波形产生电路

1、课程信息师资力量电子教案助学课件实验教学教学录像教学资源扩展课程实验一波形产生电路一、实验目的通过实验，学会用集成运放组成各种波形发生电路，并掌握电路的调整及测量。二、实验原理 根据自激振荡原理，采用正、负反馈相结合，将一些线性的和非线性的元件与集成运放进行不同组合，就能产生各种波形。本实验仅限于对最基本的波形发生电路进行研究。1. 正弦波发生器文氏电桥正弦波发生器是一种常用的RC振荡器，它的电路如图3.1.1所示。图中，具有选频特性的串、并联网络构成了正反馈支路。负反馈支路中的电位器Rw是用来调节负反馈深度以保证起振条件和改善波形。根据起振条件，反馈系数应满足kf+kf=（3-1-1）则RF

2、2R4。由于实际运放的开环增益是有限值，因此必须略大于R4的两倍。同样，考虑到实际运放输入电阻Ri（这里是同相端的）和输出电阻的影响，正弦波的频率为 f0 =（3-1-2） 当取C1=C2=C， R1R2R，且满足Ri R Ro时 通常，电路元件值的确定，可按下列步骤进行：（1）根据所需要的振荡频率计算RC值。（2）由Ri R Ro，选取合适的R，然后再确定C。（3）为了减小偏置电流影响，尽量满足RFR4R，同时由反馈系数要求，即可确定RF和R4的大小。（4）当需要振荡频率较高时，必须选用GBW较高的集成运放。 实验电路中采用了匹配对接的两只二极管作为稳幅电路，其上并接R3是用于适当削弱二极管

3、的非线性影响，以改善波形失真。 2. 方波发生器电路如图3.1.2所示。由图可见，由R1、R2组成了正反馈网络。当有输出电压vo时，则反馈同相端的电压v+ = 。而负反馈网络是由R、C组成的充、放电回路，运放在此仅起着比较器的作用。它利用电容两端电压vC和v+比较，决定着vo的极性是正或是负，vo的极性又决定着通过电容的电流是充电（使vC增加）还是放电（使vC减小），而vC的图3.1.2 方波发生器高低，再次和v+ 比较决定vo的极性，如此不断反复，就在输出端产生周期性的方波。可以证明方波的频率为 （3-1-3） 由此可知，方波频率不仅与RC有关，还与正反馈网络的R1、R2比值有关，调节电位器

4、Rw以改变R值，从而改变方波信号的频率。图3.1.3示出了电容两端电压vC和输出电压vo的波形图。 实验电路中使用两个稳压二极管，以保证方波的正负对称性。R3是稳压管的限流电阻。在考虑正反馈支路R1和R2的取值时，必须注意，不能使vo反馈到同相端v+的峰峰值超过运放的共模输入电压范围VICR，否则将会使运放损坏。3. 宽度可调的矩形波发生器 图3.1.4 宽度可调的矩形波发生器 由方波发生器电路可以看出，如果设法改变充、放电时间常数，即可实现矩形波宽度可调。其电路如图3.1.4所示。当Rw动臂上移时，充电时间常数将大于放电时间常数，则波形变宽。反之则变窄。图3.1.4所示输出电压vo的波形正属

5、于这种情况。因此通过调节Rw，即可连续地改变其占空比Dt/T的大小。必须指出：运放的转换速率将影响脉冲前、后沿的陡度，欲要得到窄脉冲输出，必须选用SR高的运放。4. 阶梯波信号发生器 图3.1.5 阶梯波电压发生器 电路如图3.1.5所示。它实际上是将方波序列转变为阶梯波的电路。由于D1、D2的单向导电性，保证了电荷单方向传递到反馈电容C3上去。当方波发生器输出的方波电压vo1为Vz时，D1导通（导通电压为VD），D2截止。C2通过D1放电直到vC2(VZVD)；当vo1为+Vz时，D2导通，D1 截止，则C2上的电压将被充到vC2+(VZVD)。因此，在一个周期中，C2上的电荷变化量为Q=2

6、C2(VzVD)。这也是一个周期中传递给C3上的电荷量。这样，在一个周期中，两端的电压增量为 vC3 = =（VzVD ） （3-1-4）由于二极管保证了电荷只能单向传输，所以每一个阶梯的电压幅度均为vC3，保持时间与方波的周期相等。这样，每当方波经过一个周期，输出波形就变化一个阶梯vC3。设经过n个周期后，vC3达到单结晶体管BT33的峰点电压Vp(即nvC3Vp)时，单结晶体管eb1之间导通，vC3经eb1向10电阻放电，使vC3复位为零，又开始下一个循环。在忽略复位时间时，阶梯波电压的周期可近似为： Tz = nT T （3-1-5） 式中，T为方波周期。由此可知，在Vp和VZ被确定后，

