正弦波电路的设计实验

正弦波发生电路的设计实验集成运算放大器基本运算电路实验集成运算放大器的选择对于性能指标没有特殊要求的一般交流放大，可选通用型。如LM741，LM324，LM348。作为快速采集的信号放大器，由于采样时的数据为离散的阶跃信号，要求运放具有较高的工作速度，因此，必须选用高速型，如μA715，μA772.完成对弱信号的放大，要满足误差小于1μV的要求，可采用高精度型。如μA725，OP-27。对频率范围很宽的信号放大，应选用宽带型。如CF507。若要求运放输出信号幅值大，可选高压型，如F143。对高阻信号源的输出信号进行放大，可选LF356。

对于能源有要求的，可选用低功耗型，如μA253。第二代集成运放CF741接线如图所示。双列直插式集成运放的管脚顺序是，管脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。管脚功能如下：

集成运放的管脚顺序及功能CF741外接线图接正电源(+5~+18)V接负电源（-5~-18）V为同相输入端（输出信号与输入信号同相位）为反相输入端（输出信号与输入信号反相位）为空脚为输出端脚1、4、5外接调零电位器

LM358双运算放大器LM358OUT1-IN1+IN1VeeVcc

OUT2-IN2+IN21458

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

特性(Features):

内部频率补偿·直流电压增益高(约100dB)·单位增益频带宽(约1MHz)·电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)·低功耗电流，适合于电池供电·低输入偏流·低输入失调电压和失调电流·共模输入电压范围宽，包括接地·差模输入电压范围宽，等于电源电压范围·输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)一实验目的

通过实验掌握由运算放大器构成基本运算电路及正弦波振荡电路的原理与设计方法。

集成运放的几个重要参数：(1)增益带宽积（GBW)GBW=Avd.fH其中，Avd为中频开环增益，fH为开环上限截止频率。以uA741为例，Avd=100dB即100000倍。fH

=10Hz,GBW=10×100000=1MHz。即该运放的fT=1MHz若运放在应用中接成闭环放大电路，其闭环放大电路的上限频率fHF=GBW/AVF(2)压摆率（转换速率）SR

压摆率SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值。对于uA741，若将连接成电压跟随器电路，若输入信号为Vin=2V，f=100KHz的正弦信号，其输出波形如何？为了要求输出不失真，则要求输入信号的应小于0.8V。(3)共模抑制比CMRR该项指标表示了集成运放对共模信号（通常是干扰信号）的抑制能力。定义Avd

为开环差模增益，Avc为开环共模增益。共模抑制比这一指标在微弱信号放大场合非常重要，以为在许多实际场合，存在着共模干扰信号。假设某一放大器的差模输入信号Vidm为10uV，而放大器的输入端存在着10V的共模干扰信号。为了使输出信号的有用信号（差模分量）能明显的大于干扰信号，这时要求该运放应有多大的共模抑制比呢？设该放大器的输出端的共模电压为Vocm,则Vocm=Vicm.Avc集成运放的电源供给方式集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE，但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式，对输入信号的要求是不同的。（1）对称双电源供电方式运算放大器多采用这种方式供电。相对于（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分别接于运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种方式下，可把信号源直接接到运放的输入上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。（2）单电源供电方式单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一定要加入一直流电位，如图1所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图1交流放大器，静态时，运算放大器的输出电压近似为VCC/2，为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。

运算放大器单电源供电电路如何选用反相和同相放大器反相放大器的优点是：运放不管有无输入信号，其两输入端电位始终近似为零，两输入端之间仅有低于微伏级的差动信号（或亦称差模信号）。而同相输入放大器的两个输入端之间除有极小的差模信号外，同时还存在较大的共模电压。虽然运放有较大的共模抑制比，但多少也会因共模电压带来一些误差。如果要求输出信号与输入信号反相，则采用反相放大器。同相放大器的优点是输入阻抗极高，因此输入电阻取大取小影响不大，而反相放大器的输入阻抗与输入电阻大小有关。对于内阻较大的传感器则选用同相放大器更为合适。

反相比例运算uoRFuiR2R1++––++

–

－－反馈电路直接从输出端引出—电压反馈输入信号和反馈信号加在同一输入端—并联反馈反馈信号使净输入信号减小—负反馈

因要求静态时u+、u–

对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RF因虚短,

所以u–=u+=0，称反相输入端“虚地”—反相输入的重要特点当RF=100K,R1=10KΩ时，

同相比例运算电压串联负反馈输入信号和反馈信号分别加两个输入端—串联反馈反馈电路直接从输出端引出—电压反馈反馈信号使净输入信号减小—负反馈uoRFuiR2R1++––++

