正弦波振荡电路(实验)

1、电路与电子技术实验RC正弦波振荡电路v实验目的ü了解正弦波振荡的基本工作原理。ü掌握RC桥式正弦波振荡电路的分析、设计和调试方法。ü深入理解正弦波振荡电路的起振条件、稳幅特性。ü学习其它类型正弦波振荡电路。v实验内容RC正弦波振荡电路：ü工作原理ü基本电路ü参数分析、调整其它正弦波振荡电路。v实验背景知识ü线性放大电路：器件工作在线性放大区（通频带内），负反馈；正弦波振荡电路：器件工作在线性放大区（通频带内），正反馈。首要条件ü正弦波振荡：无输入时，即能产生稳定（幅度、频率）的正弦波输出。Ø产生

2、正弦波振荡的条件&F&|=1ì|Aü稳定条件：íîjAF=jA+jF=±2nü为能在无输入信号时也能振荡起来，应使电路的初始环路增益大于1 ；利用开启电源时的噪声，使净输入信号（反馈信号）不断增大；最终产生振荡。&F&|>1ì|Aü起振条件：íîjAF=jA+jF=±2nü稳定的正弦波振荡还应该具备：（1）选频网络：用于产生单一频率的正弦波；（2）稳幅环节：用于产生稳定幅度（环路增益自动为1）的正弦波。ØRC桥式正弦波振荡电路&

3、#252;右下图所示RC桥式正弦波振荡电路。ü正反馈？ü重点：RC 串并联网络ü定义R1C1串联支路阻抗为Z1；R2C2并联支路阻抗为Z2。此网络的电压传输系数为：&fVZ2&F(+)=oZ1+Z2V1=C2R11(1+)+j(wR1C2-)C1R2wR2C1负反馈放大电路RC串并联网络ØRC串并联网络（频率特性）1ü令：R1=R2=R，C1=C2=C，w0=RC1&则：F(+)=ww03+j(-)w0w1&|F(+)|=ü幅频表达式：ww0223+(-)w0www0-w0w-1jF)相频表达式：&am

4、p;(+)=-tg(3&(+)=F1C2R11(1+)+j(wR1C2-)C1R2wR2C1ØRC串并联网络（选频特性）ü选频特性1当w=w0=时：RC1&|F(+)|max=此时电路的反馈效果最强）3ojF=0&(+)（此时电路为同相输出）ü结论：只有此时才有可能正反馈（且反馈效果最强）ü效果：能产生单一频率的振荡波形。原因？ØRC桥式正弦波振荡电路（起振条件）ü选频特性当w=w=10RC时：|F&1R¢(+)|max=&3|Av|=1+R1¢jF&(+)=0ojA

5、&=0ov|A&|>3（调节R1¢和R2¢）ü振荡频率：w0ØRC桥式正弦波振荡电路（稳幅环节）ü起振后，若无稳幅措施，则输出幅度会越来越大（最终非线性失真）；（饱和/截止失真）¢R2&|Av|=1+¢R1ü稳幅环节：环路增益保持1 。&DAv或<0即要求：DuoDuo¢应具有什么特性？¢或R2思考：如果稳幅环节放在放大器A 单元，那么R1&(+)DFØRC桥式正弦波振荡电路（稳幅环节例）ü右下图所示用二极管实现自动稳幅的R

6、C 桥式正弦波振荡电路。二极管的非线性：实现稳幅并有利于稳幅，但易引起失真；R3：减少失真，但不利于稳幅。ü下图所示二极管伏安特性。&DAv<0Duo若振荡幅度增加，二极管工作点由AB移至CD；R3/RD+R2对应的二极管等效电阻RD下降；&Av=1+R1所以，增益.ØRC桥式正弦波振荡电路（设计）ü根据预先定义的振荡频率f0参数，确定RC串并联选频网络的参数；器件选择时，先确定电容，然后再确定电阻。（当f0= 10 10kHz 时，电容约为1 0.001F）（电阻一般为k M 数量级）ü确定R1、Rf（R2R3RD的串并联）参数：

7、Rf>2.xR1，R1/Rf»Rü确定R3、R2参数：R2=Rf-R3/RDR3约等于RD，ü选择合适的运算放大器：A×BW>3f0ØRC桥式正弦波振荡电路（设计例）设计振荡频率f0= 1kHz 的RC桥式正弦波振荡电路。ü选择C= 0.01F ，求得：R= 15.9kü定义：Rf=2.1R1，R1/Rf»R求得：R1= 23.47k，Rf= 49.29kü选择：R3= 10k1求得：R2=Rf-R3=44.29k2üLM358 的单位增益带宽积0.7M （数据手册）。v实验准备&#

