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方波和三角波發生器電路

2023年10月05日

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標準文案方波和三角波發生器電路
由集成運算放大器構成的方波和三角波發生器,一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。如圖6.5所示為由遲滯比較器和集成運放組成的積分電路所構成的方波和三角波發生器。
方波和三角波發生器的工作原理
A1構成遲滯比較器,同相端電位Vp由VO1和VO2決定。利用疊加定理可得:
當 Vp>0時 A1輸出為正,即VO1 = +Vz;當 Vp<0時, A1輸出為負即 VO1 = -Vz
A2構成反相積分器
VO1為負時, VO2 向正向變化, VO1 為正時, VO2 向負向變化。假設電源接通時VO1 =
-Vz,線性增加。
當VO2上升到使Vp略高於0v時,A1的輸出翻轉到VO1 = +Vz 。
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四、報告要求
1、課題的任務和要求。
2、課題的不同方案設計和比較,說明所選方案的理由。
3、電路各部分原理分析和參數計算。
4、測試結果及分析:
(1)實測輸出頻率範圍,分析設計值和實測值誤差的來源。
(2)對應輸出頻率的高、中、低三點,分別實測輸出電壓的峰-峰值範圍,分析輸出電壓幅值隨頻率變化的原因。
(3)頻率特性測試,在低頻端選定一個輸出幅值,而後逐步調高輸出頻率,選12~15個測試點,用示波器觀測輸出對應頻率下的輸出幅值,填入自己預做的表格,畫出電路的幅頻特性。
注意:輸出幅值一旦選定,在調節輸出測試頻率點過程中,不能再動!
(4)畫出示波器觀測到的各級輸出波形,並進行分析;若波行有失真,討論失真產生的原因和消除的方法。
5、課題總結
6、參考文獻
2、方波、三角波發生器
(1)按圖11-2所示電路及參數接成方波、三角波發生器。
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圖11-2
(2)將電位器Rp 調至中心位置,用雙綜示波器觀察並描繪方波V01及三角波V02
(注意標註圖形尺寸),並測量Rp 及頻率值。
表11-3
方波V01及三角波V02 波形
Rp= (中間) , f=
(3)改變Rp 的位置,觀察對V01和V02 幅值和頻率的影響,將測量結果填入表11-3中
(記錄不失真波形參數)。
表11-4
F ( KHz )
Rp ( Ω )
V01P-P (V ) V02P-P (V )
備 注
頻率最高 頻率最低
(4)將電位器Rp 調至中間位置,改變R1為10K 可調電位計,觀察對V01和V02 幅值和頻率的影響。將
測量結果填入表11-4中。
表11-5
F (KHz )
R1 ( Ω ) V01P-P (V ) V02P-P (V )
備 注
頻率最高 頻率最低
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標準文案 (5)電位器Rp 保持中間位置,R1接10K 電阻,改變R2為100K 可調電位計,觀察對V01和V02 幅值和頻
率的影響。將測量結果填入表11-5中。(記錄有波形的測試參數)
表11-6
F ( KHz )
R2 ( Ω ) V01P-P (V ) V02P-P (V )
備 注
頻率最高
頻率最低 四、實驗報告
1. 畫出各實驗的波形圖。
2. 總結波形發生器的特點。
穩定的方波和三角波發生器(118)
如圖所示為穩定的方波和三角波發生電路。該電路的特點是:方波和三角波的頻率幾乎相等,正、負向振幅對稱;三角波的正、負斜率不受振幅變化的影響,而且正、負斜率可以分別調節。此外,調節基線電平時不會改變輸出波形。運算放大器A2為積分器,它由運放A1的輸出方波驅動。方波的振幅由兩個齊納二極體D1、D2固定在±5V 。電位器R3調節三角波的正斜率,R2調節三角波的負斜率,R5調節三角波的振幅。如果只需要相同的正、負斜率,則D3、D4和R2可以省掉。運算放大器A1為比較器。參考電壓由電位器R4調節,R4決定輸出的基線電平,但是不會影響振幅和斜率。最高工作頻率由運算放大器的轉換速率、
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最大輸出電流以及二極體的開關速度決定。三角波振幅:方波振幅:Vo2=±5V(由二極體D1、D2決定)
用555製作的多波形信號發生器
