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1、实验八RC正弦波振荡器实验目的：1. 熟悉仿真软件Multisim的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；2. 熟悉PocketLab硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；3. 掌握RC正弦波振荡器的设计与分析方法；4. 掌握RC正弦波振荡器的安装与调试方法。实验预习：1. 在图8-1所示的RC相移振荡电路中，请计算振荡器的振荡频率和振幅起振条件，并将 振荡频率填入表格8-1。图8-1. RC相移振荡电路解：振荡频率：振幅起振条件： ，=100k+300k= 400kQ，R=10 kQ，满足振幅起振条件2. 根据图8-2，采用OP37运算放大器和现有元器件值，设计文氏电桥振荡器。要求振荡
2、频 率为800Hz。解：K(jw)=Vf/Vo=(R1/(1/jwC)/(R1+1/jwC+R1/(1/jwC)=R1/(i(R1A2*wC1+1/wC1)+3R1)由相位平衡，R1A2*wC1+1/wC1=0故w = 2irf = Sir * 900因此，可取 R1=20 kQ, C1=10nFAv= (R2+R3+R4) /R2=3,R4=16.8 kQ恤知：:因此，可取R2=10 kQ, R3=5 kQXSC3llllhlll口！J 口口 口El口口图8-2.文氏电桥振荡电路3 .复习multisim中示波器和频谱分析仪的使用方法。4.复习开环方法，思考如何在Multisim中完成开环验
3、证电路。实验内容：一、仿真实验1.在Multisim中搭试图8-1RC相移振荡电路的开环分析电路，理解起振和稳定的相位条件与振幅条件，并将电路截图为图8-3。仿真设置：Simulate Analyses AC analysis.将开环仿真获得的幅频和相频图截图为8-4。并以此获知电路的振荡频率为650.9572Hzo一 口图8-3 RC相移振荡电路开环仿真图图8-4 RC相移振荡电路开环仿真幅频图和相频图2, 在Multisim中拾建图8-1所示电路，并进行瞬态仿真，用示波器查看瞬态波形；用频谱 分析仪查看输出信号的频谱。仿真设置：Simulate Run注意观察振荡器的起振过程。读出示波器上
4、瞬态波形的周期和分析频谱分析仪上输出信号频 谱，获得振荡器的仿真振荡频率，填入表8-1。表8-1： RC相移振荡电路振荡频率计算值仿真值实测值振荡频率649.75Hz625.87 Hz505.05Hz（误差较大，原因未明）解：瞬态波形:f=1/T=1/1.635m=611.62Hz频谱:3. 如果需要将图8-1电路的振荡频率减小10倍或增加10倍，请重新设计电路参数，并将改动的参数列表8-2。（根据设计情况改变表格栏）表8-2： RC相移振荡电路振荡频率Four channel oscillosccpe-XClio mefDiv片| Scale; 5 WDiv_AEdge:MMV)!0f PO
5、S.DIV)： 0D0Level：0V改动元件改动前改动频率减小10倍C10nF100nFR1100 kQ150 kQR2300 kQ250 kQ（若只改动C值，波形失真，故改动R1、R2调整限幅电压，仿真出频率为59.04Hz）改动元件改动前改动频率增大10倍C10nF1nF（仿真出频率为6345.78Hz）将预习中设计的文氏电桥振荡器，输入Multisim。经过调试修改（可米用开环验证相位 和幅度的起振条件），采用Simulate -Run，查看瞬态仿真波形和频谱。将设计参数填 入表格8-3。将仿真获得的振荡频率填入表格8-4。将示波器上的瞬态波形和频谱分析仪 上的输出信号频谱截图于8-5
6、, 8-6。表8-3：文氏电桥振荡电路振荡频率C1 (uF)R1 (kQ)R2 (kQ)R3 (kQ)R4 (kQ)0.012010516.8表8-4：文氏电桥振荡电路振荡频率设计值仿真值实测值振荡频率800Hz768.76Hz696.72Hz（误差较大，原因未明）图8-5文氏电桥振荡器瞬态波形图二、硬件实验本实验采用PocketLab实验平台提供的直流+5V、-5V电源，示波器等工具。1 .电路连接首先根据图8-1在面包板上搭试电路，采用AD公司的集成运放模块OP37 （引脚定义参 照图8-7）。NC = NO CONNECT图8-7 OP37引脚定义2. 瞬态波形观测在电脑中打开Pocke
7、tLab的示波器界面，选择合适的时间和电压刻度，显示输出波形。 并在窗口中直接读出其振荡波形的峰峰值和振荡频率，填入表格8-1,比较计算值，仿 真值和测试值是否一致。将瞬态波形截图于8-8。3. 频谱测量在电脑中打开PocketLab的FFT分析界面，选择合适的频率范围，显示输出波形频谱。 并在窗口中直接读出其振荡频率。将频谱图截图于8-9。4.将设计好的文氏电桥振荡器采用以上RC相移振荡器的硬件实验步骤，在PocketLab 的相应测量工具上获得其振荡频率，填入表8-4。将测试得到的瞬态波形和频谱图 截图于 8-10, 8-11。实验思考：1.将图8-1所示电路中的C从10nF改为0.1nF
8、后，进行Multisim仿真，结果如何？请解释原因。解：Four channel oscilloscope-XSCl椰故源channel Bchannel Cchannel TimebaseTime7.219 ma7,236 ms1&495 usTriggerEdge:.11 毛ScelSr 10 us/Dft1却*T2-T1 AScale: 5 V/CHV.Y pD5.(DIV)r 0b区回回日c(3channel_A皑妍-4.255 V213.D53 UVSingleMormal Aubo None| A |bxtLevel:叵囱日Atfl刃可见Uhl;，.，约为改动之前的一百倍。波形出现
9、了一定的失真。I由计算公式 如 F，C减小了 100倍，故.增大100倍。波形失真是因为mUR，频率增大导致不等式不成立，波形失真。2.在思考1的基础上，将运放从OP37改为741后，再进行Multisim仿真，结果如何？请 解释原因。（提示：可采用开环分析方法查看此时的增益和相位，并思考变化的原因） 可改变哪些参数使该电路能够再次起振呢？解：运放从OP37改为741后，不再振荡。开环仿真：此时，满足相位起振条件的频率为25.3838kHz,对应的增益（dB）是负值，不满足振幅起振条件。因此考虑增大增益值，将R20由300 kQ改为1000 kQ。下图为修改后的瞬时仿真图，nSB f王TimeChanneLAChannel_BGhannel_cChanne1_DT2-T1Time baseScale: jX pOS,DIV： 有由日31顽7Scale： 2 V/DIvAEdge:EX pDS.Dr)i： 0D_ Level:DV|5ingle|NonmM| 土丽 griF ： E?*
