1、 波形 发生电路 实验 报告 班级 姓名 学号 1 一、实验目的 1. 掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法。 2. 学习电压比较器的组成及电压传输特性的测试方法。 3. 掌握由集成运放构成的矩形波和三角波振荡电路的原理与设计方法。 二、实验内容 1. 正弦波发生电路 （ 1）实验参考电路见图 1。 （ 2）缓慢调节电位器 RW，观察电路输出波形的变化，完成以下测试： RW为 0 时的 uO的波形； 调整 RW使电路刚好起振，记录 uO的幅值、频率及 RW的阻值； 调整 RW使输出为不失真的正弦波且幅值最大，记录 uO幅值、频率及 RW的阻值； 将两个二极管断开，观察 RW从小到
2、大变化时输出波形的变化情况。 2. 方波 - 三角波发生电路 （ 1）实验参考电路见图 2。 （ 2）测试滞回比较电路的电压传输特性 将图 2 电路的第一级改造为滞回比较电路，在输入端输入合适的测试信号，用示波器X-Y模式观测电压传输特性曲线并记录阈值电压和 uO1的幅值。 2 （ 3）测量图 2电路 uO1、 uO2波形的幅值、周期及 uO1波形的上升和下降时间。 3矩形波 - 锯齿波发生电路 修改电路图 2，使之成为矩形波 - 锯齿波发生电路。要求锯齿波的逆程（电压下降）时间大约是正程时间的 20%，记录 uO1、 uO2的幅值、周期。 三、实验要求 1. 实验课上搭建硬件电路，记录各项测
3、试数据。 2. 完成正弦波电路的实验后在面包板上保留其电路，并使其输出电压 Uo 在 1-3V 范围内连续可调。 四 、预习计算 1 正弦波 振荡电路 起振 条件 为 |A|略大于 3，刚起振 时 幅值 较小，认为二极管还未导通，即 4+2+1略大于 3， 即 RW略大于 10k时 刚好 起振， 随着 RW的 增大，振幅会增大，当 RW过大 时 波形 会出现失真。 振荡频率 由 RC串并联 选频网络 决定， 0 = 1211 106.1 2方波 - 三角波发生电路 滞回比较 器 的阈值电压 = 21 = 2.9，测试 滞回比较电路 时将 R2与运放 A2的输出端断开，改接输入信号 （三角波为宜
4、 ） 。 方波（ uO1）的幅值为 UZ=5.8V， 三角波 （ uO2）的幅值为 UT=2.9V。 = 14()2 = 21 解得 ： T = 4241= 0.4， 即 uO1和 uO2的 周期为 0.4ms。 3矩形波 - 锯齿波发生电路 只需让电容 充放电 回路 的时间常数不一样即可。电路原理图 如下 ： 3 关于 参数选择：理论上 需要 R4=20%R6，结合元件 盒中 的 元器件，最终选择 R4为 3.6k，这样 理论 上逆 程时间为正程时间的 18%，实 测 结 果要好于理论值。 五 、电路仿真 1正弦波 振荡电路 U 1 AL F 3 4 7 N321141U 2 AL F 3
5、4 7 N321141C10 . 1 FR120kR210kR32kR43 .6 k R520kD15 . 8 V D25 . 8 V V E E- 1 2 VV C C12VV C CV E E062750D3D I O D E _ V I R T U A LD4D I O D E _ V I R T U A L1 4R620k83U 1 AL F 3 4 7 N321141R115kR210kR315kR410kR547kK e y = A78%D1D I O D E _ V I R T U A LD2D I O D E _ V I R T U A LC10 . 1 FC20 . 1 F0
6、03471XSC1A BE x t T r i g+_+_2V C C12VV C CV E E- 1 2 VV E E4 刚 起振 时 RW为 10.34k， 正弦波 幅值为 1.649V， 频率为 1/9.43ms=106.0Hz 输出为不失真的正弦波且幅值最大时 RW为 17.86 k， 正弦波 幅值为 10.597V， 频率为 1/9.456ms=105.8Hz 5 2方波 - 三角波发生电路 U 1 AL F 3 4 7 N321141U 2 AL F 3 4 7 N321141C10 . 0 1 FR120kR210kR32kR420kR520k072D15 . 8 V D25 .
