方波和三角波发生器电路

方波和三角波发生器电路方波和三角波发生器电路 由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器 一般均包括比较器和 RC 积分器两大部分 如图 6 5 所示 为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器 方波和三角波发生器的工作原理 A1 构成迟滞比较器 同相端电位 Vp 由 VO1 和 VO2 决定 利用叠加定理可得 当 Vp 0 时 A1 输出为正 即 VO1 Vz 当 Vp 0 时 A1 输出为负 即 VO1 Vz A2 构成反相积分器 VO1 为负时 VO2 向正向变化 VO1 为正时 VO2 向负向变化 假设电源接通时 VO1 Vz 线性增加 当 VO2 上升到使 Vp 略高于 0v 时 A1 的输出翻转到 VO1 Vz 四 报告要求 1 课题的任务和要求 2 课题的不同方案设计和比较 说明所选方案的理由 3 电路各部分原理分析和参数计算 4 测试结果及分析 1 实测输出频率范围 分析设计值和实测值误差的来源 2 对应输出频率的高 中 低三点 分别实测输出电压的峰 峰值范围 分析输出电 压幅值随频率变化的原因 3 频率特性测试 在低频端选定一个输出幅值 而后逐步调高输出频率 选 12 15 个 测试点 用示波器观测输出对应频率下的输出幅值 填入自己预做的表格 画出电路的幅 频特性 注意 输出幅值一旦选定 在调节输出测试频率点过程中 不能再动 4 画出示波器观测到的各级输出波形 并进行分析 若波行有失真 讨论失真产生的 原因和消除的方法 5 课题总结 6 参考文献 2 方波 三角波发生器 方波 三角波发生器 1 按图 11 2 所示电路及参数接成方波 三角波发生器 图 11 2 2 将电位器 Rp 调至中心位置 用双综示波器观察并描绘方波 V01 及三角波 V02 注意标注图形尺寸 并测量 Rp 及频率值 表 11 3 方波 V01 及三角波 V02 波形 Rp 中间 f 3 改变 Rp 的位置 观察对 V01 和 V02 幅值和频率的影响 将测量结果填入表 11 3 中 记录不失真波形参数 表 11 4 F KHz Rp V01P P V V02P P V 备 注 频率最高 频率最低 4 将电位器 Rp 调至中间位置 改变 R1 为 10K 可调电位计 观察对 V01 和 V02 幅值和频率的影响 将测量结果填入表 11 4 中 表 11 5 F KHz R1 V01P P V V02P P V 备 注 频率最高 频率最低 5 电位器 Rp 保持中间位置 R1 接 10K 电阻 改变 R2 为 100K 可调电位计 观察对 V01 和 V02 幅值 和频率的影响 将测量结果填入表 11 5 中 记录有波形的测试参数 表 11 6 F KHz R2 V01P P V V02P P V 备 注 频率最高 频率最低 四 实验报告四 实验报告 1 画出各实验的波形图 2 总结波形发生器的特点 稳定的方波和三角波发生器稳定的方波和三角波发生器 118 如图所示为稳定的方波和三角波发生电路 该电路的特点是 方波和三角波的频率几 乎相等 正 负向振幅对称 三角波的正 负斜率不受振幅变化的影响 而且正 负斜率 可以分别调节 此外 调节基线电平时不会改变输出波形 运算放大器 A2 为积分器 它 由运放 A1 的输出方波驱动 方波的振幅由两个齐纳二极管 D1 D2 固定在 5V 电位器 R3 调节三角波的正斜率 R2 调节三角波的负斜率 R5 调节三角波的振幅 如果只需要 相同的正 负斜率 则 D3 D4 和 R2 可以省掉 运算放大器 A1 为比较器 参考电压由 电位器 R4 调节 R4 决定输出的基线电平 但是不会影响振幅和斜率 最高工作频率由运 