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实验九-波形发生器仿真实验报告

南昌大学实验报告
学生姓名： 学 号: 专业班级：
实验类型： ■验证 □综合 □设计 □创新 实验日期： 实验成绩：
实验九 波形发生器
实验目的
学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
实验原理
RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）：
图2-1 RC桥式正弦波振荡器原理图
RC串并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频电路，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，才能保证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。
电路的振荡频率 f0=12πRC 起振的幅值条件 RfR1≥2
式中Rf=Rw+R2+(R3//rD)，rD为正向导通电阻。
调整反馈电阻Rf（调节Rw），使电路起振，且波形失真最小。如果不能起振，则说明负反馈太强，应该适当加大Rf。如果波形失真严重，则应该适当减小Rf。
方波发生器：
图2-2 方波发生器原理图
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。如图所示，滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波三角波发生器。特点是线路简单，但是三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或者对三角波要求不高的场合。
电路振荡频率 f0=12RfCfLn(1+2R2R1) 式中 R1=R'1+R'w
方波输出幅值 Uom=±UZ 三角波输出幅值 Ucm=R2R1+R2UZ
调节电位器Rw（即改变R2/R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也会随之变化。如果想要互不影响，则可以通过改变Rf或者Cf来实现振荡频率的调节。
三角波和方波发生器：
图2-3 三角波和方波发生器原理图
如果把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，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，这样即可构成三角波、方波发生器。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。
电路振荡频率 f0=R24R1(Rf+Rw)Cf 方波幅值 U'om=±UZ
三角波幅值 Uom=R1R2UZ
调节Rw可以改变振荡频率，改变R1R2比值可以调节三角波的幅值。
实验设备与器件
±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 UA741×2 6、 二极管 1N4148×2
7、 稳压管 2CW231×1，电阻器，电容器若干
实验预习
RC桥式正弦波振荡器
仿真图：
f=158Hz
图4-3 失真 Rw= Uo= f=157Hz
图4-4 最大不失真 Uo= U+= U-=
图4-5 选频网络再并联电阻R f=317Hz
图4-7 断开二极管时最大不失真 Uo= U+= U-=
图4-7 RC串并联网络 Ui=3V Uo= f0=196Hz
仿真结果分析
临界起振时，Rw=，最大不失真时，Rw=，失真时 Rw=。从仿真结果可以看出，负反馈减弱到一定值时，才能起振。调节Rw能够改变Rf，也就是说增大Rw，从而间接增大Rf，减弱负反馈，起振。当Rw增大到一定值时，输出波形会失真。
最大不失真情况下，测得Uo=,U+=,U-=, UoUp=
符合幅值平衡条件Au=UoUp=1+RfR1≥3。
并联电阻后频率变为原来的两倍。
断开二极管之后，测量得出幅值变化范围增大。可知二极管有稳幅作用。
方波发生器
仿真图：
图4-8 电位器在中点 Uc= Uo= f=436Hz
图4-9 电位器在最下端 Uc= Uo= f=681Hz
图4-10 电位器在