方波三角波发生器的频率怎么算

实验十二　集成运算放大器的基本应用——波形发生器

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、实验仪器

1．双踪示波器

2．频率计

3．交流毫伏表

三、实验原理

1．RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）

图5－40　RC桥式正弦波振荡器

图5－40中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络；R₁、R₂、R_W及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R_W，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件，并改善波形。利用两个反向并联二极管VD₁、VD₂正向电阻的非线性特性实现稳幅。VD₁、VD₂应采用硅管（温度稳定性好），且特性匹配，才能保证输出波形的正、负半周对称。R₃是为了削弱二极管非线性影响，以改善波形失真的状况。

电路的振荡频率　　　　　　

起振的幅值条件　　　　　　

式中，R_F＝R_W＋R₂＋（R₃‖r_D）；r_D是二极管正向导通电阻。

调整R_W，使电路起振且波形失真最小。如不能起振，说明负反馈太强，应适当加大R_F；如波形失真严重，应适当减小R_F。

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，调节R作频率量程内的细调。

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，一般包括比较器和RC积分器两大部分。如图5－41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，或对产生的三角波要求不高的场合。

电路的振荡频率　　　　　　

R_W从中点触头分为R_W1和R_W2，R′₁＝R₁＋R_W1，R′₂＝R₂＋R_W2。

方波的输出幅值　　　　　　U_om＝±U_z　　　　　　　　（12－4）

式中，U_Z为两级稳压管的稳压值。

三角波的幅值

调节电位器可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要不影响三角波的幅值，则可通过改变R_f（或C_f）来实现。

图5－41　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5－42所示，则比较器输出的方波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样就构成三角波、方波发生器。由于采用运放组成积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。

调节R_W可改变振荡频率，改变R₁／R₂可调节三角波的幅值。

图5－42　三角波、方波发生器

四、实验内容

1．RC桥式正弦波振荡器

（1）按图5－40连接实验电路，输出端U_o接示波器。

（2）打开直流开关，调节电位器R_W，使输出波形从无到出现正弦波，再到出现失真。描绘U_o的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的R_W值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。

（3）调节电位器R_W，使输出电压U_o幅值最大且不失真。用交流毫伏表分别测量输出电压U_o、反馈电压U_＋（运放③脚电压）和U_－（运放②脚电压），分析研究振荡的幅值条件。

（4）用示波器或频率计测量振荡频率f_o，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。

（5）断开二极管VD₁、VD₂，重复（3）的内容，将测试结果与（3）进行比较，分析VD₁、VD₂的稳幅作用。

2．方波发生器

（1）将22kΩ电位器（R_W）调至中心位置，按图5－41接入实验电路。正确连接电路后，打开直流开关，用双踪示波器观察U_o1及U_o2的波形（注意对应关系），测量幅值及频率并记录。

（2）改变R_W动点的位置，观察U_o1、U_o2幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，用频率计测出频率范围并记录。

（3）使R_W恢复到中心位置，将稳压管VD₁两端短接，观察U_o波形，分析VD₂的限幅作用。

3．三角波和方波发生器

（1）按图5－42连接实验电路，打开直流开关，调节R_W起振，用双踪示波器观察U_o和U₁的波形，测量其幅值、频率及R_W并记录。

（2）改变R_W的位置，观察对U_o、U₁幅值及频率的影响。

（3）改变R₁（或R₂）的位置，观察对U_o、U₁幅值及频率的影响。