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方波和三角波发生器电路

由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。如图6.5所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。
方波和三角波发生器的工作原理
A1构成迟滞比较器，同相端电位Vp由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得：

当 Vp＞0时  A1输出为正，即VO1 =  +Vz；当 Vp＜0时，  A1输出为负  即 VO1 =  -Vz
A2构成反相积分器
       VO1为负时， VO2 向正向变化， VO1 为正时， VO2 向负向变化。假设电源接通时VO1 = -Vz，线性增加。

当VO2上升到使Vp略高于0v时，A1的输出翻转到VO1 = +Vz 。

四、报告要求
1、课题的任务和要求。
2、课题的不同方案设计和比较，说明所选方案的理由。
3、电路各部分原理分析和参数计算。
4、测试结果及分析：
（1）实测输出频率范围，分析设计值和实测值误差的来源。
（2）对应输出频率的高、中、低三点，分别实测输出电压的峰－峰值范围，分析输出电压幅值随频率变化的原因。
（3）频率特性测试，在低频端选定一个输出幅值，而后逐步调高输出频率，选12～15个测试点，用示波器观测输出对应频率下的输出幅值，填入自己预做的表格，画出电路的幅频特性。
注意：输出幅值一旦选定，在调节输出测试频率点过程中，不能再动！
（4）画出示波器观测到的各级输出波形，并进行分析；若波行有失真，讨论失真产生的原因和消除的方法。
5、课题总结
6、参考文献

2、方波、三角波发生器
（1）按图11-2所示电路及参数接成方波、三角波发生器。

图11-2
（2）将电位器Rp调至中心位置，用双综示波器观察并描绘方波V01及三角波V02
（注意标注图形尺寸），并测量Rp及频率值。
表11-3

方波V01及三角波V02 波形

Rp=         (中间) ,         f=
（3）改变Rp的位置，观察对V01和V02 幅值和频率的影响，将测量结果填入表11-3中
（记录不失真波形参数）。
表11-4

 F ( KHz )
  Rp ( Ω )
 V01P-P（V）
 V02P-P（V）
 备  注    
频率最高

频率最低

（4）将电位器Rp调至中间位置，改变R1为10K可调电位计，观察对V01和V02 幅值和频率的影响。将测量结果填入表11-4中。
表11-5

 F (KHz )
 R1 ( Ω )
 V01P-P（V）
 V02P-P（V）
 备  注    
频率最高

频率最低

（5）电位器Rp保持中间位置，R1接10K电阻，改变R2为100K可调电位计，观察对V01和V02 幅值和频率的影响。将测量结果填入表11-5中。（记录有波形的测试参数）     
表11-6

 F ( KHz )
  R2 ( Ω )
 V01P-P（V）
 V02P-P（V）
 备  注    
频率最高

频率最低

四、实验报告
1. 画出各实验的波形图。
2. 总结波形发生器的特点。
稳定的方波和三角波发生器(118)

如图所示为稳定的方波和三角波发生电路。该电路的特点是：方波和三角波的频率几乎相等，正、负向振幅对称；三角波的正、负斜率不受振幅变化的影响，而且正、负斜率可以分别调节。此外，调节基线电平时不会改变输出波形。运算放大器A2为积分器，它由运放A1的输出方波驱动。方波的振幅由两个齐纳二极管D1、D2固定在±5V。电位器R3调节三角波的正斜率，R2调节三角波的负斜率，R5调节三角波的振幅。如果只需要相同的正、负斜率，则D3、D4和R2可以省掉。运算放大器A1为比较器。参考电压由电位器R4调节，R4决定输出的基线电平，但是不会影响振幅和斜率。最高工作频率由运算放大器的转换速率、最大输出电流以及二极管的开关速度决定。三角波振幅：方波振幅：Vo2=±5V(由二极管D1、D2决定)
用555制作的多波形信号发生器

