波形产生报告—王剑晓

波形产生电路预习报告一、实验目的1、掌握由运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法。

2、掌握由运放构成的矩形波和三角波振荡电路的原理和设计方法。

二、实验原理（1）基本要求： RC 桥式正弦振荡电路RC 桥式正弦振荡电路如图所示。

其中R 1,C 1,R 2,C 2为串并联选频网络，接于运放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。

图中红框部分是带有负反馈的同相放大电路，其中R 3,R W 及R 4为负反馈网络，调节R W 即可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使之满足自激振荡的幅度条件。

对RC 串并联选频网络有：001//111//3()f oR U j CF f fU RR j j C j Cf fωωω∙∙∙===+++-当f=f 0时，13F ∙=，且0F ϕ=。

此时RC 串并联选频网络反馈到运放同相输入端的电压f V ∙和输出电压o V ∙同相，满足自激振荡的相位条件。

为满足幅度条件即AF 略大于1，需要调节R W 使（R W +R 4）略大于2倍R 3。

稳幅措施：通过非线性元件自动调整反馈放大电路的增益。

当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管D1,D2导通，其动态电阻与R4并联，电压增益下降。

输出电压幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，从而维持输出电压的幅度基本稳定。

（2）提高要求： 多谐振荡电路实验电路如图6所示，运放A 1和电阻R 1、R 2等组成同相输入的滞回比较器，电阻R 3和稳压管D Z 构成输出限幅电。

运放A 2和R 4、C 构成积分电路。

其输出电压2o v 反馈至滞回比较器的输入端，形成闭环，是电路产生自激振荡。

滞回比较器的输出1o v 为方波，积分电路的输出2o v 为三角波。

电路的振荡频率、输出电压1o v 、2o v 分别为：10244R f R R C=12om Z V V =2212om Z R V V R =三、实验内容（1）基本要求：RC 桥式正弦振荡电路，测出下面情况时Vo 的波形： 1、RW 为0 ;2、调整RW 使Vo 正好起振（输出信号幅度发生跳变），用示波器测出Vo 的频率和峰值。

测出RW 的阻值，分析电路的振荡条件；3、继续调整RW ，使Vo 为不失真的正弦波且幅值最大，用示波器测出Vo 的频率和峰值。

记录RW 的阻值;4、将两个二极管断开，观察当RW 从小到大变化时输出波形是如何变化的。

（2）提高要求： 多谐振荡电路安装实验电路（电源电压为±12V ）。

观测Vo1,Vo2波形的幅度、周期（频率）。

2、对实验电路稍加修改，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即Vo1为矩形波，Vo2为锯齿波。

要求锯齿波的逆程（电压下降段）时间大约是正程（电压上升段）时间的20%，观测Vo1、Vo2的波形，记录他们的幅度、周期等参数。

3、测量滞回比较器的电压传输特性。

四、实验任务理论计算（1）基本要求由实验原理中电路，可推出正反馈的反馈系数为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=+==∙∙∙ωωωω0021131j Z Z Z V V F of由此可得RC 串并联选频网络的相频特性与幅频特性分别为：3arctan00⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=ωωωωϕF200231⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ωωωωFRC10==ωω时，∙f V 和∙o V 同相，满足自激振荡的相位条件。

若此时3>vf A ，则可以满足1>F A vf ，电路起振，振荡频率为mS f T Hz nF k RC f 005.11,7.99410162121000===⨯Ω⨯==ππ 若要满足自激振荡，需要满足AF 在起振前略大于1，F max =13，令A vf =3即满足R w 略大于10k Ω。

（2）提高要求1、对滞回比较器，输出电压Uo =±U Z =±5V ，2121212P O O R R U U U R R R R =⨯+⨯++当0p N U U ==时，21T O R U U R =±⨯。

设某一时刻1O Z U U =+，则阈值电压为T U -，UO1通过积分电路被积分，使U O2减小值到等于T U -。

故41()2T Z T TU U U R C =--- 所以 106242000025004410000200000.0110R f Hz R R C -===⨯⨯⨯⨯Vom1=2U Z =10V Vom2=2R1U Z=5V 2、改接矩形波和锯齿波发生电路： 对充电过程：141()w R R C τ=+111()T Z T U U T U τ-=-+ 故 21112R T R τ= 对放电过程：242()w R R C τ=+121()T Z T U U T U τ=---22212R T R τ=所以，当4112420.2W W R R T T R R +==+时，R W1=3.3k Ω。

36141()23.3100.01100.23W T R R C mS -=+=⨯⨯⨯= 36242()116.7100.0110 1.17W T R R C mS -=+=⨯⨯⨯=3、测量滞回比较器的电压传输特性设计电路滞回比较器的阈值为V U U R R U Z Z T 5.22112±=±=±=输出幅值：U z =±5V五、实验数据记录表格（1）基本要求：RC 桥式正弦振荡电路要求：电路图参照图-1。

