波形产生电路

二、提高实验任务
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2Vo1、Vo2的幅度、周期。
3
3.1
3.2
3.3
3.4
黑框中为改动部分。
3.5
3.5.1
电路见上图正弦波产生电路所示。其中R1、C1，R2、C2是选频网络，构成正反馈，产生正弦自激振荡。R3，Rw，R4是负反馈网络，通过调节Rw调节负反馈系数，从而调节电压增益，使之满足振荡的幅度条件。二极管D1和D2是限幅原件，改善输出波形。
6）由运放组成的多些振荡器电路，其输出波形（方波或矩形波）的跳变沿主要决定于什么？如果要缩短其上升时间和下降时间（使波形变陡），可采取哪些办法？
答：跳变沿主要决定于运放U1的转换速率（摆率）。要算缩短跳变沿，可以使用高速管替代运放U1。
分析讨论Vo1的上升时间和下降时间是由什么因素引起的
影响Vo1的上升时间和下降时间的因素有：
1．运放A1的摆率；2。增益；3。稳压二极管Dz翻转。
这里运放的摆率起主要作用：在Multisim模拟仿真中使用的运放uA741的摆率大约是0.6V/us，电路中Vom=13.06V，由于上升沿是从10%Vom到90%Vom，所以∆T=80%*Vom/0.5=17.4us≈测量的16.95us。由于实际运放不是理想运放，限幅区中间相隔的有线性放大区，故运放的摆率会影响上升下降时间。选择摆率更大的运放可改善波形的上升沿和下降沿。
（1）RC串并联选频网络的选频特性
主要的运算关系如下所示：
（2）起振条件与振荡频率
此时如果负反馈的增益Avf〉3，满足AvF〉1的起振条件。起振后，经过反复放大，输出电压的振荡幅度自动稳定下来，Avf过渡到Avf=3的幅度平衡状态。这里 （略大于3）就满足起振条件。由图3.5.1可知，调节Rw使（Rw＋R4）/R3略大于2即可。
则当t〉0时，Vo1通过R9以恒流Vz/R4给电容C充电，Vo2线性下降。当Vo2下降到Vth2时，施密特触发器翻转，Vo1跳变为-Vz。于是，电容开始以Vz/R4放电。Vo2开始线性上升。当Vo2上升到Vth1时，施密特触发器输出状态又翻转，Vo1跳变到Vz。又回到Vo2＝Vz的状态，如此循环，产生多谐振荡波形，其中Vo1是方波，Vo2是上升时间和下降时间一样的三角波。注意到，由于电容充放电的时间常数相等（主要是这时的充放电回路是一样的，从这里也可以考虑输出锯齿波的方法应该是改变充放电的时间常数，即改变充放电回路）。
比如，输出端并联了正负两个方向的二极管，很好的改善了输出特性。实验中我们也验证了，如果没有这两个二极管在输出端进行限幅，输出电压会很大，而且很容易失真；接上这两个二极管之后，由于二极管有动态电阻，并联在R4两端，使得Avf减小，使输出电压幅度基本保持稳定。
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1）电位器调到什么位置最好？
答：经仿真，Rw约为22%（10.34千欧）时，就可以起振，而超过34%时容易失真；在此范围内，Rw越大，输出幅度越大。电位器应该在小于失真值的情况下尽可能大些，便于测量。
5．上下切顶（Rw更大时）
2)去掉二极管之后，波形严重失真。
Rw=9kOhm时恰好开始起振，当Rw=9.33kOhm时已出现眼中的失真，最后随着Rw的增大失真严重，可以输出正常正弦波的Rw的范围非常的小。
5.2
1）滞回比较器
输出电压：5.95V（峰峰11.8V）
滞回比较器的阈值电压
UT1
3.00V
UT2
4）多谐振荡电路中Vo2的幅度由哪些参数决定？如何提高它的幅度？
答：Vom2=2R2Vz/R1.所以要提高它的幅度，只需要提高R2与R1的电阻比，或者改用更高的稳压管即可。
5）修改多谐振荡电路，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，可以采取哪些办法？
答：如3.3中自设计电路所示，可以利用二极管与电阻串联来控制电容在正半周期和负半周期的充电速率，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路。同理，可以利用两个不同向的二极管与不同大小的电容串联代替图中电容位置，改变电容在正半周期和负半周期的充电速率。
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这次实验是我们电子技术实验除了考核之外最后一次实验，内容本身比较简单，只要认真做好预习整个过程是比较顺利且快的。一开始搭接好正弦波振荡电路，我怎么测输出失真都非常严重，仔细检查后发现是有一个二极管接错了位置，插在了旁边的一个点上，纠正之后就比较顺利了。
虽然实验本身没什么难度，但是实验书上设计的电路图还是比较精巧的，学习之后，感到很有收获。
输出电压的幅度为：Vom1=2Vz（pp），Vom2=2R1/R2*Vz（pp）
充电时间为：T/2=2×R2×R4×C/R1，
所以T=4×R2×R4×C/R1。
提高实验部分，改进电路。原多谐振荡电路电路中R5控制着电容C1的充放电时间，R5越大，充放电电流越小，充放电越慢。为了控制锯齿波正程和逆程的时间比，需要让电容充电时和放电时速度不同，这就令人想到了二极管。利用二极管的单向导通性，在正程和逆程上分别串入不同的电阻即可。经计算，t正:t逆=R5/R4=5:1.
