波形发生电路课件.doc

实验十实验十 波形发生电路波形发生电路一、实验目的：一、实验目的：1、掌握波形发生电路的结构特点和分析、计算、测试方法 2、熟悉波形发生器的设计方法二、实验仪器：二、实验仪器：1、双踪示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、交流毫伏表 5、直流电源三、实验原理及测量方法：三、实验原理及测量方法：非正弦波产生电路，一般由电子开关（电压比较强） ，外加反馈网络构成闭 环电路形成常用的波形发生电路有方波、三角波、锯齿波发生器等 1、方波发生器、方波发生器 电路如图 1 所示，集成运放和电阻 R2、R3、R4构成滞回电压比较器，作为 电子开关使用，R1、C 相串联作为具有延迟作用的反馈网络，整个电路是一个 闭环电路设电路刚加电时，Uc=0，且滞回比较器的输出电压为 Uz，则集成运 放同相输入端此时的电位为223()ZRUURR而同时 Uz 通过 R1向 C 充电，Uc 由零逐渐上升，当 Uc>时，Uo 从 Uz 跳变U为-Uz，则223()ZRUURR同时，电容 C 通过 R1放电，使 Uc 逐渐下降，小于时，Uo 又跳变为 Uz，回U到初始状态，如此周而复始，产生振荡，输出方波。

U17413247651R110kΩR210kΩR35.1kΩR410kΩR5 100kΩ Key=A50%C1100nFD1 1Z6.2D2 1Z6.22350VCC -12VVCC1 12VVCC1VCC60XSC1ABExt Trig ++__+_14图 1 方波发生器该方波发生器输出的方波振荡周期2 1 322ln(1)RTRCR2、、占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路 通常将矩形波高电平的时间与周期时间之比称为占空比方波的占空比为 50%如果需要产生占空比小于或大于 50%的矩形波，则应设法使方波发生电 路中电容的充电时间常数与放电时间常数不相等图 2 电路中利用二极管的单 向导电性可以构成占空比可调的矩形波发生电路U17413247651R110kΩ Key=A50%R2100kΩ Key=B35%R310kΩR45.1kΩR51kΩC1 100nFD11N4148D21N4148D3 1Z6.2D4 1Z6.2VCC -12VVCC1 12VVCCVCC1123460070XSC1ABExt Trig ++__+_8 5图 2 占空比可调的矩形波发生电路 该电路发生的矩形波振荡周期2 1 32(2)ln(1)wRTRR CR占空比 ' 1112wwRRT TRR调节电位器 Rw 可使输出矩形波的占空比变化。

3、、三角波发生电路三角波发生电路 上述方波发生器中 Uc 的波形近似三角形，但其线性度比较差图 3 电路可 以产生线性度比较高的三角波，它包含两部分电路，前一部分为滞回电压比较 器，后一部分为积分电路U17413247651U27413247651R110kΩR25.1kΩR310kΩR4 10kΩC1100nFR5 10kΩ Key=A50%D1 1Z6.2D2 1Z6.2240060VCC -12V VCCVCC -12VVCCVCC1 12VVCC1 12VVCC1VCC1351XSC1ABExt Trig ++__+_7图 3 三角波发生电路 设电路刚加电时，电容两端的电压等于 0 若 Uo1=Uz，则积分电路中的电容充电，Uo 按线性规律下降，当 Uo 下降到 零以后再下降到一定程度，使 A1的 U+略低于时，则 Uo1从+Uz 跳变为-(0)UUz，同时 U+也跳变到更低的值（比零低很多） 在 Uo1变为-Uz 后，电容放电， Uo 按线性规律逐渐上升，当 Uo 上升到一定程度，使 A1的略大于 0 时，Uo1U又从-Uz 变回 Uz，使电路回到初始状态如此周而复始，产生振荡，电路产生 三角波。

