实验七：波形发生电路

东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：电子线路实践

第七次实验

实验名称：波形发生电路

院（系）：信息科学与工程学院专业：信息工程姓名：学号：

实验室: 实验组别：

同组人员：实验时间：2013/5/17

评定成绩：审阅教师：

实验七 波形发生电路 一、实验目的

1、 掌握正弦信号和非正弦信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各

参数对电路性能的影响。

2、 了解各种波形之间变换方法，重点是正弦波、方波、三角波之间的变换。

3、 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。

二、设计原理

1、 正弦波信号发生电路分析计算（图8-1）：

(I) 放大器为同相放大器，其增益为 1F

f

R R +

(II) 对于RC 串并联电路

1//

1111()(//)3()o R V j C

V R R j RC j C j C RC

ωωωωω+==+++-

(III) 为了保证正反馈，该RC 串并联网络在振荡频率f 0时的相移必须为0，即上式中分

母的虚部系数在f 0时为0，即RC f RC f 00212ππ=

，由此推出RC

f π21

0=

(IV) 由于振荡频率f 0时

3

1

=+V V O ，所以为了保证满足环路增益大于1的起振条件，放大器的增益必须略大于3，即

F

f

R R 略大于2，当振荡器稳定是环路增益为1，放大器的增益为3，

2F

f

R R = 2、 矩形波信号发生电路分析计算（图8-4，R D1、R D2是二极管D1、D2的导通电阻）：

(I) 当U 0为正值的时候，二极管D1导通，D2截止，电容C 充电的时间常数为：

1111()W D R R R C τ=++

(II) 当U 0为负值的时候，二极管D2导通，D1截止，电容C 放电的时间常数为：

1221()W D R R R C τ=++，

(III) RC 电路总的充放电时间常数12121(2)w D D R R R R C τττ=+=+++，

2113ln(12

)R T R τ=+ 2223

ln(12)R T R τ=+ 周期22121212133

()()ln(12

)(2)ln(12)w D D R R

T T T R R R R C R R ττ=+=++=++++ 占空比

221

21111

w D w D R R R T T R R R ++=++ 对于图8-2的方波信号发生器 2

123

()2ln(12

)F R T T T R C R =+=+ 3、 三角波信号发生电路分析计算(图8-5)

(I) 幅度：

同相端电位由U 01和U 02共同决定即：01102221

1

()W W V U R U R R R +=

++

当V + > 0，U 01=U Z ; 当V + < 0，U 01=-U Z ，U 01发生跳变的临界条件是V+ = V- =0即：

01202121

1

()0m w W U R U R R R +=+

其中负向峰值1

22

W O m Z R U U R =-

同理可求得输出电压得正向峰值为

1

2

W Z R U R (II) 周期

由于积分电路输出电压从负向峰值上升到正向峰值所需的时间是振荡周期的一半，即U 02在T/2时间内的变化量是2U 02m ，由积分电路的输入输出关系得：

2

022

012T Z

m

W U dt U C R =⎰ ―——> 02122244m W W W Z U R R C T R C U R ==

三、预习思考

1、 正弦波发生电路

(I) 简述正弦波发生电路的振荡条件和主要组成部分并在图8-1的电路上标出主要组成

部分名称。

答：正弦波发生电路振荡必须要同时满足起振条件||1AF >；幅度平衡条件||1AF =和

相位平衡条件2(0,1,2...)

A F n n ϕϕπ+=±=。

电路组成：基本放大电路、选频网络、反馈网络、稳幅环节。

(II) 电路中的两个二极管是如何起到稳幅作用的，为什么要在二极管两端并联一个电

阻。

答： 利用二极管导通电阻的非线性可控制负反馈的强弱，从而控制放大器的电压放大倍数以达到稳幅的目的。 振荡刚建立时，振幅较小，流过二极管的电流也小，其正向电阻大，负反馈减弱，保证起振时振幅增大；但当振幅过大时，其正向电阻变小，负反馈加深，保证了振幅的稳定。

二极管两端并联电阻用于适当减小二极管的非线性影响，从而改善波形的失真。

(III) 根据图8-1中各元件的参数，计算输出正弦波的频率。是否R 1、R 2、C 1、C 2调到无

穷小，输出信号频率就能无穷大，为什么。（提示：从运放的转换速率和增益带宽积来考虑）

答：输出正弦波的频率：

11

1.5922100.01f K RC K u ππ=

==⨯⨯

R 1、R 2、C 1、C 2调到无穷小，输出信号频率也不能无穷大。因为运放的增益带宽积近似

为一常数，频率增大增益将减小，将会不再满足电路的起振条件。且因受运放的转换速率限制，当输出信号的频率过高时，运放来不及反应，输出波形会失真。

(IV) 如果R W =18k ，二极管的正向导通压降为0.6V ，试估算输出正弦波的幅度和电路的

最大可能输出频率，影响输出信号频率精度的主要因素有哪些。 答：已知，Rf=10K,Rw=18K,Vd=0.6V,根据

0.61,3

o f f w O V V V R R R V ---==+,可得输出正弦波的峰值 9O V V =.该电路的最大输出频率主要受运放转换速率的影响，计算可得 00.5

8.84229

R MAX S f K V ππ≤

==⨯ 影响输出信号频率精度的主要因素有:RC 器件本身的精度，运放输入失调电压，失调电流和噪声的影响

(V) 如果图8-1中R W 调到最小值时输出波形是什么，如果调到最大值时输出波形又是

什么（定性说明即可）。

答：R W 调到最小值时：输出波形将变为一条水平线，这是由于

2F

f

R R <，放大器的增益小于3，不满足振荡的起振条件而停振。

R W 调到最大值时：放大器的增益过大，此时输出波形的幅值将会非常大，使二极管无法实现稳幅的作用，使放大电路进入非线性工作区。输出波形的顶部和底部被削平了，波形将近似是一个方波。