模拟电子技术实验-波形发生电路

一、实验目的

1.掌握RC桥式正弦波振荡电路的原理与设计方法；

2.加深理解矩形波和方波-三角波发生电路的工作原理与设计方法；

3.了解运放转换速率对振荡波形跳变沿的影响。

二、实验仪器名称及型号

KeySight E36313A型直流稳压电源，KeySight DSOX3014T型示波器/信号源一体机。

模块化实验装置。

本实验将使用三种集成运放：µA741、LM324和TL084，它们的引脚如图1所示，LM324和TL084的引脚排列完全相同。

                           图1  、LM324和TL084的引脚图

三、实验内容

    1.RC桥式正弦波振荡电路（SPOC实验）

 （1）设计RC桥式正弦波振荡电路，要求振荡频率为1.6kHz，输出波形稳定并且无失真。其中集成运放可采用µA741、LM324或TL084，简要写出设计过程，绘制或截取电路原理图。

电阻R1.R2与电容C1、C2构成串并联选频网络，电阻R3、R4、RP构成负反馈网络，VD1和VD2用于限幅作用稳定波形，当R1=R2=R,C1=C2=C时，串并联选频网络的相频特性和幅频特性分别为

，

相频特性为

，

 ，

根据，题目要求f=1.6kHz,取参数R1=R2=10kΩ，C1=C2=0.01μF,R3=R4=5.1kΩ，Rp=10kΩ。

（2）学习SPOC实验操作视频，将示波器的两个通道分别接在uo端和uf端，缓慢调节电位器RW，使电路产生正弦振荡，在确保两个通道的正弦波不失真的前提下将输出幅度调得尽量大些，记录输出uo的峰-峰值Uopp和输入uf的峰-峰值Ufpp。Uopp=  18.1V      ；Uopp=    6.1V  ；  

（3）正反馈系数Fu的测定。计算出Fu = Uf / Uo = Ufpp / Uopp。Fu = Uf / Uo = Ufpp / Uopp=  2.96   ；

（4）李萨如图形法测量振荡频率fo：将uo送入示波器的一个通道，再从函数信号发生器引出正弦信号送入示波器的另一个通道（输出幅度与uo相同或接近）。按示波器的“水平(Horiz)”键，将“时基模式”改为“XY”方式。调整函数信号发生器输出频率，使之接近输出信号uo的频率，仔细调整，使屏幕上显示一个基本稳定的椭圆。此时信号发生器指示的频率即为振荡器的输出频率。截取SPOC视频中示波器的显示结果如下。

SPOC视频中用李萨如图形法测量的振荡频率为： fo = 1314       kHz

2. 矩形波发生器电路（SPOC实验）

学习SPOC实验教学视频，设计矩形波发生器电路，使之输出一个周期约为1.4ms的方波，简要写出设计过程，绘制或截图电路原理图。

矩形波的周期为

，

题目要求T=1.4ms，设R1=20kΩ，R2=10kΩ，Rf=10kΩ，C=0.1μF即可。

3. 方波、三角波发生器电路（远程实验）

方波、三角波发生电路

直流稳压电源的调节：

主界面左上方为直流稳压电源，要求其输出±12V电压。

点击直流稳压电源进入调节界面，远程操作方法与在现场的方法一致。点击电源开关打开电源，观察屏幕显示。分别点击电源右上角的2或3通道选择按钮，在数字区输出12后再按Enter按键，设置2和3两个通道的电压分别为12V。将2和3通道串联即可实现+12V、0V和-12V三个电压值。点击通道上方的“on”按键输出电压。点击界面右下角的模块返回至主界面，使用导线连线，将从直流稳压电源引出的+12V、0V和-12V连接至电源模块。

如果电源设置错误，主界面会有提示。拨动电源模块开关，若电源设置正确，该模块指示灯点亮。

连接电路图：

拖动主界面旁边的电路模块和导线，在操作台上进行连线。按所给电路图搭接好电路。点击电阻R1、电阻R2和电容C可改变其数值。其中运算放大器模块中，使用1 – 3引脚作为第一个运放，12 - 14引脚作为第二个运放。

注意：在远程实验中，如改变元件数值应先断开元件两端的连线，数值改变后再将元件接入至电路中。

14引脚运放插座(本实验使用1 - 4和11 - 14引脚)

参考以下步骤接线：

芯片接入+12V电源。

芯片接入-12V电源。

运放1反向输入端2引脚接地。

运放1同向输入端3引脚接R1。

运放1同向输入端3引脚接R2。

运放1输出端1引脚接R3。

运放2同向输入端12引脚接R5。

R5电阻另一端接地。

运放2反向输入端13引脚接电容C。

电容C另一端接运放2输出端14引脚。

运放2输出端14引脚接R1

将示波器通道2的红夹端接到运放2输出端Uo

两只稳压管负极相对接在一起。

两只稳压管的另一端接地。

两只稳压管接R2。

两只稳压管接R3。

两只稳压管接R4。

Uo1节点接示波器通道1的红夹端。

运放2反向输入端13引脚接R4电阻。

远程实验时间只有最后20分钟时，主界面右侧会出现“一键连线”功能，操作者可对照检查参考接线和自己的连线是否一致，但“一键连线”的电路图不宜作为连线截图粘贴至报告中。

将电路接线完成后的截图粘贴至此：

观察波形：

示波器通道1连接到Uo1，示波器通道2连接到Uo，连好线后，点击右上角的示波器，调节仪器并观察波形。记录通道1和通道2两路波形的形状、峰峰值和周期/频率。在本实验中，实测值和理论值的不同多数来自于元件标称值和实际值的误差。

波形截图：

R1为100kΩ，R2为160kΩ，电容C为0.1uF时波形的截图：

设计题：

需要输出Uo频率约为1kHz，参数应该怎么取？做实验并将波形图截图。

 电阻R1=20kΩ，R2=160kΩ，电容C为0.1μF。

记录数据：

基于下面的元件值观察波形并填写下表，不需截图。

疫情下的特别实验模式，别忘了为自己拍照留念，同时，也发给老师留下我们难忘的回忆吧！大家可以把自己做实验的场景让家人或利用工具拍摄下来附在实验报告最后，要求：1.照到本实验的最终波形图或最终连线图；2.照到学生本人的侧脸。

4、思考题

1. RC桥式正弦波振荡电路实验中，如何稳定振荡幅度？

稳定振荡幅度的措施通常是在放大电路的负反馈回路加入非线性元件来调整负反馈放大电路的放大电路的电压放大倍数，从而维持输出电压幅度稳定。本实验用二极管VD1、VD2作为稳幅元件，当输出电压幅度较小时，电阻R4两端的电压较小，两个二极管均截止，负反馈系数由R3、RW、R4决定，输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管均导通，其动态电阻与R4并联，是反馈系数加大，电压放大倍数下降。输出电压的幅度越大，二极管动态电阻越小，电压放大倍数也越小，从而维持输出电压的幅度基本稳定。

2. 矩形波发生器电路中，输出矩形波的周期T和占空比的公式分别是什么？