RC桥式正弦波振荡器

kecheng 实验六 RC 桥式正弦波振荡器2．研究负反馈网络中稳幅环节的稳幅功能3．掌握 RC 桥式振荡器的工作原理及调测技术4．进一步掌握用双踪示波器测相位差的方法5. 掌握信号频率的几种常用测量方法二、实验原理RC 桥式振荡器的实验电路如图 1 所示图(a) RC 桥式振荡器基本原理电路R 10kΩ100kΩRP5.1kΩR1voR2－＋5.1kΩR 10kΩCC2图（b）Multisim 仿真电路图图 1 RC 桥式振荡器该电路由三部分组成：作为基本放大器的运放；具有选频功能的正反馈网络；具有稳幅功能的负反馈网络1．RC 串并联正反馈网络的选频特性电路结构如图 2 所示一般取两电阻值和两电容值分别相等由分压关系可得正反馈网络的反馈系数表达式： RCjjRCjjRZVFi  11/213RCjjRCjRCj jjjjR1321122令 ，则上式为0 0jF由上式可得 RC 串并联正反馈网络的幅频特性和相频特性的表达式和相应曲线（如图3 和图 4 所示） 2021F3arctg0F由特性曲线图可知，当 ω＝ω 0 时，正反馈系数达最大值为 1/3，且反馈信号与输入信号同相位，即 φF＝0，满足振荡条件中的相位平衡条件，此时电路产生谐振 ω＝ω 0＝1/RC为振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率 fo 为ωφF-9090图 4 相频特性曲线图 3 幅频特性曲线ω01/3ωω0--+ FV图 2iV1Z2+4iDvDID2ID1VD1VD2Q1Q2图 5 RCfo21当输入信号 的角频率低于 ω0 时，反馈信号的相位超前，相位差 φF 为正值；而当iV输入信号的角频率高于 ω0 时，反馈信号的相位滞后，相位差 φF 为负值。

2、带稳幅环节的负反馈支路由上分析可知，正反馈选频网络在满足相位平衡的条件下，其反馈量为最大，是三分之一因此为满足幅值平衡条件，这样与负反馈网络组成的负反馈放大器的放大倍数应为三倍为起振方便应略大于三倍由于放大器接成同相比例放大器，放大倍数需满足 =1+ ，故 2为此，线路中设置电位器进行调节VFA31Rf1f为了输出波形不失真且起振容易，在负反馈支路中接入非线性器件来自动调节负反馈量，是非常必要的方法可以有很多种有接热敏电阻的，有接场效应管的（压控器件） ，本实验是利用二极管的非线性特性来实现稳幅的其稳幅原理可从二极管的伏安特性曲线得到解答如图 5 所示在二极管伏安特性曲线的弯曲部分，具有非线性特性从图中可以看出，在 Q 点，2PN 结的等效动态电阻为 ；而在 Q 点,22divrD1PN 结的等效动态电阻为 ；显然， >11id1dr；也就是说，当振荡器的输出电压幅度增大时，2dr二极管的等效电阻减少，负反馈量增大，从而抑制输出正弦波幅度的增大，达到稳幅的目的通过 Rp 调节负反馈量，将振荡器输出正弦波控制在较小幅度，正弦波的失真度很小，振荡频率接近估算值；反之则失真度增大，且振荡频率偏低。

这是在实验中应当注意的三、预习要求1．复习运放组成的正弦波振荡器的基 础知识，理解实验电路的工作原理52. 要求 fo＝1600Hz 且取 R＝10kΩ，计算电容 C 取多大值（取标称值）？3．计算 f =5 fo 和 f = fo 时，v f 与 vi 相位差 的值51F4．复习用示波器测量相位差的方法5. 实验中怎样判断振荡电路满足了振荡条件？6. 影响振荡频率 f0 的主要因素是什么？四、实验内容1．参照图 1（b）建立仿真电路，用示波器观察输出波形注意在调整 RP 大小的时候，将调整幅度 Increment 由原来系统默认的 5%减小到 1%，否则增益太大，不能获得较为理想的输出正弦波2．根据起振要求，电压负反馈电路的电压放大倍数要略大于 3，调节电位器 Rp，使电路起振且输出良好（尽可能取小的幅值，使输出失真较小）的正弦波，测取输出正弦波的电压有效值 Vo3．测量振荡频率 fo（1）用示波器测取 fo用示波器内的光标测量功能读出 T，计算获得 fo2）用函数信号发生器的频率计功能测量振荡频率 f0振荡电路的输出电压与函数信号发生器的“计数器输入”端连接，按下函数信号发生器的“外测频率”各相关控制键后，在函数信号发生器的 5 位 LED 显示器上显示被测6信号的频率 f0。

4．把 R 为 5.1kΩ 电阻换成 20kΩ 电阻, 调节 RW，观察稳幅效果；去掉两个二极管，2接回 5.1kΩ 电阻，再细调电位器 RW，观察输出波形的稳幅情况5．去掉其他元件，仅留 RC 串并联正反馈网络，测试此网络的选频特性1）测量 υF 和 υi 的相位差用示波器测试相位差的方法参见实验三注意若 vF 超前，则 φF 为正；v F 滞后，则φF 为负将测试结果填入表 1表 1f0 （Hz） （f =f0 时）F （f= f0 时）F5 （f=5f 0 时）F理论值测试值（2）测量反馈系数 F函数信号发生器输出信号加到 RC 串并联正反馈网络的输入端 υi，改变输入信号频率，用交流毫伏表测出 Vi 、 VF，由公式 计算 ，结果记入表 2iFV表 2f （ Hz） Vi（Hz） VF（Hz） F（实际测量）F（理论估算）f=f0 时f= f0 时51f=5f0 时五、实验总结1．总结 RC 桥式振荡电路的振荡条件72．整理三种测试频率的方法自拟表格记录测量测频的实验数据，比较测试结果3. 根据改变负反馈电阻 Rp 对输出波形的影响，说明负反馈在 RC 振荡电路中的作用。

4. 记录 υF 和 υi 的波形，并说明两者之间的相位关系。