RC正弦波振荡器课程设计

通信专业课程设计二

太原科技大学

课程设计（论文）设计(论文)题目：RC正弦波振荡器的设计

姓名姚青叶

学号 200915030131

班级通信091501

学院电子信息工程学院

指导教师郭一娜

2013年 1 月 4 日

太原科技大学课程设计（论文）任务书

学院（直属系）：电子信息工程学院时间： 2012年12月19日文氏电桥振荡电路起振条件为：振荡频率为：

RC 正弦波振荡器

摘要

本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡，振荡频率由RC网络的频率

特性决定。它的起振条件为：，振荡频率为：。运算放大器选用LM741CN,采用非线性元件（如温度系数为负的热敏电阻或JFET）来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定，进而达到自动稳幅的目的，这样便可以保证输出幅度为2Vp-p；而频率范围的确定是根据式fo=1/2πRC以及题目给出的频率范围来确定电阻R或电容C的值，进而使其满足题目的要求。

关键词：文氏电桥、振荡频率、LM741CN、JFET

目录

摘要………………………………………………………………………………… I

第1章系统方案选择和论证 (1)

1.1系统基本方案 (1)

1.1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 (2)

1.1.2 稳幅控制的选择与论证 (2)

1.1.3 运算放大器的选择 (2)

1.1.4 最终的方案选择 (2)

第2章主要电路设计 (8)

2.1文氏电桥振荡电路的设计与主要特性 (8)

2.1.1 RC选频网络及其特性..................................... . (9)

2.1.2 集成运放电路 (11)

2.1.3 分立电路 (12)

2.2 RC文氏桥振荡电路的稳幅过程 (13)

2.2.1 热敏电阻的稳幅过程 (13)

2.2.2 JFET的稳幅过程 (14)

2.3 振荡频率和输出幅度的计算 (15)

第3章系统测试 (15)

3.1正弦波 (15)

3.2正弦波转化为方波 (15)

3.3方波转化为三角波 (16)

3.4三角波转化为正弦波 (17)

第4章结论 (18)

心得体会 (18)

参考文献 (19)

附录：元件清单 (20)

第1章系统方案选择和论证

1.1 系统基本方案

1.1.1 正弦波振荡电路的选择与论证

本设计选用文氏电桥振荡电路。如图1.1。

图1.1 RC桥式振荡电路

这种电路的特点是：它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。振荡频率由RC网络的频率特性决定。它的起

振条件为：。它的振荡频率为：。

1.1.2 稳幅控制的选择与论证

方案一：采用硅二极管来组成限幅电路。这种电路的温度特性较差（温度升高输出振幅下降），几乎没有实用价值。故不采用。

方案二：采用发光二极管LED组成限幅电路。LED是利用其正向电压与稳定的温度特性，它的正向电压比通常的硅二极管大，温度特性比三个串联的二极管

要稳定的多。但该种电路的振幅稳定度和波形失真率都不太好，故不采用此方案。

方案三：在放大电路的负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定。例如，在图1-1所示的电路中，Rf可用一温度系数为负数的热敏电阻代替。当输出电压|V0|增加时，通过负反馈回路的电流|If|也随之增加，结果使热敏电阻的阻值减小，负反馈加强，放大电路的增益下降，从而使输出电压|V0|下降;反之，当|V0|下降时，由于热敏电阻的自动调整作用，将使|V0|回升，因此，可以维持输出电压的恒定。也可利用JTFET工作在可变电阻区。当JFET的漏源电压Vds较小时，它的漏源电阻Rds可通过栅极电压来改变。因此，可利用JFET进行稳幅。该电路频率稳定度由使用的电容的温度系数决定，而振幅稳定度和波形失真率都得到改善。

方案四：采用可编程模拟电路提供单片机正弦振荡器的设计方案。

1.1.3 运算放大器的选择

考虑到综合性能和题目要求的关系这里我们选用LM741CN作为运算放大。

1.1.4 最终的方案选择

文氏电桥振荡电路适用的频率范围为几赫兹到几百千赫兹，可调范围宽，电路简单易调整，同时波形失真系数为千分之几。很适合我们题目的要求。故采用文氏电桥振荡电路以及利用非线性元件来控制电压，起到稳幅的作用。选用LM741CN作为运算放大器。

正弦波发生器的工作原理

图1.2正弦波发生器的工作原理

1.产生正弦波振荡的条件：在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能取代输入信号，而若要如此，电路中必须引入正反馈；二要有外加的选频网络，用以确定振荡频率。正弦波振荡的平衡条件为:A F=1写成模与相角的形式为使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在一定幅值的过程。

2.正弦波振荡电路的组成

a.放大电路

b.选频网络

c.正反馈网络

d.稳幅环节

3.判断电路是否可能产生正弦波的方法和步骤

a.观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四部分。

b.判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号是否

能输入、输出和放大。

c.利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦振荡的相位条件。

d.判断电路是否满足正弦振荡波的幅值条件，即是否满足起振条件。

4.RC桥式正弦波振荡电路

由RC串并联选频网络和同相比例运算电路所构成。正反馈网络的反馈电压Uf是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电压放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件

Au=U0/Up=1+R f/R l>=3

R f>=2R1

正弦波—方波工作原理