实验八：电子实做实验(波形发生和比较器).doc

实验八 集成运算放大器组成的波形变换与产生电路 一．实验目的 1．掌握运放在开环，正反馈下的特点 2．熟悉比较器电路，搞清其工作原理 3．掌握正弦波发生器，方波发生器的电路及其工作原理 二．实验原理 1．运放在开环，正反馈下的特点 运放在开环或引入正反馈下，它工作在限幅区（非线性工作区），这时运放有两个重要特点： 1）运放的两个输入端不取电流。 2）运放的两个输入端不一定是等电位（是否等电位与输入信号大小有关），而当两个输入端等电位时，运放的输出状态发生翻转。即当V-由小于V+变至等于（稍大于）V+时，运放由正向限幅状态变为负向限幅状态；当V-由大于V+变至等于（稍小于）V+时，运放由负向限幅状态变至正向限幅状态。运放只是在正向限幅和负向限幅两种状态转换瞬间经过线性工作区。 2．比较器 图6—1（a）是将运算放大器在开环下应用构成一个电压比较器，输入电压Vi与参考电压VRef相比较，其传输特性如图6—1(b) 所示。当时，即输入电压与零电平相比较，则称之为过零比较器。 （a）开环比较器 （b）传输特性 （c）波形变换 图6—1 开环比较器及其传输特性 如果引入正反馈，可以构成具有回线形状传输特性的滞回比较器。图6—2 (a) 所示为一反相输入的滞回比较器，该电路 当时 上门限电压 当时 下门限电压 回差电压 因此当Vi 由小增大到等于V1时，运放由正向限幅状态翻转为负向限幅状态，而当Vi由大减小到等于V2时，运放由负向限幅状态翻转为正向限幅状态，电路的电压传输特性如 图6—2 (b)所示。 （a）滞回比较器 （b）滞回比较器传输特性 （c）波形变换 图6—2 滞回比较器及其传输特性 如果图6—1 (a)和6—2 (a)中Vi为正弦波，则VO为方波如图6—1 (c)和图6—2 (c)所示，由此，比较器可以实现波形的变换。 若为了使输出电压的幅度被限制在，可采用双向稳压管DZ，电路如图6—3所示，图中R是稳压管的限流电阻。 图6—3 具有限幅的滞回比较器 3．方波发生器 方波发生器是一种能产生方波的信号发生电路，由于方波包含各次谐波分量，因此方波发生器又称为多谐振荡电路。 方波发生器的基本电路如图6—4所示，它是由一个反相输入的滞回比较器（其传输特性见图6—2 (b)）和一个RC积分电路组成。 （a）方波发生器 （b）波形图 图6—4 方波发生器及其波形图 电路接通电源瞬时，电路的输出为正向限幅还是负向限幅纯属偶然，设输出处于正向限幅，即VO=VZ时，则电容C充电，其上电压VC按指数规律上升，当VC上升到等于 时，运放的输出翻转为负向限幅，VO=-VZ。若输出处于负向限幅，即VO=-VZ时，则电容C放电，其上电压VC按指数规律下降，当VC下降到等于-时，运放的输出又翻转为正向限幅，如此循环不已，形成方波输出电压，波形图见图6—4（b）所示。 由分析可知，输出方波的周期为 4．正弦波信号发生器 图6—5所示电路是由运放构成的RC桥式振荡电路，它是由选频网络（为RC串并联网络，它兼作正反馈网络）和同相输入比例放大器组成。 图6—5 正弦波信号发生器 振荡频率为 在频率f0 下，正反馈网络的反馈系数，只有同相放大器的放大倍数 时，才能满足振荡的振幅平衡条件，因此应。为了使电路起振应使AF略大于1，即应Rf 略大于2R1，这可由调节RP来实现。 电路中采用二极管来实现稳幅作用(D1、D2用IN4148)，由于起振时输出电压幅度较小，尚不足以使二极管导通，此时，而后随着输出幅度增加，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直至时振荡稳定。二极管两端并联电阻R2用于适当削弱二极管的非线性影响，以改善输出波形。 三．实验内容 滞回比较器 1）按图6—3接好电路。 2）观察输入、输出波形。 输入加正弦信号，频率f = 150HZ，大小Vi = 2V（有效值），用示波器观察Vi，VO的波形（注意将Vi接CH1，VO接CH2）。 观察、测量传输特性曲线。 将示波器置于X—Y显示方式，观察传输特性曲线，测出传输特性曲线上输出电压的限幅值，输入电压的两个门限电压值。 2．方波信号发生器 1）按图6—4（a）接好电路。 2）观察VO、VC的波形，分别在R