集成運(yùn)放構(gòu)成正弦波 方波和三角波發(fā)生器

1、實(shí)驗(yàn)十一 集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用（） 波形發(fā)生器 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)用集成運(yùn)放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器。2、 學(xué)習(xí)波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理由集成運(yùn)放構(gòu)成的正弦波、方波和三角波發(fā)生器有多種形式，本實(shí)驗(yàn)選用最常用的，線路比較簡(jiǎn)單的幾種電路加以分析。1、 RC橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）圖111為RC橋式正弦波振蕩器。其中RC串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，R1、R2、RW及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器RW，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管D1、D2正向電阻的非線性特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。

2、D1、D2采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對(duì)稱。R3的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。電路的振蕩頻率 起振的幅值條件 2 式中RfRWR2（R3 / rD），rD 二極管正向?qū)娮琛Ｕ{(diào)整反饋電阻Rf（調(diào)RW），使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說(shuō)明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大Rf。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小Rf。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或 R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容C作頻率量程切換，而調(diào)節(jié)R作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。圖111 RC橋式正弦波振蕩器2、方波發(fā)生器由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大

3、部分。圖11-2所示為由滯回比較器及簡(jiǎn)單RC 積分電路組成的方波三角波發(fā)生器。它的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，但三角波的線性度較差。主要用于產(chǎn)生方波，或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱?chǎng)合。電路振蕩頻率 式中R1R1RW R2R2RW 方波輸出幅值 UomUZ三角波輸出幅值調(diào)節(jié)電位器RW（即改變R2R1），可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之變化。如要互不影響，則可通過(guò)改變Rf（或Cf）來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。圖112 方波發(fā)生器3、三角波和方波發(fā)生器如把滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖113 所示，則比較器A1輸出的方波經(jīng)積分器A2積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三

4、角波、方波發(fā)生器。圖114為方波、三角波發(fā)生器輸出波形圖。由于采用運(yùn)放組成的積分電路，因此可實(shí)現(xiàn)恒流充電，使三角波線性大大改善。 圖11-3 三角波、方波發(fā)生器電路振蕩頻率 方波幅值 UomUZ三角波幅值 調(diào)節(jié)RW可以改變振蕩頻率，改變比值可調(diào)節(jié)三角波的幅值。圖114方波、三角波發(fā)生器輸出波形圖三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、12V直流電源 2、雙蹤示波器3、交流毫伏表 4、頻率計(jì)5、集成運(yùn)算放大器 A7412 6、二極管 IN41482 7、 穩(wěn)壓管 2CW2311 電阻器、電容器若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 RC橋式正弦波振蕩器按圖111連接實(shí)驗(yàn)電路。1)接通12V電源，調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出波形從無(wú)到有

5、，從正弦波到出現(xiàn)失真。描繪uO的波形，記下臨界起振、正弦波輸出及失真情況下的RW值，分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對(duì)起振條件及輸出波形的影響。2)調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出電壓uO幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別測(cè)量輸出電壓UO、反饋電壓U+和U-，分析研究振蕩的幅值條件。3) 用示波器或頻率計(jì)測(cè)量振蕩頻率fO，然后在選頻網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電阻R上并聯(lián)同一阻值電阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況， 并與理論值進(jìn)行比較。4) 斷開(kāi)二極管D1、D2，重復(fù)2)的內(nèi)容，將測(cè)試結(jié)果與2)進(jìn)行比較，分析D1、D2的穩(wěn)幅作用。*5) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)幅頻特性觀察將RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)放斷開(kāi)，由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器注入3V左右正弦信號(hào)，并用雙蹤示波

6、器同時(shí)觀察RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出波形。保持輸入幅值（3V）不變，從低到高改變頻率，當(dāng)信號(hào)源達(dá)某一頻率時(shí)，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輸出將達(dá)最大值（約1V），且輸入、輸出同相位。此時(shí)的信號(hào)源頻率 2、方波發(fā)生器按圖112連接實(shí)驗(yàn)電路。1)將電位器RW調(diào)至中心位置，用雙蹤示波器觀察并描繪方波uO及三角波uC的波形（注意對(duì)應(yīng)關(guān)系），測(cè)量其幅值及頻率，記錄之。2)改變RW動(dòng)點(diǎn)的位置，觀察uO、uC幅值及頻率變化情況。把動(dòng)點(diǎn)調(diào)至最上端和最下端，測(cè)出頻率范圍，記錄之。3)將RW恢復(fù)至中心位置，將一只穩(wěn)壓管短接，觀察uO波形，分析DZ的限幅作用。3、三角波和方波發(fā)生器按圖113連接實(shí)驗(yàn)電路。1)將電位器RW調(diào)至合適位

