运放组成的波形发生器电路设计word版本

实验十一集成运算放大器的基本应用（Ⅳ）─波形发生器─一、实验目的1、学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器.2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法. 二、实验原理由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式,本实验选用最常用的,线路比较简单的几种电路加以分析.1、RC 桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）图11－1为RC 桥式正弦波振荡器.其中RC 串、并联电路构成正反馈支路,同时兼作选频网络,R 1、R 2、R W 及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节.调节电位器R W ,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形.利用两个反向并联二极管D 1、D 2正向电阻的非线性特性来实现稳幅.D 1、D 2采用硅管（温度稳定性好）,且要求特性匹配,才能保证输出波形正、负半周对称.R 3的接入是为了削弱二极管非线性的影响,以改善波形失真.电路的振荡频率 起振的幅值条件1fR R ≥2 式中R f ＝R W ＋R 2＋（R 3//r D ）,r D —二极管正向导通电阻.调整反馈电阻R f （调R W ）,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R f .如波形失真严重,则应适当减小R f .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,而调节R 作量程内的频率细调.图11－1RC 桥式正弦波振荡器2、方波发生器由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器,一般均包括比较器和RC 积分器两大部分.图11-2所示为由滞回比较器及简单RC 积分电路组成的方波—三角波发生器.它的特点是线路简单,但三角波的线性度较差.主要用于产生方波,或对三角波要求不高的场合.电路振荡频率式中 R 1＝R 1'＋R W 'R 2＝R 2'＋R W "方波输出幅值 U om ＝±U Z 三角波输出幅值调节电位器R W 即改变R 2／R 1,可以改变振荡频率,但三角波的幅值也随之变化.如要互不影响,则可通过改变R f 或C f 来实现振荡频率的调节.图11－2方波发生器3、 三角波和方波发生器如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统,如图11－3所示,则比较器A 1输出的方波经积分器A 2积分可得到三角波,三角波又触发比较器自动翻转形成方波,这样即可构成三角波、方波发生器.图11－4为方波、三角波发生器输出波形图.由于采用运放组成的积分电路,因此可实现恒流充电,使三角波线性大大改善.图11-3三角波、方波发生器电路振荡频率 fW f 12O )C R (R 4R R f +=方波幅值 U ′om ＝±U Z 三角波幅值 Z 21om U R R U =调节R W 可以改变振荡频率,改变比值21R R 可调节三角波的幅值. 图11－4 方波、三角波发生器输出波形图三、实验设备与器件1、±12V 直流电源2、双踪示波器3、交流毫伏表4、频率计5、集成运算放大器μA741×26、二极管IN4148×27、稳压管2CW231×1电阻器、电容器若干. 四、实验内容1、RC 桥式正弦波振荡器 按图11－1连接实验电路.1 接通±12V 电源,调节电位器R W ,使输出波形从无到有,从正弦波到出现失真.描绘u O 的波形,记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的R W 值,分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响.2 调节电位器R W ,使输出电压u O 幅值最大且不失真,用交流毫伏表分别测量输出电压U O 、反馈电压U+和U-,分析研究振荡的幅值条件.3) 用示波器或频率计测量振荡频率f O ,然后在选频网络的两个电阻R 上并联同一阻值电阻,观察记录振荡频率的变化情况,并与理论值进行比较.4) 断开二极管D 1、D 2,重复2的内容,将测试结果与2进行比较,分析D 1、D 2的稳幅作用.5RC 串并联网络幅频特性观察将RC 串并联网络与运放断开,由函数信号发生器注入3V 左右正弦信号,并用双踪示波器同时观察RC 串并联网络输入、输出波形.保持输入幅值3V 不变,从低到高改变频率,当信号源达某一频率时,RC 串并联网络输出将达最大值约1V,且输入、输出同相位.此时的信号源频率 2、方波发生器按图11－2连接实验电路.1 将电位器R W 调至中心位置,用双踪示波器观察并描绘方波u O 及三角波u C 的波形注意对应关系,测量其幅值及频率,记录之.2 改变R W 动点的位置,观察u O 、u C 幅值及频率变化情况.