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：2017.12.25实验成绩：

实验九波形发生器

一、实验目的

1、学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。

2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

二、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、R w及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R w，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=1

2πRC 起振的幅值条件R f

R1

≥2

式中R f=R w+R2+(R3//r D)，r D为正向导通电阻。

调整反馈电阻R f（调节R w），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R f。如果波形失真严重，则应该适当减小R f。

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=1

2R f C f Ln(1+2R2

R1)

式中R1=R′1+R′w

方波输出幅值U om=±U Z三角波输出幅值U cm=R2

R1+R2

U Z 调节电位器R w（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R f或者C f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。

方波幅值U′om=±U Z 电路振荡频率f0=R2

4R1(R f+R w)C f

U Z

三角波幅值U om=R1

R2

比值可以调节三角波的幅值。

调节R w可以改变振荡频率，改变R1

R2

三、实验设备与器件

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UA741×2

6、二极管1N4148×2

7、稳压管2CW231×1，电阻器，电容器若干

四、实验预习

RC桥式正弦波振荡器

仿真图：

图4-1 临界起振R w=8.02kΩ U o=5.01V f=159Hz

图4-2 最大不失真R w=8.6kΩ U o=7.36V f=158Hz

图4-3 失真R w=9.5kΩ U o=7.7V f=157Hz

图4-4 最大不失真U o=7.361V U+=2.453V U?=2.428V

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U o=7.454V U+=2.484V U?=2.436V

图4-7 RC串并联网络U i=3V U o=0.987V f0=196Hz

仿真结果分析

(1)临界起振时，R w=8.02kΩ，最大不失真时，R w=8.6kΩ，失真时

R w=9.5kΩ。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R w能够改变R f，也就是说增大R w，从而间接增大R f，减弱负反馈，

起振。当R w增大到一定值时，输出波形会失真。

(2)最大不失真情况下，测得U o=7.361V,U+=2.453V,U?=

2.428V,U o

U p

=3.004

符合幅值平衡条件A u=U o

U p =1+R f

R1

≥3。

(3)并联电阻后频率变为原来的两倍。

(4)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U c=1.68V U o=5.34V f=436Hz

图4-9 电位器在最下端U c=1.11V U o=5.31V f=681Hz

图4-10 电位器在最上端U c=2.3V U o=5.34V f=300Hz

图4-11 短接一只稳压管 U o=2.32V f=304Hz

仿真结果分析：

D Z能够使输出电压U o被稳定在±U Z，保持恒定。

三角波和方波发生器

波形图：

图4-12 U o=1.59V U′o=5.41V f=149Hz R w=5kΩ仿真结果分析：

经过调节电阻，可知：

1、改变R w的位置会影响U′o和 f，R w减小，U′o减小， f增大。

2、改变R1的位置会影响U o和 f，R1减小，U o减小， f增大。

3、改变R2的位置会影响U o和 f，R2减小，U o增大， f减小。

五、实验结果与分析

RC桥式正弦波振荡器

波形图：

图5-1 临界起振R w=19.92kΩ U o=7.14V f=108.2Hz

图5-2 最大不失真R w=21.98kΩ U o=7.28V U+=2.37V U?=2.35V

图5-3 失真R w=24.56kΩ

实测结果分析：

1、由于实验箱上的10kΩ电位器损坏，所以选用了100kΩ电位器，因此不能微调，稍微拧一下旋钮，阻值就会发生很大的变化，所以无法很精确地找到临界起振和最大不失真情况。

我测得的临界起振时，R w=19.92kΩ，最大不失真时，R w=21.98kΩ，失真时R w=24.56kΩ。从实验结果可以看出，负反馈减弱到一定值时，才能起振。调节R w能够改变R f，也就是说增大R w，从而间接增大R f，减弱负反馈，起

振。当R w增大到一定值时，输出波形会失真。

2、最大不失真情况下，测得U o=7.28V ,U+=2.37V ,U?=2.35V，U o

U p

=

3.0717，符合幅值平衡条件A u=U o

U p =1+R f

R1

≥3。

3、实验箱上没有足够的10kΩ电阻进行实验，所以无法操作。

4、断开二极管之后，测量结果与（1）基本没有差别。后经测试，发现选用的二极管均已损坏。

方波发生器

波形图：

图5-4 电位器在中点U c=2.34V U o=4.30V f=195.8Hz

图5-5 电位器在下端U c=1.62V U o=3.26V f=216.9Hz

图5-6 电位器在上端U c=2.74V U o=4.32V f=151.0Hz

图5-7 短接一只稳压管 U o=4.80V f=127.7Hz

实验结果分析：

1、当R w调到最上端时，频率最小，调到最下端时，频率最大。实测频率范围151.0Hz-216.9Hz，与仿真结果出入很大。主要是由于实验板有部分元件已经损坏。

2、稳压管短接后，方波输出电压增大，超出幅值。

三角波和方波发生器

波形图：

图5-8 U o=4.32V U′o=10.5V f=102.3Hz R w=5.78kΩ

实验结果分析：

1、实验板上的稳压二极管已损坏，导致出的波形很糟糕。后来换了实验箱上的

稳压管，波形得到很大的改善。

2、实验过程中比较匆忙，调节电阻时的波形图没有拍摄。我选择将R1调至1kΩ，

调节过程中，可知， R w减小，U′o减小， f增大。R1减小，U o减小， f增大。