集成运放构成正弦波方波和三角波发生器.docx
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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(Ⅳ)
─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(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,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正向电阻的非线性特性来实现稳幅。
D1、D2采用硅管(温度稳定性好),且要求特性匹配,才能保证输出波形正、负半周对称。
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
起振的幅值条件
≥2
式中Rf=RW+R2+(R3//rD),rD—二极管正向导通电阻。
调整反馈电阻Rf(调RW),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作频率量程切换,而调节R作量程内的频率细调。
图11-1RC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 R1=R1'+RW'R2=R2'+RW"
方波输出幅值 Uom=±UZ
三角波输出幅值
调节电位器RW(即改变R2/R1),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(或Cf)来实现振荡频率的调节。
图11-2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11-3所示,则比较器A1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11-4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
方波幅值 U′om=±UZ
三角波幅值
调节RW可以改变振荡频率,改变比值
可调节三角波的幅值。
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μA741×26、二极管IN4148×2
7、稳压管2CW231×1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11-1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,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)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(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1V),且输入、输出同相位。
此时的信号源频率
2、方波发生器
按图11-2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(注意对应关系),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11-3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。
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、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(标出时间和电压幅值)。
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(R1,R2和RW)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11-1、11-2、11-3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D1和D2?
它们是怎样稳幅的?
4、电路参数变化对图11-2、11-3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11-2、11-3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R>>Ri。
图12-1RC移相振荡器原理图
振荡频率
起振条件放大器A的电压放大倍数|
|>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12-2所示。
振荡频率
起振条件|
|>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。
图12-2RC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12-3所示。
图12-3双T选频网络振荡器原理图
振荡频率
起振条件
|
|>1
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、3DG12×2或9013×2
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12-4组接线路
图12-4RC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1V左右)。
且输入、输出同相位,此时信号源频率为
2、双T选频网络振荡器
(1)按图12-5组接线路
(2)断开双T网络,调试T1管静态工作点,使UC1为6~7V。
(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12-6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,并与理论值比较。
*参数自选,时间不够可不作。
图12-6RC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。