波形发生电路

东南大学电工电子实验中心

实 验 报 告

课程名称： 电子电路实践

第 七 次实验

实验名称： 院 （系）： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号：

实 验 室: 101 实验组别： 同组人员： 实验时间： 2012 年5 月 10 日 评定成绩： 审阅教师：

实验七 波形发生电路

一、实验目的

1、 掌握正弦信号和非正弦信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各

参数对电路性能的影响。

2、 了解各种波形之间变换方法，重点是正弦波、方波、三角波之间的变换。 3、 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。

二、设计原理

1、 正弦波信号发生电路分析计算（图8-1）：

(I) 放大器为同相放大器，其增益为 1

RF

Rf

1jC

(II) 对于RC串并联电路

Vo1 V(R1)(R//1)3j(RC1)

jCjCRC

R//

(III) 为了保证正反馈，该RC串并联网络在振荡频率f0时的相移必须为0，即上式中分

母的虚部系数在f0时为0，即2f0RC

11

，由此推出f0

2RC2f0RC

(IV) 由于振荡频率f0时

VO1

，所以为了保证满足环路增益大于1的起振条件，放大V3

RF

略大于2，当振荡器稳定是环路增益为1，放大器的Rf

器的增益必须略大于3，即

增益为3，

RF

2 Rf

2、 矩形波信号发生电路分析计算（图8-4，R

、R是二极管D1、D2的导通电阻）：

(I) 当U0为正值的时候，二极管D1导通，D2截止，电容C充电的时间常数为：

1(RW1RD1R1)C

(II) 当U0为负值的时候，二极管D2导通，D1截止，电容C放电的时间常数为：

1(RW2RD2R1)C，

(III) RC电路总的充放电时间常数12(RwRD1RD22R1)C，

T11ln(12

R2R) T22ln(122) R3R3

R2R

)(RwRD1RD22R1)Cln(122) R3R3

周期T(T1T2)(12)ln(12

占空比

T2Rw2RD2R1



T1Rw1RD1R1

R2

) R3

对于图8-2的方波信号发生器 T(T1T2)2RFCln(12

3、 三角波信号发生电路分析计算(图8-5)

(I) 幅度：

同相端电位由U01和U02共同决定即：V

1

(U01RW1U02R2)

R2RW1

当V+ > 0，U01=UZ; 当V+

1

(U01R2U02mRw1)0

R2RW1

其中负向峰值UO2m

RW1

UZ R2

同理可求得输出电压得正向峰值为

RW1

UZ R2

(II) 周期

由于积分电路输出电压从负向峰值上升到正向峰值所需的时间是振荡周期的一半，即U02在T/2时间内的变化量是2U02m，由积分电路的输入输出关系得：

U02m4RW1RW2C1UZ

T4RC ―——> dt2UW202mUZR2C0RW2

三、预习思考

1、 正弦波发生电路

T2

(I) 简述正弦波发生电路的振荡条件和主要组成部分并在图8-1的电路上标出主要组成

部分名称。 答：正弦波发生电路振荡必须要同时满足起振条件|AF|1；幅度平衡条件|AF|1和相位平衡条件AF2n(n0,1,2...)

。

电路组成：基本放大电路、选频网络、反馈网络、稳幅环节。

(II) 电路中的两个二极管是如何起到稳幅作用的，为什么要在二极管两端并联一个电

阻。

答： 利用二极管导通电阻的非线性可控制负反馈的强弱，从而控制放大器的电压放大倍数以达到稳幅的目的。 振荡刚建立时，振幅较小，流过二极管的电流也小，其正向电阻大，负反馈减弱，保证起振时振幅增大；但当振幅过大时，其正向电阻变小，负反馈加深，保证了振幅的稳定。

