实验5 RC正弦波发生器及波形变换产生电路设计
实验五：RC正弦波振荡电路
实验五：RC正弦波振荡电路
一、实验目的
了解RC正弦波振荡器的两个组成部分。
了解正弦波振荡器的两个振荡条件。
掌握桥式RC正弦波振荡电路的调试和振荡频率的测量。
二.实验设备
安装Multisim10软件的计算机
三．实验内容
编辑RC正弦波振荡电路，验证振荡条件，计算并测试输出正弦波的周期。
四．实验步骤
1．编辑仿真电路如图2所示。
其中电位器R5的Increment栏设置为1%，初始时百分比为50%。
图2
2. 示波器放大面板中各栏设置如图3所示。
3. 打开仿真开关，但在示波器屏幕上看不到振荡正弦波形，为什么？
答：因为11+4.7<2*10，不能满足起振条件。
4. 按A键，逐渐增大电位器的百分比，观察何时可以看到电路起振波形，为什么？记录此时电位器的值。
答：当百分比为70%时，此时满足起振条件。
5. 继续增大电位器的百分比，将看到振荡器波形出现上、下削波失真。
6. 下调电位器的百分比，使输出正弦波达到不失真，测出正弦波的幅值。
根据此时电位器的值，判断振荡条件与理论是否相符？
答：此时幅值为11.117v,相符.
7．测出正弦波的周期，并与理论值比较，是否相符？
答：周期为6.364ms,相符。
实验5 RC正弦波发生器及波形变换产生电路设计
自激振荡条件又可分为：
幅值条件：，AF=1，表示反馈信号与输入信号的大小相等。 相位条件：
2 n , n 0 , 1 , 2 a f
表示反馈信号与输入信号的相位相同，即必须是正反馈。
起振时必须满足：AF>1。
起振过程
在无输入信号（xi=0）时，电路中的噪扰电压 （如元件的热噪声、电路参数波动引起的电压、电 流的变化、电源接通时引起的瞬变过程等）使放大 器产生瞬间输出x'o，经反馈网络反馈到输入端，得 到瞬间输入xa，再经基本放大器放大，又在输出端 产生新的输出信号x'o，如此反复。在无反馈或负反 馈情况下，输出x'o会逐渐减小，直到消失。但在正 反馈情况下，x'o会很快增大，最后由于饱和等原因 输出稳定在xo，并靠反馈永久保持下去。
实验五
RC正弦波发生器及波形变换 产生电路设计
1 实验目的
1.1 加深理解RC正弦波振荡器的工作原 理。 1.2 掌握测试RC振荡器频率特性的方法。 1.3 加深对比较电路工作原理的理解。
2
RC正弦波振荡电路
RC正弦波振荡电路的方框图
Xi 0
X
a
基本放大电路
X
●
o
A
X
f
反馈络
10
ω /ω
O
o
1 RC
00 0.1 1 10 ω /ω
O
Vo与Vi同相，满足相位条件。
-900
1 V V V o om ax i 3
满足幅值条件。产生正弦波频率为：
1 fo 2RC
4
RC串并联选频网络频率响应
FV 0.4 1/3 0.3 0.2 0.1
波形产生电路实验报告
波形产生电路实验报告一、实验目的本实验旨在探究波形产生电路的基本原理和实现方法，并通过实验操作，了解不同电路参数对波形产生的影响。
二、实验器材1.示波器2.函数信号发生器3.电阻、电容等元器件4.万用表三、实验原理1.基本原理：波形产生电路是指能够产生各种规定形状的周期性信号的电路。
其中，常见的信号有正弦波、方波、三角波等。
2.具体实现：通过改变元器件参数或改变连接方式，可以得到不同形状和频率的周期性信号。
例如，正弦波可以通过RC滤波电路产生；方波可以通过比较器电路和反相放大器电路产生；三角波可以通过积分放大器电路和反相放大器电路产生。
四、实验步骤及结果分析1.正弦波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至RC滤波电路输入端；（2）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（3）调节RC滤波电路中的R值和C值，观察示波器上输出的正弦波形状，并记录下所使用的元器件参数；（4）重复以上步骤，改变RC电路中的R和C值，观察输出波形的变化情况。
实验结果：通过调节RC电路中的R和C值，可以得到不同频率和振幅的正弦波。
