波形发生电路实验报告

波形发生电路实验报告

班级 姓名 学号

一、实验目的

1. 掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法。 2. 学习电压比较器的组成及电压传输特性的测试方法。

3. 掌握由集成运放构成的矩形波和三角波振荡电路的原理与设计方法。

二、实验内容

1. 正弦波发生电路

（1）实验参考电路见图1。

（2）缓慢调节电位器RW，观察电路输出波形的变化，完成以下测试： ① RW为0Ω 时的uO的波形；

② 调整RW使电路刚好起振，记录uO的幅值、频率及RW的阻值；

③ 调整RW使输出为不失真的正弦波且幅值最大，记录uO幅值、频率及RW的阻值； ④ 将两个二极管断开，观察RW从小到大变化时输出波形的变化情况。

2. 方波 - 三角波发生电路 （1）实验参考电路见图2。

（2）测试滞回比较电路的电压传输特性

将图2 电路的第一级改造为滞回比较电路，在输入端输入合适的测试信号，用示波器X-Y模式观测电压传输特性曲线并记录阈值电压和uO1的幅值。

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（3）测量图2电路uO1、uO2波形的幅值、周期及uO1波形的上升和下降时间。

3．矩形波 - 锯齿波发生电路

修改电路图2，使之成为矩形波 - 锯齿波发生电路。要求锯齿波的逆程（电压下降）时间大约是正程时间的20%，记录uO1、uO2的幅值、周期。

三、实验要求

1. 实验课上搭建硬件电路，记录各项测试数据。

2. 完成正弦波电路的实验后在面包板上保留其电路，并使其输出电压Uo在1-3V范围内连续可调。

四、预习计算

1．正弦波振荡电路

起振条件为|A|略大于3，刚起振时幅值较小，认为二极管还未导通，即

𝑅4+𝑅𝑊𝑅2

+1略大

于3，即RW略大于10kΩ时刚好起振，随着RW的增大，振幅会增大，当RW过大时波形会出现失真。

振荡频率由RC串并联选频网络决定，𝑓0=2𝜋𝑅

2．方波 - 三角波发生电路

滞回比较器的阈值电压±𝑈𝑇=±𝑅2𝑈𝑍=±2.9𝑉，测试滞回比较电路时将R2与运放A2的

1

1

1𝐶1

≈106.1𝐻𝑧

𝑅

输出端断开，改接输入信号（三角波为宜）。 方波（uO1）的幅值为UZ=5.8V，三角波（uO2）的幅值为UT=2.9V。

1𝑇

(−𝑈𝑍)−𝑈𝑇 𝑈𝑇=−𝑅4𝐶2𝑈𝑇=

解得：T=

4𝑅2𝑅4𝐶𝑅1

𝑅2

𝑈 𝑅1𝑍

=0.4𝑚𝑠，即uO1和 uO2的周期为0.4ms。

3．矩形波 - 锯齿波发生电路 只需让电容充放电回路的时间常数不一样即可。电路原理图如下：

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VEE-12VVEE11C10.1µF023U1A12R32kΩ3R41D4114U2A1274LF347NR120kΩ3.6kΩDIODE_VIRTUALD3R66834R210kΩVCC20kΩDIODE_VIRTUALR520kΩD15.8 V D25.8 V 05LF347NVCC12V

关于参数选择：理论上需要R4=20%R6，结合元件盒中的元器件，最终选择R4为3.6kΩ，这样理论上逆程时间为正程时间的18%，实测结果要好于理论值。

五、电路仿真

1．正弦波振荡电路

XSC1R315kΩ3C2VCC0.1µF12VVCC4U1A31Ext Trig+_A+_+B_4R115kΩ0C10.1µF7R210kΩ0211VEELF347N-12VVEER410kΩ2D2D1DIODE_VIRTUALDIODE_VIRTUAL1R547kΩ78%Key=A

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刚起振时RW为10.34kΩ，正弦波幅值为1.649V，频率为1/9.43ms=106.0Hz

输出为不失真的正弦波且幅值最大时RW为17.86 kΩ，正弦波幅值为10.597V，频率为1/9.456ms=105.8Hz

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2．方波 - 三角波发生电路

VEE-12VVEE11XSC1C1Ext Trig+0U1A132R32kΩR420kΩ630.01µF+_A_+B_2114U2A123574LF347NR120kΩD15.8 V D25.8 V VCCVCC04LF347NR520kΩR210kΩ12V

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3．矩形波 - 锯齿波发生电路

VEE-12VVEE11XSC1C1Ext Trig+0.01µF023_AB_+_U1A12R32kΩ3R41D42115U2A1+74LF347NR120kΩ3.6kΩDIODE_VIRTUAL4D3R68R210kΩVCC620kΩDIODE_VIRTUALR520kΩD15.8 V D25.8 V 034LF347NVCC12V

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逆程时间/正程时间=26.7%

六、硬件实验

1．实验截图

（1）正弦波发生电路

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失真波形：

（2）方波 - 三角波发生电路

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（3）矩形波 - 锯齿波发生电路

2．实验数据

（1）正弦波发生电路

1当RW为0Ω时，输出始终为0。 ○

2○3 ○ 电路刚好起振 输出不失真且幅值最大

RW(kΩ) 10.40 18.42 9

Uo幅值(V) 0.493 10.17 Uo频率(Hz) 113.5 101.4

4将两个二极管断开时，○增大RW到刚好起振之后继续增大，输出波形幅值迅速变大，

很快出现失真现象。

（2）方波 - 三角波发生电路

1滞回比较电路的电压传输特性测试 ○滞回比较器阈值电压 uO1幅值 2 输出波形测试 ○ uO1 uO2 幅值(V) 5.85 2.95 2.92v 5.80v 周期(us) 410.2 408.0 上升时间(ns) 下降时间(ns) 990 920 （3）矩形波 - 锯齿波发生电路

逆程时间：50us 正程时间：248us

幅值(V) 周期(us) uO1 5.73 298.6 uO2

2.87 298.0 七．数据处理与分析

理论值 实测值 相对误差 刚好起振时RW 略大于10k 10.40k <4% 振荡频率f0 106.1Hz 113.5 Hz 7.0% 振荡频率f0的实验值比理论值略大，可能原因是选频网络中电阻电容实际值比标称值稍微小一些。 理论值 实测值 相对误差 阈值电压UT(V) 2.90 2.92 0.7% uO1幅值(V) 5.80 5.85 0.9% uO1周期(us) 400.0 410.2 2.6% uO2幅值(V) 2.90 2.95 1.7% uO2周期(us) 400.0 408.0 2.0% 从上表中看出，实验值和理论值相差很小，相对误差均不超过3%。

八、思考题

1．电路如图1所示，电位器RW调到什么位置电路既容易起振，又能输出较好的正弦波？ 答：RW调到十几k（不超过18k）时电路既容易起振，又能输出较好的正弦波，再根据所需幅值精确调节RW。

2．图1电路中两个并联二极管的作用是什么？

答：利用二极管的非线性起到稳幅作用，使输出幅值不会一直增大导致波形很快失真。

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3．在测试滞回比较电路的电压传输特性时，输入电压的频率不能过高，为什么？

答：因为运放的转换速率有限，所以滞回比较器需要一定的响应时间，如果输入电压的频率过高，会使得滞回比较器的输出变化不能跟上输入的变化，这样在XY模式下测得的电压传输特性也就不准确了。

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