二极管两端并联电阻用于适当减小二极管的非线性影响，从而改善波形的失真。

(III) 根据图8-1中各元件的参数，计算输出正弦波的频率。是否R1、R2、C1、C2调到无

穷小，输出信号频率就能无穷大，为什么。（提示：从运放的转换速率和增益带宽积来考虑）

f

答：输出正弦波的频率：

11

1.59K2RC210K0.01u

R1、R2、C1、C2调到无穷小，输出信号频率也不能无穷大。因为运放的增益带宽积近似

为一常数，频率增大增益将减小，将会不再满足电路的起振条件。且因受运放的转换速率限制，当输出信号的频率过高时，运放来不及反应，输出波形会失真。

(IV) 如果RW=18k，二极管的正向导通压降为0.6V，试估算输出正弦波的幅度和电路的

最大可能输出频率，影响输出信号频率精度的主要因素有哪些。 答：已知，Rf=10K,Rw=18K,Vd=0.6V,根据

VVo0.6V1,,可得输出正弦波的峰值 RfRfRwVO3

VO9V.该电路的最大输出频率主要受运放转换速率的影响，计算可得

fMAX

SR0.5

8.84K 2V029

影响输出信号频率精度的主要因素有:RC器件本身的精度，运放输入失调电压，失调电流和噪声的影响

(V) 如果图8-1中RW调到最小值时输出波形是什么，如果调到最大值时输出波形又是

什么（定性说明即可）。

答：RW调到最小值时：输出波形将变为一条水平线，这是由于

RF

2，放大器的Rf

增益小于3，不满足振荡的起振条件而停振。

RW调到最大值时：放大器的增益过大，此时输出波形的幅值将会非常大，使二极管无法实现稳幅的作用，使放大电路进入非线性工作区。输出波形的顶部和底部被削平了，波形将近似是一个方波。

(VI) 简单总结一下在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数。

答：在设计振荡器时必须要考虑运算放大器的转换速率和增益带宽积,电路的频率是由RC决定的，元件R的阻值与运放的输入，输出电阻应满足入偏置电流的影响，应尽量满足R=RF//Rf。 (VII) 阅读课程网站上介绍频率计测量原理的相关资料。

2、 方波和矩形波发生电路

(I) 简述矩形波发生电路的主要组成部分，并在图8-4中标出主要部分名称。

答：矩形波发生电路是在迟滞比较器的基础上加上一条由RC充放电负反馈支路构成的，通过电位器Rw来调节波形的占空比，输出幅度由双向稳压管来限幅。

(II) 图8-2中RW调到最小值时输出信号频率是多少，调到最大值时输出信号频率又是

多少。

答：T2RFCln(1

.为减小运放输

2R1

)，R1=10kΩ，R2=10 kΩ，C=0.1uF R2

当Rw调到最大值时，RF110k输出信号频率最小，即fmin41.37Hz； 当Rw调到最小值时，RF10k输出信号频率最大，即fmax455.12Hz。

(III) 稳压管为6V，要求输出方波的前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的10％，

试估算图8-2电路的最大输出频率。 答：由VOVZ6V，要求上升时间tr10%由上升沿时间的定义可得：tr80%t 由运放转换速率的定义得：SR

T 2

VO

0.5V/us t

所以，电路的最大输出频率fmax2.6kHz

(IV) 如果两个稳压管中间有一个开路，定量画出输出波形图，如果两个稳压管中间有一

个短路呢？

答：如果稳压管中间有一个开路，输出波形仍是方波，只是幅度变了，此时输出的是运放的输出电压值，而非稳压管的电压了。而且波形也没有加稳压管时好了，输出电压值不稳定。输出信号受运放最大输出摆幅限制。

如果有一稳压管短路则输出波形将只有上面的或下面的一半。

(V) 简单总结一下，在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数。

答：转移速率、偏置电流和噪声等。

3、 三角波发生电路

(I) 根据图8-5中的电路参数，计算该电路最大可能输出频率是多少，最大可能输出幅

度为多少？

答：根据参数，R220K,Rw120K,Rw210K,C22nF,VZ6V 由公式知该电路的最小可能输出频率为

fmin

R2120K

1.136KHZ T4RW1RW2C420K10K22nF

三角波的最大可能输出峰值为

Vo2m

RW120K6V

VZ6V R220K

四、实验内容

1、 正弦信号发生器 （1）

按图8—1所示电路装接电路，检查无误后接通电源，取±Vcc=±10V（2）测量

（2）用示波器观察输出电压vo，适当调整电位器Rw使电路产生振荡，输出为稳定的最大不失真的正弦波幅度VOMAX。

正弦波信号发生器的最大输出波形图

不失真时：

失真时：

最大不失真输出为19.6V。

（3）验证平衡条件。在输出波形最大、稳定且不失真的正弦波情况下，用交流电压表测量vo和v的值，计算反馈系数fv。

（4）正弦波信号发生器的振荡频率测量

实验数据分析：

李萨茹图形：

理论值f0 = 1.59kHz，实测结果与理论值相差不大。

（5）在R1、R2或C1、C2上并接同值电阻或电容，用示波器观察输出电压波形并测出相应频率，了解振荡频率调整方法。 理论计算：并接同值电阻后的

并接同值电阻f0'

fo 、并接同值电容后的fo

1

2f03.18KHZ

12RC2

1



2R'C

并接同值电容后f0 测量:

'

111

f0795HZ '