周期 1424R R CTR振荡幅度 12omZRUUR4、、锯齿波发生电路锯齿波发生电路 锯齿波与三角波的区别是，后者上升和下降的斜率相等，而前者上升和下降 的斜率不相等（通常相差很多） 因此，只要使三角波产生电路中的电容的充电 与放电回路不同，便可以得到锯齿波发生电路参照实验电路图 4U17413247651U27413247651R2 100kΩ Key=A50%R3 10kΩR410kΩR55.1kΩR1 10kΩC1100nF 12VCC -12VVCC -12VVCCVCC1 12VVCC1 12V0VCCD1 1Z6.20D2 1Z6.2D31N4148D41N41484567VCC1VCC1830XSC1ABExt Trig ++__+_9四、实验内容四、实验内容1、、方波发生电路方波发生电路 ①按图连接电路，检查无误后，连接电源 ②调整电位器 Rp，输出波形从无到有，用示波器观察 Uc、Uo 波形，测量频率③分别测出，时，输出波形的频率，输出幅值110Rk1110Rk④调节电位器 Rp，使输出电压 Uo 的输出幅值最大且不失真，用毫伏表测量电 压 Uo 反馈电压和，分别研究振荡的幅值条件。

UU2、、占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路 ①按图连接电路，检查无误后，连接电源 ②调整电位器 Rp，使电路产生的波形从无到有，并用示波器观察 Uc、Uo 波形 的幅度及频率变化情况把 Rw 的动点调节到最上、最下位置，测出频率范围， 记录之 ③将电位器 Rp 调节至中心位置，将一只稳压管短接，观察 Uo 的波形，分析二 极管的限幅作用 ④若要使占空比更大，应如何选择电路参数并用实验验证 3、、三角波发生电路三角波发生电路 ①按图连接电路，检查无误后，连接电源 ②改变 Rp，用示波器观察频率如何变化？按预习方案分别实验并记录 4、、锯齿波发生电路锯齿波发生电路 ①按图连接电路，检查无误后，连接电源 ②将电位器 Rp 调至最上、最下（要求有波形输出）位置，测量频率变化范围五、实验结果及分析五、实验结果及分析1、方波发生电路、方波发生电路 ①电路连接如图 1 所示 ②调整电位器 Rp，用示波器观察 Uc、Uo 波形如下所示：测量 Uc、Uo 的频率：f=47.57Hz 图 1 所示电路由反向输入的滞回比较器和 RC 电路组成，RC 回路既作为延 迟环节，又作为反馈网络，通过 RC 充放电实现状态的自动转换。

在电路中电 容正向充电和反向充电的时间常数均为 R1C，而且充电的总幅值也相等，因而 在一个周期内 Uo=+Uz 的时间与 Uo=-Uz 的时间相等，Uo 为对称的方波③当时，其输出波形如下：110Rk实验结果：频率 f=360.5Hz，输出幅值 Uo=6.22V 仿真结果：频率 f=418.8Hz，输出幅值 Uo=6.024V 当时，1110Rk实验结果：频率 f=36.06Hz，输出幅值 Uo=6.81V 仿真结果：频率 f=41.13Hz，输出幅值 Uo=6.526V 由以上波形和数据可知：在到变化时，输出波形的输110Rk1110Rk出幅值有微小的变化，其频率明显减小因为输出电压，而0zUU ，在 R1变化时，输出电压不受其影响，其周期随 R1变大而2 1 322ln(1)RTRCR变大，则频率随 R1变大而减小 ④调节电位器 Rp，使输出电压 Uo 的输出幅值最大且不失真，其输出波形如下：实验结果：电压 Uo=7.39V，反馈电压=3.7V，=1.94VUU仿真结果：电压 Uo=6.532V，反馈电压=3.249V，=1.974VUU振荡的幅值条件：电路刚加电时，=0，滞回比较器的输出电压为 Uz，则U集成运放同相输入端此时的电位为，而同时 Uz 通过 R1向 C 充223ZRUURR电，由零逐渐上升，当>时，Uo 从 Uz 跳变为-Uz，则UUU，同时，电容 C 通过 R1放电，使逐渐下降，小于时，223ZRUURR UUUo 又跳变为 Uz，回到初始状态，如此周而复始，产生振荡。

