8集成运放构成的波形发生电路任务书
方波三角波正弦波发生器课程设计任务书
模电课程设计“方波三角波正弦波发生器”项目任务书一、设计目的1、熟悉电路的基本功能原理，学会用集成运算放大器组成方波、三角波及正弦波发生器；2、学习方波、三角波、正弦波发生器的设计方法和设计流程；3、掌握方波、三角波、正弦波发生器的调试与测量方法。
4、能正确焊装、检测、调试电路。
二、设计任务1、课题名称：方波三角波正弦波发生器2、元器件选择范围：（1）集成电路： LM358、NE555等；（2）稳压二极管：5.1V或6.2V；（3）电阻：E24系列，碳膜电阻，1/4W，精度5%，阻值范围10Ω -1MΩ。
（4）电容：E6（100pF—1000uF）,电解电容耐压25V、35V、50V。
（5）电位器：10K、50K、100K、500K。
三、设计要求1、电源电压：±12V；2、输出信号波形为对称方波、三角波和正弦波；3、输出信号频率（根据指标分配安排）；4、输出信号幅度（根据指标分配安排）；5、拓展要求：产生锯齿波。
四、时间安排1周（24学时）课程设计开始前：下达任务，组队，讲授设计指导思路。
查找资料、确定设计方案、单元电路设计和仿真、参数计算、元件选择及电路图绘制，元器件清单统计。
周一、周二、周三上午：电路制作与自行调试。
周三上午至周五上午11点30分：电路参数测试和验收。
五、测试说明本课程设计测试环节需包含以下内容：1、仿真电路测试结果（输出信号频率、幅度、波形等）；2、实物测试（注：表格备注内容不需要写入报告）（1）输出信号参数（表1）注：1、频率f根据测得的周期T计算；2、Uopp1～3分别为方波、三角波和正弦波信号的峰峰值；3、如要求频率可调则填写周期和频率范围。
（2）误差计算（表2 ）表2 误差计算注：误差按（测量值－设计值）/设计值×100%计算。
如要求频率可调，则按最大误差计算。
六、参考资料模拟电子技术基础教材、各种电子设计制作参考书、Multisim 10.1或11.0仿真软件。
第8章波形的发生与信号的转换
在图8.1.7（a）为RC串并联选频网络和同相比例运 （ ） 在图 串并联选频网络和同相比例运 算电路所构成的RC桥式正弦波振荡电路 桥式正弦波振荡电路。 算电路所构成的 桥式正弦波振荡电路。 如图（ ）所示，集成运放的输出端和“ 如图（b）所示，集成运放的输出端和“地”接桥 路的两个顶点作为电路的输出； 路的两个顶点作为电路的输出；集成运放的同相输 入端和反相输入端接另外两个顶点， 入端和反相输入端接另外两个顶点，是集成运放的 净输入电压。 净输入电压。
uf 2
& + 4 − 3− A uf & + 4 + 3− A uf
(
)
(
& 3− A uf
)
2
(
)
趋近于3时 趋近于无穷大， 当Auf趋近于 时，Aup趋近于无穷大，表明电路即使没 有输入，也会有f 的输出电压， 有输入，也会有 0的输出电压，即电路产生了自激振 荡。 电路仅对频率为f 的信号放大， 电路仅对频率为 0的信号放大，对其它频率信号均迅 速衰减为零，所以输出电压为f=f 的正弦波。 速衰减为零，所以输出电压为 0的正弦波。 输出电压靠R 反馈的信号维持。 输出电压靠 3反馈的信号维持。 正弦波振荡电路的振荡频率是人为确定的， 正弦波振荡电路的振荡频率是人为确定的，与负反馈 放大电路不同。 放大电路不同。 综上，在正弦波振荡电路中， 综上，在正弦波振荡电路中， 输入信号， 一要反馈信号能够取代 输入信号，即电路必须引入 正反馈； 正反馈； 二要有外加的选频网络 用以确定振荡频率。 有外加的选频网络， 二要有外加的选频网络，用以确定振荡频率。
本章讨论的问题： 本章讨论的问题：
5.电压比较器与放大电路有什么区别？集成运放在电 电压比较器与放大电路有什么区别？ 电压比较器与放大电路有什么区别 压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗？ 压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗？
集成运算放大器的基本应用,波形发生器实验报告
集成运算放大器的基本应用,波形发生器实验报告集成运算放大器实验报告集成运算放大器实验报告2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点，通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。
一、实验目的1．掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法；2．掌握各种求和电路的设计方法；3．熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。
二、实验仪器及备用元器件（1）实验仪器（2）实验备用器件三、电路原理集成运算放大器，配备很小的几个外接电阻，可以构成各种比例运算电路和求和电路。
图 2.4.3（a）示出了典型的反相比例运算电路。
依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为?o?A??i??RfR1i 2.4.1式中的“-”号说明电路具有倒相的功能，即输出输入的相位相反。
