方波和三角波发生器由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器

电工电子实训中心实验六简易函数信号发生器电路的研究一、实验目的二、实验原理三、实验设备和器件五、实验报告四、实验仪器六、预习要求及思考题一实验目的1．通过实验掌握由运算放大器构成正弦波振荡电路的原理与设计方法。2．通过实验掌握由运算放大器构成方波和三角波振荡电路的原理与设计方法。3．通过实验了解函数信号发生器的调整和主要性能指标的测试方法。二实验原理1．函数信号产生方案对于函数信号产生电路，一般有多种实现方案，如模拟电路实现方案、数字电路实现方案(如DDS方式)、模数结合的实现方案等。数字电路的实现方案：一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。模拟电路的实现方案：是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能，本实验的函数信号产生电路采用全模拟电路的实现方案。对于波形产生电路的模拟电路的实现方案，也有几种电路方式可供选择。本实验选用最常用的，线路比较简单的电路加以分析。如用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波，其电路框图如图6.1所示。正弦波发生器方波三角波正弦波过零比较器积分器图6.1模拟电路实现方案框图2．RC桥式正弦振荡电路RC桥式正弦振荡电路如图6.2所示。其中R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。R3、RW及R4组成负反馈网络，调节RW可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。C1C2R4R1R2R310K0.01F0.01F2.2K50KWR1D2DA0V15K15K图6.2RC桥式正弦振荡电路C1C2R4R1R2R310K0.01F0.01F2.2K50KWR1D2DA0V15K15K为了使振荡幅度稳定，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件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。图中的两个二极管D1，D2便是稳幅元件。当输出电压的幅度较小时，电阻R4两端的电压低，二极管D1、D2截止，负反馈系数由R3、RW及R4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。313RRf313RRf)//(4DWfrRRRRCf2123RRfC1C2R4R1R2R310K0.01F0.01F2.2K50KWR1D2DA0V15K15K图6.2RC桥式正弦振荡电路当：R1=R2=R，C1=C2=C时电路的振荡频率：起振的幅值条件：为了维持振荡输出，必须让为了保证电路起振，调整电阻RW（即改变了反馈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，则应适当减少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（粗调），而调节R作量程内的频率细调。C1C2R4R1R2R310K0.01F0.01F2.2K50KWR1D2DA0V15K15K图6.2RC桥式正弦振荡电路由图6.3可知：电路翻转时：即得：ANVPVR1R2R3ZV0ViVZD图6.3迟滞比较器1202121PiRRVVVRRRR0PNVV021VRRVVthiTVTV0ViV0HV0LV图6.4迟滞比较器电压传输特性3．比较器迟滞比较器的电路图如图6.3所示。该比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。由于正反馈作用，这种比较器的门限电压是随输出电压V0的变化而变化。在实际电路中为了满足负载的需要，通常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的和。OHVOLV4．方波和三角波发生器由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。如图6.5所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。R1R2R3WR10K20K1K0.022FCPV01V02VZDZV50KA1A2NV图6.5方波和三角波发生器电路4.1方波和三角波发生器的工作原理A1构成迟滞比较器，同相端电位Vp由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得：当Vp＞0时A1输出为正，即VO1=+Vz；当Vp＜0时，A1输出为负即VO1=-Vz0212201121VRRRVRRRVPR1R2R3WR10K20K1K0.022FCPV01V02VZDZV50KA1A2NVA2构成反相积分器VO1为负时，VO2向正向变化，VO1为正时，VO2向负向变化。假设电源接通时VO1=-Vz，线性增加。当：时，可得：当VO2上升到使Vp略高于0v时，A1的输出翻转到VO1=+Vz。ZVRRV21020)()(21122121ZZPVRRRRRVRRRVR1R2R3WR10K20K1K0.022FCPV01V02VZDZV50KA1A2NV同样时当VO2下降到使Vp略低于0时，VO1=-Vz。这样不断的重复，就可以得到方波VO1和三角波VO2。其输出波形如图6.6所示。输出方波的幅值由稳压管DZ决定，被限制在稳压值±Vz之间。电路的振荡频率：方波幅值：=±三角波幅值：=调节可改变振荡频率，但三角波的幅值也随之而变化。ZVRRV210202V01VZVZV12ZRVR12ZRVRt0V2014WRfRRCZV21RRZVWR三实验设备与器件1.直流电源：±12V；2.双踪示波器；3.交流毫伏表；4.频率计；5.集成运算放大器：LM324；6.；7.电阻器、电容器若干只。12,DD41482IN四实验内容按照图6.7所示连接电路，首先将K1断开、K2闭合分别进行RC桥式正弦波振荡器和方波、三角波发生器的调试。然后将K1闭合、K2断开进行函数信号发生器电路的联调。C1C2R4R1R2R310K0.01F0.01F50K1D2DA1R510K20K1K0.022FC3PV01V02VA2A31WR2WR15K15K03VR750KR62.2KK2K1图6.7函数信号发生器实验电路1.RC桥式正弦波振荡器（1）通±12V电源，缓慢调节电位器RW1使电路起振，输出波形从无到有，从有正弦波输出到波形出现失真。并定性描绘出V01的波形。（2）仔细调节电位器RW1，使电路输出较好的正弦波形，测出振荡频率和幅度以及相对应的RW1值，并分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。（3）在R1、R2或C1、C2上并接同值电阻或电容，用示波器观察输出电压波形，并测出相应频率，了解振荡频率的调整方法。（4）将两个二极管断开，观察输出波形有什么变化，并分析D1、D2的稳幅作用。2.方波和三角波发生器（1）将RW2调到合适的位置上，用双踪示波器观察V02、V03波形，并计录此时输出波形的幅值、频率及RW2的值。（2）调整RW2的位置，观察对V02、V03波形频率和幅值的影响。（3）改变R1（或R2）的值，观察对V02、V03波形、频率和幅值的影响。3.联调用双踪示波器观察V01、V02、V03的波形，开记录相关数据五实验报告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。4.在同一张坐标纸上，按比例画出正弦波、方波及三角波的波形，并标明时间和电压幅值。5.分析并讨论R5、R6和RW2的改变对三角波幅值和频率的影响。六预习要求及思考题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。2．设计实验表格3．理解为什么在RC正弦波振荡电路引入负反馈支路？为什么要增加二极管D1和D2？思考题1.振荡电路中还有哪些稳幅方法？2.电路要起振，R3与RW1和R4的阻值应该满足什么关系？是否越大越好？为什么？