实验6、信号发生器的设计.doc

实验六、集成运算放大器的基本应用（II） 信号发生器的设计 　　一、设计要求： 1、 用集成运放（μA741）构成方波和三角波发生器。 2、设计方波、三角波的频率从1KHZ连续可调，方波输出幅度±5V、三角波输出幅度±3V。 　　3、 计算所选电路的个参数值，确定电容、电阻的值。 　　二、对称三角波和方波发生器设计原理：　　 对称方波和三角波形发生器是指以零电平为对称轴。对称方波和三角波形发生器的电路是由A1（集成运算放大器）组成上行迟滞比较器和A2构成反相积分器组成。 如把迟滞比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成了对称方波和三角波形发生器，如图1 所示。Uo’输出方波，Uo输出三角波。R3和DZ可组成稳幅电路，输出特性如图2所示。 当UO’=-Uz时，UO’经RW分压加至A2，UO线性增长，经T1时间增加至比较器上的阈置电平UTH1 ，A1输出UO’=UZ ，A2反相积分，Uo线性下降，经T2时间降至比较器下的电平UTH2 ，A1输出UO’=-UZ 既，则比较器A1输出的方波经积分器A2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，这样周而复始的工作，构成三角波、方波发生器。 图1 三角波、方波发生器 　　电路振荡频率 　　 　 方波幅值　 　U′om＝±UZ 　　三角波幅值　 　 调节RW可以改变振荡频率，改变比值可调节三角波的幅值。 图2　方波、三角波发生器输出波形图 三、仪器设备 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 μA741×2 6、二极管 IN4148×2 7、 稳压管 2CW231×1 电阻器、电容器若干。 四、三角波和方波发生器参数计算 根据模拟电子技术的理论知识，选择电路如图1所示，根据电路选择器件和计算参数： （1）、选择运算放大器、稳压二极管、电阻R3，确定电源： 运算放大器A1、A2 选用μA741，其中的SR=0.5V/μs,电源电压取±15v,其饱和输出电压UB=±13v，稳压管选用2cw231,UZ=5.1V;IZ=5mA, R3电阻的参数计算如下： R3： R3=（UB-UZ）/IZ=(13-5.1)/5×10-3 =1.58 KΩ, 取系列电阻R3=1.6 KΩ; （2）、选择R1、R2： 因为三角波的峰值为±3v；既UTH1=3V; UTH1==3V; 所以，R1= ==0.588 R2 ； 取 R2 = 3OKΩ, 则R1 =0.588R2=17.64 KΩ; 取系列值R1 = 18 KΩ, 运算放大器A1 的反相端可以对地短接， （3）、选择 RW、Rf、C： 取RW =10kΩ 当可变电阻滑动在9/10处时，既σ=0.9时，σ称为电阻的滑动系数，f=1khz ,令C=0.01μf, 则，Rf=0.9 R2 /(4R1Cf)=0.9Х30Х10-3/(4Х18Х0.01Х10-6Х1Х103)= 37.5kΩ Rf 取系列电阻：37.4 kΩ 运算放大器A2 的同相端可以对地短接， 当可变电阻滑动在9/100 处时，σ=0.09 F= σ.R2 /(4 .R1 .Rf .Cf) =0.09Х30Х10-3 / (4Х18Х103Х37.4Х103Х0.001Х10-6 ) =100.3hz, 当σ=1时， F= σ.R2 /(4 .R1 .Rf .C. f) =1Х30Х10-3 / (4Х18Х103Х37.4Х103Х0.001Х10-6 ) =1.1KHZ ; 当σ=0时， F=0khz, 五、实验测试： 　　按图1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u0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。 六、实验总结 　　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。 七、预习要求 　　1、 复习有关三角波及方波发生器的工作原理，并估算图1电路的振荡频率。　 　2、 设计实验表格 　3、 电路参数变化对图1、2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1、2电路中方波及三角波的频率及幅值？） 　4、 在波形发生器各电路中，“相位补偿”和“调零”是否需要？为什么？ Page 2 of 3