2RC2R2C2

实验数据分析：

（6）调整Rw，观察振荡器停振，或波形振幅逐渐增大，直至波形失真的变化情况，并用交流电压表测量波形失真时的 v、v电压值。 振荡输出波形失真图：

振荡器停振和失真的测量：

实验数据分析：

振荡输出波形失真，说明运放工作在非线性区。从表中数据可见V，V 不再相等，虚短不成立。

2、 方波信号发生器

（1）用示波器观察vo、v的波形，并测量其电压峰-峰值，画出波形。

（1） 调节Rw（RF），观察波形频率变化规律，分别测量Rw调至最大和最小时的方波频

率fmin和fmax，并与理论值比较。

见下图分别为最小频率和最大频率时的波形图：

实验数据分析：理论值：fmin41.37Hz；fmax455.12Hz与测量值相差不大。

3、 三角波信号发生器全部内容。 （1）设计

① 设计原理图

见书上图8-5 ② 设计步骤

其它参数不变。

Rw1可取47k的 滑动变阻器，Rw2可取100k的滑动变阻器

（2）测量

① Vo1、Vo2波形图

Vo1：方波 Vo2：三角波

② 调整Rw1观察幅值变化：

Rw1增大时，幅值增大：

Rw1减小时，幅值减小：

③ 调整Rw2观察频率变化：

Rw2增大时，频率减小：

Rw2减小时，频率增大：

④ 实验结果分析：

当Rw1取47k，Rw2取100k的滑动变阻器时，即能满足设计的指标要求。

4、选做实验

（1）占空比可变的矩形波信号发生器全部内容。

①用双踪示波器观察v、v的波形，并测量其电压峰-峰值，画出波形。

②

③ 调节RW，观察波形宽度变化情况，分别测量RW调至最大和最小时的矩形波的占空比

（2）测量必做内容①中输出正弦波的失真度。

正弦波的失真度为

五、思考题

1、在波形产生各电路中，相位补偿和失调量调零是否要考虑？

答：不需要考虑。由于波形产生电路是不需要外加输入信号而自行产生信号输出电路。采用正、负反馈结合的方法，依照自激振荡原理产生输出波形，此时运放工作在非线性区。相位补偿和失调调零则是在线性放大中要考虑的。

2、试推导方波发生器振荡频率公式。

答：见实验原理2

东南大学电工电子实验中心

实 验 报 告

课程名称： 电子电路实践

第 七 次实验

实验名称： 院 （系）： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号：

实 验 室: 101 实验组别： 同组人员： 实验时间： 2012 年5 月 10 日 评定成绩： 审阅教师：

实验七 波形发生电路

一、实验目的

1、 掌握正弦信号和非正弦信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各

参数对电路性能的影响。

2、 了解各种波形之间变换方法，重点是正弦波、方波、三角波之间的变换。 3、 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。

二、设计原理

1、 正弦波信号发生电路分析计算（图8-1）：

(I) 放大器为同相放大器，其增益为 1

RF

Rf

1jC

(II) 对于RC串并联电路

Vo1 V(R1)(R//1)3j(RC1)

jCjCRC

R//

(III) 为了保证正反馈，该RC串并联网络在振荡频率f0时的相移必须为0，即上式中分

母的虚部系数在f0时为0，即2f0RC

11

，由此推出f0

2RC2f0RC

(IV) 由于振荡频率f0时

VO1

，所以为了保证满足环路增益大于1的起振条件，放大V3

RF

略大于2，当振荡器稳定是环路增益为1，放大器的Rf

器的增益必须略大于3，即

增益为3，

RF

2 Rf

2、 矩形波信号发生电路分析计算（图8-4，R

、R是二极管D1、D2的导通电阻）：

(I) 当U0为正值的时候，二极管D1导通，D2截止，电容C充电的时间常数为：

1(RW1RD1R1)C

(II) 当U0为负值的时候，二极管D2导通，D1截止，电容C放电的时间常数为：

1(RW2RD2R1)C，

(III) RC电路总的充放电时间常数12(RwRD1RD22R1)C，

T11ln(12

R2R) T22ln(122) R3R3

R2R

)(RwRD1RD22R1)Cln(122) R3R3

周期T(T1T2)(12)ln(12

占空比

T2Rw2RD2R1



T1Rw1RD1R1

R2

) R3

对于图8-2的方波信号发生器 T(T1T2)2RFCln(12

3、 三角波信号发生电路分析计算(图8-5)

(I) 幅度：

同相端电位由U01和U02共同决定即：V

1

(U01RW1U02R2)