把动点调至最上端和最下端,测出频率范围,记录之.3 将R W 恢复至中心位置,将一只稳压管短接,观察u O 波形,分析D Z 的限幅作用. 3、三角波和方波发生器按图11－3连接实验电路.1 将电位器RW 调至合适位置,用双踪示波器观察并描绘三角波输出u及方波输出uO′,测其幅值、频率及RW值,记录之.2 改变RW 的位置,观察对uO、uO′幅值及频率的影响.3 改变R1或R2,观察对uO、uO′幅值及频率的影响.五、实验总结1、正弦波发生器1 列表整理实验数据,画出波形,把实测频率与理论值进行比较2 根据实验分析RC振荡器的振幅条件3 讨论二极管D1、D2的稳幅作用.2、方波发生器1 列表整理实验数据,在同一座标纸上,按比例画出方波和三角波的波形图标出时间和电压幅值.2 分析RW 变化时,对uO波形的幅值及频率的影响.3 讨论DZ的限幅作用.3、三角波和方波发生器1 整理实验数据,把实测频率与理论值进行比较.2 在同一坐标纸上,按比例画出三角波及方波的波形,并标明时间和电压幅值.3 分析电路参数变化R1,R2和RW对输出波形频率及幅值的影响.六、预习要求1、复习有关RC正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理,并估算图11－1、11－2、11－3电路的振荡频率.2、设计实验表格3、为什么在RC正弦波振荡电路中要引入负反馈支路为什么要增加二极管D1和D2它们是怎样稳幅的4、电路参数变化对图11－2、11－3产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响或者：怎样改变图11－2、11－3电路中方波及三角波的频率及幅值5、在波形发生器各电路中,“相位补偿”和“调零”是否需要为什么6、怎样测量非正弦波电压的幅值实验十二 RC 正弦波振荡器一、实验目的1、进一步学习RC 正弦波振荡器的组成及其振荡条件2、学会测量、调试振荡器 二、实验原理从结构上看,正弦波振荡器是没有输入信号的,带选频网络的正反馈放大器.若用R 、C 元件组成选频网络,就称为RC 振荡器,一般用来产生1Hz ～1MHz 的低频信号. 1、RC 移相振荡器电路型式如图12－1所示,选择R ＞＞R i .图12－1RC 移相振荡器原理图振荡频率 RC62π1f O =起振条件放大器A 的电压放大倍数｜A｜＞29 电路特点简便,但选频作用差,振幅不稳,频率调节不便,一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合.频率范围几赫～数十千赫. 2、RC 串并联网络文氏桥振荡器 电路型式如图12－2所示. 振荡频率RC21f O π=起振条件|A|＞3 电路特点可方便地连续改变振荡频率,便于加负反馈稳幅,容易得到良好的振荡波形.图12－2RC 串并联网络振荡器原理图3、双T 选频网络振荡器电路型式如图12－3所示.图12－3双T 选频网络振荡器原理图振荡频率5RC 1f 0=起振条件2R R <'|F A|＞1电路特点选频特性好,调频困难,适于产生单一频率的振荡. 注：本实验采用两级共射极分立元件放大器组成RC 正弦波振荡器. 三、实验设备与器件1、＋12V 直流电源2、函数信号发生器3、双踪示波器4、频率计5、直流电压表6、3DG12×2或9013×2 电阻、电容、电位器等 四、实验内容1、RC 串并联选频网络振荡器(1) 按图12－4组接线路图12－4RC 串并联选频网络振荡器2断开RC 串并联网络,测量放大器静态工作点及电压放大倍数.3接通RC 串并联网络,并使电路起振,用示波器观测输出电压u O 波形,调节R f 使获得满意的正弦信号,记录波形及其参数.4测量振荡频率,并与计算值进行比较.5改变R 或C 值,观察振荡频率变化情况.6RC串并联网络幅频特性的观察将RC串并联网络与放大器断开,用函数信号发生器的正弦信号注入RC串并联网络,保持输入信号的幅度不变约3V,频率由低到高变化,RC串并联网络输出幅值将随之变化,当信号源达某一频率时,RC串并联网络的输出将达最大值约1V左右.且输入、输出同相位,此时信号源频率为2、双T选频网络振荡器1按图12－5组接线路2断开双T网络,调试T1管静态工作点,使UC1为6～7V.3接入双T网络,用示波器观察输出波形.若不起振,调节RW1,使电路起振. 4测量电路振荡频率,并与计算值比较.图12－5双T网络RC正弦波振荡器3、RC移相式振荡器的组装与调试(1)按图12－6组接线路2断开RC移相电路,调整放大器的静态工作点,测量放大器电压放大倍数.3接通RC移相电路,调节RB2使电路起振,并使输出波形幅度最大,用示波器观测输出电压uO波形,同时用频率计和示波器测量振荡频率,并与理论值比较.参数自选,时间不够可不作.图12－6RC移相式振荡器五、实验总结1、由给定电路参数计算振荡频率,并与实测值比较,分析误差产生的原因.2、总结三类RC振荡器的特点.六、预习要求1、复习教材有关三种类型RC振荡器的结构与工作原理.2、计算三种实验电路的振荡频率.3、如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率.。

