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1、RC 正弦波振荡电路一、实验目的(1)学习运算放大器在对信号处理、变换和产生等方面的应用,为综合应用奠 定基础。(2)熟悉 RC 有源滤波器的设计方法。(3)掌握滤波器上、下频率的测试方法,了解滤波器在实际的应用。二、实验原理振荡电路的振荡频率 f 由相位平衡条件(正反馈的电压与输出电压同相位)0决定。一个正弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件,这个频率就是 f0 这就要求在环路中包含一个具有选频特性的网络,简称选频网络。它可以用 R, C 元件组成,也可用 L,C 元件组成。用 R ,C 元件组成的选频网络的振荡电路 称为 RC 振荡电路,又称文氏电桥振荡电路,一般用来产生 1Hz1M
2、Hz 范围内的 低频信号;而用 L,C 元件组成的选频网络的振荡电路称为 LC 振荡电路,一般 用来产生1MHz以上的高频信号。当放大电路中引入正反馈时,性能就不稳定,会产生自激,从而产生持续的 振荡,由直流电变为交流电。欲使振荡电路能自行建立振荡,就必须满足自身产 生振荡的振幅条件和相位条件。这样,在接通电源后,由于电路中存在噪声,它 的频谱分布很广,其中也包括 f 这样一个频率成分。这种微弱的信号,经过放大, 0 通过正反馈的选频网络,使输出幅度越来越大,振荡电路自行起振,或者说自激, 最后受电路中非线性元件的限制,使振荡幅度自动稳定,趋于稳态平衡,此时A 3 。vRC桥式振荡电路由两部分
3、组成,即放大电路和选频网络,如图。图中,R ,3R,R构成负反馈支路,调节电位器R可以改变负反馈的深度,以满足振荡的4 p p振幅条件和改善波形。 R , R , C , C 组成的串、并联电路构成正反馈支路并1212兼作选频网络。两个方向并联二极管D,D是利用正向电阻的非线性特性实现12稳幅的。要求D,D采用硅管(温度稳定性好),且特性匹配,这样才能保证输12出波形正、负半周对称。 R 的接入是为了消除二极管非线性的影响,以改善波形4失真。若图中,R = R = R , C = C = C,则电路的振荡频率为 f =121202兀 RC改变选频网络的参数R或C,即可调节振荡频率。一般采用改变
4、电容C作 频率量程切换,而调节R作量程内的频率细调。为使电路起振,要求放大器的电压放大倍数人卩满足R + RA = 1 + p4 3 n R + R 2 RVRp 433三、实验内容及步骤(1)仿真分析:在Multisim 13电路窗口创建如图电路。调整反馈电阻R,使电路起振,且 p波形失真最小。如不能起振,则说明负反馈太强,应适当加大R的阻值;如波形 p失真严重,则应适当减小R的阻值。改变选频网络的参数C或R,即可调节振 p荡频率。单击仿真开关,进行仿真分析,此时示波器 XSC1 通道 A 显示的曲线显示 RC 正弦波振荡器的输出波形。(2)实验室操作:1. 按图连接好电路,检查无误后,接通
5、土 12V直流电源。2. 用示波器观测有无正弦波输出。3. 调节可变电阻R,使输出波形从无到有直至失真,绘制输出波形v,记录临界p0起振、正弦波输出及出现失真情况下的R值。p4调节可变电阻R,分别测量以上三种情况下,输出电压v和反馈电压v的值 p0f并将结果记录,分析负反馈强弱对起振条件和输出波形的影响。5. 测量当 R = R = 10kQ,C = C = 0.01卩F 和 R = R = 10kQ,C = C = 0.02卩F 两1 2 1 2 1 2 1 2种情况下(输出波形最大不失真),输出波形v的幅值和频率,记录并与理论值 0相比较。6. 断开二极管D,D,重复步骤3的内容,并将结果
6、与步骤3的结果进行比较。12四、实验设备(1)双路直流稳压电源一台( 2)示波器一台。(3)万用表一块。(4)集成运算放大器( A741 )一片(5)二极管两个。(6)电容两个。(7)电阻五个。Ed1BH6ZU1siknc.10H6ZR4VVl fi war10kG 66 %Wt五、实验数据及结果分析RC 正弦波振荡电路仿真图:AS一i调节滑动变阻器至 66%时开始有波形,波形如下:| -VA-1 ;DQliiF IDkOKey=A振幅最大且不失真,如下图:临界失真:示法器XCC1XjOJ O.OCO U.ULU V O.OCOvT1*T2+T2-T1DfM 0 030 c LI LUU S 0 COO s反叵I保右外触岌吋基标度: 讦站位攥(晤):pVT| 添加 B/A A/B通道目、轴位核(格:n 交流|帀龍疵Y轴位榕格十22交適|EF|龍弼口 O触丈边沿:水平:wirrnir-实测效果】起振振幅最大且不失真临界失真可变电阻Rp/kQ6.69.49.5反馈电压vfp/V41.3683.6572.701输出电压vop/V124.10610.976.105仿真值输出电压vop/V频率f/HzCl=C2=0.01uF10.971577Cl=C2=0.02uF10.98792