西安交通大学第三次模电实验报告(3)(DOC)

模拟电子技术实验

实验报告

西安交通大学电信学院计算机11班

姓名：司默涵

电话：187********

学号：2110505018

实验日期：2013年 5 月日

报告完成日期：2013年月日

实验2.1 集成运放构成的三

角波方波发生器

预习报告

一、实验目的

1．理解三角波方波发生器的设计思路，搭接出最简单的电路，获得固定频率、幅度的三角波、方波输出。

2．理解独立可调的设计思路，搭接出频率、占空比、三角波幅度、三角波直流偏移、方波幅度、方波直流偏移均独立可调的电路，调整范围不限。

3．理解分块调试的方法，进一步增强故障排查能力。

二、实验原理

图2.3.4是可以满足设计要求的最终电路。其中A1、A2、A3及其附属电路，完成三角波、方

波的发生，并且实现频率和占空比的可调。A4、A5及其附属电路，实现三角波和方波的幅度、

直流偏移可调。

图2.3.4电路与图2.3.3电路有3点主要的区别。第一、用R13、R W2、D Z1、D Z2组成一个双向

电阻值不同的电路，取代图2.3.3中的积分器电阻R，使得积分器工作过程中，正向充电和

反向放电的时间常数不一致，三角波上升斜率和下降斜率大小不同，造成方波的占空比不同。

需要注意的是，由于用一个电位器调节，无论在什么位置，积分器的正向时间常数和反向时

间常数的和，是一个常数，就造成单纯调节R W2，只改变占空比而不会改变频率。第二、在

稳压管输出和积分器之间，加入A3构成的反相放大器，可以通过R W1调节积分器输入电压

大小，进而改变积分器输出电压变化斜率，造成波形发生的频率变化。这样，u o1产生方波，

u o2产生三角波。这两个波形的频率相同，占空比相同。第三、由于中间引入反向放大，在

A1的输入端接法上，又回归到图2.3.2所示的结构。图中，R3是限流电阻，主要作用是防止

运放A1的输出电流过大。当电源电压为±15V，运放输出电压最大值一般为＋14V，此时，运

放的输出电流为(14-6.2)/1.3k=6mA，小于其最大输出电流。

图2.3.4下方有两套相同的电路A4、A5，分别完成对两种波形的幅度和直流偏移的调整。以

A4电路为例，其输入信号是方波（其频率和占空比已经由上部分电路中的R W1、R W2调整），

通过调节R W3，可以改变输出三角波u O4的直流偏移，通过调节R W4，可以改变输出方波u O4

的幅度。请读者可以根据图2.3.4电路参数，结合教科书内容，对其输出频率、占空比、

幅度、直流偏移量的变化范围进行分析，并在实验中加以验证。

三、元器件选择和电路搭接

四、实验内容和步骤

1．方波发生器

按照图2.3.1电路，自行设计电路参数，估算振荡频率和负指数曲线的幅值，并在面包板上完成搭接。用双踪示波器观察电容器电压和运放输出电压的波形，并记录，分析估算值和实测值的一致性，认真体会这个电路为什么能够振荡。

2．三角波方波发生器

按照图2.3.3电路，要求输出频率为1000Hz，三角波幅度为±2.5V，方波幅度为±5V。设计电路参数，估算振荡频率和幅度，并在面包板上完成搭接。用双踪示波器观察三角波和方波输出电压的波形，并记录，分析估算值和实测值的一致性。

3．独立可调的三角波方波发生器

按照图2.3.4在面包板上搭接电路。

调节R W1，用双踪示波器观察三角波u O5和方波u O4的波形，并记录，观察频率调节范围与分析估算值的一致性。

调节R W2，用双踪示波器观察三角波u O5和方波u O4的波形，并记录，观察占空比调节范围与分析估算值的一致性。

调节R W3，用双踪示波器观察三角波u O5和方波u O4的波形，并记录，观察方波直流偏移量的变化范围与分析估算值的一致性。特别注意，这个调节对其它波形、其它参数的影响是否存在，以证明其调节的独立性。

调节R W5，用双踪示波器观察三角波u O5和方波u O4的波形，并记录，观察三角波直流偏移量的变化范围与分析估算值的一致性。特别注意，证明其调节的独立性。

调节R W4，用双踪示波器观察三角波u O5和方波u O4的波形，并记录，观察方波幅度的变化范围与分析估算值的一致性。特别注意，证明其调节的独立性。

调节R W6，用双踪示波器观察三角波u O5和方波u O4的波形，并记录，观察三角波幅度的变化范围与分析估算值的一致性。特别注意，证明其调节的独立性。

按照图2.3.3电路，要求输出频率为1000Hz，三角波幅度为±2.5V，方波幅度为±5V。设计电路参数，估算振荡频率和幅度，并在面包板上完成搭接。用双踪示波器观察三角波和方波输出电压的波形，并记录，分析估算值和实测值的一致性。