7、 8 V 460XSC1A BE x t T r i g+_+_V E E- 1 2 VV E E35V C C12VV C C6 3矩形波 - 锯齿波发生电路 U 1 AL F 3 4 7 N321141U 2 AL F 3 4 7 N321141C10 . 0 1 FR120kR210kR32kR43 .6 k R520kD15 . 8 V D25 . 8 V XSC1A BE x t T r i g+_+_V E E- 1 2 VV C C12VV C CV E E06270D3D I O D E _ V I R T U A LD4D I O D E _ V I R T U A LR62
8、0k351487 逆程时间 /正程时间 =26.7% 六 、 硬件实验 1实验 截图 （ 1） 正弦波 发生电路 8 失真 波形 ： （ 2） 方波 - 三角波发生电路 9 （ 3） 矩形波 - 锯齿波发生电路 2 实验数据 （ 1） 正弦波 发生电路 1 当 RW为 0时 ， 输出 始终 为 0。 2 3 RW(k) Uo幅值 (V) Uo频率 (Hz) 电路刚好起振 10.40 0.493 113.5 输出 不失真且幅值最大 18.42 10.17 101.4 10 4 将 两个二极管断开 时 ，增大 RW到 刚好起振之后继续增大， 输出 波形幅值迅速变大，很快出现 失真 现象。 （ 2）
9、 方波 - 三角波发生电路 1 滞回比较电路的电压传输特性 测试 滞回比较器 阈值 电压 2.92v uO1幅 值 5.80v 2 输出 波形测试 幅值 (V) 周期 (us) 上升 时间 (ns) 下降时间 (ns) uO1 5.85 410.2 990 920 uO2 2.95 408.0 （ 3） 矩形波 - 锯齿波发生电路 逆程 时间： 50us 正程 时间 ： 248us 幅值 (V) 周期 (us) uO1 5.73 298.6 uO2 2.87 298.0 七 数据处理与分析 刚好 起振时 RW 振荡频率 f0 理论值 略大于 10k 106.1Hz 实测 值 10.40k 11
10、3.5 Hz 相对 误差 4% 7.0% 振荡 频率 f0 的 实验值比理论值略大，可能 原因 是 选频 网络中 电阻 电容实际值 比 标 称 值 稍微小 一些。 阈值电压 UT(V) uO1幅 值 (V) uO1周期 (us) uO2幅 值 (V) uO2周期 (us) 理论值 2.90 5.80 400.0 2.90 400.0 实测 值 2.92 5.85 410.2 2.95 408.0 相对 误差 0.7% 0.9% 2.6% 1.7% 2.0% 从 上表中看出，实验值和理论值相差 很小 ， 相对误差均不超过 3%。 八 、思考题 1电路如图 1所示，电位器 RW调到什么位置电路既容
11、易起振，又能输出较好的正弦波？ 答： RW调到十几 k（不超过 18k） 时 电路既容易起振，又能输出较好的正弦波 ，再 根据所需幅值精确 调节 RW。 2图 1电路中两个并联二极管的作用是什么？ 答： 利用 二极管 的 非线性 起 到 稳幅 作用 ， 使 输出 幅值 不 会一直 增大 导致波形 很快失真。 11 3在测试滞回比较电路的电压传输特性时，输入电压的频率不能过高，为什么？ 答 ：因为 运放的 转换速率有限，所以滞回比较器 需要 一定 的响应 时间， 如果输入电压的 频率过高，会使得 滞回 比较器的输出 变化 不能跟上输入的变化，这样在 XY 模式 下测得的电压传输特性也就不 准确 了。
