波形发生器电路实验

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)

如图1－15－1所示，RC串、并联电路构成正反馈支路同时兼作选频网络，R1、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影响，以改善波形失真。

图1－15－1 RC桥式正弦波振荡器

电路的振荡频率

起振的幅值条件

式中RF=RW+(R3∥r D)，r D——二极管正向导通电阻。

调整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。

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1－15－2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。

图1－15－2 方波－三角波发生器

该电路的振荡频率

式中，RW从中点触头分为RW1和RW2，R'1=R1+RW1，R'2=R2+RW2。

方波的输出幅值

式中，UZ为两级稳压管稳压值。

三角波的幅值

调节电位器RW，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。

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1－15－3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，这样即可构成三角波、方波发生器。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1－15－3 三角波、方波发生器

电路的振荡频率

方波的幅值

三角波的幅值

调节RW可以改变振荡频率，改变比值R1/R2可调节三角波的幅值。

四、实验内容

1．RC桥式正弦波振荡器

(1)关闭系统电源。按图1－15－1所示连接实验电路，输出端UO接示波器。

(2)打开直流开关，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。

(3)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+(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f0，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D1、D2，重复(3)的内容，将测试结果与(3)进行比较，分析D1、D2的稳幅作用。

2．方波发生器

(1)关闭系统电源。按图1－15－2所示连接电路。

(2)打开直流开关，用双踪示波器观察UO1及UO2的波形(注意对应关系)，调节RW输出正弦波和方波。测量其幅值及频率，记录之。

(3)改变RW的值，观察UO1、UO2幅值及频率变化情况。改变RW并用频率计测出频率范围并记录之。

(4)将RW恢复到中心位置，将稳压管D1两端短接，观察UO1、UO2的波形，分析D2的限幅作用。

3．三角波和方波发生器

(1)关闭系统电源。按图1－15－3所示连接实验电路。

(2)打开直流开关，调节RW起振，用双踪示波器观察UO1和UO2的波形，测其幅值、频率及RW值，记录之。

(3)改变RW的位置，观察对UO1、UO2幅值及频率的影响。

(4)改变R1(或R2)，观察对UO1、UO2幅值及频率的影响。