波形产生电路.doc

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1、课程信息师资力量电子教案助学课件实验教学教学录像教学资源扩展课程实验一 波形产生电路一、实验目的　　通过实验，学会用集成运放组成各种波形发生电路，并掌握电路的调整及测量。二、实验原理   根据自激振荡原理，采用正、负反馈相结合，将一些线性的和非线性的元件与集成运放进行不同组合，就能产生各种波形。本实验仅限于对最基本的波形发生电路进行研究。1.正弦波发生器 文氏电桥正弦波发生器是一种常用的RC振荡器，它的电路如图3.1.1所示。图中，具有选频特性的串、并联网络构成了正反馈支路。负反馈支路中的电位器Rw是用来调节负反馈深度以保证起

2、振条件和改善波形。根据起振条件，反馈系数应满足kf+≥kf−= =    （3-1-1）则RF＝2R4。由于实际运放的开环增益是有限值，因此必须略大于R4的两倍。同样，考虑到实际运放输入电阻Ri（这里是同相端的）和输出电阻的影响，正弦波的频率为              f0 = （3-1-2）  当取C1=C2=C，R1＝R2＝R，且满足Ri>>R>>Ro时                              通常，电路元件值的确定，可按下列步骤进行：（1）根据所需要的振荡频率计算RC值。（2）由Ri>>R>>Ro，选

3、取合适的R，然后再确定C。（3）为了减小偏置电流影响，尽量满足RF∥R4＝R，同时由反馈系数要求，即可确定RF和R4的大小。（4）当需要振荡频率较高时，必须选用G·BW较高的集成运放。   实验电路中采用了匹配对接的两只二极管作为稳幅电路，其上并接R3是用于适当削弱二极管的非线性影响，以改善波形失真。 2.方波发生器电路如图3.1.2所示。由图可见，由R1、R2组成了正反馈网络。当有输出电压vo时，则反馈同相端的电压v+=     。而负反馈网络是由R、C组成的充、放电回路，运放在此仅起着比较器的作用。它利用电容两端电压vC和

4、v+比较，决定着vo的极性是正或是负，vo的极性又决定着通过电容的电流是充电（使vC增加）还是放电（使vC减小），而vC的 图3.1.2 方波发生器        高低，再次和v+比较决定vo的极性，如此不断反复，就在输出端产生周期性的方波。可以证明方波的频率为                           （3-1-3）   由此可知，方波频率不仅与RC有关，还与正反馈网络的R1、R2比值有关，调节电位器Rw以改变R值，从而改变方波信号的频率。图3.1.3示出了电容两端电压vC和输出电压vo的波形图。   实验电路中使

5、用两个稳压二极管，以保证方波的正负对称性。R3是稳压管的限流电阻。在考虑正反馈支路R1和R2的取值时，必须注意，不能使vo反馈到同相端v+的峰峰值超过运放的共模输入电压范围VICR，否则将会使运放损坏。3.宽度可调的矩形波发生器                     图3.1.4 宽度可调的矩形波发生器由方波发生器电路可以看出，如果设法改变充、放电时间常数，即可实现矩形波宽度可调。其电路如图3.1.4所示。当Rw动臂上移时，充电时间常数将大于放电时间常数，则波形变宽。反之则变窄。图3.1.4所示输出电压vo的波形正属于这种情

6、况。因此通过调节Rw，即可连续地改变其占空比D＝t/T的大小。必须指出：运放的转换速率将影响脉冲前、后沿的陡度，欲要得到窄脉冲输出，必须选用SR高的运放。4.阶梯波信号发生器  图3.1.5 阶梯波电压发生器    电路如图3.1.5所示。它实际上是将方波序列转变为阶梯波的电路。由于D1、D2的单向导电性，保证了电荷单方向传递到反馈电容C3上去。当方波发生器输出的方波电压vo1为—Vz时，D1导通（导通电压为VD），D2截止。C2通过D1放电直到vC2＝−(VZ−VD)；当vo1为+Vz时，D2导通，D1截止，则C2上的电压将

7、被充到vC2＝+(VZ−VD)。因此，在一个周期中，C2上的电荷变化量为ΔQ=2C2(Vz−VD)。这也是一个周期中传递给C3上的电荷量。这样，在一个周期中，两端的电压增量为                      ΔvC3=    = （Vz−VD）                   （3-1-4）由于二极管保证了电荷只能单向传输，所以每一个阶梯的电压幅度均为ΔvC3，保持时间与方波的周期相等。这样，每当方波经过一个周期，输出波形就变化一个阶梯ΔvC3。设经过n个周期后，vC3达到单结晶体管BT33的峰点电压Vp(即nΔ

8、vC3＝Vp)时，单结晶体管e−b1之间导通，vC3经e−b1向10Ω电阻放电，使vC3复位为零，又开始下一个循环。在忽略复位时间时，阶梯波电压的周期可近似为：                       Tz=nT≈ T                     （3-1-5