实验14 RC正弦波振荡器

实验十四 RC 正弦波振荡器
一． 实验目的
1.掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理。

2.熟悉正弦波振荡器的测试方法。

3.观察RC 参数对振荡器的影响，学习振荡器频率的测定方法。

二． 实验仪器
双踪示波器 低频信号发生器 频率计 毫伏表 直流电源
三． 实验原理
正弦振荡电路一般包括两部分，放大电路A 和反馈网络F ，如图5-14-1所示。

由于振荡电路不需要外接输入信号，因此，通过反馈网络输出的反馈信号f X 就是基本放大电路的输入信号id X 。

该信号经基本放大电路放大后，输出为0X ，若能使f X 和id X 大小相等，极性相同，构成正反馈电路，那么这个电路就能维持稳定的输出。

因而，f X =id X 可引出正弦振荡条件。

由方框图5-14-1可知：
0id X AX =
而0f X AX =当f id X X =时，则有 AF=1
上述条件可写成|AF|=1，称幅值平衡条件。

即放大倍数A 与反馈系数F 乘积的模为1，表明振荡电路已经达到稳幅振荡，但若要求电路能够自行振荡，开始时必须要求|AF|>1的起振条件。

由f X 与id X 极性相同，可得：1A B φφ+= 称相位平衡条件 即放大电路的相角和反馈网络的相角之和为2n π，其中n 为整数。

要使振荡电路输出确定频率的正弦波信号，电路还应包含选频网络和稳幅电路两部分。

选频电路的作用使单一频率的信号满足振荡条件，稳幅电路能保证电路的输出幅度是稳定不失真的，这两部分电路通常可以是反馈网络，或放大电路的一部分。

RC 正弦振荡电路也称为文氏桥振荡电路。

它的主要特点是利用RC 串并联网络作为选频和反馈网络。

如图5-14-2所示：
(a) 电路图
f o
1/3
|C|
f o
-π/2
φF
π/2
（b ）串并联网络频率特性
图5-14-2 RC 串并联正弦振荡电路 由串并联网络的幅频特性，可知当信号频率为01
2f RC
π=
时，选频网络的相
角为0度，传递系数为1
3。

所以，要满足正弦振荡条件，要求放大电路的相角为
0度，传递系数稍大于3。

故实验中的放大电路采用同相比例电路。

四． 实验内容
1.按图5-14-2连线，注意电阻1P R R ,需预先调好再接入。

2.调节电位器2P R ，使电路产生正弦振荡，用示波器观察输出波形。

解：按照实验电路图，将所有的元器件连接起来，用示波器观察输出波形的情况，输出信号如下图所示：
3.测量RC 串并联电路的幅频特性。

思考：
1）若元器件完好，接线正确，电源电压正常，而00U ，原因何在？应如何解决？
2）若有输出但出现失真，应如何解决？
可以通过调节反馈网络中的2P R 的阻值大小来调节输出波形的情况。

3.用频率计测上述电路输出波形频率。

若无频率计，可按图5-14-3电路连接，用李沙育图形测量0U 的频率0f ，并与计算值进行比较。

也可以直接利用示波器来测量信号的频率。

Y1 低频信号发生器
RC 振荡器
示波器
Y2
图 5-14-3 李沙育图形法测信号频率测量连接图
波特图的输出情况如下图所示：
4.改变串并联电路的参数，调节2P R ，使电路产生正弦振荡。

用示波器观察其输出波形，然后测出振荡频率。

注意：改变参数前，必须先关断电源开关，检查无误后再连接电源。

测0f 之前，应适当的调节2P R ，用示波器观察，使0U 无明显失真，再测定频率。

5.放大电路放大倍数uf A 的测定。

（1）用毫伏表先测出图5-14-2电路的输出电压0U 后，再测出运放同相输入端的电压I U 值,根据下式计算 0/uf I A U U ===？
解：按照下图将所有的元器件连接，输出的情况为：0U =7.863V ，I U =3.145V 。

则根据上面的公式0/uf I A U U ==可知，放大电路放大倍数uf A =7.863
3.145
=2.5
（2）然后关断试验箱电源，保持2P R 不变，从‘A ’点处断开实验电路，把低频信号发生器输出电压（频率同上述实验的产生频率）接至运放的同相输入端，调节I U 使0U 等于原值，用毫伏表测出此时的I U 值，则 0/u I A U U ==？
解：按照上面的实验要求，将‘A ’切断，通过信号发生器产生输入信号，通过调节输入信号的幅度值I U ，使输出信号的幅度值0U 等于原值。

最终确定
I U =3.111V 。

在这种情况下，放大电路放大倍数uf A =
7.863
3.111
=2.53 （3）比较上述放大倍数有何误差，并进行分析。