7、置，用雙蹤示波器觀察并描繪三角波輸出u0及方波輸出uO，測(cè)其幅值、頻率及RW值，記錄之。2)改變RW的位置，觀察對(duì)uO、uO幅值及頻率的影響。3)改變R1(或R2)， 觀察對(duì)uO、uO幅值及頻率的影響。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、 正弦波發(fā)生器1)列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出波形，把實(shí)測(cè)頻率與理論值進(jìn)行比較2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析RC振蕩器的振幅條件3)討論二極管D1、D2的穩(wěn)幅作用。2、 方波發(fā)生器1)列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一座標(biāo)紙上，按比例畫(huà)出方波和三角波的波形圖（標(biāo)出時(shí)間和電壓幅值）。2)分析RW變化時(shí)，對(duì)uO波形的幅值及頻率的影響。 3)討論DZ的限幅作用。3、 三角波和方波發(fā)生器1)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，把實(shí)測(cè)頻率與

8、理論值進(jìn)行比較。2)在同一坐標(biāo)紙上，按比例畫(huà)出三角波及方波的波形，并標(biāo)明時(shí)間和電壓幅值。3)分析電路參數(shù)變化（R1，R2和RW）對(duì)輸出波形頻率及幅值的影響。六、預(yù)習(xí)要求1、 復(fù)習(xí)有關(guān)RC正弦波振蕩器、三角波及方波發(fā)生器的工作原理，并估算圖111、112、113電路的振蕩頻率。2、 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格3、 為什么在RC正弦波振蕩電路中要引入負(fù)反饋支路？為什么要增加二極管D1和D2？它們是怎樣穩(wěn)幅的？4、 電路參數(shù)變化對(duì)圖112、113產(chǎn)生的方波和三角波頻率及電壓幅值有什么影響？（或者：怎樣改變圖112、113電路中方波及三角波的頻率及幅值？）5、 在波形發(fā)生器各電路中，“相位補(bǔ)償”和“調(diào)零”是否需要？

9、為什么？6、 怎樣測(cè)量非正弦波電壓的幅值？實(shí)驗(yàn)十二RC正弦波振蕩器 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 進(jìn)一步學(xué)習(xí)RC正弦波振蕩器的組成及其振蕩條件 2、 學(xué)會(huì)測(cè)量、調(diào)試振蕩器 二、實(shí)驗(yàn)原理從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩器是沒(méi)有輸入信號(hào)的，帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大器。若用R、C元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)，就稱為RC 振蕩器， 一般用來(lái)產(chǎn)生1Hz1MHz的低頻信號(hào)。 1、 RC移相振蕩器 電路型式如圖121所示,選擇RRi。圖121 RC移相振蕩器原理圖 振蕩頻率 起振條件 放大器A的電壓放大倍數(shù)29 電路特點(diǎn) 簡(jiǎn)便，但選頻作用差，振幅不穩(wěn)，頻率調(diào)節(jié)不便，一般 用于頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。 頻率范圍 幾赫數(shù)十千赫。 2、

10、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（文氏橋）振蕩器 電路型式如圖122所示。 振蕩頻率 起振條件 |3電路特點(diǎn) 可方便地連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負(fù)反饋穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩波形。圖122 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩器原理圖 3、 雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器電路型式如圖123所示。圖123 雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器原理圖振蕩頻率 起振條件 |1電路特點(diǎn) 選頻特性好，調(diào)頻困難，適于產(chǎn)生單一頻率的振蕩。 注：本實(shí)驗(yàn)采用兩級(jí)共射極分立元件放大器組成RC正弦波振蕩器。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 1、 12V 直流電源 2、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 3、 雙蹤示波器 4、 頻率計(jì) 5、 直流電壓表 6、 3DG122 或 90132 電阻、電容、電位器等 四

11、、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器(1) 按圖124組接線路圖124 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器 (2) 斷開(kāi)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量放大器靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)。 (3) 接通RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并使電路起振，用示波器觀測(cè)輸出電壓uO波形，調(diào)節(jié)Rf使獲得滿意的正弦信號(hào)，記錄波形及其參數(shù)。 (4) 測(cè)量振蕩頻率，并與計(jì)算值進(jìn)行比較。(5) 改變R或C值，觀察振蕩頻率變化情況。(6) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)幅頻特性的觀察將RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與放大器斷開(kāi)，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)注入RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，保持輸入信號(hào)的幅度不變（約3V），頻率由低到高變化，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輸出幅值將隨之變化，當(dāng)信號(hào)源達(dá)某一頻率時(shí)，R

12、C串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的輸出將達(dá)最大值（約1V左右）。且輸入、輸出同相位，此時(shí)信號(hào)源頻率為 2、 雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器 (1) 按圖125組接線路 (2) 斷開(kāi)雙T網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試T1管靜態(tài)工作點(diǎn)，使UC1為67V。 (3) 接入雙T網(wǎng)絡(luò)，用示波器觀察輸出波形。若不起振，調(diào)節(jié)RW1，使電路起振。 (4) 測(cè)量電路振蕩頻率，并與計(jì)算值比較。圖125 雙T網(wǎng)絡(luò)RC正弦波振蕩器 * 3、 RC移相式振蕩器的組裝與調(diào)試(1) 按圖126組接線路 (2) 斷開(kāi)RC移相電路，調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，測(cè)量放大器電壓放大倍數(shù)。 (3) 接通RC移相電路，調(diào)節(jié)RB2使電路起振，并使輸出波形幅度最大，用示波器觀測(cè)輸出電壓uO波形，同時(shí)用