運算放大器在信號發生器中的應用電路
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555三個元器件組成的方波發生器電路
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具有三角波和方波輸出的壓控振蕩器
如圖所示為具有三角波和方波輸出的壓控振蕩電路。該電路是一個受控制電壓控制的振蕩器。它具有很好的穩定性和極好的線性,並且有較寬的頻率範圍。電路有兩個輸出端,一個是方波輸出端,另一個為三角波輸出端。圖中,A1為倒相器,A2為積分器,A3為比較器。場效應管Q1用來變換積分方向。比較器的基準電壓是由穩壓二極體D1、D2提供,積分器的輸出和基準電壓進行比較產生方波輸出。電阻R5、R6用來降低Q1的漏極電壓,以保證大輸入信號時Q1能完全截止。電阻R7、R8和二極體D3、D4是為了防止A3發生阻塞。按圖中所標元件數值,電源電壓用 15V,則變換係數為1kHz/V。電路在100:1頻率範圍內具有低於±0.5%的線性誤差。
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一、目的:
1、對電壓比較器的理解,學習閾值電壓的測量方法。
2、握集成運放在波形發生器值的應用,學習頻率的測量方法。
3、解壓控振蕩器工作原理。
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二、習要求:
1、真閱讀本實驗的實驗原理及教材中的有關內容,熟悉滯迴比較器、方波-三角波
發生器及壓控振蕩器的工作原理。
2、給定的圖8-3 所示電路中,計算為0 =4V 時,輸出發生跳變時的輸入電壓。 U
3、圖8-5 所給電路參數,設U V ,計算三角波的幅值及頻率。 z = ±4
4、圖8-6 所給電路參數,設運放的飽和電壓V V osat = 10 ,按表11 給定的值,
計算頻率f。
I U
三、實驗原理和實驗電路
1、電壓比較器是使輸入的模擬電壓與參考電壓相比較,當集成運放兩個
輸入端電位相等時,輸出電壓就發生跳變。
I U R U
圖8-1 簡單電壓比較器
電平跳變為低電平,或由低電平跳變為高電平,所以比較器中的運放工作在非線性區。
輸出發生跳變的臨界條件是U+=U-,使輸出發生跳變時對應的輸入值稱為閾值電壓,用
符號UTH表示。
圖8-1 所示電壓比較器的傳輸特性如圖8-2 所示。
電壓比較器是測量電路、自動控制系統、信號處理和波形發生器等電路中常用的
基本單元。
簡單比較器是具有靈敏度高,電路結構簡單等特點,但是它的抗干擾能力差,若輸入信號在閾值附近變化,輸出將反覆發生跳變。
滯回比較器有兩個閾值電壓,只要干擾不超過兩個閾值電壓之差,輸出就不會來
回變化。圖8-3 所示為一滯回比較器,由於運放的反相輸入接地,所以比較器輸出發
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或C之值以滿足振蕩頻率的要求。
3、壓控振蕩器
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(2)再在實驗箱的麵包板上連接圖8-6 中的分壓電路,反相器和開關二極體、 1 D 2 D μA741 引腳功能見圖8-7。 (3)檢查無誤後接通電源,按表8-1 改變輸入電壓,測量輸出的三角波的頻 率。並用示波器觀察波形幅度,當改變時,三角波的幅度是否變化。 I U I U 表8-
1
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五、實驗報告要求1、整理實驗數據和測量結果。
1、整理實驗數據和測量結果。
2、按實驗數據在坐標紙上畫出壓控振蕩器02 的振蕩頻率與的關係曲線。 U I U
3、將測量值與計算值相比較,分析誤差的主要原因。
實驗五方波、三角波發生器的設計
一.實驗目的
1.學習方波、三角波發生器的設計方法。
2.進一步培養電路的安裝與調試能力。
二.預習要求
1.複習教材中波形發生電路的原理。
2.根據所給的性能指標,設計一個方波、三角波發生器,計算電路中的元件參數,畫出標有元件值的電路圖,制定出實驗方案,選擇實驗儀器設備。
3.寫出預習報告。
三.實驗原理
方波、三角波發生器由電壓比C2
較器和基本積分器組成,如圖1所
示。 u o1C1運算放大器A1與R1、R2、R3 A1
及R w1、D z1、D z2組成電壓比較器;R4 R W A2 u o2
運算放大器A2與R4、R w2、R5、C1 R1R3 R W
及C2組成反相積分器,比較器與R5
