方波-三角波发生器设计与研究(设计性实验)

方波－三角波发生器设计与研究(设计性实验)1.

实验目的掌握方波—三角波产生电路的设计方法及工作原理。了解集成运算放大器的波形变换及非线性应用。2.实验电路与说明(1)技术指标设计一个用集成运算放大器构成的方波—三角波产生电路。指标要求如下：①方波。重复频率：500Hz，相对误差<±5％；脉冲幅度：±（5～5.5）V②三角波。重复频率：500Hz，相对误差<±5％；幅度：2～2.5V设计要求①根据指标要求和已知条件，确定电路方案，计算并选取各单元电路的元件参数。②测量方波产生电路(图7.1、图7.2)输出方波的幅度和重复频率，使之满足设计要求；③测量三角波产生电路(图7.1、图7.2)输出三角波的幅度和重复频率，使之满足设计要求。预习要求①掌握集成运算放大器波形变换与非正弦波产生电路的工作原理。②熟悉其设计和调试方法。设计电路提示能产生方波（或矩形波）的电路形式很多。如由门电路、集成运算放大器或555定时器组成的多谐振荡器均能产生矩形波。再经积分电路产生三角波（或锯齿波）。①简单的方波—三角波产生电路图7.1简单的方波—三角波产生电路图7.1所示是由集成运算放大器组成的反相输入施密特触发器（即迟滞比较强）构成的多谐振荡器，

RC积分电路起反馈及延迟作用，电容上的电压uC即是它的输入电压，近似于三角波，这是一种简单的方波—三角波产生电路，其特点是结构简单，但输出三角波的线性度差。该电路的有关计算公式为：振荡周期：（7.1）输出三角波uC的幅度：（7.2）输出方波uO的幅度：（7.3）②常用的方波—三角波产生电路图7.2常用的方波—三角波产生电路(电路参数提示：

RP1=6.8K,R1=20K,R2=51K,R3=1K,R=100K,RP2=10K,C=0.022uF)图7.2所示是由集成运算放大器组成的一种常用的方波—三角波产生电路。图中运算放大器A1与电阻R1、R2构成同相输入施密特触发器（即迟滞比较器）。运算放大器A2与RC构成积分电路，二者形成闭合回路。由于电容C的密勒效应，在A2的输出端得到线性较好的三角波。为方波；

为三角波。由图7.2不难分析该电路的有关计算公式为：振荡周期：（7.4）输出方波uO1的幅度：（7.6）（7.5）输出三角波uO2的幅度：（7.6）(5)元件参数确定与元件选择①选择集成运算放大器由于方波的前后沿与用作开关器件的A1的转换速率SR有关，因此当输出方波的重复频率较高时，集成运算

放大器A1应选用高速运算放大器，一般要求选用通用

型运放即可。集成运算放大器A2的选择原则是：为了

减小积分误差，应选用输入失调参数小，开环增益高、输入电阻高、开环带宽较宽的运算放大器。②选择稳压二极管DZ稳压二极管DZ的作用是限制和确定方波的幅度，因此要根据设计所要求的方波幅度来选择稳压管的稳定电压VZ。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的双向稳压管（如2DW7型）。R3为稳压管的限流电阻，其值由所选用的稳压管的稳定电流决定。③确定正反馈回路电阻R1与R2图7.1或图7.2所示电路中，R1与R2的比值决定了运算放大器A1的触发翻转电平（即上、下门槛电压），

也就是决定了三角波的输出幅度。因此根据设计所

要求的三角波输出幅度，由式（7.2）或式（7.5）可以确定R1与R2的阻值。④确定积分时间常数RC积分元件R、C的参数值应根据方波和三角波所要求的重复频率来确定。当正反馈回路电阻R1与R2的阻值确定之后，再选取电容C值，由式（7.1）或式（7.4）求得R。3.实验内容与步骤按图7.1接线，并测量输岀波形。按图7.2接线，并测量输岀波形。(3)设计实验时尽量选择标准阻值的电阻。(4)设计时要注意选择电源的大小，不要使电路中的电流超过电流表的量程和电阻允许通过的电流值。（5）用示波器测量输出波形时，注意示波器接地端的正确连接。4.实验总结与分析(1)

实验报告要求①设计电路图。②元件参数的确定和元器件的选择。③记录并整理实验数据，画出输出电压uO的波形（标出幅值、周期、相位关系），分析实验结果，得出相应