设计报告课题：集成运放波形发生电路设计姓名：唐**学号系别：物电系专业：电子信息科学与技术年级： 10电本一指导教师：2012年04 月09目录1. 设计任务 (3)1.1 基本要求 (3)1.2 发挥部分 (3)1.3 系统框图 (3)2. 单元电路的设计 (4)2.1 电源电路 (4)2.1.1 工作原理分析 (4)2.1.2 参数计算及器件选择 (4)2.2 方波三角波发生电路 (5)2.2.1 工作原理分析 (5)2.2.2 参数计算及器件选择 (6)2.3 正弦波电路 (6)2.3.1 工作原理分析 (6)2.3.2 参数计算及器件选择 (7)2.4 全波整流电路 (7)2.4.1 工作原理分析 (7)2.4.2 参数计算及器件选择 (7)3. 系统的测试 (8)3.1使用仪器和设备 (8)3.2 测试的方法和步骤 (8)3.3 结果分析 (10)4．总结 (11)5. 参考文献 (11)6. 附录 (11)附录一：器件清单 (11)附录二：仪器设备清单 (11)附录三：原理图 (12)附录四：PCB图 (13)附录五：实物图（正反面） (13)1. 设计任务1.1 基本要求在所学模拟电子技术课程知识基础上，选用合适的集成运放设计产生正弦波、方波、三角波的综合波形发生器。

其中要求：1、各输出波形的工作频率范围为100HZ~10KHZ连续可调。

2、正弦波幅值为±5V，失真度小于1.5%。

3、方波幅值为±5V，三角波幅值为±10V。

4、设计整个电路所需的直流电源。

1.2 发挥部分实现波形的占空比可调、实现全波整流电路1.3 系统框图图1 集成运放波形发生电路系统框图滞回比较器输出方波，方波经过积分器形成三角波，三角波经过二阶低通滤波电路形成正弦波，再经过全波整流输出直流电。

电源部分采用设计实验产生的+12V和-12V双直流电源供电。

2. 单元电路的设计2.1 电源电路2.1.1 工作原理分析图2：电源电路原理图本系统对电源电压稳定度要求较高，考虑到成本等因素，使用7812和7912三端稳压电路最为合适。

基于分立元件和集成运算放大器的波形发生器设计任务和要求要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。

指标：输出频率分别为：102H Z、103H Z和104Hz；方波的输出电压峰峰值V PP≥20V整体电路设计（1）方案比较：方案一用RC桥式振荡电路产生正弦波，正弦波频率可通过调节电阻R及电容C实现100HZ—20KHZ的变换，再用施密特触发器将正弦波整形为方波，最后用积分电路，将方波转换为三角波。

方案二用RC桥式振荡电路产生正弦波，正弦波频率可通过调节电阻R及电容C实现100HZ—20KHZ的变换，再用过零比较器将正弦波转为方波，最后用积分电路将方波转换为三角波。

本设计采用方案二：方案一与方案二的差别在于产生方波的方法不同。

方案一中的施密特触发器只适用于小信号的处理，达不到课程设计的要求。

方案二的过零比较器可以达到要求，故选择方案二。

（2）整体电路框图（3）单元电路设计及元器件选择A、RC桥式振荡电路正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出的电路。

正弦波振荡电路有放大电路、选频网络、正反馈网络、稳幅环节组成，正弦波振荡的平衡条件为AF=1，起振条件为|AF|>1。

本设计的RC桥式振荡器，由运放及RC串并联选频网络组成。

RC 桥接正弦波放大电路以下求出RC串并联选频网络的频率特性和(1)整理可得(2)令=1/RC,则(3)（3）代入（2）,得出(4)幅频特性为(5)相频特性为(6)当f=时，＝，即,又由可知当f=时，＝，所以 (7)以上计算说明，只要RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3的放大电路就可以构成正弦波振荡电路。

