RC正弦波振荡器设计实验

1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2AFn（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、fR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21①起振幅值条件：311RRAfv②式中dfrRRR//32，dr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=021f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iR和输出电阻oR的影响，应使2R满足下列关系式：iRRoR一般iR约为几百千欧以上，而oR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、fR：电阻1R、fR由起振的幅值条件来确定，由式②可知fR≥21R，通常取fR=（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//fR（3）确定稳幅电路：通常的稳幅方法是利用vA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≈dr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21DD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3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,R233kR31kC10.01uFC20.1uFC30.01uFC40.1uFR533kR61k54XFG1XBP1INOUT0XSC1ABExtTrig++__+_71V:-40.4mVV(峰-峰):667mVV(有效值):236mVV(直流):3.66uVI:I(峰-峰):I(有效值):I(直流):频率:1.56kHzV:-108mVV(峰-峰):2.00VV(有效值):707mVV(直流):12.1uVI:I(峰-峰):I(有效值):I(直流):频率:1.56kHz反馈系数：...1//1111//3()foRUjCFURRRCjCjCRC令1oRC，则12ofRC代入上式，得出：.13()ooFffjff幅频特性为：.221||()3Fffofof相频特性为：1arctan()3oFoffff当12offRC时，.13F，即..1||||3foUU，0oF。6112210000.110ofRC=1.59155kHz42.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RRAfvdfrRRR//325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。6U17413247651D1DIODE_VIRTUALD2DIODE_VIRTUALR11kR233kR3100kC10.01uFC20.1uFRp10K_LINKey=A70%C30.01uFC40.1uFR410kR533kR6100kVCC12VVEE-12VVEEVCC124507XSC1ABExtTrig++__+_38V:3.98VV(峰-峰):19.2VV(有效值):6.88VV(直流):-12.9mVI:I(峰-峰):I(有效值):I(直流):频率:15.8HzV:1.22VV(峰-峰):6.50VV(有效值):2.29VV(直流):-5.68mVI:I(峰-峰):I(有效值):I(直流):频率:15.8Hz7U17413247651D1DIODE_VIRTUALD2DIODE_VIRTUALR11kR233kR31kC10.01uFC20.1uFRp10K_LINKey=A70%C30.01uFC40.1uFR410kR533kR61kVCC12VVEE-12VVEEVCC124507XSC1ABExtTrig++__+_38V:9.12VV(峰-峰):19.2VV(有效值):6.89VV(直流):3.62mVI:I(峰-峰):I(有效值):I(直流):频率:1.57kHzV:3.08VV(峰-峰):6.50VV(有效值):2.29VV(直流):-4.40uVI:I(峰-峰):I(有效值):I(直流):频率:1.57kHz3.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RP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833K0.01uF100K0.1uF