2.方波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至比较器电路输入端；（2）设置比较器电路阈值电压为0V；（3）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（4）观察示波器上输出的方波形状，并记录下所使用的元器件参数；（5）重复以上步骤，改变比较器电路阈值电压和函数信号发生器输出频率，观察输出波形的变化情况。
实验结果：通过调节比较器电路阈值电压和函数信号发生器输出频率，可以得到不同占空比和频率的方波。
3.三角波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至积分放大器电路输入端；（2）将积分放大器电路输出连接至反相放大器输入端；（3）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（4）观察示波器上输出的三角波形状，并记录下所使用的元器件参数；（5）重复以上步骤，改变积分放大器电路中的R和C值，观察输出波形的变化情况。
波形产生电路实验资料报告材料
波形产生电路实验资料报告材料实验资料报告材料：引言：一、实验原理：1、正弦波的产生原理：正弦波产生电路是通过RC振荡电路实现的，当电路给定一个初始值的电压后，电路会通过RC时间常数进行充放电，在连续充放电的过程中，电压会呈现出正弦形状。
2、方波的产生原理：方波产生电路是通过555计时器实现的，当555计时器输入一个特定的脉冲触发信号后，计时器会在一定的时间间隔内输出高电平与低电平，从而实现方波波形。
3、三角波的产生原理：三角波产生电路是通过集成运算放大器和反相比例积分电路实现的，通过控制积分电路的充电时间常数和放电时间常数，可以产生三角波波形。
二、实验器材：示波器、函数发生器、电容、电阻、集成运算放大器、555计时器等。
三、实验步骤：1、搭建正弦波产生电路：将电容和电阻按照一定的连接方式连接到集成运算放大器的两个输入端和输出端，以及正反馈回路上，接通电源，调节电阻和电容的数值，观察示波器上输出的波形。
2、搭建方波产生电路：将555计时器的引脚按照一定的连接方式连接到电源和输出端，接通电源，调节电阻和电容的数值，观察示波器上输出的波形。
3、搭建三角波产生电路：将电容和电阻按照一定的连接方式连接到集成运算放大器的两个输入端和输出端，以及反相比例积分电路上，接通电源，调节电阻和电容的数值，观察示波器上输出的波形。
四、实验结果与分析：1、正弦波产生电路：根据电阻和电容的数值，可以产生不同频率和振幅的正弦波。
通过调节电阻和电容的数值，我们可以改变正弦波的振幅和频率。
2、方波产生电路：根据电阻和电容的数值，可以产生不同频率和占空比的方波。
通过调节电阻和电容的数值，我们可以改变方波的频率和占空比。
3、三角波产生电路：根据电阻和电容的数值，可以产生不同频率和幅度的三角波。
通过调节电阻和电容的数值，我们可以改变三角波的频率和幅度。
根据实验结果和分析，我们可以得出在波形产生电路中，电阻和电容的数值对于波形的频率和振幅有重要影响。
实验五RC正弦波振荡电路实验
F ＞1 A
Z1
R3
R1 R2 C2
Z2
R4
. Uf
+
+ . Uo
RC文氏电桥振荡器的电路图
1 A 3 F 所以要求 A 当f=f0时， u 3
U R3 o Au 1 3 Uf R4
R3 2R4
C1 Z1 R1 R2 C2
R3
Z2
R4
. Uf
+
+ . Uo
图07.02.04 RC文氏桥振荡器的电路
2.2 振荡的稳定
由于Uo与Uf具有良好的线性关系，所以为了稳定输出电 压的幅值，一般应在电路中加入非线性环节。
C1 Z1 R1 R2 C2 R3
Z2
t
R4
. Uf
+
+ . Uo
带有热敏电阻稳幅的RC文氏电桥振荡器电路图
R4是具有正温度系数的热敏电阻，起振前其阻值较小， 使Au＞3。当起振后，流过R4的电流加大，R4的温度升高 阻值加大，Au变小，达到振荡稳定状态时：Au =3。
该电路的振荡频率 f 0 = 起振幅值条件
Av 1 Rf R1 3
1 2RC
8-1
8-2
式中 R f R2 R3 // rd ， rd 为二极管的正向动态电阻