2、、占空比可调的矩形波发生电路占空比可调的矩形波发生电路 ①电路连接如图 2 所示 ②调整电位器 Rp，用示波器观察 Uc、Uo 波形的幅度及频率变化情况如下：测量结果：Uc=1.277V，Uo=5.563V，fo=213.83Hz测量结果：Uc=2.156V，Uo=5.62V，fo=126.37Hz测量结果：Uc=12.798V，Uo=5.655V，fo=95.47Hz 在电路中，电容正向充电和反向充电的时间分别为(R1+Rw’)C 和[R1+(Rw- Rw’)]C，充电的总幅值相等，因而在一个周期内 Uo=+Uz 的时间与 Uo=-Uz 的 时间不相等，Uo 为矩形波 由上图及测量数据可知：在 Rp 接入百分比增大的过程中，Uc、Uo 波形的 幅度有微小的增加，频率有所减小因为输出电压，而0zUU ，在 Rp 即 R2变化时，输出电压不受其影响，其周期2 1 32(2)ln(1)wRTRR CR随 Rp 变大而变大，则频率随 Rp 变大而减小在 Rw 的动点从上至下的调节过程中，测出一组频率值如下表所示： 实验124.6110.589.483.892.3109.5122.7输出频率 (Hz)仿真109.7295.6195.4595.3395.5695.80109.93 由上表观察可知频率变化范围：实验结果 83.8 Hz ~124.6 Hz仿真结果 95.33 Hz ~109.72 Hz ③将电位器 Rp 调节至中心位置，将一只稳压管短接，观察 Uo 的波形如下：实验结果：Uo=-6.02V 仿真结果：Uo=-5.63V 二极管的限幅作用：稳压二极管将电路的输出 Uo 稳定在Uz。

若将一只稳 压管短路，则在振荡中无法实现 Uo 从+Uz 到-Uz 或者从-Uz 到+Uz 的跃变，从 而导致输出电压上半部分或下半部分的缺失，得到如上图所示的输出波形 ④若要使占空比更大，应如何选择电路参数并用实验验证 通过对方波及矩形波发生电路的分析，想要使输出电压的占空比增大，就 必须是使电容正向的时间常数与反向充电的时间常数的比值增大，即增大正向 充电充电回路的参数所以，通过给正向充电回路增大电阻，可以实现增大占 空比实验原理图如下所示：U17413247651Rp10kΩ Key=A50%Rw100kΩ Key=B30%R310kΩR45.1kΩR11kΩC1 100nFD11N4148D21N4148D3 1Z6.2D4 1Z6.2VCC -12VVCC1 12VXSC1ABExt Trig ++__+_57060321VCC1VCCR620kΩ81009通过分析可知此电路图的占空比为，而原电路占空比为161' (')wwwRRRqRRR，比较两式可明显看出占空比有所增大16' (')wwwRRRqRR 在同等的条件下，观测到原电路和改进电路的输出波形如下：原电路改进电路测量数据如下表所示： T1Tq= T1/ T 原电路7.992ms5.653ms0.707 改进电路9.552ms7.018ms0.735 由波形及测量数据可知，改进电路确实有增大占空比的作用。

3、、三角波发生电路三角波发生电路 ①电路连接如图 3 所示 ②改变 Rp，在接入百分比增大过程中，用示波器观察波形变化如下所示：由于积分电路两个方向的积分通路相同，即积分电路的正向积分时间常数 等于反向积分的时间常数，那么输出电压上升和下降的的斜率相同，于是得到 了上图所示的锯三角波 在 Rp 接入百分比增大过程中，测得输出一组频率值如下表所示： 实验1552721.7553.5397.2310.4259.4输出频率 (Hz)仿真1115.2693.5503.1388.7320.6261.7 由上表观察可知频率变化范围：实验结果 259.4Hz ~1552Hz仿真结果 261.7 Hz ~11。