实验7--RC波形发生电路.doc

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1、实验7RC波形发生电路1.实验目的学习使用运放组成方波发生器、三角波发生器和锯齿波发生器。2.实验仪器示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。3.预习内容1)复习关于用运放组成的方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器和正弦波发生器的基础知识。2)定性绘制本实验所用电路的输出波形，估算输出波形的周期。4.实验内容1)方波发生器方波发生器电路如图7.1，其工作原理可试述如下。设电路通电瞬时，电容上的电压为零，电路输出为Vz，这时运放正向输入端电压为图7.1+(1)运放输出电流经R3、RP、R4向电容C充电。运放反向输入端VN随时

2、间延续电压升高，当VN=VP1时，电路输出翻转，Vo由Vz变为-Vz，VP由VP1=FVz变为VP2=-FVz。这时由“地”向电容反向充电，VN随时间延续电压下降，当VN=VP2时，电路输出翻转，Vo由-Vz变为Vz，VP由VP2=-FVz变为VP1=FVz。周而复始，电路输出方波。在稳态，输出为Vz的时间可用以下方法推导。在起始时刻，电容上的电压为VC（0）=-FVz，电容充电的终了电压为Vz，这里“电容充电的终了电压”指“若输出电压Vo不翻转，电容充电的终了电压”，所以电容上的电压为（2）图7.2其中，R=RP+R4。当电容

3、上的电压达到FVz时，电路翻转，记电容充电的时间为τ，则输出方波的周期为2τ。所以，输出方波的周期为（3）所以，在实验中通过改变RP就可以该变电路输出方波的周期。通常，由于运放最大输出电流小于稳压二极管的最大稳压电流Izmax，为使运放能正常工作，必须有限流电阻R3。若电路不起振，可适当减小R3的阻值。观察Vc、Vo的波形，并与理论分析的结果相比较。实验内容分别测量R4+Rp=20kΩ、40kΩ、60kΩ、80kΩ、100k时电路输出波形的幅值和周期，并与理论分析的结果相比较。2）占空比可调的矩形波发生器+RPNRPP图7.3电

4、路如图7.3。与方波发生器相比，给C正向充电和反向充电使用了不同的路径，从而使得高电平持续时间和低电平持续时间不同。当输出为高电平Vz时，运放输出的电流经RPP、D1、R4向电容充电，类同于对方波发生器的分析，忽略二极管的开启电压，容易得到输出高电平持续的时间（4）类似地可以求得输出低电平持续的时间（5）输出的周期为（6）占空比（7）实验内容（1）调整Rp，别测量R4+RPP=20kΩ、40kΩ、60kΩ、80kΩ、100k时电路输出波形的幅值、周期和占空比，并与理论分析的结果相比较。（2）测量二极管导通时的电压降，计及二极管导

5、通时的电压降，推导图7.3所示电路周期和占空比，并与测量结果相比较。图7.43）三角波发生器电路如图7.4。它由一个过零比较器和一个积分器组成。其工作原理可试述如下。设电路通电瞬时，t=0，电容上的电压为零，积分器输出Vo=0，过零比较器输出为Vo1=Vz，这时运放A1正向输入端电压为(8)运放A1输出保持为高电平。积分器输出线性地下降。当VP1等于零时刻τ，过零比较器翻转，Vo1=-Vz，记此时刻的积分器输出电压值为VoN，图7.5由上式可解得(9)如图7.5，不难得到三角波的周期4τ。（10）将（9）式代入（10）式可得到三

6、角波的周期T（11）由图7.5还可以得到三角波的幅值为（12）实验内容（1）取RP=10kΩ，观察电路输出波形V0、Vo1，测量输出波形的周期和幅值。（2）要求改变三角波的周期，可调整哪个元件，实验并测量记录之。3）锯齿波发生器RPNRPP图7.6+电路如图7.6。与图7.4三角波发生器相比，不同之处是：给C正向充电和反向充电使用了不同的路径，从而使得输出Vo1上升持续时间和下降持续时间不同。电容反向充电电流经过C、R4、RPN、D2，类似于对三角波周期的推导，忽略二极管的开启电压，容易得到锯齿波的下降时间为(13)电容正向充电

7、电流经过C、R4、RPP、D1，忽略二极管的开启电压，容易得到锯齿波的上升时间为(14)锯齿波的周期为(15)类似于对三角波幅值的推导，容易得到锯齿波的幅值为(16)实验内容（1）观察电路的输出波形，测量输出波形的上升时间τ1和下降时间τ2。（1）取RPP分别为10kΩ、30kΩ、50kΩ、70kΩ、90kΩ，测量输出波形Vo的τ1、τ2的变化，并与理论估算值比较.（2）若将D1、D2反接输出波形Vo将发生什么变化？（3）若要求改变输出波形的周期，宜改变哪一个元件的元件值？测量记录之。3）正弦波发生器图7.7电路如图7.7。该电

8、路有一条正反馈支路，R4、C1、R3、C2。反馈系数为（17）若取R3=R4=R，C1=C2=C，则对于ωo=1/RC，有F=1/3。还有一条负反馈支路，D1、D2、R2、RP、R1。该支路与运放组成了同相输入放大器，放大倍数为（18）其中，Req为D1、D2、