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 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： AF 1 起振条件为 |AF | 11 电路分析RC 桥式振荡电路由决定振荡频率 f0 。该电路的振荡频率写成模与相角的形式：RC 串并联选频网络和同相放大电路组成，电路如图 1 所示：图中 RC

2、选频网络形成正反馈电路，R1、Rf 形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，D1 、 D2 是稳幅元件。f0= 12 RCR起振幅值条件： Av 1 f 3 R1式中RfR2 R3 /rd ， r d为二极管的正向动态电阻2 电路参数确定1（1）根据设计所要求的振荡频率 f 0 ，由式先确定 RC 之积，即 RC= 0 2 f0Ri 和输出电阻 Ro的影响，应使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R 满足下列关系式： Ri R Ro 一般 Ri 约为几百千欧以上， 而 Ro 仅为几百欧以下， 初步选定 R之后，由式算出电容 C的值，然后再算出 R 取值能否满足振荡频率的要求（2

3、）确定 R1、Rf ：电阻 R1、Rf 由起振的幅值条件来确定，由式可知Rf 2R1 ， 通常取 Rf =（ 2.12.5） R1，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= R1/ Rf（3）确定稳幅电路：通常的稳幅方法是利用Av 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D1、 D2和电阻 R3 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 R3 。实验证明，取 R3 rd时，效果最佳。三

4、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： 50Hz1kHz 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 -

5、1 中 D1和 D 2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 A741二极管 1N4001电阻 瓷片电容 若干举例说明： 实验内容 和相频特性 ,1. 连接选频网络 测量 RC串并联选频电路的幅频特性V: -108 mVV（ 峰-峰）: 2.00 VV（ 有效值）: 707 mVV（ 直流 ）: 12.1 uVI:I（ 峰- 峰）:I（ 有效值 ）:I（ 直流 ）:频率 : 1.56 kHzC30.01uFR31XFG1R233k0R31k反馈系数：F. U.fUoRj 1CR/ 1 jC R / 1 jCC40.1uFXBP1R61kC10.01uFC20.1

6、uF113 （ RC ） RCIN OUTExt TrigV: -40.4 mVV（ 峰-峰）: 667 mVV（ 有效值）: 236 mVV（ 直流 ）: 3.66 uVI:I（ 峰- 峰）:I（ 有效值 ）:I（ 直流 ）:频率 : 1.56 kHz令 o R1C，则 fo12 RC代入上式，得出： F1f fo3 j（ ffo ffo）幅频特性为： |F |2（ ffo ffo）2相频特性为：arctan 1 （ f3 foffo）当 f fofo12 RCRC时，F11 . 1 .31，即|Uf | 31|Uo|，6 =1.59155kHz2 1000 0.1 10 62.运算放大器组

7、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Av 1Rf3R1Rf R2 R3 /rd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。D1C30.01uF45C40.1uFDIODE_VIRTUALD2DIODE_VIRTUALR4R6100R533kKey = A70%Rp1R3 C1100k 0.01uFC20.1uF27VCC1 5 741VCC12VV: 3.98 VV（峰-峰）: 19.2 VV（有效值）: 6.88 VV（直流）:

8、 -12.9 mVI:I（ 峰- 峰）:I（ 有效值 ）:I（ 直流）: 频率 : 15.8 HzXSC1V: 1.22 VV（峰-峰）: 6.50 VV（有效值）: 2.29 VV（ 直流 ）: -5.68 mVI:I（ 峰- 峰）:I（ 有效值 ）:I（ 直流 ）:频率 : 15.8 Hz1V: 9.12 VV（ 峰-峰）: 19.2 VV（ 有效值）: 6.89 VV（ 直流 ）: 3.62 mV I:I（ 峰- 峰）:I（ 有效值 ）:I（ 直流 ）: 频率 : 1.57 kHzExt Trig+3+ _ + 8 _V: 3.08 V3V（ 峰-峰）: 6.50 VV（ 有效值 ）: 2.29 V V（ 直流 ）: -4.40 uV I: I（ I（ I（峰- 峰）: 有效值）: 直流）: 频率 : 1.57 kHz3. 放大电路电压放大倍数 Auf 的测定 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