集成运放构成正弦波 方波和三角波发生器

─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

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11－1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

Rf≥2 R1式中Rf＝RW＋R2＋（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11－1RC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 R1＝R1'＋RW'R2＝R2'＋RW\"

方波输出幅值 Uom＝±UZ 三角波输出幅值

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。

图11－2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11－3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11－4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11-3三角波、方波发生器

电路振荡频率 fO 方波幅值 U′om＝±UZ 三角波幅值 UomR2

4R1(RfRW)CfR1UZ R2R1可调节三角波的幅值。 R2调节RW可以改变振荡频率，改变比值

图11－4 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μA741×26、二极管IN4148×2 7、稳压管2CW231×1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11－1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11－2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。

3、三角波和方波发生器 按图11－3连接实验电路。

1) 将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出u0及方波输出uO′，测其幅值、频率及RW值，记录之。 2) 改变RW的位置，观察对uO、uO′幅值及频率的影响。 3) 改变R1(或R2)，观察对uO、uO′幅值及频率的影响。 五、实验总结 1、正弦波发生器

1) 列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较 2) 根据实验分析RC振荡器的振幅条件 3) 讨论二极管D1、D2的稳幅作用。 2、方波发生器

1) 列表整理实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值）。

2) 分析RW变化时，对uO波形的幅值及频率的影响。 3) 讨论DZ的限幅作用。 3、三角波和方波发生器

1) 整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。

2) 在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值。

3) 分析电路参数变化（R1，R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响。 六、预习要求

1、复习有关RC正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理，并估算

图11－1、11－2、11－3电路的振荡频率。 2、设计实验表格

3、为什么在RC正弦波振荡电路中要引入负反馈支路？为什么要增加二极管D1和D2？它们是怎样稳幅的？

4、电路参数变化对图11－2、11－3产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响？（或者：怎样改变图11－2、11－3电路中方波及三角波的频率及幅值？）

5、在波形发生器各电路中，“相位补偿”和“调零”是否需要？为什么？ 6、怎样测量非正弦波电压的幅值？

实验十二 RC正弦波振荡器

一、实验目的

1、进一步学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件 2、学会测量、调试振荡器 二、实验原理

从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。若用R、C元件组成选频网络，就称为RC振荡器，一般用来产生1Hz～1MHz的低频信号。 1、RC移相振荡器

电路型式如图12－1所示,选择R＞＞Ri。

图12－1RC移相振荡器原理图

振荡频率 fO1

2π6RC｜＞29 起振条件放大器A的电压放大倍数｜A电路特点简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般用于频率固定

且稳定性要求不高的场合。

频率范围几赫～数十千赫。

2、RC串并联网络（文氏桥）振荡器 电路型式如图12－2所示。

1振荡频率fO

2πRC|＞3 起振条件|A电路特点可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好

的振荡波形。

图12－2RC串并联网络振荡器原理图

3、双T选频网络振荡器

电路型式如图12－3所示。

图12－3双T选频网络振荡器原理图

1 5RCR起振条件R|AF|＞1

2振荡频率f0电路特点选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡。 注：本实验采用两级共射极分立元件放大器组成RC正弦波振荡器。 三、实验设备与器件

1、＋12V直流电源2、函数信号发生器 3、双踪示波器4、频率计

5、直流电压表6、3DG12×2或9013×2 电阻、电容、电位器等 四、实验内容

1、RC串并联选频网络振荡器

(1) 按图12－4组接线路

图12－4RC串并联选频网络振荡器

(2)断开RC串并联网络，测量放大器静态工作点及电压放大倍数。

(3)接通RC串并联网络，并使电路起振，用示波器观测输出电压uO波形，调节

Rf使获得满意的正弦信号，记录波形及其参数。 (4)测量振荡频率，并与计算值进行比较。

(5)改变R或C值，观察振荡频率变化情况。 (6)RC串并联网络幅频特性的观察

将RC串并联网络与放大器断开，用函数信号发生器的正弦信号注入RC串并联网络，保持输入信号的幅度不变（约3V），频率由低到高变化，RC串并联网络输出幅值将随之变化，当信号源达某一频率时，RC串并联网络的输出将达最大值（约1V左右）。且输入、输出同相位，此时信号源频率为 2、双T选频网络振荡器 (1)按图12－5组接线路

(2)断开双T网络，调试T1管静态工作点，使UC1为6～7V。

(3)接入双T网络，用示波器观察输出波形。若不起振，调节RW1，使电路起振。 (4)测量电路振荡频率，并与计算值比较。

图12－5双T网络RC正弦波振荡器

*3、RC移相式振荡器的组装与调试

(1) 按图12－6组接线路

(2)断开RC移相电路，调整放大器的静态工作点，测量放大器电压放大倍数。 (3)接通RC移相电路，调节RB2使电路起振，并使输出波形幅度最大，用示波器观测输出电压uO波形，同时用频率计和示波器测量振荡频率，并与理论值比较。

*参数自选，时间不够可不作。

图12－6RC移相式振荡器

五、实验总结

1、由给定电路参数计算振荡频率，并与实测值比较，分析误差产生的原因。 2、总结三类RC振荡器的特点。 六、预习要求

1、复习教材有关三种类型RC振荡器的结构与工作原理。 2、计算三种实验电路的振荡频率。

3、如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。