实验六 RC桥式正弦波振荡器

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。

二、实验原理

RC桥式振荡器的实验电路如图1所示。

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网络的反馈系数表达式：

1

2

RC

j R C j R RC j R

C j R C j R C

j R Z Z Z V V F i F ωωωωωω++

++=++=+==1111//11//

212 ()()RC

j RC

j RC j RC RC j RC j RC j RC j RC j RC j R C j RC j RC

j R

ωωωωωωωωωωωωω++=+-+=++=++++=131

2111112

2

令RC

10=

ω，则上式为⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+=ωωωω0031j F

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）。

2

002

31

⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛-+=ωωωωF

3

arctg

0ω

ωωωφ--=︒F

图4 相频特性曲线

图3 幅频特性曲线

3

I I D1D1图5

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f o 为

RC

f o π21

=

当输入信号i

V 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

VF

A =1+31

≥R R f ，故1

R R f ≥2。为此，线路中设置电位器进行调节。 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22Q di dv r D D d =；而在Q 1

点,PN 结的等效动态电阻为1

1Q di dv r D D d =；显然，1d r >2d r ；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R p 调节负反馈量，将振荡器输出正弦波控

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。

2.要求f o＝1600Hz且取R＝10kΩ，计算电容C取多大值？

3.实验中怎样判断振荡电路满足了振荡条件？

4.影响振荡频率f0的主要因素是什么？

四、实验内容

1．参照图建立仿真电路，用示波器观察输出波形。注意在调整R P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R p，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V o。

3．测量振荡频率f o

（1）用示波器测取f o

用示波器内的光标测量功能读出T，计算获得f o。

为5.1kΩ电阻换成20kΩ电阻, 调节R W，观察稳幅效果；去掉两个二极管，4．把R

2

接回5.1kΩ电阻，再细调电位器R W，观察输出波形的稳幅情况。

五、实验总结

1．总结RC桥式振荡电路的振荡条件。

2. 根据改变负反馈电阻R p对输出波形的影响，说明负反馈在RC振荡电路中的作用。

4