積分器首尾相連,形成閉環電路,R2D Z1
構成能自動產生方波、三角波的發D Z2
生器(請參考基礎型實驗中的方波、
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標準文案 三角波發生電路)。 圖1 方波、三角波發生器電路圖
電路參數:
1.方波的幅度: U o1m = U z (1)
2.三角波的幅度: z w m o U R R R U 1
322+= (2) 3.方波、三角波的頻率: C
R R R R R f w w )(424213++= (3) 其中C 可選擇C 1或C 2。從式(2)和(3)可以看出,調節電位器R w1可改變三角波的幅度,但會影響方波、三角波的頻率;調節電位器R w2可改變方波、三角波的頻率,但不會影響方波、三角波的幅度。
四.方波、三角波發生器的設計方法
方波、三角波發生器的設計,就是根據指標要求,確定電路方案,選擇運放和電源電壓,計算電路元件的數值。
設計舉例
要求設計一個方波、三角波發生器,性能指標如下:
輸出電壓:U o1p-p ≤ 10V (方波),U o2p-p = 8V (三角波)
輸出頻率:100Hz ~ 1kHz ,1kHz ~ 10 kHz
波形特性:方波t r <10μs (1kHz ,最大輸出時),三角波γ? < 2 % 。
設計步驟:
1. 確定電路,選擇元器件。
選擇圖1所示電路,其中:A 1、A 2為μA741(或HA1741)集成運算放大器,R w1、R w2為電位器;取電源電壓+E c = +15V ,- E c = -15V ,由於方波電壓的幅度由穩壓管D z1、D z2的值決定。指標要求方波電壓的峰 一 峰值U o1p-p ≤ 10V ,而穩壓管的正向壓降為0.7V ,因此選用穩壓值分別為4.3V 和-4.3V 的穩壓管。
2. 計算元件的參數
由(2)式可得: 5
410802132===+Z m w U U R R R 取R 2 = 40k Ω,則R 3 + R w1 = 50 k Ω,取R 3 = 20 k Ω,R w1為47 k Ω的電位器,平衡電阻R 1= R 2 //(R 3 + R w1)= 22k Ω。
將 5
4132=+w R R R 代入(3)式可得: C R R f w )(16524+=
當100Hz ≤ f ≤ 1 kHz 時,取C = C 1 = 0.1μF ,則R 4 + R w2 = 3.1k Ω ~ 31 k Ω,R 4取標稱值:R 4 = 3 k Ω,R w2取47 k Ω的電位器,R 5 = R 4 = 3 k Ω。當1 kHz ≤ f ≤ 10 k Hz 時,
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為了實現波段的轉換取C = C2 = 0.01μF,R4、R5、R w2取值不變。
五.方波、三角波發生器的安裝與調試
按圖1所示安裝好電路,將電位器R w1調到30kΩ,穩壓電源輸出的+15V電壓接到集成運放μA741的7腳,-15V接到集成運放μA741的4腳,示波器的CH1接u o1,CH2接u o2,調節電位器R w1,使三角波的輸出幅度滿足設計指標要求;然後調節電位器R w2,從示波器的螢幕上觀察u o1和u o2的輸出頻率是否連續變化,波形是否正常(若無波形顯示或波形不是方波- 三角波,應重新檢查電路)。
六.方波、三角波發生器的性能指標測試
方波、三角波發生器性能指標的測試有:
1.輸出波形:方波、三角波。
2.頻率範圍:1Hz ~ 10Hz,10Hz ~ 100Hz,100Hz ~ 1 kHz,1kHz ~ 10 kHz等。
3.輸出電壓:一般指輸出波形的峰一峰值U op-p。
4.波形特性:表征方波特性的參數是上升時間t r,一般要求t r < 100ns(1kHz,最大輸出時);表征三角波特性的參數是非線性失真係數γ?,γ? = 2 %。
七.實驗內容
1.設計一個方波、三角波發生器,設計指標要求如下:
輸出電壓:U o1p-p≤ 24V(方波),U O2P-P = 8V(三角波)
輸出頻率:10Hz ~ 100Hz,100Hz ~ 1 kHz
波形特性:方波t r <100μs ,三角波γ? < 2 % 。
2.按照教材中介紹的方法,計算電路中各元件的參數,安裝和調試電路。
3.在保證電路正常工作後,記錄頻率在10Hz,100Hz, 1 kHz時的波形及參數。
八.實驗報告要求
1.繪出標有元件數值的實驗電路圖。
2.將測量數據與理論計算值列表,繪出觀察到的波形。
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