1．电路参数确定 （1） 确定 R、C 值 根据设计所要求的振荡频率 f 0 ，由式 8-1 先确定 RC 之积，即 RC=
VSIN
y
2
五、报告要求 1．由给定的电路参数计算振荡频率，同实验值比较，分析其误差原因 2．总结文氏桥振荡电路的振荡条件 六、预习要求 复习文氏桥振荡电路的工作原理，计算振荡频率
课设,RC正弦波发生器的设计与仿真
RC正弦波发生器的设计与仿真1.课程设计目的1、理解RC正弦波振荡器的工作原理；掌握调试RC振荡器频率特性的方法。
2、学习与掌握Multisim等仿真软件的元件搜寻、电路搭建、仿真分析等基本操作。
3、基于Multisim或其他仿真软件实现RC正弦波振荡器具体设计与模拟仿真，掌握元件、电路的仿真和波形的测试技能。
2.设计方案论证本实验使用的一个软件是Multisim，它是一款电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件，电路仿真需要的测试仪器均可以直接从屏幕上选取；软件仪器控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果；Multisim软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法；作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析，设计和制版软件交换数据;Multisim还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。
Multisim工作环境如图1所示图1 Multisim工作环境Protel 包含电路原理图设计，电路原理图仿真测试，印制电路板设计，自动布线器和FPGA/CPLD设计，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。
它提供了进行层次原理图设计的环境，支持“自上而下”和“自下而上”的层次电路设计，能够完成更加大型，更为复杂的电路设计。
Protel 提供了丰富的原件原理图库和PCB封装库，并且库的管理和编辑功能更加完善，草组更加简便。
电路设计人员通过Protel提供的编辑工具，可以方便的实现库中没有包含的原件原理图以及PCB封装的设计制作。
它提供了原件集成库的概念。
在它的元件集成库中集成了元件的原理图符号，本次设计重要通过 Protel 绘图软件完成正弦波发生器原理图的绘制及PCB图的绘制，并利用Multisim软件进行编译、仿真出正弦波波形，并对其进行比较。
RC正弦波产生电路
Vi
Vo
通道耦合方式如何选择？
Vo2= -（Vo1+Vi）
4、电压传输特性---测量方法！
Vo
如何确定坐 标原点？
示波器的XY方式设置： 按钮Display菜单 （将“格式”置XY方 式） 此时CH1通道变为X通 道，CH2通道为Y通道。 调整灵敏度和位移旋钮， 显示合适的曲线。 Vi
电压传输特性即输出Vo与输入Vi的关系，可以用“逐点法” 取不同的Vi时测量Vo，逐点描出曲线。也可以用示波器 的“XY”显示方式直接显示传输特性曲线。
V
o
R1 R C
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 实验内容
• 调节Rp，观察负反馈强弱对输出波形Vo的影响 • 调节Rp，使振荡稳定且输出幅度最大不失真的情况下， 测量输出信号VoPP • 测量开环幅频特性和相频特性
• 用波形发生器调节出Vi • Vi幅值设为与上一步骤实测的Vo值 • 保持Vi幅值不变，调节频率 • 测量各个频率时输出的峰峰值 • 测量各个频率时与Vi的Vo相位差 填写P100表4.9.1
常见故障排查-正弦波产生电路
• 电路不起振
• 电路参数？ • 电位器先调整到起振点附近（或用相应大小的固定电阻代替） • 电路连接？
• 运放供电方式？
调节Rp，观察Rp大小对输出波形的影响
2、记录不失真情况下Vo波形
稳定振荡时测量峰峰值和频率
3、测量开环幅频和相频特性，记录到p100表4.9.1
断开ａ点，调节输入信号的频率 此时输入的信号幅度保持和步骤2测量结果一致
用cursor功能测量时间差，换算为相差
4.