R2RW1

当V+ > 0，U01=UZ; 当V+

1

(U01R2U02mRw1)0

R2RW1

其中负向峰值UO2m

RW1

UZ R2

同理可求得输出电压得正向峰值为

RW1

UZ R2

(II) 周期

由于积分电路输出电压从负向峰值上升到正向峰值所需的时间是振荡周期的一半，即U02在T/2时间内的变化量是2U02m，由积分电路的输入输出关系得：

U02m4RW1RW2C1UZ

T4RC ―——> dt2UW202mUZR2C0RW2

三、预习思考

1、 正弦波发生电路

T2

(I) 简述正弦波发生电路的振荡条件和主要组成部分并在图8-1的电路上标出主要组成

部分名称。 答：正弦波发生电路振荡必须要同时满足起振条件|AF|1；幅度平衡条件|AF|1和相位平衡条件AF2n(n0,1,2...)

。

电路组成：基本放大电路、选频网络、反馈网络、稳幅环节。

(II) 电路中的两个二极管是如何起到稳幅作用的，为什么要在二极管两端并联一个电

阻。

答： 利用二极管导通电阻的非线性可控制负反馈的强弱，从而控制放大器的电压放大倍数以达到稳幅的目的。 振荡刚建立时，振幅较小，流过二极管的电流也小，其正向电阻大，负反馈减弱，保证起振时振幅增大；但当振幅过大时，其正向电阻变小，负反馈加深，保证了振幅的稳定。

二极管两端并联电阻用于适当减小二极管的非线性影响，从而改善波形的失真。

(III) 根据图8-1中各元件的参数，计算输出正弦波的频率。是否R1、R2、C1、C2调到无

穷小，输出信号频率就能无穷大，为什么。（提示：从运放的转换速率和增益带宽积来考虑）

f

答：输出正弦波的频率：

11

1.59K2RC210K0.01u

R1、R2、C1、C2调到无穷小，输出信号频率也不能无穷大。因为运放的增益带宽积近似

为一常数，频率增大增益将减小，将会不再满足电路的起振条件。且因受运放的转换速率限制，当输出信号的频率过高时，运放来不及反应，输出波形会失真。

(IV) 如果RW=18k，二极管的正向导通压降为0.6V，试估算输出正弦波的幅度和电路的

最大可能输出频率，影响输出信号频率精度的主要因素有哪些。 答：已知，Rf=10K,Rw=18K,Vd=0.6V,根据

VVo0.6V1,,可得输出正弦波的峰值 RfRfRwVO3

VO9V.该电路的最大输出频率主要受运放转换速率的影响，计算可得

fMAX

SR0.5

8.84K 2V029

影响输出信号频率精度的主要因素有:RC器件本身的精度，运放输入失调电压，失调电流和噪声的影响

(V) 如果图8-1中RW调到最小值时输出波形是什么，如果调到最大值时输出波形又是

什么（定性说明即可）。

答：RW调到最小值时：输出波形将变为一条水平线，这是由于

RF

2，放大器的Rf

增益小于3，不满足振荡的起振条件而停振。

RW调到最大值时：放大器的增益过大，此时输出波形的幅值将会非常大，使二极管无法实现稳幅的作用，使放大电路进入非线性工作区。输出波形的顶部和底部被削平了，波形将近似是一个方波。

(VI) 简单总结一下在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数。

答：在设计振荡器时必须要考虑运算放大器的转换速率和增益带宽积,电路的频率是由RC决定的，元件R的阻值与运放的输入，输出电阻应满足入偏置电流的影响，应尽量满足R=RF//Rf。 (VII) 阅读课程网站上介绍频率计测量原理的相关资料。

2、 方波和矩形波发生电路

(I) 简述矩形波发生电路的主要组成部分，并在图8-4中标出主要部分名称。

答：矩形波发生电路是在迟滞比较器的基础上加上一条由RC充放电负反馈支路构成的，通过电位器Rw来调节波形的占空比，输出幅度由双向稳压管来限幅。

(II) 图8-2中RW调到最小值时输出信号频率是多少，调到最大值时输出信号频率又是

多少。

答：T2RFCln(1

.为减小运放输

2R1

)，R1=10kΩ，R2=10 kΩ，C=0.1uF R2

当Rw调到最大值时，RF110k输出信号频率最小，即fmin41.37Hz； 当Rw调到最小值时，RF10k输出信号频率最大，即fmax455.12Hz。

(III) 稳压管为6V，要求输出方波的前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的10％，

试估算图8-2电路的最大输出频率。 答：由VOVZ6V，要求上升时间tr10%由上升沿时间的定义可得：tr80%t 由运放转换速率的定义得：SR

T 2

VO

0.5V/us t

所以，电路的最大输出频率fmax2.6kHz

(IV) 如果两个稳压管中间有一个开路，定量画出输出波形图，如果两个稳压管中间有一

个短路呢？

答：如果稳压管中间有一个开路，输出波形仍是方波，只是幅度变了，此时输出的是运放的输出电压值，而非稳压管的电压了。而且波形也没有加稳压管时好了，输出电压值不稳定。输出信号受运放最大输出摆幅限制。