7、阶梯波的级数n将由C2 和C3的大小决定。为了得到一定的级数，一般取C(510)C2。三、实验仪器双踪示波器 1台直流稳压电源 1台万用表 1块四、实验内容1. 正弦波信号发生器检查装接电路无误后，开启电源，用示波器观察并记录输出波形。调节Rw，在输出为不失真的正弦波的情况下，测量几组数据。 （1）用示波器分别测量vo和v+，看其比值是否符合理论值。 （2）用示波器测量信号的频率。 v+vovo / v+频率f第一组(对应最大输出) 第二组（调节电位器） *（3）若在R1、R2 上并联同值电阻，观察频率变化情况。2. 方波信号发生器 （1）接通电源，将电位器置中间位置，用示波器同时观察并记录v

8、C和vo的波形，画出vC和vo的波形，并在波形上标出相应的数值。 （2）调节Rw，观察方波频率变化情况。将Rw调至最大和最小时，分别测量出fmin和fmax，并与理论值比较。（3）将C替换为0.01F、0.001F，观察并记录vC和vo的波形及数值。 vCvofmax (kHz)fmin (kHz)数 值 波形0.01F 0.001F 3. 宽度可调的矩形波信号发生器 vC波形vo波形占空比Rwmax Rwmin （l）接通电源，用示波器同时观察并记录vC和vo的波形，内容同上。（2）调节Rw，观察矩形波宽度变化情况，当Rw置于最大和最小值时，用示波器测量两种情况下的占空比。 4. 阶梯波信号

9、发生器 （1）接好电路，接通电源，将电位器置中间位置。用示波器同时观察方波信号和阶梯波信号波形，画出波形，测量电压峰-峰值及其阶梯数n； (2) C3换为0.02F时测量其阶梯数n。五、实验预习1. 认真预习本实验内容，弄清各电路工作原理及各元件作用。2. 根据电路元件，计算好各电路的参数值，以便和实测值比较。 具体包括： 正弦波振荡器 f0 方波发生器 fmin和fmax、Vc。电路中VZ1=VZ2 =2V。3. 完成预习报告，写出实验步骤。步骤中应对各种参数的改变而产生的影响进行分析。4. 完成自测题。六、实验报告要求1. 整理实验数据，与理论值比较，并进行分析讨论。2. 用坐标纸描绘观察

10、到的信号波形，在波形上标注出其幅度值和周期值。七、思考题1.在波形发生器各电路中，是否需要考虑运放的调零，为什么？2.在方波发生器实验中，若在运放的输出端不加R3会产生什么影响？试分析之。八、自测题1. 单结晶体管应有_只管脚。A. 2 B. 3 C. 42. 正弦波发生器不加负反馈可以吗？A. 可以 B. 不可以3. 现有三种集成运放LM741、LM747、NE5532，根据书后元件参数表判断_运放最适合做高频正弦波发生器。A. LM741 B. LM747 C. NE55324. 正弦波发生器电路中是否可用一个稳压二极管代替D1、D2？A. 可以 B. 不可以附：单 结 晶 体 管（UJT

11、） 单结晶体管UJT (Unijunction Transistor)，又称单结管，原来叫做双基极二极管。它是由一个PN结和两只内电阻构成的三端元器件，其工作原理不同于双极性晶体管及场效应管。UJT具有负阻特性，可广泛用于定时、振荡、双稳及调光、调温等电路。国产UJT典型产品有BT31 BT37，国外典型产品有2N4646、2N4648等。 (a) 内部结构 (b) 符号表示 (c) 等效电路 (d) 外形及引脚排列图3.1.6 单结管的内部结构、符号表示、等效电路以及引脚排列单结管的内部结构、符号表示、等效电路以及引脚排列，如图3.1.6(a)、（b）、（c）、(d)所示。引脚b1、b2分别为第一基极和第二基极（双基极），e为发射极。e极和N型硅片间构成一个PN结。PN结A点至两基极间的等效电阻分别用rb1和rb2表示。两基极间的电阻用rBB表示，rBB= rb1 + rb2 。单结管的伏安特性曲线示于图3.1.7。共分三个区截止区、负阻区、饱和区。图3.1.8为单结管的工作原理图。在电路中让基极2（b2）比基极l（b1）电位较正，图中电源电压VBB的正极接b2、负极接b1；发射极接触发电压VE。即使UJT处于截止区，从B1到B2仍有少量电流。沿着N型硅片存在着一个电压梯度VA。发射极电压VE等于启动或峰值电压VP(VP =VA+VD，VD为eb1之间的正向压