D1、D2截止，负反馈系数由R2、RP及R1决定；当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管D1、D2在正负半周轮流工作，其动态电阻与R4并联，使负反馈系数加大，电压增益下降。输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，输出电压的幅度保持基本稳定。R C桥式正弦振荡电路 (4) R C桥式正弦振荡电
8、路实用电路桥式正弦振荡电路实用电路电路的振荡频率电路的振荡频率 ：起振的幅值条件起振的幅值条件 ： 为了维持振荡输出，必须让为了维持振荡输出，必须让 为了保证电路起振，为了保证电路起振，R C桥式正弦振荡电路 调整电阻调整电阻RP （即改变即改变了反馈了反馈R f ），），使电路起振，使电路起振，且波形失真最小。如不能且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，起振，则说明负反馈太强，应适当加大应适当加大R f ，如波形失如波形失真严重，则应适当减少真严重，则应适当减少R f。 改变选频网络的参数改变选频网络的参数C 或或R，即可调节振荡频率。即可调节振荡频率。一般采用改变电容一般采用改变电
9、容C 作频作频率量程切换（粗调），而率量程切换（粗调），而调节调节R作量程内的频率细调。作量程内的频率细调。R C桥式正弦振荡电路 三、三、实验电路和线实验电路和线路板路板1、线线路板路板2、原理、原理线线路图路图（1）滞回比较器）滞回比较器（2）方波发生器）方波发生器（3）方波发生器和三角发生器）方波发生器和三角发生器（4）正弦波发生器）正弦波发生器四、实验内容与要求四、实验内容与要求1、滞回比、滞回比较器器（1）观察输入、输出波形。输入加正弦信号，频率f = 1kHZ，大小vi = 2V（有效值），用双踪示波器同时观察vi，vO的波形。（2）观察、测量传输特性曲线。将示波器置于X-Y显示方
10、式，vi、vO分别从X、Y通道输入。观察传输特性曲线，测出传输特性曲线输出电压的上、下限幅值，输入电压的两个门限电压值。注意：数字示波器注意：数字示波器DS5000 X-Y显示方式显示方式的的使用方法使用方法2、方波信号方波信号发生器生器 观察vO、vC的波形，分别在R = 10K、R = 20K的情况下测量vO、vC的峰峰值VOPP、VCPP，振荡周期T，频率 f ，且和理论值相比较。注意：Rp逆时针旋到底(R = 10K), Rp顺时针旋到底(R = 20K),3、三角波信号发生器三角波信号发生器 用示波器观察vO1、vO2的波形，测量三角波的峰峰值VO2m，周期T，且和理论值相比较。4正
11、弦波信号正弦波信号发生器生器（2）验证幅度平衡条件在输出为稳定的最大不失真正弦波情况下，测量v+（vf）、v-、vO，验证同相比例放大器放大倍数是否等于3（v+、v-、vO均为有效值，用交流毫伏表测量）。（1）适当调节电位器RP，使电路产生振荡，用示波器观察输出波形，应为稳定的最大不失真正弦波，测量输出电压的大小VOm（峰值），周期T，计算出振荡频率f， 且与理论值相比较。五、五、预习要求预习要求1、理解运放在开环，正反馈下的基本特点。2、理解滞回比较器、方波、三角波和正弦波信号发生器的基本电路及其工原理。 3、对方波、三角波和正弦波信号发生器的实验电路，理论计算它们的振荡周期，频率，输出电压
12、的峰峰值，以便和测量值相比较。理论计算正弦波振荡器实验电路的振荡频率。 4、对方波、三角波和正弦波信号发生器的实验电路，用Pspise对设计进行仿真，并与理论计算进行比较，如有必要修改电路参数。 5、复习示波器的X-Y显示、测量方法。六、实验报告及思考题六、实验报告及思考题1. 滞回比较器（1）列表整理实验数据，画出输入、输出波形和电压传输特性，把实测门限电压与理论值进行比较，分析误差原因。2 方波发生器（1）列出理论计算过程。（2）整理实验数据，画出方波的波形，并标明时间和电压幅值。把实测频率与理论值进行比较，分析误差原因。3 三角波方波发生器（1）列出理论计算过程。（2）整理实验数据，观察
13、vO、vC的波形，将实验测量vO、vC的峰峰值VOPP、VCPP，振荡周期T，频率 f ，理论值相比较，分析误差原因。 4. 正弦波发生器（1）列出理论计算过程。（2）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。（3）根据实验，分析RC振荡器的起振振幅条件和稳定振幅条件。5. 回答下面思考题：（1）反相输入滞回比较器与同相输入滞回比较器的传输特性曲线有何不同？（2）正弦波发生器中，集成运放的两个输入端是否应等电位，运放工作在线性区还是非线性区？ （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D1和D2？它们是怎样稳幅的？（4）在波形发生器各电路中，“相位补偿”和“调零”是否需要？为什么？（5）能否用毫伏表测量非正弦波信号的有效值？