五、数据估算

1)方波（三角波）振荡频率范围

振荡频率范围：6]Hz

2)方波（三角波）占空比范围

占空比范围：[1/7，6/7]

3)方波幅度范围

令,则方波幅度范围：

4)三角波幅度范围

令,则三角波幅度范围：

5)方波（三角波）直流偏移量

令,则

即直流偏移量范围为

实验2.3 集成运放构成的方

波三角波发生器

总结报告

一、独立可调的三角波方波发生器

1、调节电位器1，记录频率变化范围 （1）实验过程

实验中，我利用示波器观察1O U 和2O U ，发现电路正常起振，分别看到方波和三角波波形。调节w1R （至左右两个极限），直接利用示波器measure 档读取频率的两个极值。 测得：min f =197.96Hz

max f =1.11kHz

（2）误差计算 w1=16.8%,w2=2.6% （3）误差分析

发现可调频率的最大值与估算值很接近，而最小值与估算值误差较大。观察频率估算表达式，

1

f T

我发现估算的表达式与电容C 有关，而C 在低频下容抗较为明显，这或许将影响实际频率。 2、调节电位器2，记录占空比变化范围 （1）实验过程

实验中，我利用示波器观察1O U 和2O U ，发现电路正常起振，分别看到方波和三角波波形。调节2w R （至左右极限），直接利用示波器measure 档读取占空比的两个极值。 测得：占空比（max ）=84.5% 占空比（min ）=16.13 （2）误差计算 w3=1.42%,w4=12.6% （3）误差分析

①给定的待测信号其占空比本身就存在一定误差。 ②运放电路的传输延时等所带来的测量电路的固有误差。 3、调节电位器4，测量方波的幅值调节范围 （1）实验过程

将1O U 接到运放4A 的反相输入端，利用示波器监视4O U ，调节4w R ，发现输出电压的幅值连续变化。

当4w R =0时，示波器显示波形为：

此时测得

(4max o U 正）=11.80V 4max o U （负）=11.59V 4max o U （AV ）=11.70V

当4w R =100k Ω时，示波器波形为：

此时测得

4min o U （正）=0.58V 4min o U （负）=0.56V 4min o U （AV ）=0.57V

（2）误差计算（利用平均值） w5=1.5%，w6=0.89% （3）误差分析

实测误差非常小，在正常范围内，可以接受此误差。 4、调节电位器6，测量三角波的幅度范围 （1）实验过程

将2O U 接到运放5A 的反相输入端，利用示波器监视5O U ，调节6w R ，发现输出电压的幅值连续变化。

当6w R =0时，示波器显示波形为

此时测得

(5max o U 正）=6.69VV 5max o U （负）=7.09V 5max o U （AV ）=6.89V

当6w R =100k Ω时，示波器显示波形为

此时测得

5min o U （负）=0.304V 5min o U （AV ）=0.308V

（2）误差计算（利用平均值） w7=9.1%，w8=6.5% （3）误差分析

发现同样测量幅度调节范围并且计算与估计值的误差，三角波要比方波的误差大。 原因在于三角波是方波通过反相积分器积分得到的，本来就已经引入了一次误差。 5、调节电位器5，测量直流偏移量范围 （1）实验过程

显然对于方波和三角波，直流偏移量相同。因此以方波为例。测量思路为，断开4A 的输入

1O U ，利用万用表的直流2V 档测量4O U 的大小。

测得

4min O U （）=-1.657V 4max O U （）

=1.704V （2）误差计算

w9=0.52%，w10=2.04% （3）误差分析

实际测得的直流偏移量非常小，应该是运放零漂引入的。 6、正弦信号发生 通过查阅资料，我发现利用有源低通滤波器可以实现三角波——正弦波的转换。因此我搭接了低通滤波器，并进行了仿真。

从仿真结果看，该滤波器是可以工作的。

二、故障排除

本次实验中因为不细心出现了两处错误，应引以为戒，不可再犯。

1、电位器1作为固定电阻接入。导致开始调节频率范围时无效。

2、利用示波器时，错误操作使得电压衰减了10倍，导致测量幅度范围不对。后来经过老师提醒才发现。

这些错误都不是由于我对电路不理解，而是由于我的不细心，带来的后果是费时费力。应该引以为戒！

三、心得体会

本次实验是利用集成元件（运放）的第一个实验。实验完成后，我实在是感想颇多。

通过对方波三角波发生器的实验，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师要求我们做好这个实验的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题、提高我们的动手能力。

在实验过程中，我遇到了不少的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决那种心情别提有多高兴啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题有些理论知识还处于懵懂状态，老师不厌其烦地为我们调整波形、讲解知识点，实在令我感动。

最后用一句话来结束吧——“实践是检验真理的唯一标准”。