运放组成的波形发生器电路设计.docx

运放组成的波形发生器电路设计、装配与调试
1．运放组成的波形发生器的单元电路
运放的二个应用：⑴线性应用-RC正弦波振荡器⑵非线性应用-滞回比较器
⑴RC正弦波振荡器
RC桥式振荡电路如图3-9所示。

图3-9RC桥式振荡电路
RC桥式振荡电路由二部分组成：
①同相放大器，如图3-9（a）所示。
②RC串并联网络，如图3-9（b）所示。
或图3-9（c）所示，RC串并联网络与同相放大器反馈支路组成桥式电路。
同相放大器的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压，而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压，当f=f0时,RC串并联网络的相位移为零，放大器是同相放大器，电路的总相位移是零，满足相位平衡条件，而对于其他频率的信号，RC串并联网络的相位移不为零，不满足相位平衡条件。由于RC串并联网络在f=f0时的传输系数F＝1/3，因此要求放大器的总电压增益Au应大于3，这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的。由R1、Rf、V1、V2及R2构成负反馈支路，它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器。
只要适当选择Rf与R1的比值，就能实现Au>3的要求。其中，Ｖ1、Ｖ2和R2是实现自动稳幅的限幅电路。

①振荡原理
RC桥式振荡电路如图3-9所示。根据自激振荡的条件，φ=φa+Φf=2πn，其中RC串并联网络作为反馈电路，当f=fo时，φf=0°，所以放大器的相移应为φa=0°，即可用一个同相输入的运算放大器组成。又因为当f=fo时，F=1/3，所以放大电路的放大倍数A≥3。起振时A>3，起振后若只依靠晶体管的非线性来稳幅，波形顶部容易失真。为了改善输出波形，通常引入负反馈电路。其振荡频率由RC串并联网络决定，图3-9（c）为RC桥式振荡电路的桥式画法。RC串并联网络及负反馈电路中的Rf+、R1正好构成电桥四臂，这就是桥式振荡器名称的由来。在RC串并联网络中，
取

当虚部为零，即时，

②稳幅原理
V1、V2和R2是实现自动稳幅的限幅电路。V1、V2仅一只导通，导通的二极管和R2并联等效电阻为。根据同相放大器的放大倍数计算公式：可知输出电压幅度与有关。
Ⅰ.振荡小时，大，放大倍数大，补偿输出电压幅度。如图3-10所示A、B点。
Ⅱ.振荡时大，小，放大倍数大，补偿输出电压幅度。如图3-10所示C、D点。

图3-10自动稳幅原理
2．运放组成的波形发生器电路设计
⑴运放组成的波形发生器电路设计要求
使用集成运算放大器组成的RC正弦波振荡器和滞回比较器，连接成一个波形发生器，要求：能产生正弦波、方波两种波形。其信号频率为2KHz，正弦波的峰值Uom约为7V，方波幅值Uopp约为-6～6V。
参考电路如图3-11所示，电路由二部分组成：RC桥式正弦波振荡电路，滞回比较器。图中各元器件参数值应根据要求对有关参数作设计计算,进而正确选择元器件以达到设计要求。

图3-11正弦波-方波发生器原理图
⑵RC桥式正弦波振荡电路设计：
图3-11中A1是具有稳幅环节的RC桥式正弦波振荡器，电路要求信号频率为2KHz，可作设计计算以确定各元件的取值。电路的振荡频率公式为：
可先将RC串、并联选频网络中的电容C取值为0.01μF，再求得电阻R的值，此处可取8.2KΩ(标准值)。
正弦波的输出幅度Uom要求约为7V，根据电路幅值估算公式：
式中,R3′是指动态时R3(取3KΩ左右时)与两个二极管并联后的等效电阻，工程估算值约为1.1KΩ。当R1也取3KΩ时求得R2的值约为8.73KΩ，考虑设置一个调节范围，此处取10KΩ的电位器。当然更理想的是可用一个6.2KΩ的固定电阻和一个5KΩ的电位器串联来代替10KΩ的电位器。
⑶滞回比较器设计：
A2是根据电路要求(电路的抗干扰能力强)而选用的滞回电压比较器。用两个稳定电压为6V的稳压二极管作为电路输出的限幅电路。在保证该电路上、下限阈值电压在A1正弦波的输出幅值7V之内，确定R4、R5的大小。正弦波振荡变换为方波如图3-12所示。
根据A1正弦波的输出=-7～7V和方波幅值Uopp约为-6～6V可知，V。上、下限阈值电压差：
若R4=4.7K，u1=4V，则由
得R5=9.4K，
3.运放组成的波形发生器电路装配与调试
⑴组装与调试目的
①学会使用单运放集成电路LM741；
②学会用基本电路组成实用电路的方法；
③学会系统的测量与调试。
⑵组装与调试的设备与器材
图3-12滞回比较器输入/出曲线
通用印制板或通用实验板，LM741两片，稳压管20W7一只，电阻、电容、电位器若干，±12V直流稳压电源1台，万用表1块，双踪示波器1台及焊接或插接工具。
⑶组装与调试步骤
计算出电路设计值后，即可着手装接和调试。不论是插接还是焊接均应保证元器件排列合理、接线正确、接触可靠。检查电路连接