思考题
实验11报告要求
P106 用分压法输入直流电压，逐点测量传输特性（ p105表4.11.1） 输入正弦波Vipp＝4V、f＝1kHz，观察并记录Vi、 Vo1、Vo波形 利用示波器的XY方式，观察并记录电路的电压传 输特性曲线。 思考题
集成电路rc正弦波振荡电路实验报告
集成电路rc正弦波振荡电路实验报告
通过实验了解集成电路RC正弦波振荡电路的特点和工作原理，掌握搭建和调试电路的技能。
实验原理：
RC正弦波振荡电路由一个一阶RC滤波器和一个反相比例运算放大器组成。
当输出信号通过RC电路反馈到输入端时，会形成一个闭环的正反馈回路，从而产生振荡信号，其频率和幅度由RC电路和反相比例运算放大器的增益决定。
实验内容：
1. 搭建RC正弦波振荡电路，连接电源和示波器，调整电路元件参数，使得输出信号呈现稳定的正弦波形。
2. 测量电路中各元件的电压和电流值，并计算增益、相位差和频率等参数。
3. 调整电路参数，观察输出波形的变化，验证理论分析结果。
实验结果：
经过实验，我们成功搭建出RC正弦波振荡电路，输出信号呈现出稳定的正弦波形。
测量结果表明，电路中各元件的电压和电流值符合理论预测。
增益、相位差和频率等参数也与理论公式相符。
同时，我们还通过调整电路参数观察了输出波形的变化，验证了理论分析结果。
实验结论：
RC正弦波振荡电路是一种基于RC滤波器和反相比例运算放大器
的振荡电路，其工作原理是利用正反馈回路产生振荡信号。
通过实验，我们成功搭建了该电路，输出信号呈现出稳定的正弦波形。
实验结果表明，电路中各元件的电压和电流值符合理论预测。
增益、相位差和频率等参数也与理论公式相符。
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10
ω/ωO
1 ω = ωo = RC
Vo与Vi同相，满足相位条件。 与 同相 满足相位条件。 同相，
00 0.1 1 10 ω/ωO
-900
1 Vo = Vomax = Vi 3
满足幅值条件。产生正弦波频率为： 满足幅值条件。产生正弦波频率为：
1 fo = 2πRC
4
RC串并联选频网络频率响应 RC串并联选频网络频率响应
（1）利用仿真软件，自行设计一个波形变换 利用仿真软件， 电路，将正弦波变成矩形波。包括： 电路，将正弦波变成矩形波。包括：设计过 参数计算，仿真结果。 程，参数计算，仿真结果。 测量RC串并联选频网络频率特性 （2）测量 串并联选频网络频率特性 测量幅频特性： 测量幅频特性： 输入信号Vi为 ，改变频率， 输入信号 为1V，改变频率，分别测 出不同频率点的输出电压并记录， 出不同频率点的输出电压并记录，绘出幅频 特性曲线。 特性曲线。
VT VT
+
R 1V REF R 2 V OH = + R1 + R 2 R1 + R 2 = R 1V REF R 2 V OL + R1 + R 2 R1 + R 2 − VT R 2 ( V OH − V OL ) = R1 + R 2
−
门限宽度为： 门限宽度为：
∆ VT = VT
+
−
6
实验内容
零，即：
1 ωo = RC 可见该电路只有在这一特定的频率下才能形成正反馈。同时， 1 为满足振荡的幅值条件 AF = 1， 因当 ω = ω o 时 F = ， 故还必须使： 3
RF R4 +RW A = 1+ = 1+ =3 R3 R3
FV 0.4 1/3 0.3 0.2 0.1
0.1
1 φF 900
3
RC正弦波振荡电路计算公式 RC正弦波振荡电路计算公式
放大器的电压放大倍数为：
ɺ = 1 + RF A R1
RC反馈网络的反馈系数为： RC
ɺ F=