RC桥式振荡电路产生的波形B、电压跟随器电压跟随器是一个电压串联负反馈放大电路，它具有输入阻抗高，输出电阻低，电压放大倍数接近1，输出电压能够在较大范围内跟随输入电压做线性变化，以及输入、输出信号同相等特点。

运放组成的波形发生器电路设计、装配与调试1．运放组成的波形发生器的单元电路运放的二个应用：⑴线性应用-RC正弦波振荡器⑵非线性应用-滞回比较器⑴RC正弦波振荡器RC桥式振荡电路如图3-9所示。

图3-9 RC桥式振荡电路RC桥式振荡电路由二部分组成：①同相放大器，如图3-9（a）所示。

②RC串并联网络，如图3-9（b）所示。

或图3-9（c）所示，RC串并联网络与同相放大器反馈支路组成桥式电路。

同相放大器的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压，而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压，当f=f0时, RC串并联网络的相位移为零，放大器是同相放大器，电路的总相位移是零，满足相位平衡条件，而对于其他频率的信号，RC串并联网络的相位移不为零，不满足相位平衡条件。

由于RC串并联网络在 f=f 0 时的传输系数F ＝1/3，因此要求放大器的总电压增益Au 应大于3，这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的。

由R 1、R f 、V 1、V 2及R 2构成负反馈支路，它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器。

只要适当选择R f 与R 1的比值， 就能实现Au>3的要求。

其中，Ｖ1、Ｖ2和R 2是实现自动稳幅的限幅电路。

① 振荡原理RC 桥式振荡电路如图3-9所示。

根据自激振荡的条件，φ=φa+Φf=2πn ，其中RC 串并联网络作为反馈电路，当f=fo 时，φf=0°，所以放大器的相移应为φa=0°，即可用一个同相输入的运算放大器组成。

又因为当f=fo 时，F=1/3，所以放大电路的放大倍数A ≥3。

起振时A>3，起振后若只依靠晶体管的非线性来稳幅，波形顶部容易失真。

为了改善输出波形，通常引入负反馈电路。

其振荡频率由RC 串并联网络决定，图3-9（c ）为RC 桥式振荡电路的桥式画法。

RC 串并联网络及负反馈电路中的Rf+'2R 、R1正好构成电桥四臂，这就是桥式振荡器名称的由来。

波形发生器摘要：使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片整理一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、一次和三次正弦波。

进行方案设计，整理出实际电路使其达到实验要求的各项指标。

一、设计任务与要求使用题目指定的综合测试板上的NE555芯片和一片四运放LM324芯片，设计整理一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。

给出方案设计、详细电路图和现场自测数据及波形。

设计整理要求如下：1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中 的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆。

2、四种波形的频率关系为1:1:1:3（3次谐波）；脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8KHz ～10KHz ，输出电压幅度峰峰值为1V ；正弦波Ⅱ输出频率范围为24KHz ～30KHz ，输出电压幅度峰峰值为9V 。

脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用示波器测量时）。

频率误差不大于10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。

脉冲波占空比可调整。

3、电源只能选用+10V 单电源，由稳压电源供给，不得使用额外电源。

4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。

5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置，便于检查。

6、翻译：NE555和 LM324的数据手册（器件描述、特点、应用、绝对参数、电参数）。

二、方案论证与设计 1.原始方案：在使用Multisim 进行仿真设计的阶段，我想出了两种原始方案，两种方案的大体思路如下。

方案一：使用NE555芯片构成多谐振荡器，输出方波，通过锯齿波发生电路产生锯齿波，然后通过一个KHz f H 10 的低通滤波器，通过滤波产生一次，8KHz 到10KHz 的正弦波，然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器，输出三次正弦波。

其中滤出三次谐波的理论依据是，由于锯齿波是一个关于t 的周期函数，并且满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点，且在这些间断点上，函数是有限值；在一个周期内具有有限个极值点；绝对可积。

