电子线路课程设计-正弦波震荡电路设计

正弦波震荡电路设计课程设计报告书专业：电子信息科学与技术班级：12级3班学生姓名：马海龙 李鹏飞 杨永登指导老师：郑江云摘要本次课程设计的目标是设计一个RC电容振荡电路。RC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：Rf2R1，振荡频率为：fo=1/2RC。运算放大器选用UA741,采用非线性元件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=1/2RC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：RC振荡电路、振荡频率、输出幅度目录摘要2目录3一、RC震荡电路概述4常用的RC振荡电路4(1)RC移相式振荡器4(2)RC桥式振荡器4RC振荡电路工作原理5(1) 起振过程5(2) 稳定振荡6(3) 振荡频率6(4)起振及稳定振荡的条件6二、设计任务与要求72.1 课程设计的目的72.2 课程设计的任务与要求72.3 课程设计的技术指标7三、正弦波振荡电路理论设计81 技术指标82 设计方案83实现方案94仿真结果9四.安装调试104.1安装调试过程104.2 故障分析与结论12五、使用仪器设备清单13一、RC震荡电路概述常用的RC振荡电路有相移式和桥式两种。(1)RC移相式振荡器 具有电路简单，经济方便等优点，但选频作用较差，振幅不够稳定，频率调节不便，因此一般用于频率固定、稳定性要求不高的场合。其振荡频率是fo=1/2RC (2)RC桥式振荡器 将RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RC振荡电路，放大器件可采用集成运算放大器。如图所示，RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间，构成正反馈，Rf、R1接在运算放大器的输出端和反相输入端之间，构成负反馈。正反馈电路和负反馈电路构成一文氏电桥电路（如图右所示），运算放大器的输入端和输出端分别跨接在电桥的对角线上，所以，把这种振荡电路称为RC桥式振荡电路。（如图）振荡信号由同相端输入，故构成同相放大器，输出电压Uo与输入电压Ui同相，其闭环电压放大倍数等于Au=Uo/Ui=1+(Rf/R1)。而RC串并联选频网络在=o=1/RC时，Fu=1/3,f=0，所以，只要|Au|=1+(Rf/R1)3,即Rf2R1,振荡电路就能满足自激振荡的振幅和相位起振条件，产生自激振荡，振荡频率fo等于fo=1/2RC采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便地调节振荡频率。在常用的RC振荡电路中，一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换（频率粗调），再采用双联可变电位器进行频率的细调。RC振荡电路工作原理输出电压 uo经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf 作为同相比例电路的输入信号ui。(1) 起振过程(2) 稳定振荡(3) 振荡频率振荡频率由相位平衡条件决定。A= 0，仅在 f0处 F = 0 满足相位平衡条件，所以振荡频率f0= 1/2RC。改变R、C可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。振荡频率的调整(4)起振及稳定振荡的条件考虑到起振条件AuF 1, 一般应选取 RF略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。二、设计任务与要求2.1 课程设计的目的1. 掌握由集成运算放大器组成RC串并联正弦波振荡电路的工作原理和电路结构。 2. 研究RC串并联振荡器中RC串、并联网络的选频特性。3. 掌握RC串并联正弦波振荡电路的调测技术。4. 进一步掌握用双踪示波器测相位差的方法。5. 掌握常用元器件的识别和测试。6.熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。2.2 课程设计的任务与要求1 设计一个fo=500Hz的RC正弦波振荡电路。2掌握RC正弦波振荡电路的工作原理。2.3 课程设计的技术指标1示波器的调试。2输出波形：正弦波。3输出频率范围：在500HZ (5%)范围内可调。4输入电压：15V的对称电压。三、正弦波振荡电路理论设计 1 技术指标 设计一个正弦波振荡电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于5%，电源电压变化1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。 2 设计方案 通过查阅资料可以知道所谓的正弦波振荡电路是指一个没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输出信号的电路。正弦波电路由放大电路，正反馈电路和选频网络组成。正弦波振荡电路的实质是放大器引正反馈的结果。 正弦波振荡电路主要有RC振荡电路，LC振荡电路和石英晶体振荡电路。本次试验中我主要设计的方案是RC正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路是由电阻R和电容C元件作为选频和正反馈网络的振荡器，RC作为选频网络的正弦波振荡器有桥式振荡电路，双T网络和相移式振荡电路。 根据桥式振荡电路和相移式振荡电路的工作原理，我设计了如下方案。 3实现方案原件参数如上面仿真电路所示。fo=1/2RC，R=3.3K,C=100nF,计算得fo大致为500Hz左右（误差允许范围内）4仿真结果上图为我们的设计方案RC串并联网络震荡电路在Multisim中的仿真电路。调节电位器R5，观察电路输出情况。由虚拟示波器可见，当减少Rw至一定值时，电路将不能震荡。增大Rw到一个适合的值时，电路能够震荡，且输出波形较好，如下图所示，若继续增大Rw，当Rw的值太大时，输出波形产生严重失真。根据下图，从示波器上读出正弦波的周期一个周期约为2ms，频率为500HZ。符合0.5%，仿真结果正确。四.安装调试4.1安装调试过程上图为我们自己焊接的震荡电路。实际读出的正弦波频率为530HZ，与理论值相符合。我们焊的震荡电路完全符合这个实验的要求。4.2 故障分析与结论我们通过计算和联系手中的元件，确定了各个部分元件值的大小，在网上购买原件，然后焊成电路，通过多番检查，可以确定线路无误。但初期，怎么调试也不出波形，还因为正负极接错了，烧坏了一个放大器。后来求助于指导老师，在她的指导下，我们从新规划了电路，重新焊好了震荡电路，但还是没有波形。经过好长时间的辛苦调试，最后在指导老师的帮助下，更换了放大器，才产生了波形。原来是我们网上购买的放大器发生故障，不能正常使用。改正了以上所提到的两个问题以后，我们再次进行测试。通过不断的调节，最终我们得到了比较理想的波形，波形不失真，频率大约为530HZ，而通过计算可以知道理论上得到的输出波应该大致为500多HZ，由此可见试验结果大致符合理论，而误差产生的原因是因为元件为不常规电阻，理论需要的电阻买不到所以就用相近的电阻。如电阻阻值和标明或者是测试的不完全符合，导线存在着电阻，元器件之间接触不良。导线和电路板之间接触不良。直流电源输出不稳定，也