方波·三角波转换

一方波、三角波发生器

设计目的

1．学习由运算放大器组成的方波——三角波发生器电路，提高对运算放大器非线性应用的认识。 2．掌握方波——三角波发生电路的分析、设计和调试方法。 3．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 4．培养综合应用所学知识来指导实践的能力法

二、 设计要求

1.复习教材中波形发生电路的原理。

2.根据所给的性能指标，设计一个方波、三角波发生器，计算电路中的元件参数，

3.设计一个能产生方波、三角波信号发生器，

4.能同时输出一定频率一定幅度的2种波形：方波、和三角波；

5.可以用±12V 或±15V 直流稳压电源供电

6.画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。 7实现方波和三角波输出电压：方波输出幅值110o p p U V -≤，

28o p p U V -≤。能够输出确定频率的三角波

三、 原理图

四、 设计说明书 1、设计题目

方波、三角波发生器

2设计目的

1．学习由运算放大器组成的方波——三角波发生器电路，提高对运算放大器非线性应用的认识。 2．掌握方波——三角波发生电路的分析、设计和调试方法。 3．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

4．培养综合应用所学知识来指导实践的能力法

3、设计要求

1.复习教材中波形发生电路的原理。

2.根据所给的性能指标，设计一个方波、三角波发生器，计算电路中的元件参数，

3.设计一个能产生方波、三角波信号发生器，

4.能同时输出一定频率一定幅度的2种波形：方波、和三角波；

5.可以用±12V 或±15V 直流稳压电源供电

6.画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。

4、设计过程

实验器材

1) uA741 2片 2) 稳压管（4.3或5.3V ） 2只 3) 15k 电位器 1只 4) 1k 欧姆电阻 1只 5) 10k 欧姆电阻 2只 6) 7.5 k 欧姆电阻 1只 7) 0.15uF 电容 1只 8) ±15V 直流电源 2台 9) 万用表 1台 10）示波器

实验原理

1．滞回电压比较器

图1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R 3起限流作用，R 2和R 1构成正反馈，运算放大器当u p >u n 时工作在正饱和区，而当u n >u p 时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压u in 小于某一负值电压时，输出电压u o = -U Z ；当输入电压u in 大于某一电压时，u o = +U Z 。运算放大器在两个饱和区翻转时u p =u n =0，由此可确定出翻转时的输入电压。u p 用u in 和u o 表示，有

2

1o 1in

22

1o

2

in 1p 1111R R u R u R R R u R u R u ++=++= 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压

th Z 2

1o 21in U U R R

u R R u μμ==-=

U th 称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图2所示。设输入电压初始值小于-U th ，此时u o = -U Z ；增大u in ，当u in =U th 时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小u in ，当u in = -U th 时，运放则开始进入负饱和区。

图1 滞回电压比较器图2 滞回电压比较器的直流传递特性如果给图1所示电路输入三角波电压，其幅值大于U th ，设t = 0时，u o= -U Z ，其输出波形如图3所示。可见，输出为方波。

图3 输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形

2．方波——三角波发生器

给图1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图4所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图4电路的输出电压u o1为方波，u o2为三角波，如图5所示。下面分析其振荡周期。

图4 方波——三角波发生器

积分器输出电压从-U th增加到+U th所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式

⎰+---=2

Z th th 00

d )(1T

t t t U RC U U

或 2

12Z th T

U RC U =

注意到Z 21th U R R U =，故 2

1

4R RCR T =

振荡频率则为 1

241

RCR R T f ==

图5 方波——三角波发生器的输出波形

3．方波——三角波发生器的设计

（1）双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取，电阻R 3根据双稳压二极管的最大电流确定。 （2）电阻R 1和R 2根据三角波的幅值确定。

（3）电阻R 和电容C 则根据振荡频率要求确定，电容C 的值不宜太大，以减小积分误差。

实验步骤

1．滞回电压比较器直流传递特性的测定

按图6接线（电路图特写），R 1=10k Ω、R 2=20k Ω、R 3=3.3k Ω、U Z ≈6V 、U += +15V ，U -= -15V ，最后在面包板上形成这样的电路(电路连线镜头)。给比较器加一适当频率和幅值的正弦电压，用示波器观察并记录传递特性和输出波形（教杆指向波形,方波），并测定阈值电压。

(a) (b)

图6 (a) 滞回电压比较器 (b)UA 741稳压二极管的封装

2．方波——三角波发生器实现

按图7接线（电路图特写），用示波器观察u o1和 u o2的波形（教杆指向波形），其中u o1为