物理与电子工程学院《模拟电路》课程设计题目:用集成运放组成的正弦波、方波、三角波产生电路专业电子信息工程专业班级14级电信1班学号1430140227学生姓名邓清凤指导教师黄川完成日期：2015 年12 月目录1 设计任务与要求 (3)2 设计方案 (3)3设计原理分析 (5)4实验设备与器件 (8)4.1元器件的引脚及其个数 (8)4.2其它器件与设备 (8)5实验内容 (9)5.1 RC正弦波振荡器 (9)5.2方波发生器 (11)5.3三角波发生器 (13)6 总结思考 (14)7 参考文献 (15)用集成运放组成的正弦波、方波、三角波产生电路姓名：邓清凤电子信息工程专业[摘要]本设计是用12V直流电源提供一个输入信号，函数信号发生器一般是指自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或仪器。

电路形式可采用由运放及分立元件构成：也可以采用单片机集成函数发生器。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题采用UA741芯片搭建电路来实现方波、三角波、正弦波的电路。

[关键词]直流稳压电源12V UA741集成芯片波形函数信号发生器1 设计任务与要求（1）并且在proteus中仿真出来在同一个示波器中展示正弦波、方波、三角波。

（2）在面包板上搭建电路，并完成电路的测试。

（3）撰写课程设计报告。

（4）答辩、并提交课程设计报告书2 设计方案方案一：采用UA741芯片用集成运放组成的正弦波、方波、三角波产生电路优点：分立元件结构简单，可用常用分立元器件，容易实现，技术成熟，完全能够达到技术参数的要求，造价成本低。

缺点：设计、调试难度太大，周期太长，精确度不是太高。

图1 集成运放组成的正弦波、方波、三角波产生电路方案二：用8038制作的多波形信号发生器优点：具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；正弦波输出具有低于1％的失真度；三角波输出具有0．1％高线性度；具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽，2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围，从TTL电平至28V；易于使用，只需要很少的外部条件缺点：成本较高。

目录第一章绪论- 1 -1 绪论………………………………...- 1 -第二章设计方案- 1 -2.1 方案………………………………- 1 - 2.2方框图…………………………….- 2 - 2.3工作过程………………………….- 2 -第三章波形发生器的基本原理- 2 -3.1 波形发生器的组成………………- 2 - 3.2 正弦波发生器……………………- 2 - 3.3 方波发生器………………………- 4 - 3.4 三角波发生器……………………- 6 - 3.5 直流稳压电源……………………- 8 - 第四章波形发生器的整体电路设计- 10-4.1 整体电路………………………..- 10 - 4.2 原理……………………………..- 11 -参考文献- 11 -附录：器件清单- 11 -第一章绪论1 绪论函数信号发生器是一种能够产生多种波形，通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。

信号发生器采用模拟电子技术，由分立元件构成振荡电路和整形电路，产生各种波形，这种信号发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。

一般的传统发生器都是采用的谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。

但也可以根据频率合成技术来获得所需频率。

利用频率合成技术制成的信号发生器，被称为合成信号发生器。

随着微处理器性能的提高，出现了由微处理器、D/A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。

它扩展了波形发生器的功能，产生的波形也比以往复杂。

实质上它采用了软件控制，利用微处理器控制D/A,就可以得到各种简单波形。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

在测试与测量技术过程中，常用到已知函数波形的数字化生成，它在许多与测量有关的领域有着不可替代的作用。

例如，数字化仿真，常被用于算法研究、模型研究、系统辨识或以蒙特卡罗法搜索模型与算法。

任意波形发生器出现以后，给人们提供的不仅是一个通用的基础技术平台，而是在人们面前打开了通往无限宽广空间的一扇门，使得人们对于信号波形的掌握与应用再也不必局限于简单的正弦波、方波等几种有限的波形了，它可以按照人们提供的测量序列产生出几乎任意形状的连续波形信号。

电路CAD课程设计报告题目波形发生器学生姓名学号学院专业指导教师2011 年12 月18 日摘要波形发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电压或仪器。

根据用途不同,有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。

本次波形发生器设计要求产生方波和三角波,矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是,输出就获得三角波电压。

而矩形波电压只有两种状态,不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分;因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。

关键词：波形发生器，三角波，方波，电路原理图，PCB图目录1设计任务与要求.............................................................。

3 1。

1设计要求............。

......................................................。

3 1。

2设计任务......................................................................。

3 2方案选择.. (3)3单元电路设计…………。

…………………………………………………。

53.1矩形波发生器电路……。

………………………………………………。

53.2三角波发生器电路 (6)3。

3电源电路………………………………………………………….……。

63.4单元电路计算 (7)4电路板图设计………….…………………………………………………。

104.1总原理图.........................................................................。