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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