如果有一稳压管短路则输出波形将只有上面的或下面的一半。

(V) 简单总结一下，在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数。

答：转移速率、偏置电流和噪声等。

3、 三角波发生电路

(I) 根据图8-5中的电路参数，计算该电路最大可能输出频率是多少，最大可能输出幅

度为多少？

答：根据参数，R220K,Rw120K,Rw210K,C22nF,VZ6V 由公式知该电路的最小可能输出频率为

fmin

R2120K

1.136KHZ T4RW1RW2C420K10K22nF

三角波的最大可能输出峰值为

Vo2m

RW120K6V

VZ6V R220K

四、实验内容

1、 正弦信号发生器 （1）

按图8—1所示电路装接电路，检查无误后接通电源，取±Vcc=±10V（2）测量

（2）用示波器观察输出电压vo，适当调整电位器Rw使电路产生振荡，输出为稳定的最大不失真的正弦波幅度VOMAX。

正弦波信号发生器的最大输出波形图

不失真时：

失真时：

最大不失真输出为19.6V。

（3）验证平衡条件。在输出波形最大、稳定且不失真的正弦波情况下，用交流电压表测量vo和v的值，计算反馈系数fv。

（4）正弦波信号发生器的振荡频率测量

实验数据分析：

李萨茹图形：

理论值f0 = 1.59kHz，实测结果与理论值相差不大。

（5）在R1、R2或C1、C2上并接同值电阻或电容，用示波器观察输出电压波形并测出相应频率，了解振荡频率调整方法。 理论计算：并接同值电阻后的

并接同值电阻f0'

fo 、并接同值电容后的fo

1

2f03.18KHZ

12RC2

1



2R'C

并接同值电容后f0 测量:

'

111

f0795HZ '

2RC2R2C2

实验数据分析：

（6）调整Rw，观察振荡器停振，或波形振幅逐渐增大，直至波形失真的变化情况，并用交流电压表测量波形失真时的 v、v电压值。 振荡输出波形失真图：

振荡器停振和失真的测量：

实验数据分析：

振荡输出波形失真，说明运放工作在非线性区。从表中数据可见V，V 不再相等，虚短不成立。

2、 方波信号发生器

（1）用示波器观察vo、v的波形，并测量其电压峰-峰值，画出波形。

（1） 调节Rw（RF），观察波形频率变化规律，分别测量Rw调至最大和最小时的方波频

率fmin和fmax，并与理论值比较。

见下图分别为最小频率和最大频率时的波形图：

实验数据分析：理论值：fmin41.37Hz；fmax455.12Hz与测量值相差不大。

3、 三角波信号发生器全部内容。 （1）设计

① 设计原理图

见书上图8-5 ② 设计步骤

其它参数不变。

Rw1可取47k的 滑动变阻器，Rw2可取100k的滑动变阻器

（2）测量

① Vo1、Vo2波形图

Vo1：方波 Vo2：三角波

② 调整Rw1观察幅值变化：

Rw1增大时，幅值增大：

Rw1减小时，幅值减小：

③ 调整Rw2观察频率变化：

Rw2增大时，频率减小：

Rw2减小时，频率增大：

④ 实验结果分析：

当Rw1取47k，Rw2取100k的滑动变阻器时，即能满足设计的指标要求。

4、选做实验

（1）占空比可变的矩形波信号发生器全部内容。

①用双踪示波器观察v、v的波形，并测量其电压峰-峰值，画出波形。

②

③ 调节RW，观察波形宽度变化情况，分别测量RW调至最大和最小时的矩形波的占空比

（2）测量必做内容①中输出正弦波的失真度。

正弦波的失真度为

五、思考题

1、在波形产生各电路中，相位补偿和失调量调零是否要考虑？

答：不需要考虑。由于波形产生电路是不需要外加输入信号而自行产生信号输出电路。采用正、负反馈结合的方法，依照自激振荡原理产生输出波形，此时运放工作在非线性区。相位补偿和失调调零则是在线性放大中要考虑的。

2、试推导方波发生器振荡频率公式。

答：见实验原理2