运算放大器在信号发生器中的应用电路

555三个元器件组成的方波发生器电路

具有三角波和方波输出的压控振荡器

如图所示为具有三角波和方波输出的压控振荡电路。该电路是一个受控制电压控制的振荡器。它具有很好的稳定性和极好的线性，并且有较宽的频率范围。电路有两个输出端，一个是方波输出端，另一个为三角波输出端。图中，A1为倒相器，A2为积分器，A3为比较器。场效应管Q1用来变换积分方向。比较器的基准电压是由稳压二极管D1、D2提供，积分器的输出和基准电压进行比较产生方波输出。电阻R5、R6用来降低Q1的漏极电压，以保证大输入信号时Q1能完全截止。电阻R7、R8和二极管D3、D4是为了防止A3发生阻塞。按图中所标元件数值，电源电压用 15V，则变换系数为1kHz／V。电路在100：1频率范围内具有低于±0.5％的线性误差。

一、目的：
1、 对电压比较器的理解，学习阈值电压的测量方法。
2、 握集成运放在波形发生器值的应用，学习频率的测量方法。
3、 解压控振荡器工作原理。
二、习要求：
1、 真阅读本实验的实验原理及教材中的有关内容，熟悉滞迴比较器、方波－三角波
发生器及压控振荡器的工作原理。
2、 给定的图8－3 所示电路中，计算为0 ＝4V 时，输出发生跳变时的输入电压。 U
3、 图8－5 所给电路参数，设U V ，计算三角波的幅值及频率。 z = ±4
4、 图8－6 所给电路参数，设运放的饱和电压V V osat = 10 ，按表11 给定的值，
计算频率f。
I U
三、实验原理和实验电路
1、 电压比较器是使输入的模拟电压与参考电压相比较，当集成运放两个
输入端电位相等时，输出电压就发生跳变。
I U R U
图8-1 简单电压比较器

电平跳变为低电平，或由低电平跳变为高电平，所以比较器中的运放工作在非线性区。
输出发生跳变的临界条件是U+=U-，使输出发生跳变时对应的输入值称为阈值电压，用
符号UTH表示。
图8-1 所示电压比较器的传输特性如图8-2 所示。
电压比较器是测量电路、自动控制系统、信号处理和波形发生器等电路中常用的
基本单元。
简单比较器是具有灵敏度高，电路结构简单等特点，但是它的抗干扰能力差，若
输入信号在阈值附近变化，输出将反复发生跳变。
滞回比较器有两个阈值电压，只要干扰不超过两个阈值电压之差，输出就不会来
回变化。图8－3 所示为一滞回比较器，由于运放的反相输入接地，所以比较器输出发

或C之值以满足振荡频率的要求。

3、压控振荡器

（2）再在实验箱的面包板上连接图8－6 中的分压电路，反相器和开关二极管、
1 D
2 D
μA741 引脚功能见图8－7。
（3）检查无误后接通电源，按表8－1 改变输入电压，测量输出的三角波的频
率。并用示波器观察波形幅度，当改变时，三角波的幅度是否变化。
I U
I U表8－1

五、 实验报告要求1、整理实验数据和测量结果。
1、整理实验数据和测量结果。
2、按实验数据在坐标纸上画出压控振荡器02 的振荡频率与的关系曲线。 U I U
3、将测量值与计算值相比较，分析误差的主要原因。

实验五 方波、三角波发生器的设计

一．实验目的

1． 学习方波、三角波发生器的设计方法。
2． 进一步培养电路的安装与调试能力。

二．预习要求

1． 复习教材中波形发生电路的原理。
2． 根据所给的性能指标，设计一个方波、三角波发生器，计算电路中的元件参数，
画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。
3．写出预习报告。

