厦门大学电子技术实验九集成运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器

1/11实验报告实验名称：实验九集成运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器系别：班号：实验组别：实验者姓名：学号：实验日期：实验报告完成日期：指导教师意见：2/11目录二、实验原理............................................3三、实验仪器............................................5四、实验内容及数据...............................51、电路分析及参数计算...........................52、振荡器参数测试....................................73、振幅平衡条件的验证...........................84、观察自动稳幅电路作用.......................9五、误差分析.......................................10六、实验总结.......................................113/11一、实验目的1.掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件；2.了解文氏电桥振荡器的工作原理及起振的条件和稳幅原理。二、实验原理1.产生自激振荡的条件：当放大器引入正反馈时，电路可能产生自激振荡，因此，一般振荡器都由放大器和正反馈网络组成。其框图如图1所示。振荡器产生自激振荡必须满足两个基本条件：（1）振幅平衡条件：反馈信号的振幅应该等于输入信号的振幅，即VF=Vi或|AF|=1（2）相位平衡条件：反馈信号与输入信号同相位，其相位差应为：nFA2（n=0、1、2……）2.RC串-并联网络的选频特性：RC串-并联网络如图2(a)所示，其电压传输系数为：4/112()1122F+=12R1211(1)(21)122R2112RVFjwRcRcVORjwcRjwcjwRccwcR（）当R1=R2=R，C1=C2=C时，则上式为：1()13()FjwRcwRc若令上式虚部为零,即得到谐振频率fo为：1=2RCof当f=fo时，传输系数最大，相移为0，即：Fmax=1/3，0F传输系数F的幅频特性相频特性如图2(b)(c)所示。由此可见，RC串—并联网络具有选频特性。对频率fo而言，为了满足政府平衡条件|AF|=1，要求放大器|A|=3。为满足相位平衡条件：nFA2，要求放大器为同相放大。3.自动稳幅：由运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器原理图如图3所示，负反馈系数为：()1(-)1F=FFVRVoRR在深度负反馈情况下：1()1111FFFRRRAFRR因此，改变RF或者R1就可以改变放大器的电压增益。5/11由振荡器起振条件，要求|AF(+)|1，当起振后，输出电压幅度将迅速增大，以至进入放大器的非线性区，造成输出波形产生平顶削波失真现象。为了能够获得良好的正弦波，要求放大器的增益能自动调节，以便在起振时，有|AF(+)|1；起振后，有|AF(+)|=1，达到振幅平衡条件。由于负反馈放大器的增益完全由反馈系数VF(-)决定。因此，若能自动改变RF和R1的比值，就能自动稳定输出幅度，使波形不失真。三、实验仪器1、示波器1台2、函数信号发生器1台3、直流稳压电源1台4、数字万用表1台5、多功能电路实验箱1台6、交流毫伏表1台四、实验内容及数据1、电路分析及参数计算：分析图6电路中，运算放大器和RF1，RF2及Rw构成同相放大器，调整Rw即可调整放大器的增益；RC串——并联网络构成选频网络；选频网络的输出端经R2、R3构成分压电路分压送运算放大器6/11的同相端，构成正反馈，D1,D2为稳伏二极管。在不接稳伏二极管时，在谐振频率点，正反馈系数为：322)(31)(RRRVVFOF而负反馈系数为：wFFwRRRRF21)(（1）为保证电路能稳定振荡，则要求：F(+)=F(-),由此，根据电路参数，计算Rw的理论值；Rw=0.628kΩ（2）同相放大器的电压增益AVF=33；（3）电路的振荡频率fo=1.6076KHz；仿真电路图：7/112、振荡器参数测试：（1）按图6搭接电路，（D1、D2不接，K拨向1）经检查无误后，接通+12V电源。（2）调节Rw，用示波器观察输出波形，在输出为最佳正弦波，测量输出电压Vp-p。Vp-p=20.2V（3）测量Rw值；Rw=0.6004kΩ示波器图形：（4）用李萨茹波形测量振荡频率；李萨茹波形测量信号频率方法：将示波器CH1接振荡器输出，CH2接信号发生器正弦波输出，令示波器工作在“外扫描X-Y”方式；当调节信号发生器频率时，若信号发生器频率与振荡器频率相同时，示波器将出现一椭圆；通过此方法可测量未知信号频率。8/11f=1.kHz示波器图形：3、振幅平衡条件的验证：在振荡器电路中，调节Rw，使输出波形为正弦波时，保持Rw不变，将开关K拨向2位置，则，即输入正弦信号（频率为振荡频率，峰-峰值Vip-p=100mV）则电路变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；将电路恢复为振荡器（开关K拨向1位置），调节Rw，使输出波形略微失真，再将开关拨向位置2，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；将电路恢复为振荡器（开关K拨向1位置），调节Rw，使输出波形停振，再将开关拨向2位置，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；9/11表1振幅平衡条件验证工作状态测量值测量计算值Vip-p(mV)Vo(V)VA(V)VF(V)A=Vo/ViF(+)=VF/VoAF(+)良好正弦波1001.21010.39900.035934.230.029671.0155略微失真1001.21480.40070.036034.360.029631.0181停振1001.20780.39840.035934.160.029721.0154良好正弦波时理论值1001.16670.38890.035433.000.030301.00仿真电路图：良好正弦波仿真波形：10/114、观察自动稳幅电路作用：在图6基础上，接入稳幅二极管D1、D2，调节电位器Rw，观察输出波形的变化情况，测量出输出正弦波电压Vop-p的变化范围。（Vop-p）max=20.1V（Vop-p）min=2.23V五、误差分析%6.1%1000000.1000.10155.1A-%3.2%10003030.003030.002963.0-%4%10000.3300.33-23.34-)()()()()()(理理测）（理理测）（理理测的相对误差：的相对误差：的相对误差：AFFAFEAFFFFEFAAAEAAFFA误差来源分析：（1）电阻或电容不精确，造成RC文氏电桥振荡器震荡特性不好；（2）运放不是理想运放；（3）电路接触不好。11/11（4）实验仪器本身存在系统误差。六、实验总结1、实验中使用示波器观察输入输出波形时要注意表笔是否有衰减。2、运算放大器管脚不要弄错，要一直加着工作电源。3、调节Rw时要注意观察输出波形。