实验五++波形发生与变换电路设计
波形产生及变换电路解析
0 1 R1C 2 R2 C1 F -arct g -arct g 0 R1 C 2 3 1 R2 C1
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变频率不会影响反馈系数和相角，在调节 谐振频率的过程中，不会停振，也不会使 输出幅度改变。如图7.2（b）所示。
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图7.2（b) RC串并联网络的频率特性曲线
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2、 RC文氏桥振荡电路
(1) RC文氏桥振荡电路的构成
RC文氏桥振荡电路如图7.3所示，RC 串并 联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负 反馈网络。
C1、R1和C2、 R2正反馈支路与 R3、R4负反馈支 路正好构成一个 桥路，称为文氏 桥。
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1、 RC网络的频率响应
RC串并联网络的电路如图7.2(a) 所示。RC串联 臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其 频率响应如下:
Z1 R1 (1 / jC1 )
Z 2 R2 //(1 / jC2 ) R2 1 jR2C2
图7.2（a）RC串并联网络
A
X f
Xo
F
图7 . 1 正弦波产生电路的基本结构
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正弦波发生电路的基本结构是引入正反馈的反馈网 络和放大电路, 如图6 - 15所示。接成正反馈是产生振荡
的首要条件, 又称为相位条件。为了使电路在没有外加
信号时 X i 0 时满足
, 就产生振荡, 所以还要求电路在开环
0
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1 RC
1 f0 2π RC
11
幅频特性:
F
1 (1 R1 C2 2 1 ) (R1C2 )2 R2 C1 R2C1
波形产生与波形变换电路的设计与仿真
践，理论与实践结合，可以使学生更好地理解相关理论知识，提升学生的基本技能，与此同时提高学生的创新能力，又为进一步将理论应用于实践提供了锻炼的机会。
实践教学手段包含专业课程相关的实验、实训以及课程设计等。
与单纯的理论授课相比较，实践实验教学环节更能激发学生的学习兴趣，提高学生的实践动手能力，尤其设计性的实践环节，更能提升学生运用理论基础知识进行相关课题的设计能力。
通常情况下，对于设计性实践内容，需要学生根据选题及设计要求，独立或分组完成相应的方案设计，交给指导老师审阅，之后进行硬件组装调试，从而整体完成对电子电路的工程实践操作。
在传统的设计过程中，学生首先要查阅相关资料，结合设计要求确定合理的整体框架，然后设计电路，选择合适的元件进行电路组装调试。
通常，这种传统的设计方式需要花费学生包括指导教师大量的时间，耗时耗力，并且在电路设计调试结果出不来的情况下，很难更改电路，以至于很难顺利完成相应内容设计。
随着电子计算机技术的不断发展，与此同时出现了很多电路设计相关的EDA仿真软件，在电路设计中起到了很大的作用，使学生的电路设计能力以及设计水平在很大程度上得到了提高和改善。
Multisim仿真软件就是一款比较有效且简单易学的电路设计仿真软件。
Multisim仿真软件主要是在计算机上实现电子电路功能的设计以及性能分析，使学生设计的电路只需模拟调试成功即可组装电路，既节约了设计时间，又可避免在这一设计过程中采用传统方式可能带来的元件损耗，这是对传统实践教学方法的充实与改进，它使设计的方法和手段现代化[1]。
利用Multisim仿真软件这款电路设计与仿真的EDA软件，使实践教学环节更加丰富有趣，学生根据虚拟仪器仪表的测试等，合理设计自己的内容，对于进一步提高实践教学当今社会，随着电子技术的飞速发展，基本已经不存在纯手工设计电子产品。
对于现代化的电子产品设计的过程，首要的工作是确定产品要实现的功能，接着对电路原理图进行设计、进行PCB 版图设计、结合程序设计等步骤，这些设计工作都是在计算机上得以实现。
波形的产生与变换
实验六（二）
双向稳压管
双向稳压管可以用两个特性相 同的稳压管代替
陆 波形的产生与器件和导线引脚 • 测量电阻并标注标称值 • 检验示波器和波形发生器 • 将直流稳压电源设成串联模式（±12V） • 搭接电路 • 测量输出特性
振荡电路设计要求
• 直流稳压电源±12V供电 • 振荡频率自己设定 • 电阻值选用器件盒中已有电阻 • 电容应使用实验室提供的CBB电容 • 起振、稳幅用二极管选用1N4148
实验六（一）
多圈电位器
• 前两位：有效数 • 第三位：数量级 • 103=10x103=10kΩ
实验六（一）
过起振波形
最大不失真状态是指刚好使波形从 失真状态调回到不失真状态。
振荡过度！出现 了非线性失真。
典型噪声
注意观察工作电流是否正常
注意观 察电流 值变化
注意观 察电流 值变化
