三角波、方波信号发生器

《电路与电子技术实验》期末考查（综合设计实验）

【实验题目】三角波、方波信号发生器

【实验目的】1．学习由运算放大器组成的方波——三角波发生器电路，提高对运算放大器非线性应用的认识。

2．掌握方波——三角波发生电路的分析、设计和调试方法。

【实验器材】直流电路箱、示波器、数字多用表、导线若干

【实验原理】

1．滞回电压比较器

图10-1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R2和R1构成正反馈，运算放大器当up>un时工作在正饱和区，而当un>up时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压uin小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压uin大于某一电压时，uo= +UZ。运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用uin和uo表示，有

根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压

Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图10-2所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大uin，当uin=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小uin ，当uin= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。

           图10-1  滞回电压比较器                 图10-2  滞回电压比较器的直流传递特性

如果给图10-1所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uth ，设t = 0时，uo= -UZ ，其输出波形如图10-3所示，输出为方波。

图10-3  输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形

2．方波——三角波发生器

给图10-1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图10-4所示，电阻R4和电容C1则根据振荡频率要求确定，电容C1的值不宜太大，以减小积分误差。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图10-4电路的输出电压U1为方波，U2为三角波。

图10-4  方波——三角波发生器

下面分析其振荡周期，积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式

或

又有关系式：

故周期为：

方波的幅度：         Uo1 = Uz

三角波的幅度：         

方波、三角波的频率：    

【实验步骤】

1．按照上图10-4所示方式连接电路图；

2．检查无误后接上电源，打开开关并观察示波器中的图像；

3．改变滑动变阻器的阻值，观察波形的变化，并记录数据；

4．比较实际值与测量值，分析误差。

【实验数据记录与处理】

示波器的仿真结果图如下：

实测实验波形图如下：

记录数据如下：

由于所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致，故所有产生的波形的频率都可以有所保证。

此电路设计符合要求，从记录的数据中可以看出存在误差

频率误差：34.7-33.3=1.4

方波误差：22.0-20.5=1.5

三角波误差：6.0-5.4=0.6

放大电路产生误差的原因有很多，一般有：运放的输入偏置电流、失调电压和失调电流及其温度；电阻器的实际阻值与标称值的误差，且温度变化；另外，电源和信号源的内阻及电压变化。