Z2 = Z1 + Z 2
1 1 3 + j ωRC − ωRC
反馈网络具有选频作用。
1 ɺ F = 1 + RF ⋅ ɺ A R1 3 + jωRC − 1 ωRC 为满足振荡的相位条件 ϕa + ϕ f = 2nπ ，上式的虚部必须为
00 0.1 1 10 ω/ωO
-900
5 方波产生电路
(1) 单门限电压比较器：电路简单、 单门限电压比较器：电路简单、 灵敏度高，但抗干扰能力差。 灵敏度高，但抗干扰能力差。 (2) 迟滞比较器：由于正反馈作用， 迟滞比较器：由于正反馈作用， 门限电压随输出电压的变化而改 它的灵敏度低一些， 变，它的灵敏度低一些，但抗干 扰能力大大提高。门限电压为： 扰能力大大提高。门限电压为：
FV 0.4 1/3 0.3 0.2 0.1
(1)当ω＞＞ 当 ＞＞ ＞＞ωo时， 时 RC选频网络等效为 选频网络等效为 低通RC网络，此时 网络， 低通 网络 Vo的相位滞后 ， 的相位滞后Vi， 的相位滞后 即△ψ＜0 ＜
0.1
1 φF 900
10
ω/ωO
＜＜ωo时， （2）当ω＜＜ ） ＜＜ 时 RC选频网络等效为 选频网络等效为 高通RC网络，此时 网络， 高通 网络 Vo的相位滞后 ， 的相位滞后Vi， 的相位滞后 即△ψ＞0 ＞
表示反馈信号与输入信号的相位相同，即必须是正反馈。
起振时必须满足：AF>1。 起振时必须满足：AF>1。
起振过程
在无输入信号（xi=0）时，电路中的噪扰电压 （如元件的热噪声、电路参数波动引起的电压、电 流的变化、电源接通时引起的瞬变过程等）使放大 器产生瞬间输出x'o，经反馈网络反馈到输入端，得 到瞬间输入xa，再经基本放大器放大，又在输出端 产生新的输出信号x'o，如此反复。在无反馈或负反 馈情况下，输出x'o会逐渐减小，直到消失。但在正 反馈情况下，x'o会很快增大，最后由于饱和等原因 输出稳定在xo，并靠反馈永久保持下去。
ɺ ɺ AF = 1 ɺ ɺ 由于 A = A ∠ ϕ a ， F = F ∠ ϕ f ，所以： ɺ ɺ A F = A ∠ ϕ ⋅ F ∠ ϕ = AF ∠ (ϕ + ϕ ) = 1 。
a f a f
幅值条件：，AF=1，表示反馈信号与输入信号的大小相等。 相位条件：
ϕ a + ϕ f = 2nπ , n = 0,1,2 ⋅ ⋅ ⋅
实验五 实验五
RC正弦波发生器及波形变换 正弦波发生器及波形变换 产生电路设计
1 实验目的
1.1 加深理解RC正弦波振荡器的工作原 加深理解RC正弦波振荡器的工作原 理。 1.2 掌握测试RC振荡器频率特性的方法。 掌握测试 振荡器频率特性的方法。 振荡器频率特性的方法 1.3 加深对比较电路工作原理的理解。 加深对比较电路工作原理的理解。
2
RC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路
RC正弦波振荡电路的方框图
Xi = 0
•
•
•
X a 基本放大电路
•
Xo
●
A
•
Xf
反馈网络
Xa = Xi + X f
•
•
•
•
F
振荡条件
ɺ 由于 X
f
ɺ ɺ = X a 。由于 X
f
ɺ ɺ ɺ ɺ ɺ = FX o ， X o = AX a 。
由此可得产生振荡的条件为：
6
实验内容
（2）测量RC串并联选频网络频率特性 测量 串并联选频网络频率特性 测量相频特性： 测量相频特性： 用示波器观察Vi和 ， 超前Vi， 用示波器观察 和Vo，若Vo超前 ，相位差为 超前 反之为负。改变频率并记录， 正，反之为负。改变频率并记录，绘出相频特性曲 线。
通知
下次实验考核内容:有源滤波器的设计。 现场完成电路设计、仿真。 完成总结报告。