–

因要求静态时u+、u

对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RF当RF=100K,R1=10KΩ时，_+

+

uiuo此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。

电压跟随器结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。电压跟随器亦称缓冲器。因此它可用作缓冲隔离级“插入”电路中，例如在某些振荡电路中，若将振荡电路直接接上负载，则会影响振荡器的输出特性，甚至使电路停振，而在振荡器与负载之间插入缓冲器，则振荡器可稳定地工作。又例如，一些内阻高的传感器，如压电式传感器，其输出信号非常弱，而且内阻抗极高，若采用一般放大器与传感器直接连接，则会产生较大的测量误差。在放大器与传感器之间插入缓冲器，通过缓冲器的阻抗变换作用，可大大提高测量精度。i12iFi11R12_++

R2R11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。R2=100K,R11=R12=10K时，_+

+

R2R1R1ui2uoR2ui1解出：差动运算关系当R1=10K,R2=100KΩ时，i1iFtui0tuo0输入方波，输出是三角波。ui-++RR2Cuo积分运算关系应用举例1：

uiVo10KuiAC微分电路10KVo10KRp=－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－100k,积分电路10KACVo电压跟随器-15V31+15V8A24

RfRfRfRfRp=Rf//R1=10k//100KKf=V0/VI=-Rf/RiRp=Rf//R1//R2

=10k//10K//100K100K10KViR1R1R210K10K100KVoVoVoVoVo=-Rf/R1(Vi1+Vi2)Vi2反向放大器反向加法Vi2Vi110K10K100KRp=RiVo=Rf/Ri(Vi2-Vi1)100K同相比例ViRiRpKf=V0/VI=1+Rf/Ri1+Rf/Ri)V0=(10K注:如果Rf选100k,Vi要≦1V=10K//100k减法器（差动）AAAAVi1100K“+15v”“-15v”数电箱可调直流信号源加衰减地接电路输入端接可调直流信号源10k数电箱直流信号源为1.3v-15v可调，如果低于1.3v，需加一衰减电路（用数电箱下方10k电位器）：单电源供电交流放大器

在仅须放大交流信号时，若用运算放大器作放大，为减少一个电源，运算放大器常常采用单电源(正电源或负电源)供电。其方法是以电阻分压方式将同相端偏置在Vcc/2(或负电源VEE/2)附近。为了保证运算放大器两个输入端有相同的直流电压，分压电阻应取相同阻值。但这种电路需要在输入、输出端加交流耦合电容。下图所示为一单电源供电的反相比例放大电路。RLCp30

RC文氏电桥振荡器产生正弦波，方波-三角波产生电路可正弦波振荡器采用波形变换电路,通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输出。此电路的输出频率就是就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率.函数信号发生器电路设计参考方案RC正弦波振荡器迟滞比较器积分器正弦波uo1方波uo2三角波uo3用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差分放大器，作为三角波—正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率.迟滞比较器积分器正弦波uoz方波uof三角波uo3差分放大器过压二实验原理1．函数信号产生方案对于函数信号产生电路，有多种实现方案，如模拟电路实现方案、数字电路实现方案(如DDS方式)、模数结合的实现方案等。模拟电路的实现方案：是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能，本实验的函数信号产生电路采用全模拟电路的实现方案。对于波形产生电路的模拟电路的实现方案，也有几种电路方式可供选择。本实验选用最常用的，线路比较简单的电路加以分析。如用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波，其电路框图如图1所示。图1模拟电路实现方案框图

2．RC桥式正弦振荡电路

RC桥式正弦振荡电路如图2所示。其中R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。

R3、RW及R4组成负反馈网络，调节RW可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。图2RC桥式正弦振荡电路

为了使振荡幅度稳定，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益，从而维持输出电压幅度的稳定。图中的两个二极管D1，D2便是稳幅元件。当输出电压的幅度较小时，电阻R4两端的电压低，二极管D1、D2截止，负反馈系数由R3、RW及R4决定；当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管D1、D2在正负半周轮流工作，其动态电阻与R4并联，使负反馈系数加大，电压增益下降。输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，输出电压的幅度保持基本稳定。图2RC桥式正弦振荡电路

图2RC桥式正弦振荡电路

当：R1=R2=R，C1=C2=C时电路的振荡频率：起振的幅值条件：

为了维持振荡输出，必须让

为了保证电路起振，调整电阻RW

（即改变了反馈Rf

），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，则应适当减少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（粗调），而调节R作量程内的频率细调。图2RC桥式正弦振荡电路

*电路调整的关键是：负反馈电路中的电位器RW的细心调节，RW过大：输出方波！

RW过小：电路不起振！三实验设备与器件

1.直流电源：±12V；

2.双踪示波器；

3.交流毫伏表；

4.数字万用表

5.集成运算放大器：LM741；

6.电阻器、电容器、二极管若干只。四.实验题目

设