模拟电子技术实验第十一次实验
波形发生电路
实验报告
2016.12.22
一、实验目的
1、学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波。
2、学会波形发生电路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、方波和三角波发生电路有多种形式，本实验采用最常用且比较简单的几种电路来做分析。
1、RC桥式正弦波振荡电路
下图所示为RC桥式正弦波振荡电路。其中RC串并联电路构成正反馈支路，同时起到选频网络的作用。R1、R2、Rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器Rw，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D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保持输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。
（具体推导见书第406页）
调整反馈电阻Rf（调Rw），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，应当适当加大Rw；如波形失真严重，则应当适当减小Rw。
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。
2、方波发生电路
由集成运放构成的方波发生电路和三角波发生电路，一般均包括比较电路和RC积分电路两大部分。下图所示为由迟滞比较器及简单RC积分电路组成的方波-三角波发生电路。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。
调节电位器Rw（即改变R2/R1,），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，则可以通过改变Rf或Cf来实现振荡频率的调节。
3、三角波和方波发生电路
如把迟滞比较电路和积分电路首尾相接形成正反馈闭环系统，如下图所示，则比较电路A1输出的方波经积分电路A2积分可以得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样既可构成三角波、方波发生电路。
调节Rw 可以改变振荡频率，改变比值R1/R2可以调节三角波的幅值。
三、 实验设备与器件
1、±12V 直流电源
2、交流毫伏表
3、双踪示波器
4、运算放大器μA741×2
5、稳压管2CW231×1
6、二极管 IN4148×2
7、电阻器等
8、频率计
四、 实验内容
1、 RC 桥式正弦波振荡电路 按图连接实验电路
（1）接通±12V 电源，调节电位器Rw ，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘Vo 的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的Rw 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
Rw ，使输出电压Vo 幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压Vo 、反馈电压V+和V-，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fo ，然后在选频网络的两个电阻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D2、D2，重复（2）的内容，将测试结果与（2）进行比较，分
析
D1、D2的稳幅作用。
（5）RC串并联网络幅频特性观察：
将RC串并联网络与运放断开，由函数信号发生器输入3V左右的正弦信号，并用双踪示波器同时观察RC串并联网络输入、输出波形。保持输入幅值不变，从低到高改变频率，当信号源达到某一频率时，RC串并联网络输出将达到最大值（约1V），且输入输出同相位。此时的信号源频率：
2、方波发生电路
按图连接实验电路。
（1）将电位器Rw调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波Vo及三角波Vc的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。
（2）改变Rw滑动点的位置，观察Vo、Vc幅值及频率变化情况。把滑动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。
（3）将Rw恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察Vo波形，分析Dz的限幅作用。
3、三角波和方波发生电路
按图连接实验电路。
（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Vo及方波输出V o’，测其幅值、频率及Rw值，记录之。
（2）改变Rw的位置，观察对Vo、V o’幅值及频率的影响。
（3）改变R1（或R2），观察对Vo、V o’幅值及频率的影响。
五、实验结果与总结
1、RC桥式正弦波振荡电路
（1）
实验数据：
Vo的波形：
正弦波
出现失真
分析：
Rw越大，则反馈电阻Rf越大，负反馈越弱。当Rf过小时，负反馈太强，使得电路无法起振。当增大Rf时，负反馈减弱，电路开始满足起振条件，输出正弦波。当Rf继续增大时，负反馈过弱，使得不再满足稳幅要求，输出波形发生失真。
实验中临界起振时的Rw为2.763 kΩ，此时Rf=Rw+R2+R3=19.963 kΩ，
回路的电阻或正反馈回路的电阻电容的实际值与理论值不同。
（2）
实验数据：
分析：振荡的幅值条件
由实验数据可以看出，V+与V-之间有微小差别，V-比V+大0.277V。
电路中，若要能够发生振荡，则必须满足AF>1的幅值条件。另外，发生振荡时，F=1/3（具体证明见后面），所以要求A>1/3。
（3）
由实验数据可以看到，并联前和并联后的计算值都比测量值略高，可能的原因是实际的R或C值比理论值偏大。同时，并联后的fo的测量值和计算值都是
（4）
分析：
由实验数据可以看出，断开D1、D2后，输出电压Vo增大，反馈电压V+减小，反馈电压V-有很微小的下降。从实验数据可以体现出D1、D2的稳幅作用。
D1、D2的稳幅作用：D1、D2通过改变运放的放大倍数来实现稳幅。运放的输出电压超过一定幅度时，负半周D1导通，正半周D2导通，二极管正向导通电压小，相当于减小反馈电阻，从而增强负反馈，减小放大倍数，实现稳幅。