当Rf?R1时，?oi，电路成为反相器。
合理选择Rf、R1的比值，可以获得不同比例的放大功能。
反相比例运算电路的共模输入电压很小，带负载能力很强，不足之处是它的输入电阻为Ri?R1，其值不够高。
为了保证电路的运算精度，除了设计时要选择高精度运放外，还要选择稳定性好的电阻器，而且电阻的取值既不能太大、也不能太小，一般在几十千欧到几百千欧。
为了使电路的结构对称，运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，（a）中，应为RP?R1//Rf，R??R?,图2.4.3电阻称之为平衡电阻。
(a) 反相比例运算电路(b) 同相比例运算电路图2.4.3 典型的比例运算电路图 2.4.3（b）示出了典型的同相比例运算电路。
其输出输入电压之间的关系为?o?A??i?(1?RfR1)?i 2.4.2由该式知，当Rf?0时，?o??i，电路构成了同相电压跟随器。
同相比例运算电路的最大特点是输入电阻很大、输出电阻很小，常被作为系统电路的缓冲级或隔离级。
项目八波形发生器的设计[22页]
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超高速（＜1μs)、高速（1～10μs）、中速（10～100μs）、低速（≥100μS）根据 输出信号类型不同
电流输出型、电压输出型 根据芯片内是否带有锁存器
内部无锁存器的、内部有锁存器的 按解码网络结构不同
T形电阻网络、倒T形电阻网络、权电流、权电阻网络
任务一知识储备—DAC与单片机的接口技术
的反馈电阻，将DAC0832的输出电 ILE
流转换成输出电压；
Vcc：电源输入端，一般为+5V；
CS
VREF：基准电压范围为-10V--
WR1
+10V；
DGND：数字信号地，接电源地；
AGND：模拟信号地。
输入 锁存器
DAC 寄存器
D/A 转换电路
LE1 &
&
LE2 &
WR2 XFER
VREF IOUT2 IOUT1
二、D/A转换器的主要性能指标 1.分辨率 分辨率是指输入D/A转换器的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为 输出满刻度值（满量程）与2n之比。显然，二进制位数越多，分辨率越高。 例如，若满量程为10V，则分辨率为10V/2n。设D/A转换器为8位，即n=8，则分辨率 为10V/28=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB（最低有效位）表示。 同理，10位D/A转换器：1LSB=9.77mV=0.1%满量程。 12位D/A转换器：1LSB=2.44mV=0.024%满量程。 2. 线性度 线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想特性直线之间的最大偏差。常 以相对于满量程的百分数表示。如±1％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的 ±1%以内。
任务一任务要求
试验8集成运算放大器组成的基本运算电路
起振时测得的Ｖbe 比没起振时的Ｖbe 小得越多，说明该电路振荡越强。具体实 验时，可先用一根导线将振荡电路短路，使振荡器停振，测出此时的Ｖbe 。然 后，将导线拆除，再测出此时的Ｖbe 。将两种情况下测得的Ｖbe 进行比较，即 可确定该电路是否起振。在检修收音机时，常用这种方法判断收音机的振荡电路 是否起振 。
四、实验仪器及设备
1． 示波器 1台
2． 数字频率计
3． 万用表 4． 直流稳压电源 5． 实验电路板 五、实验报告要求
1台
1块 1台 1套
1. 记录并整理电路起振时和停振时的 Ｖbe 值，将这种方法与示波器判断的结果 进行比较。 2. 记录并整理电容短路前后电路的最高振荡频率和最低振荡频率。比较两种情 况下的频率覆盖系数。说明电容的作用。
Ｌ 为串联电感Ｌ1 和Ｌ2 的等效电感量。Ｃ 为电容元件的电容量。
基本的电容三点式振荡电路的振荡频率为： 其中，Ｃ 为串联电容Ｃ１ 和Ｃ２ 的等效电容量。 ３. 振荡的建立和稳定振荡电路起振的条件为:
（1.10.6） （1.10.5）
其中，为振荡电路中基本放大器的放大倍数，为反馈网络的反馈系数。
在振荡建立过程中，依靠晶体管的非线性使振荡器从 ＡＦ > 1 的起始状态过渡 到ＡＦ = 1 的平衡状态，从而使电路维持稳定的等幅振荡。 对由晶体管组成的基本电感三点式振荡电路而言，保证电路起振的最小 β 值为:
图1.10.2 实验电路
图1.10.2 实验电路
三、实验内容与步骤
1. 熟悉实验电路，对照图 1.10.2 的实验电路检查实验室提供的电路板。确认无误
后，接通电源。
2. 调节ＲW ，使管子的集电极电流 Ｉc = 0.2~0.4 mA ，这时电路工作在甲乙类状 态。 3. 判断电路的起振情况。 (1) 用示波器在Ｒ4 两端观察输出波形，从而判断电路是否起振。 (2) 利用本实验原理部分中介绍的测量直流电压Ｖbe 的方法，判断电路是否起振。 4. 调节ＲW ，用示波器观察输出波形的变化情况。 5. 用数字频率计或示波器测量该电路的最高振荡频率Ｆmax 和最低振荡频率 Ｆ min 。求出频率覆盖系数 6. 将垫整电容Ｃ4 短路，重复第5 步的内容。
