低频电子线路 硬件实验报告 集成运算放大器的基本应用

实验九 集成运算放大器的基本应用

波形发生器

一、实验目的

1. 学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。

2. 学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。 二、实验原理

1. RC 桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）

图1 RC 桥式正弦波振荡器

选频网络：RC 串、并联电路构成正反馈支路；

调节电位器RW ，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。 稳幅：利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

电路的振荡频率 ：

O 1

f 2πRC

起振的幅值条件

式中R f ＝R W ＋R 2＋（R 3 // r D ），r D — 二极管正向导通电阻。

调整反馈电阻Rf （调RW ），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，则应适当减小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，而调节R 作量程内的频率细调。 2. 方波发生器

图2方波发生器

由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC 积分器两大部分。图2所示为由滞回比较器及简单RC 积分电路组成的方波—三角波发生器。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

电路振荡频率：

式中 R1＝R1'＋RW' R2＝R2'＋RW" 方波输出幅值： Uom ＝±UZ 三角波输出幅值：

Z

2

12

cm U R R R U +=

)R 2R Ln(1C 2R 1

f 1

2

f f o +

=

2≥f

1

R R

调节电位器RW （即改变R2／R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变Rf （或Cf ）来实现振荡频率的调节。 3. 三角波和方波发生器

图3三角波、方波发生器

如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 3 所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图4为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。

电路振荡频率：

=

+2

O 1f W f R f 4R (R R )C

方波幅值： U ′om ＝±UZ 三角波幅值：

调节RW 可以改变振荡频率，改变比值可调节三角波的幅值。

=

1

om Z 2

R U U R 12

R R

图4方波、三角波发生器输出波形图

三、实验设备与器件

1、±12V直流电源 5、集成运算放大器μA741×2

2、双踪示波器 6、二极管 IN4148×2

3、交流毫伏表 7、稳压管 2CW231×1

4、频率计电阻器、电容器若干

四、实验内容

1.RC桥式正弦波振荡器

(1)按图1连接实验电路，接通±12V电源；

仿真电路：

(2)调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真，完成表一。

表一

仿真波形：

(3)用示波器或频率计测量振荡频率fO，然后在选频网络的两个电阻R上并联同

一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并与理论值进行比较。

表二

(4)断开二极管D1、D2，重复(2)的内容，将测试结果与(2)进行比较，分析D1、

D2的稳幅作用。

表三

2.方波发生器

(1)按图2连接实验电路；

仿真电路：

(2)将电位器RW调至中心位置；

(3)示波器观察方波uO及三角波uC的波形，测量其幅值及频率；

表四

仿真波形：

(4) 把Rw 动点调至最上端和最下端，测出频率范围；

表五

(5) 将RW 恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察uO 波形。

去掉D1管波形： 去掉D2管波形：

去掉D1仿真波形

去掉D2仿真波形

3.三角波和方波发生器

(1)按图3连接实验电路；

仿真电路：

(2)将电位器RW调至合适位置，用示波器观察三角波输出u0及方波输出uO′，

测其幅值、频率及RW值；

表六

2.57

①RW对uO、uO′幅值及频率的影响：

接在电路中Rw有效值越大，输出波形的频率越小，幅度也小。

②改变R1(或R2)对uO、uO′幅值及频率的影响：

R1越大，频率越小，幅值越大；

R2越大，频率越小，幅值越小。

五、实验总结

这些发生器电路中，没有二极管或者稳压管也可以达到产生相应信号的要求，但有了它们可以很好的稳压以及达到比较好的对称性，包括保证输出波形正、负半周对称，以及占空比也能达到50%左右。

实验测量过程中遇到的最大的困难是起振的调试，因为波形变化十分快，难以找到恰好起振的点，解决方法如下：

将示波器时间轴调到500ms/格，达到扫描效果，将电压轴的单位值也调到比较小，使得电压的较小变化也容易分辨；逐渐增大Rw，到达某一点时，示波器上的直线会突然加粗，这一点就是起振点。