迟滞比较器设计要求
波形发生与变换电路
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二、矩形波发生电路
输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时 定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。
1. 基本组成部分
（1）开关电路：因为输出只有高电平和低电平 两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。
（2）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态 时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。
能产生正弦 波振荡吗？
1. 放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；
2. 断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压； 3. 找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。
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电路如下图所示，试用相位平衡条件判断哪个能振荡，哪个不能， 说明理由。
-
-
+-
静态满足要求
有瞬时极性法得，电路引入 的是负反馈，所以电路不能 发生振荡。
方法一： 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻 转为另一暂态，并能再回到原暂态。 方法二： 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无 稳态。
设合闸通电时电容上电压为0， uO上升，则产生正反馈过程：
uO↑→ uP↑→ uO↑↑ ，直至 uO ＝UZ， uP＝+UT，为第一暂态。
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积分电路正向积分，t↑→ uO↑， 一旦uO过＋ UT ， uO1从 － UZ跃变为＋ UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的 变化，即振荡。
用积分运算电路可将方波变为三角波。
两个RC环节
实际电路将两个RC 环节合二为一
UZ
uO要取代uC，必须改变输入端。 集成运放应用电路的分析方法：
为什么采用同相输 入的滞回比较器？
化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算。
波形的产生与变换电路
二. 石英晶体振荡电路
1. 并联型石英晶体振荡器
－ A +
(＋ )
X
∞
+ C2 C1 Cs
ui
石英晶体
－ A + +
0 容 性
u
(－ ) 感性 ∞ u
o
fS
fp
C2 f
Cs L
uf C1
(＋ )
f0在fs与fp之间，晶体相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。 C
C为C1、C2 、CS、相串， CS<< C1、C2 ，所以： C≈ CS C
o
满足相位条件：
uf ua
R1
A F 0
幅值条件： φF
o
基本放大器A
选 频 网 络
输出正弦波频率：
1 f0 2RC
1 AF≥1 3 R o 1 f 3 A≥3 -90°R1 F +90°
选：
R f 2 R1
能自动稳幅的振荡电路
半导体热敏电阻 (负温度系数）
1
移相式 选频网络
移相网络的选频特性：
RC超前移相电路
C
+
RC滞后移相电路
R
R
C R R
C
R C C
R C
uo
－
+ + uf uo － －
φF
+270°
+180° +90° 0°
o
1 6 RC
φF 0° -90° -180° -270°
+ uf －
o
0
1 f0 2 6 RC
RC移相式振荡电路的工作原理
实验5 RC正弦波发生器及波形变换产生电路设计
自激振荡条件又可分为：
幅值条件：，AF=1，表示反馈信号与输入信号的大小相等。 相位条件：
2 n , n 0 , 1 , 2 a f
表示反馈信号与输入信号的相位相同，即必须是正反馈。
起振时必须满足：AF>1。
起振过程
在无输入信号（xi=0）时，电路中的噪扰电压 （如元件的热噪声、电路参数波动引起的电压、电 流的变化、电源接通时引起的瞬变过程等）使放大 器产生瞬间输出x'o，经反馈网络反馈到输入端，得 到瞬间输入xa，再经基本放大器放大，又在输出端 产生新的输出信号x'o，如此反复。在无反馈或负反 馈情况下，输出x'o会逐渐减小，直到消失。但在正 反馈情况下，x'o会很快增大，最后由于饱和等原因 输出稳定在xo，并靠反馈永久保持下去。
实验五
RC正弦波发生器及波形变换 产生电路设计
1 实验目的
1.1 加深理解RC正弦波振荡器的工作原 理。 1.2 掌握测试RC振荡器频率特性的方法。 1.3 加深对比较电路工作原理的理解。
2
RC正弦波振荡电路