3.5.2
见上图多谐振荡电路所示。运放A1和R1，R2构成同相输入的施密特触发器，运放与R4，C构成积分电路。Vo1=Vz或-Vz。运放A1输出状态翻转就是Vp=Vn＝0时，由Vp与Vo1、Vo2的关系可以得到两个阈值电压：Vth1＝R2/R1×Vz，Vth2＝－R2/R1Vz。不妨设t=0时，Vo1=Vz，电容上的电压为0即Vo2=0。
Vo=3V+
由于虚短，V-=V+=Vo/3，有R3=R5，所以R5右端为2V-=2Vo/3，所以对于二极管两端来说，有
Vo-2Vo/3=Vth=0.7(V)
Vo=2.1V
仿真结果验证了这个结论,如红框所示：
如果要增大输出电压幅度，可以将每一个二极管改为两个管同向串联。如图
经仿真，电压幅度确实增加了近一倍，达到了4V以上。
于是我更换了二极管（1BH62型），测出最大不失真时的Rw为17.7千欧。可见，确实是二极管的参数影响了仿真结果。
关于起振电压的大小，主要是在起振的地方电压变化非常的快，也比较难判断究竟什么情况算是严格意义上的起振，因此实际数据比仿真数据大一些，主要是实际试验中我是等到输出的电压比较稳定时才判断其为起振。
3.6
另外，
4
主要仪器有：数字万用表，SS7804示波器，电子技术学习机。
主要元器件有：导线,以及电子技术学习机上所用电路部分的已有各电路元器件，包括可变电阻，固定值电阻预习计算与仿真数据整理
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方正数据详见仿真报告
预习计算：
对正弦波振荡电路：
, .
震荡频率
滞回比较起的输出电压VO1的峰峰值VOm1= 2UZ，
3）如将多谐振荡电路中A2的输出接至A1的反向输入端，电阻R2接地，电路能否正常工作？为什么？
答：不能，波形如下
具体分析，若A2输出端为VOL，则A1输出恒为VOH，进一步导致VO2=VOL，达到了稳定平衡；若A2输出端为VOH，则A1输出恒为VOL，进一步导致VO2=VOH，达到了稳定平衡。所以电路再也无法正常工作了。仿真结果说明了这一点。
-3.00V
2）
波形形状
电压峰峰值/V
T/ms
上升时间/us
下降时间/us
Vo1
矩形波
12.58
0.425
15.9
15.3
Vo2
三角波
6.60
0.425
/
/
3）提高实验
正程
0.420ms
逆程
0.085ms
T
0.505ms
Vo1矩形波峰峰值
11.45V
Vo2锯齿波峰峰值
7.10V
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实测数据和仿真几乎相同，只在测量最大不失真幅度时，仿真得到的Rw值为16千欧，而实测为17.3千欧。造成这一点是由于仿真模型和实际器件的差异造成的，具体我认为是仿真中的二极管是虚拟二极r是和R4并联之后与Rw相连的，由于r比R4小很多，所以并联总电阻约等于r，那么r的不同会直接影响Rw的最大值。
③将两个二极管断开，观察RW从小到大变化时输出波形的变化情况。
方波－三角波发生电路,实验电路见图2。
①首先测试用A1等元件组成的滞回比较器的传输特性。
提示：断开图2中A2输出端与R1的连线，选择合适的测试信号作为电压比较器的输入电压，用示波器X-Y方式观测电压传输特性。
②观测电路图2 Vo1、Vo2波形的幅度、周期以及Vo1的上升和下降时间。
集成运放A1同相输入端电位UP1=R1/(R1+R2)VO2+R2/(R1+R2)VO1，
令UP1=UN1=0，则阈值电压UT=±R2UZ/R1
对锯齿波振荡电路：
， ，
5.1
1）
Rw/kOhm
波形形状
电压峰峰值/V
T/ms
f/kHz
0
直线
/
/
/
10
直线
/
/
/
14.95
正弦，刚好起振
8.30
1.02
0.980
2）设正弦振荡电路中的两个并联二极管的导通电压约为0.7V，其他元件参数如图，请估算在刚进入稳定振荡时输出电压的幅度。如果想增大输出电压幅度，应采取什么办法？
答：刚进入稳定振荡时Rw略大于10kOhm，此时输出电压幅度约为2.1V。分析如下，变量已经用黑框标出。
由书上对于R1、R2、C1、C2四个元件组成的选频网络的分析知，
另外，上升沿和下降沿的区别是因为示波器测量不准确造成的，不具有太大的误差分析价值。
最后，在实验的过程中我又发现如果将改进电路部分的充放电用一个滑动变阻器来实现（如下图），则可以很方便地通过调节滑动变阻器来调整锯齿波的正程与逆程之比，虽然在周期上会有一些变化（由电阻的大小决定的），但调整锯齿波会变得非常的方便。