RC波形发生电路实验

1、、实验目的学习使用运放组成方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器和正弦波发生器二、实验仪器示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字多用表三、实验原理1）方波发生器设电路通电瞬时，电容上的电压为0 ，电路输出为 Vz，这时运放正相输入端为VP1=VzR1/（R1+R2）=FVz运放输出电流经 R3，RP,R4向电容 C充电。运放反相输入端 Vn 随时间延续电压升高， 当vn=VP1时，电路输出翻转， vo由Vz变为-Vz ，vp由VP1=FVz变为 VP2=-FVz。这时由“地” 向电容反相充电， vn随时间延续电压下降，当 vn=VP2，电路输出翻转， vo由-VZ变为 Vz， vp 由 VP2=

2、-FVz变为 FVz，周而复始， 电路输出方波。在稳态， 输出为 Vz 的时间可用以下方 法推导： 在起始时刻， 电容上的电压为 Vc（0）=-FVz, 电容充电的终了电压为 Vz，所以电容上 的电压为Vc（t ）=Vz+（-FVz-Vz ） e（-t/RC ） 当电容上的电压达到 FVz 时，电路翻转，记电容充电时间为FVz=Vz+（-FVz-Vz ）e（ -t/RC ）=RCln（ 1+F） / （ 1-F）输出方波的周期为 2，所以输出方波的周期为T=2（Rp+R4）Cln （1+2R1/R2）2）占空比可调的矩形波发生器RPPRP与方波发生器相比， 非 C 正向充电和反向充电使用的不同

3、的路径， 从而使得高电平持续 时间和低电平持续时间不同。当输出为高电平 Vz 时，运放输出的电流经 Rpp，D1,R4向电容充电， 类同于对方波发生 器的分析，忽略二极管的开启电压，容易得到输出高电平的持续时间为1=（Rpp+R4）Cln （ 1+2R1/R2） 类似地可求得输出低电平的持续时间为2=（Rpn+R4）Cln （ 1+2R1/R2） 输出的周期为 T=1+2=（Rp+2R4）Cln （1+2R1/R2） 占空比为 =1/ 2=（ Rpp+R4）/ （Rpn+R4）3）三角波发生器设电路通电瞬间，即 t=0 时，电容上的电压为 0，积分器输出 vo=0 ，过 0 比较器输出为 vo

4、1=Vz，这时运放 AR1正相输入端电压为Vp1=（ Vz-vo ） Rp/（R1+Rp）+vo=RpVz/（R1+Rp）+voR1/（R1+Rp）0运放 AR1输出保持为高电平。 积分器输出线性地下降。 当 Vp1等于 0 时，对应于时刻， 这时过 0比较器翻转， vo1=-Vz ，记此刻的积分器输出电压值为 VoN，有 RpVz（/ R1+Rp）=-R1VoN/ （R1+Rp）解得 VoN= -RpVz/R1VzdtVoN=-1/R3C 0=-Vz /R3C三角波周期为 T=4 =4R3RpC/R1 幅值为 Vom=|von|=RpVz/R14）锯齿波发生器与三角波发生器相比， 不同之处是

5、： 给 C 正向充电和反相充电使用了不同的路径， 从而 使得输出 Vo1 高电平持续时间和低电平持续时间不同。电容反相充电电流经过 C,R4,Rpn ， D2，类似于对三角波周期的推导，忽略二极管的开启电压，容易得到锯齿波的下降时间为 2=2（Rpn+R4） R1C/R2电容正向充电电流经过 C,R4,Rpp， D1，忽略二极管的开启电压，容易得到锯齿波的上 升时间为1=2（ Rpp+R4） R1C/R2 锯齿波的周期为 T=1+2=2（Rp+2R4） R1C/R2 类似于对三角波幅值的推导，容易得到锯齿波的幅值为 Vom=R1Vz/R2四、实验项目1. 仿真1）方波发生器R4+Rp/k204

6、06080100幅值 /v3.363.373.383.373.36周期 /ms6.418.3410.3712.4414.21分析：随着 Rp 阻值的改变，幅值几乎不发生变化，但是周期随着Rp的增大而增大结论：符合预期。2）占空比可调的矩形波发生器R4+Rpp/k20406080100R4+Rpn/k10080604020周期 /ms10.610.911.110.910.7幅值 /V3.373.373.373.373.37占空比0.20.5125分析：无论 Rpp和 Rpn怎么变， 矩形波的幅值不变，当占空比为 1的时候周期最长，而当占 空比越偏离 1 的时候，周期越小，但是这个差距并不明显。结

7、论：符合预期。3）三角波发生器Rp=10kVoVo1幅值 /V3.7563.35周期 /ms9.39.4Rp=15kVoVo1幅值 /V5.1343.35周期 /ms14.114.1分析：通过改变 Rp的阻值可以改变三角波的周期 结论： Rp变大，三角波的周期变大4）斜率可调锯齿波发生器Rp/k 1030507090幅值 /V3.363.383.563.323.40周期 /ms64.3463.2164.4862.2363.211/ms10.418.230.840.948.72/ms49.841.331.420.29.9分析： 随着 Rp的改变，当 Rp处于滑动变阻器的中间值时幅值最大， 从中间

8、向两边递减。 周 期几乎没什么变化。结论：符合预期。2. 实物实验（1）方波发生器实验值：R4+Rp/k20406080100幅值 /v5.85.95.95.95.9周期 /ms3.45.67.69.611.6理论分析值：R4+Rp/k20406080100T/ms4.49.613.217.622分析：同仿真结论： 周期数据比仿真值和理论计算值要小很多， 周期实验数据可能出错， 幅值数据大约是 仿真的 2 倍2）占空比可调的矩形波发生器R4+Rpp/k20406080100R4+Rpn/k10080604020周期 /ms8.28.48.58.48.1幅值 /V5.95.95.95.95.9占

9、空比0.20.5125理论分析值R4+Rpp/k20406080100T/ms13.213.213.213.213.2分析：同仿真。结论：幅值数据大约是仿真的 2 倍，周期数据比仿真数据小一些而理论值小更多， 实验有误 差（3）三角波发生器Rp=10kVoVo1幅值 /V5.455.65周期 /ms8.888.9Rp=15kVoVo1幅值 /V8.25.9周期 /ms13.213.2分析：改变 Rp的值，即可改变三角波的周期，且 Rp 的值越大，三角波的周期越大 结论：周期数据大致相等，幅值数据大约是仿真的 2 倍4）斜率可调锯齿波发生器Rp/k 1030507090幅值 /V6.055.95

10、.95.96.05周期 /ms62.561.661.461.662.71/ms8.919.329.334.242.12/ms41.433.427.419.78.9理论估算值Rp/k 1030507090 1/ms8.817.626.435.244 2/ms4435.226.417.68.8分析： 1 和2 数据与理论计算值差不多，周期数据大致相等，幅值数据大约是仿真的2倍， 1 和2 数据和仿真相差很大 结论：仿真数据不精确，实验和理论相符。五、实验小结和思考题1. 实验小结本次实验比较顺利， 在老师的两次帮助下提前完成了。 这次实验我认识到了电路板上电 源出的保险丝的重要性， 由于电路中有短路线路， 保险丝熔断保护了电路， 证明老师以前一 直强调的电源接法对安全的重要性。本次实验最大的失误在于把书上电路图中的“+”号误以为是电源接入点，把电源正相输入端连了放大器负极， 导致大错。 仿真的时候学习到了用