算放大器的转换速率 最大输出电流以及二极管的开关速度决定 三角波振幅 方波振幅 Vo2 5V 由二极管 D1 D2 决定 用用 555 制作的多波形信号发生器制作的多波形信号发生器 运算放大器在信号发生器中的应用电路运算放大器在信号发生器中的应用电路 555555 三个元器件组成的方波发生器电路三个元器件组成的方波发生器电路 具有三角波和方波输出的压控振荡器具有三角波和方波输出的压控振荡器 如图所示为具有三角波和方波输出的压控振荡电路 该电路是一个受控制电压控制的振荡器 它具有很好 的稳定性和极好的线性 并且有较宽的频率范围 电路有两个输出端 一个是方波输出端 另一个为三角 波输出端 图中 A1 为倒相器 A2 为积分器 A3 为比较器 场效应管 Q1 用来变换积分方向 比较器的 基准电压是由稳压二极管 D1 D2 提供 积分器的输出和基准电压进行比较产生方波输出 电阻 R5 R6 用 来降低 Q1 的漏极电压 以保证大输入信号时 Q1 能完全截止 电阻 R7 R8 和二极管 D3 D4 是为了防止 A3 发生阻塞 按图中所标元件数值 电源电压用 15V 则变换系数为 1kHz V 电路在 100 1 频率范围 内具有低于 0 5 的线性误差 一 目的 1 对电压比较器的理解 学习阈值电压的测量方法 2 握集成运放在波形发生器值的应用 学习频率的测量方法 3 解压控振荡器工作原理 二 习要求 1 真阅读本实验的实验原理及教材中的有关内容 熟悉滞迴比较器 方波 三角波 发生器及压控振荡器的工作原理 2 给定的图 8 3 所示电路中 计算为 0 4V 时 输出发生跳变时的输入电压 U 3 图 8 5 所给电路参数 设 U V 计算三角波的幅值及频率 z 4 4 图 8 6 所给电路参数 设运放的饱和电压 V V osat 10 按表 11 给定的值 计算频率 f I U 三 实验原理和实验电路 1 电压比较器是使输入的模拟电压与参考电压相比较 当集成运放两个 输入端电位相等时 输出电压就发生跳变 I U R U 图 8 1 简单电压比较器 电平跳变为低电平 或由低电平跳变为高电平 所以比较器中的运放工作在非线性区 输出发生跳变的临界条件是 U U 使输出发生跳变时对应的输入值称为阈值电压 用 符号 UTH 表示 图 8 1 所示电压比较器的传输特性如图 8 2 所示 电压比较器是测量电路 自动控制系统 信号处理和波形发生器等电路中常用的 基本单元 简单比较器是具有灵敏度高 电路结构简单等特点 但是它的抗干扰能力差 若 输入信号在阈值附近变化 输出将反复发生跳变 滞回比较器有两个阈值电压 只要干扰不超过两个阈值电压之差 输出就不会来 回变化 图 8 3 所示为一滞回比较器 由于运放的反相输入接地 所以比较器输出发 或 C 之值以满足振荡频率的 要求 3 压控振荡器 2 再在实验箱的面包板上连接图 8 6 中的分压电路 反相器和开关二极管 1 D 2 D A741 引脚功能见图 8 7 3 检查无误后接通电源 按表 8 1 改变输入电压 测量输出的三角波的频 率 并用示波器观察波形幅度 当改变时 三角波的幅度是否变化 I U I U 表 8 1 五 实验报告要求 1 整理实验数据和测量结果 1 整理实验数据和测量结果 2 按实验数据在坐标纸上画出压控振荡器 02 的振荡频率与的关系曲线 U I U 3 将测量值与计算值相比较 分析误差的主要原因 实验五实验五 方波 三角波发生器的设计方波 三角波发生器的设计 一 实验目的一 实验目的 1 学习方波 三角波发生器的设计方法 2 进一步培养电路的安装与调试能力 二 预习要求二 预习要求 1 复习教材中波形发生电路的原理 2 根据所给的性能指标 设计一个方波 三角波发生器 计算电路中的元件参数 画出标有元件值的电路图 制定出实验方案 选择实验仪器设备 3 写出预习报告 