由集成运算放大器组成的波形发生器

一、实验目的

1. 学习用集成运放构成正弦波、方波、三角波发生器。
2. 掌握正弦波、方波、三角波发生器电路的原理。

二、实验设备与器件

1. 电子实验台
2. 双踪示波器
3. 电阻、电容若干
4. uA741集成运放2片

二、实验电路和原理

图1  RC桥式正弦波振荡器

       正弦波振荡电路必须具备两个条件是：一必须引入反馈，而且反馈信号要能代替输入信号，这样才能在不输入信号的情况下自发产生正弦波振荡。二是要有外加的选频网络，用于确定振荡频率。因此振荡电路由四部分电路组成：1、放大电路，2、选频网络，3、反馈网络，4、稳幅环节。图1电路常称为文氏电桥RC正弦波振荡电路，用于低频振荡，产生1MHz以下的低频正弦波信号。该电路在反馈支路串联两个并联的二极管D1、D2，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。

正弦波输出频率为：

图2  方波、三角波发生器

        图2是一个三角波发生器，其中前半部分是一个滞回比较器，后半部分为积分电路。滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变。

计算过程如下：

滞回比较器同相输入端电压：

       以后重复上述过程，于是滞回比较器的输出电压Uo'成为周而复始的矩形波，而积分电路的输出电压uo也成为周而复始的三角波。

       该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。三角波输出信号的幅度等于滞回比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压：

四、实验内容与步骤

1. RC桥式正弦波振荡器

1. 用导线按图1连接好实验电路。
2. 接通741上的±12V电源，用示波器观察波形，调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。
3. 调节电位器RW，使输出电压uO幅值最大且不失真，测量反馈电压uf和输出电压uO正弦波的峰峰值Ufpp和UOpp(V)，分别测量和理论计算正弦波的频率。
4. 断开二极管D1、D2，重复(3)的内容，将测试结果与(3)进行比较，分析二极管D1、D2的稳幅作用。

表1

uO 波形	Ufpp (V)	UOpp(V)	uf与uO的相位关系	测量频率	计算频率
	6.684	19.985	同相	1.579KHz	1.592KHz

断D1：

uO 波形	Ufpp (V)	UOpp(V)	uf与uO的相位关系	测量频率	计算频率
	6.617	20.008	同相	1.578KHz

断D2：

uO 波形	Ufpp (V)	UOpp(V)	uf与uO的相位关系	测量频率	计算频率
	6.611	19.996	同相	1.578KHz

分析二极管D1、D2的稳幅作用：

      加入二极管是通过改变运放的放大倍数实现稳幅的。运放的输出电压超过一定幅值时，负半周D1导通，正半周D2导通，此时用比例运放倍数Ad会减小，输出电压下降。从而达到电压稳幅的目的。

       晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。

      当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。

2.三角波和方波发生器

1. 用导线按图2连接好实验电路。
2. 接通两只741上的±12V电源。
3. 将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器同时观察三角波和方波输出的波形。
4. 改变RW的位置，观察波形变化，再从示波器上测出其幅度和频率，填入下表。

注：Rw需要用万用表测量才能计算频率。

表2                       Rw=30672.2o'

Uo‘ 波形	测量幅度	测量频率	计算幅度	计算频率
	5.808V	637.244Hz	5.748V	0.0197Hz
Uo波形	测量幅度	测量频率	计算幅度	计算频率
	3.041V	637.290Hz	2.874V	0.0197Hz

五、实验总结

       将实验测量值和理论值进行比较，并对实验结果进行分析。

实验总结：

       通过确定电路的各个参数，我更深入的理解了RC正弦振荡产生电路的原理及实现，由正弦电压和滞回比较器产生方波的原及即实现，方波电压和积分电路产生三角波的原理及实现。在每一次波形失真或者输出为零，会在电路中查找错误，

       在此过程中我增强了我思考和解决实际问题的能力，仿真使课本上所学知识更加具体形象化，加深了我对课本知识的理解和掌握，感受到通过仿真以及自己动手的项目设计，知识和公式的记忆更加牢固，使我领悟到很多。

ps：如果大家需要multisim14的仿真电路图也可以私信我，加油！！！

（KUST）