电源电压取+-12V 。

1、测量RW 为0时Vo 的波形：产生了幅值非常小的正弦波2、缓慢调节RW ，观察输出波形的变化； Vo 正好起振点：=994.718HZ.计算值：Rw略>10kΩ;fo=12πR C4、将两个二极管断开，观察当RW从小到大变化时输出波形是如何变化的。

起振过程很快，但是没有输出稳定的正弦波就立刻出现失真。

（2）提高要求：多谐振荡电路要求：电路图参照图-2。

电源电压取+-12V。

对图-2电路修改，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即：u o1矩形波、u o2锯齿波。

要求：锯齿波的逆程（电压下降段）时间大约是正程的20%.观察u o1、u o2的波形，记录其幅值、周期。

正程时间为1.326ms，下降时间为0.272ms，所占比例为20.51%测量滞回比较器的电压传输特性：幅值为±5.69V，阈值电压为±2.82V注意事项：在做该实验时，应注意输入信号频率不宜太高，最好400Hz左右，输入信号的幅值也不宜太大。

六、实验数据分析1、基本要求RC桥式正弦振荡电路通过以上数据分析，实验，仿真均比较接近，但与理论值之间存在一定误差。

实验与仿真偏差在幅值和R w方面比较小，在频率和周期上偏差较大，这受到较多因素的影响，非线性失真不易有较稳定的值，主要受到外加直流电源和运算放大器性能的影响。

2、提高要求（1）多谐振荡电路U=u仿真结果与实验结果相差很小，说明在误差范围内，仿真结果可以指导实验结果，二者符合很好。

幅值在仿真中由于没有考虑稳压管正向导通电压，导致一定误差的存在。

（2）对原图电路进行修改，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即：u o1矩形波、u o2锯齿波。

要求：锯齿波的逆程（电压下降段）时间大约是正程的20%.观察u o1、u o2的波形，记录其幅值、周期。

同时，两臂电阻均有偏差，直接影响矩形波和锯齿波的周期。

（3）测量滞回比较器的电压传输特性：Z T是由于仿真和实验的运算放大器参数差别较大，传输速度有所差别。

七、课后思考题1、图1电路中电位器调到什么位置时最好（电路极容易起振，又能输出较好的正弦波）？答：实验中取Rw=15 kΩ时输出较好的正弦波。

因为10.6 kΩ时起振，18 kΩ左右失真，为使输出较好的波形，应该时Rw取值在10.6与18的中间值14.3kΩ左右，波形输出较好，并且A uf=3.43>3，理论上很容易起振。

2、图3.12中两个并联二极管的导通电压约为0.7V,其他元件参数如图所示，请估算在刚进入稳定振荡时输出电压的幅度。

如果欲增大输出电压幅度，应采用什么方法？答：由电路图可知，运放的输入电压均来自于反馈，所以Ui=Uf=0.7V。

则由正弦稳态时|Au ×F|=1可知Au=1/F，在预习计算中，我们得到振荡时，F=1/3，所以Uo=3×0.7=2.1V，所以起振时，幅值约为2.1V。

，所以可以增大R4，减小R3或想要增大输出电压幅值，即增大Auf，A uf=1+R4+R WR3者调节滑动变阻器的滑动端，使得连入电路中的电阻Rw增大，进而增大幅值。

八、实验结论1、实验电路可以实现波形产生，对RC正弦波振荡电路，当满足起振条件时，输出稳定的正弦波，继续增大A后将导致失真。

2、在多谐振荡电路中，实现了方波和三角波的发生，通过调节积分环节的时间常数，改变输出的占空比，可以得到不同占空比的矩形波和锯齿波，但周期基本不变。

3、通过实验，从示波器中得到滞回比较器的输出特性，实验结果与仿真值很符合。

九、感想与收获1、此次实验是一次对于运算放大器应用的实验，使我们在熟悉运算放大器应用的同时，实际了解了运算放大器的性能，并了解到了其与理想运算放。

2、在实验前应注意利用测试电路测试所用集成运放芯片的好坏，确保其能正常工作。

另外，注意到在输出端与稳压管之间应设置限流电阻，以免大电压直接加在稳压管两端，电流过大损坏稳压管和运放。

在以后的实验中，也应该根据实验电路的性能特点多思考多注意，避免出错。

3、实验前要听老师讲课，以免误认为稳压管的稳压值仍为6V，老师指导的内容对实验结果的分析和实验顺利完成有非常大的帮助。

4、在实验中遇到不符合理论分析和仿真的问题，应该勤于思考，并且一定要注意到实际元器件性能与理论和仿真中不一致的地方。

如本实验中所测的波形频率与周期与理论分析和仿真结果存大非常大的误差，这就是由于实际运放的性能差异引起的。