第8章波形的发生和信号的转换
I 总
U i
I C
C
I L
L
Z AB
1 j L j C 1 j L j C
1 j L C
20
L C
理想电路
B
一、谐振频率与谐振电阻
L R
L C
Z AB
1 ( R j L ) j C 1 R j L j C
D1
R25
R24 R23
D1
_ A +
C
uo
R22 R21
R
16
稳幅措施（利用非线性元件来稳幅）
热敏元 件 ： RT( 负温 度 系数)
R C
U f
RT
+
P T U o RT
u RT o A U
R
C
-
A
U o
R1
二极管（电流增大电阻 减小）
三、谐振曲线 1、谐振曲线
Z AB
1 R j(L ) C
L C
I 总
U i
A
I C
C
L I L
R B
2、通用谐振方程 1 f 0 L 1 2 LC Z AB L 1 RC 1 j( ) R RC 1 R0 0 L 0 1 j( ) 0 R 0CR
. I . Uo . Uf
0， 90 f ，U f F
10
RC串并联选频网络的频率响应
U F f U o R∥ R 1 j C 1 j C 1 j C
＋R ∥
1 1 3 j( RC ) RC
令f 0
1 ，则F 2π RC
第8章 波形的发生和部分
第八章 波形的发生和信号的转换习 题8.4 判断图P8.5所示各电路是否可能产生正弦波振荡，简述理由。
设图（b ）中C 4容量远大于其它三个电容的容量。
图P 8.5解：图（a ）所示电路有可能产生正弦波振荡。
因为共射放大电路输出电压和输入电压反相（φA ＝－180˚），且图中三级移相电路为超前网络，在信号频率为0到无穷大时相移为＋270˚～0˚，因此存在使相移为＋180˚（φF ＝＋180˚）的频率，即存在满足正弦波振荡相位条件的频率f 0 （此时φA ＋φF ＝0˚）；且在f ＝f 0时有可能满足起振条件F A＞1，故可能产生正弦波振荡。
图（b ）所示电路有可能产生正弦波振荡。
因为共射放大电路输出电压和输入电压反相（φA ＝－180˚），且图中三级移相电路为滞后网络，在信号频率为0到无穷大时相移为0˚～－270˚，因此存在使相移为－180˚ （φF ＝－180˚）的频率，即存在满足正弦波振荡相位条件的频率f 0（此时φA ＋φF＝－360˚）；且在f ＝f 0时有可能满足起振条件F A＞1，故可能产生正弦波振荡。
8.5 电路如图P8.5所示，试问：（1）若去掉两个电路中的R 2和C 3，则两个电路是否可能产生正弦波振荡？为什么？（2）若在两个电路中再加一级RC 电路，则两个电路是否可能产生正弦波振荡？为什么？解：（1）不能。
因为图（a ）所示电路在信号频率为0到无穷大时相移为＋180°～0°，图（b ）所示电路在信号频率为0到无穷大时相移为0°～－180°，在相移为±180°时反馈量为0，因而不可能产生正弦波振荡。
（2）可能。
因为存在相移为±180°的频率，满足正弦波振荡的相位条件，且电路有可能满足幅值条件，因此可能产生正弦波振荡。
8.7 电路如图P8.8所示， 稳压管D Z 起稳幅作用，其稳定电压±U Z ＝±6V 。
8-波形的发生和信号的转换05.06
' 0 f 时， A 90 ， A
对于产生－180º 附加相移的信号频率，有可能满足起振条件， 故引入负反馈后可能振荡。
三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产生高 频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以 上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡。 环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，闭环后 越容易产生自激振荡。
1) RC 移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？ 2) 若R 和C 互换呢？
小结
负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件（电路组成不理想， 1 A F 反馈过深；振荡平衡条件： ；起振条件： ） AF＝ 1 正弦波振荡电路的组成（放大电路、选频网络、正反馈网络、 稳幅环节） 判断电路是否产生正弦波振荡的方法及步骤（是否存在主要组 成部分；放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点；信号是 否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡-瞬时极性法； F 1 。） 是否满足起振条件 A
fc
fc
f0
f0
稳定性的判断
满足起 振条件 不满足 起振条件
fc f0
fc
f0
电路不稳定
电路稳定 电路稳定
f0＜ fc，电路不稳定，会产生自激振荡； f0 ＞ fc， 电路稳定，不会产生自激振荡。
6、 消除自激的方法 — 相位补偿
在电路中加入 C，或 R、C 元件进行相位补偿，改 变电路的高频特性，使得f0>fc ，从而破坏自激条件。 常用消振方法： 电容滞后补偿
F 1 A 起振条件：
幅值平衡条件
相位平衡条件