RC正弦波振荡电路的方框图
Xi 0
X
a
基本放大电路
X
●
o
A
X
f
反馈络
10
ω /ω
O
o
1 RC
00 0.1 1 10 ω /ω
O
Vo与Vi同相，满足相位条件。
-900
1 V V V o om ax i 3
满足幅值条件。产生正弦波频率为：
1 fo 2RC
4
RC串并联选频网络频率响应
FV 0.4 1/3 0.3 0.2 0.1
波形产生与变换电路实验
三、实验原理：
1、集成运算放大器的结构和实验连线方法
8 7 6 5
V－ － ＋ Vo V－
UA741
1 2 3 4
2—反相输入端 • 3—同相输入端 • 6—输出端 • 7—正电源端 • 4—负电源端 • 1、5—接调零电位器
V+
V+
－＋ ＋
Ao
Vo
1 2 3
－
8 7＋ 6 5
7 8 2 ∞ 6
工作原理：
电源接通时，VO1 VZ ，则线性下降，当下降到 时， V V V V 运放A1输出翻转，变为 ；当 ，则VO2线 R V 性增长，当VO2增长到 时，运放 A1再次输出翻转， R 变为VO1 = VZ。这样反复不已
O1 Z O1 Z
R1 VZ R2
1
Z
2
三角波的峰值：
VO 2 m
R1 VZ R2
R1 R C R2
三角波的周期：
T4
图8、三角波发生器模拟电路图
图9、三角波发生器电路模拟输出曲线
（红线为二级输出）
5．正弦波信号发生器
图10、正弦波信号发生器
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。
3、方波发生器：
图4
（a)方波发生器电路
(b)波形图
工作原理
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 R R R
1
VZ
2
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 R VC按指数规律下降，当VC下降到等于 - R R V 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4（b）所示。 由分析可知，输出方波的周期为
波形变换器的设计与研究实验报告
一、实验目的：1、通过设计电路，掌握电路的设计原则和设计方法。
2、研究RC 电路在方波脉冲激励情况下，响应的基本规律和特点。
3、设计一个简单的RC 微分电路，将方波变换成尖脉冲波。
4、设计一个简单的RC 积分电路，将方波变换成三角波。
二、实验原理：1、一阶RC 电路的方波响应一阶RC 串联电路如图所示，图中的方波为电路的激励。
从时间0＝t 开始，因激励为i u ，其电容电压为：)1(τti C e u u --＝，为零状态相应（设电容初始电压为零）。
当0＝t 时，0＝C u 。
当τ5＝t 时达到稳态i C u u ＝。
如果电路时间常数较小，则在0～t 1响应时间范围内，电容充电可以达到稳态值i u 。
因此在0～t1范围内)(t u C 为零状态响应。
从时间1t t ＝开始因激励为零，其电容电压为：τti C e u u -＝，为零输入相应。
当1t t ＝时，i C u u ＝。
当τ5＝t 时达到稳态0＝C u 。
如果电路时间常数较小，电容C 在t 1～t 2范围内放电完毕，这段时间范围内电路响应为零输入响应。
第二周期重复第一周期过程。
2、微分电路一阶RC 串联电路在一定条件下，可以近似构成微分电路。
微分电路是一种常用的波形变换电路，它可以将方波电压转换成尖脉冲电压。
如图19－3所示是一种最简单的微分电路。
当电路时间常数远小于输入的方波脉冲T 0时，则在方波电压作用的时间内，电容器暂态过程可以认为早已结束，于是暂态电流或电阻上的电压就是一个正向尖脉冲，如图所示。
在方波电压结束时，输入电压跳至零，电容器放电，放电电流在电阻上形成一个负向尖脉冲。
因时间常数相同，所以正负尖脉冲波形相同。
由于T 0>>R C ，所以暂态持续时间极短，电容电压波形接近输入方波脉冲，故有U C (T)≈u 1(t)。
因为dt t dUc Ct i C )()(＝ 所以dtt dU RC dt t dUc RC t u i R )()()(≈＝ 该式说明输出电压u R (t)近似与输入电压u i (t)的微分成正比，因此称为微分电路。
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实验五波形发生与变换电路设计
一．实验目的
1．熟悉用集成运算放大器设计波形发生电路的方法。
2．掌握用集成运算放大器设计波形变换电路的方法。
3．理解集成运算放大器构成波形发生与变换电路的工作原理。
4．掌握波形发生与变换电路的调试方法。
二．设计要求
（一）设计课题：设计一个由集成运算放大器组成的波形发生与变换电路。
（二）设计要求
1．能产生正弦波信号、矩形波信号。
2．信号频率为1.5kHz 。
3．正弦波峰-峰值为12V，矩形波峰-峰值为6V。
三．实验报告要求
1．写出设计全过程，画出电路原理图和确定电路参数。
2．分析波形发生与变换电路的工作原理。
3．拟定实验方案和步骤。
4．记录相关数据和曲线；作出整流传输特性曲线，分析其线性关系如何？四．思考题
1．构成正弦波振荡器的方法有哪些？各自的优缺点？
2．如何调节正弦波振荡器的频率？。