RC正弦波振荡器设计实验
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综合设计 正弦波振荡器的设计与测试
一.实验目的
1. 掌握运用Multisim 设计RC 振荡电路的设计方法 2. 掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理 3. 熟悉RC 正弦波振荡器的调试方法
4. 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.实验原理
在正弦波振荡电路中,一要反馈信号能够取代输入信号,即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:..
1AF = 起振条件为..
||1AF > 写成模与相角的形式:..
||1AF = 2A F n πψ+ψ=(n 为整数) 电路如图1所示:
1. 电路分析
RC 桥式振荡电路由RC 串并联选频网络和同相放大电路组成,图中RC 选频网络形成正反馈电路,
决定振荡频率0f 。1R 、f R 形成负反馈回路,决定起振的幅值条件,1D 、2D 是稳幅元件。 该电路的振荡频率 : 0f =RC
π21
① 起振幅值条件:311
≥+
=R R A f v ②
式中
d f r R R R //32+= ,d r 为二极管的正向动态电阻
2. 电路参数确定
(1) 根据设计所要求的振荡频率0f ,由式①先确定RC 之积,即 RC=
21
f π ③ 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻i R 和输出电阻o R 的影响,应使
R 满足下列关系式:i R >>R>>o R 一般i R 约为几百千欧以上,而o R 仅为几百欧以下,初步选定R 之后,由式③算出电容C 的值,然后再算出R 取值能否满足振荡频率的要求
(2) 确定1R 、f R :电阻1R 、f R 由起振的幅值条件来确定,由式②可知f R ≥21R , 通常
取f R =(2.1~2.5)1R ,这样既能保证起振,也不致产生严重的波形失真。此外,为了减小输入失调电流和漂移的影响,电路还应满足直流平衡条件,即:
R=1R //f R
(3) 确定稳幅电路:通常的稳幅方法是利用v A 随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实
现稳幅。图1中稳幅电路由两只正反向并联的二极管1D 、2D 和电阻3R 并联组成,利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅,为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真,在二极管两端并联小电阻3R 。实验证明,取3R ≈d r 时,效果最佳。
三.实验任务
1.预习要求
(1) 复习RC 正弦波振荡电路的工作原理。 (2) 掌握RC 桥式振荡电路参数的确定方法 2. 设计任务
设计一个RC 正弦波振荡电路。其正弦波输出要求:
(1) 振荡频率:接近500Hz 或1kHz 左右,振幅稳定,波形对称,无明显非线性失真 (2)* 振荡频率:50Hz~1kHz 可调,其余同(1)
四.实验报告要求
1. 简述电路的工作原理和主要元件的作用 2. 电路参数的确定
3. 整理实验数据,并与理论值比较,分析误差产生的原因 4. 调试中所遇到的问题以及解决方法 五.思考题
1. 在RC 桥式振荡电路中,若电路不能起振,应调整哪个参数?若输出波形失真应如何调整?
2. 简述图-1中21D D 和的稳幅过程。 六.仪器与器件
仪器: 同实验2 单管
器件: 集成运算放大器μA741 二极管 1N4001 电阻 瓷片电容 若干
举例说明:实验内容 1.连接选频网络 测量RC 串并联选频电路的幅频特性
和相频特性,
反馈系数:.
.
.
1//
1
111
//
3()
f o
R U j C
F U R R RC j C j C
RC
ωωωωω=
=
=
+++-
令1o RC ω=,则1
2o f RC π= 代入上式,得出:.13()o o F f f j f f
=+-
幅频特性为: .
||F =
相频特性为:1arctan ()3o
F o f f f f
ψ=-- 当12o f f RC π==时,.1
3F =,即..1||||3f o U U =,0o F ψ=。
6
11
2210000.110o f RC ππ-==
⨯⨯⨯=1.59155kHz
2.运算放大器组成的RC 桥式正弦波振荡器.
利用电流增大时二极管动态电阻减小,电流减小时二极管动态电阻增大的特点,加入非线性元件,从而使输出电压稳定,此时比例系数为311
≥+
=R R A f v d f r R R R //32+=
改变串并联电路的参数,调节Rp,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。
C2
Key = A
70%VEE -12V
C2
Key = A
70%VEE -12V 0
3.放大电路电压放大倍数Auf 的测定
① 用毫伏表先测出图中电路的输出电压U0后,再测出运放同相输入端的电压U1值,根据下式计算
Auf=U0/UI=?
② 保持R P 不变,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Ui 使U0等于原值,用毫伏表测出此时的Ui 值,则Au=U0/Ui=?比较上述
放大倍数有何误差,并进行分析