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RC桥式振荡.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.14M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    实验六 RC 桥式正弦波振荡器 一、实验目的 1．研究 RC 桥式振荡器中 RC 串、并联网络的选频特性。 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。 R2 5.1kΩ RP 100kΩ － ＋ C C R 10kΩ vo R1 5.1kΩ R 10kΩ 图(a) RC 桥式振荡器基本原理 1
    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 R RCj   1  R RCj  网络的反馈系数表达式：  VF   F  V i  Z 2  Z 2 Z 1  R  1 Cj  // R  R // 1 Cj   R  1 Cj  1  1 Cj  2
    R RCj   1  1  RCj  Cj    R RCj  1  RCj   RCj RC   21    1  RCj   2 RCj   RCj  2   RCj   3  1 1 RCj   RCj  令 0  1 RC ，则上式为 F  1   0   0        3  j 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）。 F  1   0    2   0     23    F arctg   0   0  3 F 1/3 iV + - φF 90 图 2 ω0 1Z + FV 2Z - ω ω0 -90 ω 图 3 幅频特性曲线 图 4 相频特性曲线 由特性曲线图可知，当ω＝ω0 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＝ω0＝1/RC 为 振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率 fo 为 3
    1 f o 2 RC  当输入信号 iV 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 VFA =1+ R f R 1  3 ，故 R f  2。为此，线路中设置电位器进行调节。 1R 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 2 点， PN 结的等效动态电阻为 r d  2 D dv Qdi D ；而在 Q 1 2 iD 点,PN 结的等效动态电阻为 r d  1 D dv Qdi 1 D ；显然， 1dr > 2dr ；也就是说，当振荡器的输出电压幅度增 大时，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 ID2 ID1 Q2 VD2 Q1 VD1 图 5 vD 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。 4
    2. 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 = 1 5 fo 时，vf 与 vi 相位差 F 的值。 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 Vo。 3．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 fo。 （2）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 显示器上显示被测信 5
    号的频率 f0。 4．把 R 2 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， 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；vF 滞后，则φF 为负。将测试结果填入表 1。 表 1 f0 （Hz）  （f=f0 时） F （f= F 1 5 f0 时） F （f=5f0 时） 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 F  V F V i 计算 F ，结果记入表 2 表 2 f （Hz） Vi（Hz） VF（Hz） F F （实际测量） （理论估算） f=f0 时 f= 1 f0 时 5 f=5f0 时 五、实验总结 1．总结 RC 桥式振荡电路的振荡条件。 6
    2．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。 7
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