三．实验原理

方波、三角波发生器由电压比 C2
较器和基本积分器组成，如图1所
示。 uo1 C1
运算放大器A1与R1、R2、R3 A1
及Rw1、Dz1、Dz2组成电压比较器； R4 RW A2 uo2
运算放大器A2与R4、Rw2、R5、C1 R1 R3 RW
及C2组成反相积分器，比较器与 R5
积分器首尾相连，形成闭环电路， R2 DZ1
构成能自动产生方波、三角波的发 DZ2
生器（请参考基础型实验中的方波、
三角波发生电路）。 图1 方波、三角波发生器电路图
电路参数：
1．方波的幅度： Uo1m = Uz （1）
2．三角波的幅度： （2）
3．方波、三角波的频率： （3）
其中C可选择C1或C2。从式（2）和（3）可以看出，调节电位器Rw1可改变三角波的幅度，但会影响方波、三角波的频率；调节电位器Rw2可改变方波、三角波的频率，但不会影响方波、三角波的幅度。

四．方波、三角波发生器的设计方法

方波、三角波发生器的设计，就是根据指标要求，确定电路方案，选择运放和电源电压，计算电路元件的数值。
设计举例
要求设计一个方波、三角波发生器，性能指标如下：
输出电压：Uo1p-p ≤ 10V（方波），Uo2p-p = 8V（三角波）
输出频率：100Hz ~ 1kHz，1kHz ~ 10 kHz
波形特性：方波tr <10ms （1kHz，最大输出时），三角波gD < 2 % 。

设计步骤：
1． 确定电路，选择元器件。
选择图1所示电路，其中：A1、A2为mA741（或HA1741）集成运算放大器，Rw1、Rw2为电位器；取电源电压+Ec = +15V，- Ec = -15V，由于方波电压的幅度由稳压管Dz1、Dz2的值决定。指标要求方波电压的峰 一 峰值Uo1p-p ≤ 10V，而稳压管的正向压降为0.7V，因此选用稳压值分别为4.3V和-4.3V的稳压管。
2． 计算元件的参数
由（2）式可得：
取R2 = 40kW，则R3 + Rw1 = 50 kW，取R3 = 20 kW，Rw1为47 kW的电位器，平衡电阻R1= R2 //（R3 + Rw1）= 22kW。
将 代入（3）式可得：

当100Hz £ f £ 1 kHz时，取C = C1 = 0.1mF，则R4 + Rw2 = 3.1kW ~ 31 kW，R4取标称值：R4 = 3 kW，Rw2取47 kW的电位器，R5 = R4 = 3 kW。当1 kHz £ f £ 10 k Hz时，为了实现波段的转换取C = C2 = 0.01mF，R4、R5 、Rw2取值不变。

五．方波、三角波发生器的安装与调试

按图1所示安装好电路，将电位器Rw1调到30kW，稳压电源输出的+15V电压接到集成运放mA741的7脚，-15V接到集成运放mA741的4脚，示波器的CH1接uo1，CH2接uo2，调节电位器Rw1，使三角波的输出幅度满足设计指标要求；然后调节电位器Rw2 ，从示波器的屏幕上观察uo1和uo2的输出频率是否连续变化，波形是否正常（若无波形显示或波形不是方波 - 三角波，应重新检查电路）。

六．方波、三角波发生器的性能指标测试

方波、三角波发生器性能指标的测试有：
1． 输出波形：方波、三角波。
2． 频率范围：1Hz ~ 10Hz，10Hz ~ 100Hz，100Hz ~ 1 kHz，1kHz ~ 10 kHz等。
3． 输出电压：一般指输出波形的峰 一 峰值Uop-p。
4． 波形特性：表征方波特性的参数是上升时间tr，一般要求tr < 100ns（1kHz，最大输出时）；表征三角波特性的参数是非线性失真系数gD ，gD = 2 %。

七． 实验内容

1．设计一个方波、三角波发生器，设计指标要求如下：
输出电压：Uo1p-p ≤ 24V（方波），UO2P-P = 8V（三角波）
输出频率：10Hz ~ 100Hz，100Hz ~ 1 kHz
波形特性：方波tr <100ms ，三角波gD < 2 % 。
2．按照教材中介绍的方法，计算电路中各元件的参数，安装和调试电路。
3． 在保证电路正常工作后，记录频率在10Hz，100Hz， 1 kHz时的波形及参数。

八．实验报告要求

1．绘出标有元件数值的实验电路图。
2．将测量数据与理论计算值列表，绘出观察到的波形。