实验5.4 波形发生器的设计
预习与思考
① 在方波发生器中,要改变方波的频率,可改变那些元件的值? 方波的频率改变时，方波的幅度会不会改变？ ②在方波、三角波发生器中，若要保持三角波的幅度不变，又要改变三角波的频率，应改变电路中那一个元件的值？ 1．实验目的
（1）学会用集成运算放大器组成方波与三角波发生器。
（2）掌握方波与三角波发生器电路的调试与测量方法。
2．预备知识
（1）LM324介绍
图 5.4.1 LM324的引脚排列
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中 “+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图5.4.1。 饱和潜水
(2) 方波发生器
图 5.4.2基本方波发生器
基本方波发生器如图5.4.2电路(R1 = 90k ，R2 = 22k ，R3 = 10k ，R0 = 2.2k ，C = 0.01 F。D1和D2采用稳压管，其稳压值为5V，正向压降为0.7V。)所示。其中电阻R2 与R3 组成正反馈支路；电阻R1 与电容C 组成的充放电回路是运算放大器的负反馈支路。为了防止放大器输出电流太大而过载，在放大器的输出端串联一个限流电阻R0。另外为了得到稳定的输出电压，可在方波发生器的输出端加上由稳压管组成的限幅器，方波的幅度完全由稳压管的稳压值决定。 输出电压uo的极性由u+与u 比较的结果来决定：若u > u+，则uo为负；若u < u+，则uo为正。在接通电源的瞬间，uo为负或为正纯属偶然，假设一接上电源时，输出电压为正值， uo = +UOM（饱和压降），则同相输入端的电压u+ 为：
（1）
接着输出电压uo经过电阻R1向电容C充电，uc按指数规律增长。当uc= u+时，输出电压开始翻转，R2、R3支路的正反馈作用使翻转过程在极短的时间内完成，输出电压uo由+UOM跃变为石油教育UOM，并通过正反馈使输出电压uo保持为UOM。此时u+变为：
（2） uc uo
同时，电容器C吴敏伦通过电阻R1放电 ，uc +Uom uo
下降。 当uc下降到等于u+ 时， 输出电压
再一次翻转， 使uo = +UOM鸟的天堂 教学设计。如此周而复始， uc
则输出电压uo为周期性的方波，如图2所示。 0 t
方波的上升沿和下降沿与集成电路的转
图 5.4.3 Uc 与Uo的波形器
换速率有关，方波的幅值由运放的饱和压降 Uom UOM决定，限制在±UOM之间。由于电容C
的充放电都是经过R1进行的，充放电的时间常数相等，因此可得到对称的方波。其周期为：
（3）
方波的频率为：
（4）
由上式可知，改变R1,R21或C的值，就可以改变方波的频率。
(3) 三角波与方波发生器
方波与三角波发生器由电压比较器加积分器组成。如图 5.4.4所示。
+15V C
R1 2 7 uo1 +15V
A1 6 Ro R4 2 7
3 4 A2 6 uo2
15V 3 4
R3 D1 R5 15V
R2 D2
a
图 5.5.4 方波与三角波发生器
图中：R1 = 6.8k ，R2 = 10k ，R3 = 30k ，R0 = 3.9k ，R4 = 10k ，R5 = 20k ，C = 0.1 F， DZ1和DZ2采用稳压管。
运算放大器A1与R1、R2、R3及R0、DZ1、DZ2组成电压比较器。当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，比较器与积分器首尾相连， 形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波（或方波）的频率为：
（5）
式（5）表明，若要维持三角波的幅值不变，则R2、R3的比值应固定，调节R4或C的值可以改变三角波的频率。
3.实验任务与内容
任务
采用集成运算放大器组成方波与三角波发生器。利用multisim软件完成电路仿真，并采用LM324及相关元器件搭建实际电路，掌握方波与三角波发生器的调试与测量方法。
内容
1． 方波发生器电路的设计与仿真
（1）按图 5.4.1所示电路接线，将双踪示波器两基线的参考地电平调到同一基准电平上，采用示波器同时观察并定量绘出输出电压u亚细亚生产方式o和电容上的电压uc的波形，用示波器测算出方波的周期和峰峰值Uop-p及uc的峰峰值Ucp-p，将测量结果填入表1 中，根据测出的周期T，算出方波的频率。
表5.4.1 方波发生器电路数据
测量值 | 理论值 |
T ( ms ) | f ( Hz ) | Uop-p（V） | Ucp-p (V) | fo( Hz ) |
| | | | |
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２．三角波发生器的设计与仿真
完成图 5.4.4 电路仿真实验，用示波器同时观察并定量绘出比较器的输出电压uo1和积分器的输出电压uo2的波形，用示波器测出三角波（或方波）的周期T，方波的峰峰值Uop-p1和三角波的峰峰值Uop-p2。将测量结果填入表2中，根据测出的周期T，算出三角波（或方波）的频率。并与理论值相比较。
表5.4.2三角波发生器电路数据
测量值 | 理论值 |
T ( ms )肝微粒体酶 | f ( Hz ) | Uop-p1 (V) | Uop-p2 (V) | fo ( Hz ) |
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4．实验设备
（1）综合设计电路实验箱 1只
（2）示波器 1台
5．实验报告要求
（1）将实验所测数据与理论计算结果填入表5.4.1、表5.4.2中，并与理论值相比较，进行误差分析。
(2) 绘出实验内容1和实验内容2所观察的波形。
（3）总结、归纳方波和三角波的发生器组成电路及其实测体会。
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