8、252;运放：LM358ü实验箱Ø实验准备（电源）ü采用什么电源？ü电源操作步骤：（1）检查电源的开路输出电压；（2）断电，连线；（3）检查电源输出端与电路的电源端之间，是否连接正常，短路/断路？（4）通电，观察。v实验步骤（稳幅环节）ü稳幅环节：根据振荡幅度的变化，利用元件的非线性，自动地改变放大电路中负反馈的强弱。（正弦波振荡电路的必备环节）ü右图所示RC桥式正弦波振荡电路。电路特点：振荡（无始无终）。ü问题：如果电路不输出正弦波，怎么办？解决：拆分电路，分模块解决。ü目标：稳幅（模块）电路的调试；了解起振、稳

9、幅、失真校正的实现原理、调试方式等。Ø稳幅环节ü右图所示测试电路。ü根据前述设计，选择大致的电阻参数；输入合适的信号vi；（类型、频率、幅值等如何选？）观察输出信号vo；ü分别调节R1、R2和R3：观察输入输出波形的变化情况（是否思考波形变化与电路起振、稳幅、失真ü这个环节，可以不做吗？v实验步骤（正弦振荡）ü正弦振荡：没有输入时，电路能产生稳定幅度、频率的正弦信号输出。ü目标：实现RC桥式正弦波振荡电路。Ø正弦振荡ü根据前述设计（f0= 1kHz），组建右下图所示电路。ü调节电路参数，使产生稳

10、定的正弦波输出。（如果没有波形输出，问题在哪里？）ü记录波形；测量振荡频率f0；测量幅值的变化范围。（用示波器观察输出，要求稳定、不失真）ü振荡频率f0是否等于1kHz ？若电路不起振，应如何调整电路参数？若波形有失真，应如何调整电路参数？Ø正弦振荡（思考、拓展）ü分别单独调整R1、R2、R3或串联R（并联R），观察并分析其对输出波形（幅值、频率等）的影响。（记录相关信息）ü可以精确地调整输出频率至1kHz 吗？（如果可以，记录相关信息）（如何保证RC串并联网络的参数匹配）ü取消D1（或D2，或同时取消D1D2）；取消R3；观察并分析

11、输出波形（幅值、频率等）的影响。（记录相关信息）ü自定义振荡频率f0，完成前述实验过程（设计、组建、分析. ）。v实验步骤（其它正弦波振荡电路）ü目标：以RC串并联网络为基础，了解并实现其它形式正弦波振荡电路。Ø正弦振荡拓展1ü改为右下图所示电路，可以实现稳定的正弦波振荡输出吗？ü如果不能实现，理论分析.（调整电路参数，使能实现）ü如果可以实现，记录相关信息.（参考前述RC桥式振荡电路拓展要求）Ø正弦振荡拓展1（稳压二极管）ü右图所示电路稳压二极管测试电路。ü选择合适的电源VCC和电阻R，测量输出VZ。（

12、VCC应大于稳压值，R一般选择k以使电流为mA 级）（不同的稳压管，参数会有区别，具体的要看数据手册）Ø正弦振荡拓展2-1&DAv<0ü稳幅环节，使环路增益保持1 Duo所以：如果放大器单元是非线性的，且其增益与幅度的变化满足反向关系；即可通过调整电路参数实现稳幅环节，从而实现正弦波振荡输出。ü从实际情况看，任何放大器（尤其是分立电路），都是非线性的；.Ø正弦振荡拓展2-2ü理论课程中的两个电路（理论教材P306 图题2.6.4）：ü可以以它们为基础，结合RC串并联网络，实现正弦波振荡吗？如果可以，在我们的实验箱上可以吗

13、？Ø正弦振荡拓展3ü选频网络，在选频点时应有0°或±180°相ü超前移相式RC网络。（相移范围0 270°，选频点时180°）ü滞后移相式RC网络。（相移范围-270 0 °，选频点时-180°）ü双T 型选频网络。（相移范围随R变化. 查资料）Cü可以让它们代替RC串并联网络，实现如果可以，在我们的实验箱上可以实现吗？CØ正弦振荡拓展4ü正弦波振荡电路，要求有正反馈。ü之前做过的实验中，有正反馈的是. ?vi例：单一正反馈型低通滤波器。&=AvA0ff21-()+j(3-A0)fcfcoü调整电路参数，此电路会有很强的正反馈效果（产生自激）.ü高通滤波器、带通滤波器也可以这么做吗？Ø正弦振荡拓展5 .ü肯定还有很多的正弦波振荡电路形式.v任务小结RC正弦波振荡电路：ü工作原理ü基本电路&#