由集成运算放大器组成的波形放大器窝 - 图文

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室： 机电学院 电子实验楼402室 2013年 12 月 13 日

学院 机械与电气年级、专12级、电气自工程学院 业、班 动化、电气121 姓名 陈海兵 学号 1207300045 实验课程名称 模拟电子技术实验 成绩 实验项目名称 由集成运算放大器组成的波形放大器 指导老师 陈虹 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 :fO?12πRC 起振的幅值条件 :RfR≥2 式中Rf＝RW＋R2＋（R3 // rD），rD — 二极管正向导通电阻。 1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1 RC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 f?1o 2R2R2fCfLn(1?R) 式中 RR11＝1'＋RW' R2＝R2'＋RW\ 方波输出幅值 Uom＝±UZ 三角波输出幅值 R U2cm?RRUZ 1?2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3 三角波、方波发生器 电路振荡频率 fR2O?4R 1(Rf?RW)Cf 方波幅值 U′om＝±UZ 三角波幅值 U?R1omRUZ 2调节RRW可以改变振荡频率，改变比值1R可调节三角波的幅值。 2 图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 μA741×2 6、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f?f0?12πRC 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。

五、实验过程原始记录及分析 1.RC桥式正弦波振荡器 ①、uo的临界起振，输出波形，失真波形 （1）u0临界起振波形图，临界起振的Rp=4.6kΩ （2）正弦波输出，Rp=6.6kΩ 图5 临界起振波形图 图6 正弦波输出波形图 （3）失真情况下波形图，Rp=6.9kΩ 图7 波形失真图 图8 在R上并联同一阻值的电阻uo波形 ②、U0的有效值为6.82v，反馈电压U+=0.3mv，U-=-1.4mv，所以振荡的幅值条件是总增益大于1，可以产生振荡，但是，输出信号会越来越大，最后收器件电源电压限制，输出被限幅，输出波形会有畸变。 因此，幅值平衡条件是总增益=1。 ③、振荡频率f。=1.285KHz,在R并上同一阻值的电阻后f。=2.551KHz。理论计算的f。=1.592KHz，比较可知实验得到的振荡频率与理论计算的有误差，这是由于实验电路的电阻电容不能保证完全准确，有些电阻电容存在误差，使实验结果有误差。 ④断开D1、D2后，测得U0=6.61v，U+=1.2mv，U-=0.3mv,与②比较可知U0的值减小了，二极管可看成非线性电阻，其导通电阻随U0的增大而减小，从而使电路的负反馈加深，电压放大倍数下降，起到稳幅的作用。

2由单运放构成的方波-三角波发生器 ①方波及三角波波形，其中方波u0=4.38v，f。=1.398KHz,三角波uc=2.27v，f。=1.398KHz。 图9 方波及三角波波形图 ②Rp调至最上端时f。=0.904KHz，Rp调至最下端时f。=2.262KHz。Rp由最上端调到最下端时，R1的阻值不断增大，R2的阻值不断减小，则由f。的表达式可知f。不断增大。 图10 Rp调至最上端波形图 图11 Rp调至最下端波形图 ③撤除稳压管Dz，uo输出波形，由uo输出波形可知撤除Dz后uo的波形产生了失真，没有Dz的限幅作用产生的方波不稳定。 图12 撤除稳压管Dz后uo的输出波形

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