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1、实验六 RC振荡器的设计 一 实验目的 1 学习RC正弦波振荡器的设计方法 2掌握RC正弦波振荡器的安装、调试与测量方法。 二.预习要求 1预习振荡器设计的有关内容。 2 设计一个满足指标要求的RC正弦波振荡器，计算出振荡器中各元件的参数，画出 标有元件值的电路图。 3 预习振荡器的调试与测量方法，制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三RC振荡器的设计与调试 RC振荡器的设计，就是根据所给出的指标要求，选择电路的结构形式，计算和确定电 路中各元件的参数，使它们在所要求的频率范围内满足振荡的条件，使电路产生满足指标要求的正弦波形。 RC振荡器的设计，可按以下几个步骤进行： 1 根据已知的指标
2、，选择电 路形式。 R A uo 2 计算和确定电路中的元件 C D2 参数。 3 选择运算放大器 R4 RW R5 4 调试电路，使该电路满足 R C 指标要求。 R3 D1 设计举例：设计一个振荡频率 为800Hz的RC（文氏电桥）正弦波 振荡器。 图1 RC 正弦波振荡器 设计步骤如下： 1 根据设计要求，选择图1所示电路。 2 计算和确定电路中的元件参数。 （1）根据振荡器的频率，计算RC乘积的值。 （2）确定R、C的值 为了使选频网络的特性不受运算放大器输入电阻和输出电阻的影响。按： Ri R R0 的关系选择R的值。其中：Ri（几百k以上）为运算放大器同相端的输入电阻。R0（几百以
3、下）为运算放大器的输出电阻。 因此，初选R=20k，则： （3）确定R3和Rf(在图1中Rf=R4+Rw+rd/R5)的值。 由振荡的振幅条件可知，要使电路起振，Rf应略大于2R3，通常取Rf=2.1R3。以保证电 路能起振和减小波形失真。 另外，为了满足R=R3/Rf的直流平衡条件，减小运放输入失调电流的影响。由Rf=2.1R3和R=R3/Rf可求出： R3=R = 取标称值: R3=30k W 所以:Rf=2.1R3=2.1W=63kW. 为了达到最好效果, Rf与R3的值还需通过实验调整后确定。 （4）确定稳幅电路及其元件值。 稳幅电路由R5和两个接法相反的二极管D1、D2并联而成，如图
4、1所示。 稳幅二极管D1、D2 应选用温度稳定性较高的硅管。而且二极管D1、D2的特性必须一致，以保证输出波形的正负半周对称。 （5）R5与R2的确定 由于二极管的非线性会引起波形失真，因此，为了减小非线性失真，可在二极管的两端并上一个阻值与rd（rd为二极管导通时的动态电阻）相近的电阻R5。（R5一般取几千欧，在本例中取R5=2kW。）然后再经过实验调整，以达到最好效果。R5确定后，可按下式求出R2。 R2=Rf -（R5/rd） Rf - R5 2 = 63kW - 1kW = 62kW 为了达到最佳效果, R2可用30kW电阻和50 kW的电位器串联（即R2=R4+Rw）。 （6）选择运
5、放的型号 选择的运放，要求输入电阻高、输出电阻小，而且增益带宽积要满足： Auo BW 3fo 的条件。由于本例中的fo=800Hz，故选用A741集成运算放大器。 （7）安装与调试 按照图1电路，将所选定的元件安装在插件板上，检查无误后，接通电源，用示波器观察是否有振荡波形。 然后调整RW使输出波形为最大且失真最小的正弦波。若电路不起振，说明振荡的振幅条件不满足，应适当加大RW的值；若输出波形严重失真，说明R2太大，应减小RW的值。 当调出幅度最大且失真最小的正弦波后，可用示波器或频率计测出振荡器的频率。若所测频率不满足设计要求，可根据所测频率的大小，判断出选频网络的元件值是偏大还是偏小，从
6、而改变R或C的值，使振荡频率满足设计要求。 四.实验内容 1 设计一个RC正弦波振荡器，要求输出信号的频率为：fo=1kHz。 2 按照计算和确定的元件值，安装振荡器。 3 安装完毕后，仔细检查电路，确定没有接错线路后，接通电源，用示波器观察有否 起振。若无起振，应调整Rw的大小，使电路满足起振条件后，才能产生振荡波形。当有输出波形后，调节Rw的大小，使振荡波形达到基本不失真时，测量输出电压的幅值和频率。 4 将所测量的频率与设计所要求的频率相对比，若达不到要求，应根据所测频率的大 小，边调整RC网络中的电阻值或电容值，边测量振荡器的频率，直到振荡器的频率达到要求为止。 五实验报告 1 写出已
7、知条件与主要技术指标 2 列出实验用的仪器名称、型号、数量 3 绘出标有元件值的实验电路图。 4 说明电路的设计过程 （1） 电路形式的选择 （2） 对所选电路中的元件进行理论计算 （3） 说明电路的安装调试过程及调试中所出现的故障和解决方法。 5主要技术指标的测量 （1） 说明技术指标的测量方法，画出测量电路图。 （2） 记录并整理实验数据，正确选取有效数字的位数。根据实验数据进行必要的计 算，将理论计算结果和测量结果填在表格中。 6用理论计算值代替真值，求出测量结果的相对误差，分析误差产生的原因。 7提出电路的改进意见并总结出实验中的收获体会。 六思考题 1 若要使振荡器的频率连续可调，应如何设计电路？ 2 若要改变电路的振荡频率，应改变那一个元件的值？ 3若要改变振荡波形的幅度，应改变那一个元件的值？ 168
