如何用运算放大器设计一个三角波发生器，求电路，要输出波形稳定的，谢谢

1．实验目的
（1）掌握集成运算放大器的使用方法。
（2）加深对集成运算放大器工作原理的理解。
（3）掌握用运算放大器构成波形发生器的设计方法。
2．设计要求
（1）以集成运放为放大器设计一RC正弦波振荡器
（a）振荡频率在1kHz±10%范围内连续可调；
（b）振荡幅度峰峰值不小于10V；
（c）波形无明显失真。
（2）以集成运放为放大器设计一方波、三角波发生器
（a）输入信号频率在500Hz～1.5kHz范围内连续可调；
（b）输出幅度：方波＞7V，三角波＞2V；
（c）输出波形无明显失真。
（3）对所设计的电路进行计算机仿真。
3．设计原理
　　集成运放是一种高增益放大器，只要加入适当的反馈网络，利用正反馈原理，满足振荡的条件，就可以构成正弦波、方波、三角波和锯齿波等各种振荡电路。但由于受集成运放带宽的限制，其产生的信号频率一般都在低频范围。
（1）正弦波产生电路设计
　　正弦波振荡电路常用的结构有RC移相式振荡器、RC文氏电桥振荡器如图10所示。RC移相式振荡电路结构简单，但其选频性能较差，而且输出幅度不够稳定，输出波形较差，一般只用于振荡频率固定，稳定性要求不高的场合。因此本实验主要使用RC文氏电桥振荡电路。

　　文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路，RC串并联网络具有选频的作用，它与放大器结合起来即可构成RC振荡电路。它适用于产生频率小于1MHz的低频振荡信号，振幅和频率较稳定，频率调节方便，许多低频信号发生器的主振荡器均采用这种电路。图10所示电路即为由集成运放构成的RC文氏电桥振荡电路。
　　图1中电阻R2接在放大器的输出端与反相输入端之间，构成负反馈，用以控制增益RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端与同相输入端之间，构成正反馈。当RC选频网络在ω=ω0时，反馈电压与输入电压的相位差φ=0，B=1/3，为满足起振条件，要求放大器的增益AU＞3，即电路10（a）中的（1+R2/R1）＞3。由此可得出当R2＞2R1时即能使振荡电路满足自激振荡的振幅（注意：实际应用中，R2应略大于R1，才能既保证起振，又不会因其过大而引起波形严重失真）和相位起振条件，产生自激振荡。
　　采用双联可调电位器或双联可调电容器即可很方便地调节振荡频率。在常用的RC振荡电路中，一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换（粗调），再采用双联可变电位器进行频率的细调。
　　图10（a）电路是依靠集成运算放大器的非线性进行限幅的，波形会产生较大的失真。在实际电路中需要有自动限幅机构。常用的限幅方法是利用放大器负反馈强弱的自动调节作用实现稳幅。具体电路如图10（b）中所示。（b）图中负反馈电路中的二极管D1、D2即为自动限幅元件，电阻R3是为克服硅二极管“死区”而设置的。此电路是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，达到自动调节负反馈深度的目的。当起振时，振幅较小，二极管的正向电阻较大，使放大器的负反馈很弱，增益很高，因此可以很快建立起振荡。随着振幅的增大，二极管的正向电阻变小，放大器的负反馈加深，增益自动下降，直到下降到3，电路达到振幅平衡条件时，振幅停止增长，电路达到稳定。反之，当由于某种原因使得输出电压幅度减小时，二极管的正向电阻加大，负反馈变弱，增益升高，迫使输出电压幅度恢复到原来的大小，从而起到稳幅的作用。采用两只二极管反向并联的目的是使输出电压正负半周振幅相等，因此这两只二极管特性应相同，否则正负半周振幅将不同。图10（b）图中的电位器RP可用来调节振荡幅度的大小。
（2）方波和三角波产生电路
　　利用集成运算放大器组成的具有上、下门限的迟滞比较器，接入RC负反馈回路就可以组成一个简单的方波和三角波发生器。而改变正反向RC积分时间常数又可构成脉冲和锯齿波发生器。图（2）中电路是一个方波、三角波发生器。其中Uo1输出为三角波，Uo2输出为方波。电路由迟滞比较器和一个RC充放电回路组成，双向稳压管DZ用于限定输出幅度，电阻R3为稳压管的限流电阻。

　　图11中电阻R1、R2组成了正反馈，与运放一起构成迟滞电压比较器，同相输入端得到一比较电压U+；反相端由R、RP和C组成负反馈，构成被比较电压UC，其大小由RC充放电电路在电容C上得到。UC与U+的相对大小，决定了输出电压的正负。而输出电压的正负极性又决定着通过电容C的电流是充电（使UC增加）还是放电（使UC减小），而UC再与U+相比较，决定输出电压的极性。从而在输出端产生周期性的方波，而在电容一端产生周期性的三角波。
　　通过调节电位器RP，可改变方波和三角波的频率。

4．主要参考元器件
集成运算放大器（LM324或μA741）二极管、电阻电容等。
5．思考题
（1）RC文氏电桥振荡器中为什么稳幅效果与波形失真有矛盾？
（2）在方波、三角波发生器实验中，要求保持原来所设计的频率不变，现需将三角波的输出幅值
由原来的幅值Uo降为2/3Uo，最简单的方法是什么？
（3）RC文氏电桥振荡器中二极管D1和D2在电路中起什么作用？说明它们的工作原理。
（4）如何将方波、三角波发生器电路进行改进，使之产生占空比可调的矩形波信号？
（5）如果将正弦波发生器的输出波形，作为方波发生器的输入信号，如何改进电路完成多种波形
发生器。
（6）如何用双线示波器观测迟滞比较器的输入和输出波形，并求出上下门限电压？
6．选做题
（1）设计一个二阶有源带通滤波器，要求：中心频率f0=1kHz，通带增益A0=1，品质因数Q=10。
（a）按照要求设计电路，并选取适当的器件进行搭接。
（b）用逐点描迹法测量此带通滤波器的幅频特性曲线，并测量通带增益及上限和下限截止频率。
（2）用带阻滤波器设计一能抑制50Hz信号的陷波器，要求：通带增益A0=1，品质因数Q=10。
（a）按照要求设计电路，并选取适当的器件进行搭接。
（b）用逐点描迹法测量此带阻滤波器的幅频特性曲线。
（3）用集成运算放大器组成万用表。
（a）用集成运算放大器组成一个直流电压表，测量范围0～15V。
（b）用集成运算放大器组成一个直流电流表，测量范围0～10V。
（c）用集成运算放大器组成一个欧姆表，测量范围0～1K。
（d）将以上内容组成完整的万用表。
7．参考文献
[1] 谢自美.电子线路设计·实验·测试.华中科技大学出版社（第二版）2000
[2] 路勇.电子电路实验及仿真.北京交通大学出版社 清华大学出版社，2004
[3] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，2005
[4] 彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社，1997
[5] 毕满清.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社，2001
[6] 陈大钦.电子技术基础实验.华中科技大学出版社，2000

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