RC波形发生电路

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1、实验7RC波形发生电路⒈实验目的学习使用运放组成方波发生器、三角波发生器和锯齿波发生器。⒉实验仪器示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。⒊预习内容1）复习关于用运放组成的方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器和正弦波发生器的基础知识。2）定性绘制本实验所用电路的输出波形，估算输出波形的周期。⒋实验内容1)方波发生器方波发生器电路如图7.1，其工作原理可试述如下。设电路通电瞬时，电容上的电压为零，电路输出为Vz，这时运放正向输入端电压为R1VVFV(7-1)p1RRzz21运放输出电流经R3、RP、R4向电+

2、容C充电。运放反向输入端VN随时间延续电压升高，当VN=VP1时，电路输出翻转，Vo由Vz变为-Vz，VP由VP1=FVz变为VP2=-FVz。这时由“地”向电容反向充电，VN随时间延续电压下降，当VN=VP2时，电路输出翻转，Vo由-Vz变为Vz，VP由VP2=-FVz变为VP1=FVz。周而复始，电路输出方波。在稳态，输出为Vz图7.1方波发生器的时间可用以下方法推导。在起始时刻，电容上的电压为VC（0）=-FVz，电容充电的终了电压为Vz，这里“电容充电的终了电压”指“若输出电压Vo不翻转，电容充电的终了电压”，

3、所以电容上的电压为tv)t(V(FVVe)RC（7-2）Czzz其中，R=RP+R4。当电容上的电压达到FVzVo/V时，电路翻转，记电容充电的时间为τ，则VzFVzFVV(FVVe)RCTtzzzz1FRCln-FVz1F-Vz输出方波的周期为2τ。所以，输出方波的周期为图7.2图7.1所示电路的输出波形12R1T2(RR)Cln(1)（7-3）P4R2所以，在实验中通过改变RP就可以该变电路输出方波的周期。通常，由于运放最大输出电流小于稳压二极管的最大稳压电流Izmax，为使运

4、放能正常工作，必须有限流电阻R3。若电路不起振，可适当减小R3的阻值。观察Vc、Vo的波形，并与理论分析的结果相比较。实验内容：分别测量Rp=10kΩ、30kΩ、50kΩ、70kΩ、90kΩ时电路输出波形的峰峰值和周期，并与理论分析的结果相比较。Rp(kΩ)10.50630.14950.15670.87690.376Vopp(V)11.711.811.811.811.9T(ms)3.4255.4827.3348.89210.55可以看出，输出电压峰峰值随电阻Rp变大而略有增加，约为2Vz=12V，而输出周期也随电阻变大

5、而变大，与式（7－3）大致相符。2）占空比可调的矩形波发生器RPP+RPN图7.3占空比可调的矩形波发生器电路如图7.3。与方波发生器相比，给C正向充电和反向充电使用了不同的路径，从而使得高电平持续时间和低电平持续时间不同。当输出为高电平Vz时，运放输出的电流经RPP、D1、R4向电容充电，类同于对方波发生器的分析，忽略二极管的开启电压，容易得到输出高电平持续的时间2R1(RR)Cln(1)（7-4）1PP4R2类似地可以求得输出低电平持续的时间2R1(RR)Cln(1)（7-5）2PN4R2输出的周期

6、为22R1T(R2R)Cln(1)（7-6）12P4R2占空比RR1PP4（7-7）TR2RP4实验内容调整Rp，分别测量RPP=10kΩ、30kΩ、50kΩ、70kΩ、90kΩ时电路输出波形的峰峰值、周期和占空比，并与理论分析的结果相比较。RPP(kΩ)10.007130.05450.60670.74990.233Vopp(V)12.311.811.811.811.8T(ms)7.8098.1678.3128.1697.936η(%)23.3136.6448.2760.3072.69由实验结

7、果可知，输出电压峰峰值没有明显变化；由式(7－6)知，周期值应该保持不变，此处可能因为滑动变阻器的接触电阻的变化，而导致周期有微小误差；由式(7-7)可得RPP与η成一次线性关系，与结果相符。3）三角波发生器图7.4三角波发生器电路如图7.4。它由一个过零比较器和一个积分器组成。其工作原理可试述如下。设电路通电瞬时，t=0，电容上的电压为零，积分器输出Vo=0，过零比较器输出为Vo1=Vz，这时运放AR1正向输入端电压为RRRPP1V(VV)VVV0(7-8)p1RRzooRRzRRo1P1P1P运放

8、AR1输出保持为高电平。积分器输出线性地下降。当VP1等于零时刻τ，过零比较器翻转，Vo1=-Vz，记此时刻的积分器输出电压值为VoN，RRP1VVzoNRRRR1P1P由上式可解得3RPVV(7-9)oNzR1Vo1/VVo2/V如图7.5，不难得到三角波的周期4τ。Vz1VzVoNVzdt（7-10）