三 实验原理三 实验原理 方波 三角波发生器由电压比 C2 较器和基本积分器组成 如图 1 所 示 uo1 C1 运算放大器 A1与 R1 R2 R3 A1 及 Rw1 Dz1 Dz2组成电压比较器 R4 RW A2 uo2 运算放大器 A2与 R4 Rw2 R5 C1 R1 R3 RW 及 C2组成反相积分器 比较器与 R5 积分器首尾相连 形成闭环电路 R2 DZ1 构成能自动产生方波 三角波的发 DZ2 生器 请参考基础型实验中的方波 三角波发生电路 图 1 方波 三角波发生器电路图 电路参数 1 方波的幅度 Uo1m Uz 1 2 三角波的幅度 2 z w mo U RR R U 13 2 2 3 方波 三角波的频率 3 CRRR RR f w w 4 242 13 其中 C 可选择 C1或 C2 从式 2 和 3 可以看出 调节电位器 Rw1可改变三角波 的幅度 但会影响方波 三角波的频率 调节电位器 Rw2可改变方波 三角波的频率 但 不会影响方波 三角波的幅度 四 方波 三角波发生器的设计方法四 方波 三角波发生器的设计方法 方波 三角波发生器的设计 就是根据指标要求 确定电路方案 选择运放和电源电 压 计算电路元件的数值 设计举例 要求设计一个方波 三角波发生器 性能指标如下 输出电压 Uo1p p 10V 方波 Uo2p p 8V 三角波 输出频率 100Hz 1kHz 1kHz 10 kHz 波形特性 方波 tr 10 s 1kHz 最大输出时 三角波 2 设计步骤 1 确定电路 选择元器件 选择图 1 所示电路 其中 A1 A2为 A741 或 HA1741 集成运算放大器 Rw1 Rw2为电位器 取电源电压 Ec 15V Ec 15V 由于方波电压的幅度由稳压管 Dz1 Dz2的值决定 指标要求方波电压的峰 一 峰值 Uo1p p 10V 而稳压管的正向压降 为 0 7V 因此选用稳压值分别为 4 3V 和 4 3V 的稳压管 2 计算元件的参数 由 2 式可得 5 4 10 8 02 13 2 Z m w U U RR R 取 R2 40k 则 R3 Rw1 50 k 取 R3 20 k Rw1为 47 k 的电位器 平衡电阻 R1 R2 R3 Rw1 22k 将 代入 3 式可得 5 4 13 2 w RR R CRR f w 16 5 24 当 100Hz f 1 kHz 时 取 C C1 0 1 F 则 R4 Rw2 3 1k 31 k R4取标称值 R4 3 k Rw2取 47 k 的电位器 R5 R4 3 k 当 1 kHz f 10 k Hz 时 为了实现波 段的转换取 C C2 0 01 F R4 R5 Rw2取值不变 五 方波 三角波发生器的安装与调试五 方波 三角波发生器的安装与调试 按图 1 所示安装好电路 将电位器 Rw1调到 30k 稳压电源输出的 15V 电压接到集 成运放 A741 的 7 脚 15V 接到集成运放 A741 的 4 脚 示波器的 CH1 接 uo1 CH2 接 uo2 调节电位器 Rw1 使三角波的输出幅度满足设计指标要求 然后调节电位器 Rw2 从 示波器的屏幕上观察 uo1和 uo2的输出频率是否连续变化 波形是否正常 若无波形显示或 波形不是方波 三角波 应重新检查电路 六 方波 三角波发生器的性能指标测试六 方波 三角波发生器的性能指标测试 方波 三角波发生器性能指标的测试有 1 输出波形 方波 三角波 2 频率范围 1Hz 10Hz 10Hz 100Hz 100Hz 1 kHz 1kHz 10 kHz 等 3 输出电压 一般指输出波形的峰 一 峰值 Uop p 4 波形特性 表征方波特性的参数是上升时间 tr 一般要求 tr 100ns 1kHz 最大 输出时 表征三角波特性的参数是非线性失真系数 2 七 七