要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电 时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。
模电课件 8 波形的发生
由于反馈电压取自电感，电感对高频信号呈现较大的 电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电 容反馈式电路。
4. 电容反馈式（电容三点式）电路
作用？
Uo
1 f0 2π L C1C2 (C1 C2 )
二、RC 正弦波振荡电路
1. RC串并联选频网络
低频段
. Uf . I . Uo
f 0，U f 0， F 90
高频段 在频率从0～∞ 中必有一个频率 f0，φF＝0º 。
. I . Uo . Uf来自 f ，U f 0， F 90
二、RC 正弦波振荡电路
Rf 3 R1
Av
AV FV 3
1 1 3
1 的正弦波 f0 2RC
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
负温度系数
稳幅措施
(1)采用非线性元件
热敏元件－Rf负温度系数 起振时， A 1 Rf 3 V R1 即
热敏电阻
AV FV 1
热敏电阻的作用
1. LC并联网络的选频特性
1 ( R jL) jC Z 1 R jL jC
等效阻抗
一般有 R L 则 当 0
Z
L
C 1 ) C
等效损耗电阻
R j(L
1 电路发生谐振。 时， LC
为谐振频率
f0
1 2 LC
L Q 谐振时阻抗最大且为纯阻性 Z 0 Q 0 L RC 0C 其中 Q 0 L 1 1 L 为品质因数 R 0 RC R C
集成运放构成的方波三角波发生器
−
������1 ������7
……………………⑥
������1 ≈ 从而由方程⑥⑦得到： ������������4 = −������8 （ ∴ ∆������������������ = ������������4������������ ≈
������������ ������������������ ������′ +������������������
′ ������6 +������������3
������5 +������6 +������������3
× 2������������������ − ������������������ ………………⑦
′ ������������1 ������6 + 2������������3 − ������5 − ������������3 + ������ ） ′ ������ + ������������4 (������5 + ������6 + ������������3 )������7 ������������
1
������������ = −
������������������3 4(������13 +2������������2 )������
1
…………………………④
又，在������1中，由“虚短”和“虚断”知，使得方波发生翻转的������������2 满足: ������������2 =
������2 ������1 +������2
1 1 2
×
������+������������1 ������4
→ = ������ =
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集成运放构成的波形发生电路设计
1、任务：
在所学模拟电子技术课程知识基础上，选用合适的集成运放设计
产生正弦波、方波、三角波的综合波形发生器。
2、技术指标要求：
1.各输出波型的工作频率范围为100Hz
～5KHz连续可调。
2.
正弦波幅值为±5V，失真度小于1.5%。
3.
方波幅值为±5V，三角波幅值为±10V。
*提高部分：
1
．将方波、三角波发生电路设计为占空比可调。
2
．设计整个电路所需的直流电源。
3、实践内容及设计报告要求:
1.
确定课题的总体设计方案，画出总设计框图。
2.
划分各单元电路功能，进行各单元电路的设计，画出总原理图。
3.
选择元器件型号，确定元器件的参数，给出器件清单。
4.
画出PCB图（protel），并用印刷板组装电路。
5.
自拟调整测试方法步骤，进行电路调试，使其达到设计要求。
6.
总结设计成果，并完成总结报告。
4、时间安排:
1.第8周（-4.24），总设计框图、单元电路可行性及参数,画总
原理图；
2.第9周（-4.30），确认电路无误，给出器件清单,提交库房，
领器件；
3.第10周（－5.10），介绍PCB制作注意事项,完成PCB电路绘制；
4.第11周（－5.15），完成整体电路的组装、调试；
5.第12周（－5.21），实物功能演示、验收，完成设计报告电子版。
6.第13周（截止5.31），由学委统一提交设计报告。
5、电源电路参考
C3
104
C4
104
C5104C6104C11000uFC21000uFC8
4
7
0
u
F
C7
4
7
0
u
F
+5V
-5V
TR1
Vin1GND2Vout
3
IC1
7805
Vin2GND1-5V
3
IC2
7905D11N4007D41N4007D31N4007D2
1
N
4
0
0
7
~
2
2
0
V