实验题目:波形产生电路
班级：无xx
学号：2015011xxx
姓名：xxx
日期：2016年11月17日
一、实验目的
1. 通过实验掌握由运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法；
2. 通过实验掌握由运放构成的方波(矩形波)和三角波(锯齿波)振荡电路的原理与设计方法；
3. 了解运放摆率对振荡波形跳变沿产生的影响。
二、实验电路图及其说明
1.文氏桥正弦振荡电路
电源电压 12V.
图1
2. 多谐振荡电路(方波与三角波)
图2
3. 多谐振荡电路(矩形波与锯齿波)
三、预习报告与实验数据
四、实验数据整理与分析
1.文氏桥正弦振荡电路
(1)缓慢调节电位器R W ，观察电路输出波形的变化，解释所观察到的现象，分析电路的振荡条件。
Rw 从小到大变化，开始时Rw 较小，输出波形始终为0，没有起振。
后来Rw 增到 一定值之后开始输出正弦电压波形，随着Rw 的增大，其幅度也再增加，再继续增大Rw 会导致波形渐渐失真并出现切顶。
原理分析：
由实验教材上分析可知，RC 串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别为：
F = 1 3 +( − ) = −arctan ( − )3
电路中R1 = 10kΩ，C1 = 0.01μF ， 所以 = =10000 / . 此时反馈系数最大， 为F = 1/3.
所以如果负反馈放大电路的增益 =1+
>3, 则有 F >1
这就是起振条件，可以得到Ｒｗ＋Ｒ４>2∗ 即可起振。
振荡频率为
=
12 一定范围内，Rw 越大，放大电路的增益越大，振荡的幅度也就越大。
但是超过一定的范围之后，放大电路就工作到非线性区域，输出波形出现切顶的失真。
(2)记录电路刚好起振电位器R W 的阻值，还需记录当电位器R W 阻值依次为0Ω，10k Ω，12k Ω，15k Ω，20k Ω时的输出波形。
理论值 实际值 起振时R W 阻值
10.105kΩ 10.38kΩ
实际输出波形:
Rw = 0Ω
Rw = 10kΩ
刚刚起振时刻
Rw = 12kΩ
Rw = 15kΩ
Rw = 20kΩ
(3)将两个二极管断开，观察输出波形有什么变化，并分析原因。
理论波形：
实际波形：
原因分析：
此电路中整流二极管的作用是和R4并联以调节负反馈系数，当输出电压幅值较小时，电阻R4两端的电压较小，二极管截止。
负反馈系数就由Rw, R4, R3决定。
当输出电压增大到一
中定的幅值之后，二极管D1、D2导通，其动态电阻与R4并联，于是导致 =1+
的 减小，因此 减小，输出电压幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益就越小，由此限制波形幅度。
当断开两个整流二极管之后，波形幅度就会大过饱和电压致使运放进入饱和区，出现切顶。
2.多谐振荡电路
(1) 观测vO1、 vO2波形的幅度、周期（频率）以及vO1的上升时间和下降时间。
仿真波形如下：
实验记录表格：
理论值实际值V O1幅度 5.58V 5.85V
V O1周期512.22 μs 497.2μs
V O1频率 1.95kHz 2.011kHz
V O1上升时间21.41 μs 800ns
V O1下降时间20.27 μs 800ns
V O2幅度 3.38V 3.45V
V O2周期512.63μs 497.6 μs
V O2频率 1.95kHz 2.010kHz
实际波形：
(2)修改电路使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即V O1为矩形波，V O2为锯齿波。
要求锯齿波的逆程(电压下降段)时间大约是正程(电压上升段)时间的20%左右。
观测V O1、V O2的波形，记录他们的幅度、周期(频率)。
起初的电路设计：
实际实验中，一开始我用的是事先设计的电路，得到了如下的波形：
经助教老师提醒，波形不太正确，虽然大致满足上升时间是下降时间的5倍，但是vo1实际上应该是脉冲波形，显然不符，于是在老师的建议下，我改进了自己的电路：
调节电位器就可以得到比较好看的波形：
（实验之后的仿真结果）
实验中波形如下：
测得此时的电位器分成的两部分电阻分别为 Rw1 = 5.63kΩ, Rw2 = 41.3kΩ. 上升时间t r = 25.8μs, 下降时间t f = 5.4 μs，基本满足条件。
V O1幅度10.7V
V O1周期 1.4148ms
V O1频率706.8Hz
V O2幅度 5.8V
V O2周期 1.4112ms
V O2频率708.6Hz
五、实验总结
1. 这次实验巩固了上次实验的电路知识，即RC串联并联选频网络的特性，另外还巩固了理论课上的多谐振荡电路，收获很大。
2. 实验比较简单，加上之前的仿真做的比较好，所以实验做得很快，电路搭起来难度不大。
只是最后的选作实验仿真出现了失误，没有选好两个阻值导致实验波形有些偏差：
还是后来经过助教老师的指导才设计出了用电位器调节两个电阻阻值的电路，得到比较好的波形，以后还需要多注意！
六、 思考题解答
1. 设图1中的两个并联二极管的导通电压约为0.7V ，其他元件参数如图所示，请估算在刚进入稳定振荡时输出电压的幅度时多少？
答： 刚进入稳定振荡时，当刚进入稳定振荡时二极管上的电压应刚达到导通电压，所以R 4上的电压为0.7V ，故输出电压幅度约为
43544101010
0.27 4.2210
R R R U V R U ==++++⨯
⨯⨯=
2. 在图2所示电路中，如将运放A 2的输出改接至运放A 1的反相输入端（电阻R 2下端接地），电路能否正常工作？为什么？
答：不能。
多谐振荡器是利用电路中的正反馈产生振荡。
若将运放A 2的输出接至运放A 1的反相输入端，则此时输出接于反相输入端，构成负反馈。
当有噪声干扰产生输出波形时，不能反馈回输入端增大输入，因此无法实现振荡，因此不能正常工作。
此时输出的波形应该是由负反馈引起的稳定的波形，不会振荡。
3. 由运放组成的多谐振荡器电路，其输出波形（方波或矩形波）的跳变沿主要决定于什么？如果要缩短其上升时间和下降时间（使波形变陡），可采取哪些方法？
答：方波（或矩形波）的跳变沿的产生是运放输出电压从正饱和电压跳变到负饱和电压或者从负饱和电压跳变到正饱和电压的过程中。
由于在两个饱和电压间的切换需要经过线性区，即三极管需要从饱和区回到放大区或从放大区到达饱和区，这会减慢运放的工作速度。
运放在大信号下工作速度主要受限于其摆率。
由上分析可知，缩短上升和下降时间（使波形变陡）主要可以有两种方法：一是更换摆率参数更大的运放。
二是在输出端连接一个单稳态触发器，将波形整形，输出成为边沿陡峭的同频率矩形波。