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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⑴ RC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
② RC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__,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R
1、Rf、V
1、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Au3的要求其中,V
1、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A3,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V
1、V2和R2是实现自动稳幅的限幅电路V
1、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__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__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R
4、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无误后才能通电调试本电路可先进行分级调,在二者均能正常工作后再联调大致步骤如下:
①调试正弦波振荡器电路,为满足起振条件,注意应使负反馈放大器的电压放大倍数大于3用示波器检测该电路的输出波形,调节R2的值,直至示波器显示正常而稳定的正弦波注意R2太小电路无法起振,而太大则会失真
②用示波器测量该电路的振荡频率与输出幅值的大小适当修改R、C的数值,以满足频率为2KHz的要求微调R2电位器的大小在保证输出正常波形的条件下获得所需的7V的输出幅值
③调试滞回比较器电路用__发生器产生一个2KHz正弦波作为该电路的输入__用示波器测量输出波形适当调节R
4、R5的比例直到输出一个方波为止需注意的是正弦波的幅值应在7V左右,由R
4、R5分压获得的上、下限阈值电压一定要小于该幅值
④联调在各级单元电路调试完毕后,则可将两者相连,做总调直到工作正常为止,进而测量各有关参数图3-12滞回比较器输入/出曲线。