实验九 波形发生器仿真实验报告.doc

南昌大学实验报告学生姓名： 学 号: 专业班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2017.12.25 实验成绩： 实验九 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 RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）：图2-1 RC桥式正弦波振荡器原理图 RC串并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频电路，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 f0=12RC 起振的幅值条件 RfR12式中Rf=Rw+R2+(R3/rD)，rD为正向导通电阻。调整反馈电阻Rf（调节Rw），使电路起振，且波形失真最小。如果不能起振，则说明负反馈太强，应该适当加大Rf。如果波形失真严重，则应该适当减小Rf。方波发生器：图2-2 方波发生器原理图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。如图所示，滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波三角波发生器。特点是线路简单，但是三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或者对三角波要求不高的场合。电路振荡频率 f0=12RfCfLn(1+2R2R1) 式中 R1=R1+Rw 方波输出幅值 Uom=UZ 三角波输出幅值 Ucm=R2R1+R2UZ调节电位器Rw（即改变R2/R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也会随之变化。如果想要互不影响，则可以通过改变Rf或者Cf来实现振荡频率的调节。三角波和方波发生器：图2-3 三角波和方波发生器原理图如果把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，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。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 f0=R24R1(Rf+Rw)Cf 方波幅值 Uom=UZ三角波幅值 Uom=R1R2UZ调节Rw可以改变振荡频率，改变R1R2比值可以调节三角波的幅值。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 UA7412 6、 二极管 1N41482 7、 稳压管 2CW2311，电阻器，电容器若干四、 实验预习RC桥式正弦波振荡器仿真图：图4-1 临界起振 Rw=8.02k Uo=5.01V f=159Hz图4-2 最大不失真 Rw=8.6k Uo=7.36V f=158Hz图4-3 失真 Rw=9.5k Uo=7.7V f=157Hz图4-4 最大不失真 Uo=7.361V U+=2.453V U-=2.428V图4-5 选频网络再并联电阻R f=317Hz 图4-7 断开二极管时最大不失真 Uo=7.454V U+=2.484V U-=2.436V图4-7 RC串并联网络 Ui=3V Uo=0.987V f0=196Hz仿真结果分析(1) 临界起振时，Rw=8.02k，最大不失真时，Rw=8.6k，失真时 Rw=9.5k。从仿真结果可以看出，负反馈减弱到一定值时，才能起振。调节Rw能够改变Rf，也就是说增大Rw，从而间接增大Rf，减弱负反馈，起振。当Rw增大到一定值时，输出波形会失真。(2) 最大不失真情况下，测得Uo=7.361V,U+=2.453V,U-=2.428V, UoUp=3.004符合幅值平衡条件Au=UoUp=1+RfR13。(3) 并联电阻后频率变为原来的两倍。(4) 断开二极管之后，测量得出幅值变化范围增大。可知二极管有稳幅作用。方波发生器仿真图：图4-8 电位器在中点 Uc=1.68V Uo=5.34V f=436Hz图4-9 电位器在最下端 Uc=1.11V Uo=5.31V f=681Hz图4-10 电位器在最上端 Uc=2.3V Uo=5.34V f=300Hz图4-11 短接一只稳压管 Uo=2.32V f=304Hz仿真结果分析：DZ能够使输出电压Uo被稳定在UZ，保持恒定。三角波和方波发生器波形图：图4-12 Uo=1.59V Uo=5.41V f=149Hz Rw=5k仿真结果分析：经过调节电阻，可知：1、 改变Rw的位置会影响Uo和 f，Rw减小，Uo减小 ， f增大。2、 改变R1的位置会影响Uo和 f，R1减小，Uo减小 ， f增大。3、 改变R2的位置会影响Uo和 f，R2减小，Uo增大 ， f减小。五、 实验结果与分析RC桥式正弦波振荡器波形图：图5-1 临界起振 Rw=19.92k Uo=7.14V f=108.2Hz图5-2 最大不失真 Rw=21.98k Uo=7.28V U+=2.37V U-=2.35V图5-3 失真 Rw=24.56k实测结果分析：1、由于实验箱上的10k电位器损坏，所以选用了100k电位器，因此不能微调，稍微拧一下旋钮，阻值就会发生很大的变化，所以无法很精确地找到临界起振和最大不失真情况。我测得的临界起振时，Rw=19.92k，最大不失真时，Rw=21.98k，失真时 Rw=24.56k。从实验结果可以看出，负反馈减弱到一定值时，才能起振。调节Rw能够改变Rf，也就是说增大Rw，从而间接增大Rf，减弱负反馈，起振。当Rw增大到一定值时，输出波形会失真。2、最大不失真情况下，测得Uo=7.28V , U+=2.37V , U-=2.35V，UoUp=3.0717，符合幅值平衡条件Au=UoUp=1+RfR13。3、实验箱上没有足够的10k电阻进行实验，所以无法操作。4、断开二极管之后，测量结果与（1）基本没有差别。后经测试，发现选用的二极管均已损坏。方波发生器波形图：图5-4 电位器在中点 Uc=2.34V Uo=4.30V f=195.8Hz图5-5 电位器在下端 Uc=1.62V Uo=3.26V f=216.9Hz图5-6 电位器在上端 Uc=2.74V Uo=4.32V f=151.0Hz图5-7 短接一只稳压管 Uo=4.80V f=127.7Hz实验结果分析： 1、当Rw调到最上端时，频率最小，调到最下端时，频率最大。实测频率范围151.0Hz-216.9Hz，与仿真结果出入很大。主要是由于实验板有部分元件已经损坏。 2、稳压管短接后，方波输出电压增大，超出幅值。三角波和方波发生器波形图：图5-8 Uo=4.32V Uo=10.5V f=102.3Hz Rw=5.