由集成运算放大器组成的波形放大器窝.doc

广州大学学生实验报告开课学院及实验室： 机电学院 电子实验楼402室 2013年12月13日学院机械与电气工程学院年级、专业、班12级、电气自动化、电气121姓名陈海兵学号1207300045实验课程名称模拟电子技术实验成绩实验项目名称由集成运算放大器组成的波形放大器指导老师陈虹一、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、实验原理由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简单的几种电路加以分析。1、 RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）图111为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。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。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稳幅。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 : 起振的幅值条件 :2式中RfRWR2（R3 / rD），rD 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。图1 RC桥式正弦波振荡器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11-2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R1R1RW R2R2RW 方波输出幅值 UomUZ三角波输出幅值调节电位器RW（即改变R2R1），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。图2 方波发生器3、三角波和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。 图3 三角波、方波发生器电路振荡频率 方波幅值 UomUZ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。 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 2、双踪示波器3、交流毫伏表 4、频率计5、集成运算放大器 A7412 6、二极管 IN41482 7、 稳压管 2CW2311 电阻器、电容器若干。四、实验内容1、 RC桥式正弦波振荡器按图111连接实验电路。1)接通12V电源，调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘uO的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的RW值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。2)调节电位器RW，使输出电压uO幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压UO、反馈电压U+和U-，分析研究振荡的幅值条件。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。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。*5) RC串并联网络幅频特性观察将RC串并联网络与运放断开，由函数信号发生器注入3V左右正弦信号，并用双踪示波器同时观察RC串并联网络输入、输出波形。保持输入幅值（3V）不变，从低到高改变频率，当信号源达某一频率时，RC串并联网络输出将达最大值（约1V），且输入、输出同相位。此时的信号源频率2、方波发生器按图112连接实验电路。1)将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波uO及三角波uC的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。2)改变RW动点的位置，观察uO、uC幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。3)将RW恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察uO波形，分析DZ的限幅作用。五、实验过程原始记录及分析1.RC桥式正弦波振荡器、uo的临界起振，输出波形，失真波形（1）u0临界起振波形图，临界起振的Rp=4.6k （2）正弦波输出，Rp=6.6k 图5 临界起振波形图 图6 正弦波输出波形图（3）失真情况下波形图，Rp=6.9k 图7 波形失真图 图8 在R上并联同一阻值的电阻uo波形、U0的有效值为6.82v，反馈电压U+=0.3mv，U-=-1.4mv，所以振荡的幅值条件是总增益大于1，可以产生振荡，但是，输出信号会越来越大，最后收器件电源电压限制，输出被限幅，输出波形会有畸变。因此，幅值平衡条件是总增益=1。、振荡频率f。=1.285KHz,在R并上同一阻值的电阻后f。=2.551KHz。理论计算的f。=1.592KHz，比较可知实验得到的振荡频率与理论计算的有误差，这是由于实验电路的电阻电容不能保证完全准确，有些电阻电容存在误差，使实验结果有误差。断开D1、D2后，测得U0=6.61v，U+=1.2mv，U-=0.3mv,与比较可知U0的值减小了，二极管可看成非线性电阻，其导通电阻随U0的增大而减小，从而使电路的负反馈加深，电压放大倍数下降，起到稳幅的作用。2由单运放构成的方波-三角波发生器方波及三角波波形，其中方波u0=4.38v，f。=1.398KHz,三角波uc=2.27v，f。=1.398KHz。 图9 方波及三角波波形图Rp调至最上端时f。=0.904KHz，Rp调至最下端时f。=2.262KHz。Rp由最上端调到最下端时，R1的阻值不断增大，R2的