集成运放的非线性应用--方波三角波发生器

集成运放的非线性应用--方波三角波发生器

一 、实验要求：

用集成运放TL072设计并制作一方波三角波发生器，要使输出频率为100Hz，方波幅

值为6V～6.5V，三角波幅值为方波的1／4；测出方波、三角波的波形、幅值及频率。

二 、原理电路

图1

三 、原理分析及参数分析计算

在上图所示的电路中，第一级运放组成迟滞电压比较器，输出电压V01为对称的

方波信号。第二级运放组成积分器，输出电压V0为三角波信号。

设稳压管的稳压值为Vz，则电压比较器输出的高电平为+Vzz，低电平为－Vz，由图1可得，A1同相端的电压为：

V??R1R1?R2*V01?R1R1?R2*V0?R1R1?R2*(?Vz)?R1R1?R2*V0 2.1

由于此电压比较器的V=0，令V＋＝0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位分别为： EmH? EmL*Vz R2R1??*Vz

R2R1R2*Vz 2.2

R1 门限宽度为 ?Em?EmH?EmL?2*比较器输出±V加到积分器的反相输人端，则反相积分器的输出电压为：

Vo(t)??1R5C1?t0(?Vz)dt?EmL 2.3

当t=0时 V0(0)?EmL??当t=t1时 V0(t1)?EmH?R1R2R1R2*Vz 2.4 Vz*t1?R1R2*Vz 2.5

*Vz?R5C1R2所以，方波和三角波的周期为 T?2*t1?2*频率为 f?1T?2R1R5C1 2.6

R24R1R5C1

由以上分析可知，改变Vz可改变输出电压Vo1,Vo ： 改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影 响方波输出电压的幅度；改变R5和C，可改变频率，而不影响输出电压的幅度。

由以上原理公式，选择R1=75KΩ，R2=300KΩ,R3=10KΩ,R4=60KΩ,R5=1MΩ,C=0.01uF,

R6=1MΩ。V0(0)??f?1T?R24R1R5C1R1R2*Vz??14*Vz，即三角波幅值为方波的1／4，

=100Hz 。

可得出理论波形如图2：

图2

四 、实验测试步骤

①按照实验电路原理图在面包板上搭接实验线路。

②确认线路连接无误后，按面包板上所接电路进行焊接，焊接完成后仔细检查确保无误。

③对电路进行调试和测试，具体如下：将稳压电源±12V接入芯片，用数字示波器测量输出电压和波形，记录数据于下表1中。

五 、测试结果记录 （1）数据记录如表1：

表1

方波 V01（V） 13.0 12.6 12.8 12.8 f（Hz） 102.0 92.59 92.59 95.73 V02（V） 3.36 3.44 3.36 3.38 三角波 f（Hz） 102.0 92.59 92．59 95.73 1 2 3 平均值 VV0201 0.258 0.273 0.262 0.264

（2）得到输出波形如图3~图6：

图3

图4

图5

图6

六 、测试结果分析

测得方波平均幅值为6.4V，符合设计要求，而三角波的幅值约为方波幅值的0.264倍，与要求的0.25有5%的误差。测得输出频率为95.73Hz，与要求的相比有4.27%的误差。 本次实验测量误差较大，误差的产生可能是由于电阻值不标准，外部也存在干扰。

七 、设计总结

经过此次实验设计，我深入理解了用集成运放组成方波三角波发生器的原理，

即用第一级运放组成迟滞电压比较器，输出电压为对称的方波信号，第二级运放组成积分器，输出电压为三角波信号。调试过程也较顺利，电路成功地输出稳定的方波、三角波。

八、元器件清单 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 标号 R1 R2 R3 R4 R5 C1 D1、D2 A1、A2 元件名称 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 稳压管 运算放大器 规格／型号 75KΩ／0.25W 300KΩ／0.25W 10KΩ／0.25W 68KΩ／0.25W 100KΩ／0.25W 104 6.2V TL072 数量 1个 1 个 1个 1个 2个 1个 2个 1个 备注 —— —— —— —— —— —— —— ——

九、参考文献

1、康华光．模拟电子技术基础第五版．高等教育出版社 2、王昊．集成运放应用电路设计360例．电子工业出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8z8r.html