15正弦波振荡电路设计

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有源滤波器-回顾
正弦波振荡电路，要求有正反馈 之前做过的实验中，有正反馈的是 ... ? 低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器都可以构成正弦波振荡吗？
= A v
R1 C1 R2 C2 Ra
A0 f 2 f [1 − ( ) ] + j (3 − A0 ) f0 f0
vi
+ A Rf
R3=10kΩ， R2=22kΩ， 但无 D1 D2时
R3= ∞、 R2= 0kΩ时
R3= ∞、 R2=22kΩ时
R3=10kΩ、 R2=22kΩ时
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参考电路调试
10kΩ 22kΩ
问题： 1、如果电路不输出正弦波，怎么办？ 2、若电路不起振，应如何调整电路参数？ 3、若波形有失真，应如何调整电路参数？
专用波形发生芯片实现方案：例如用Maxim公司的MAX038或Intersil公司的
ICL8038输出三角波、方波、正弦波信号，或用Micro Linear公司的ML2035输出正弦 波信号。
模拟电路的实现方案：是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的
所有功能。本实验的信号发生电路，将采用全模拟电路的实现方案。
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实验任务




（4）用示波器观测电路输出电压波形。绘制 输出电压波形图，记录其幅度，周期。 （5）测定运算放大器放大电路的闭环电压放 大倍数Avf。 （6）测定RC正弦波振荡电路的放大器增益改 变对振荡波形的影响。 选做（7）其他类型振荡电路上述实验步骤调 试记录。 选做（8）非正弦波发生电路设计调试。
采用 稳压管稳幅方案。
Dz：±（6.2V+0.7V）
R3= 5.1kΩ、 R2=22kΩ时， 不起振。
？
R3= ∞、 R2= 0kΩ时 R3= ∞、 R2=22kΩ时 R3=10kΩ、 R2=22kΩ时
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测试稳压二极管（1N4735）
右图所示电路稳压二极管测试电路。
选择合适的电源 VCC 和 电阻 R ，测量输出 VZ 。 （VCC 应大于稳压值，R 一般选择 kΩ以使电流为 mA 级） （不同的稳压管，参数会有区别，具体的要看数据手册）
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二极管稳幅方案
右下图所示用二极管实现自动稳幅的 RC 桥式正弦波振荡电路。 二极管的非线性：实现稳幅并有利于稳幅，但易引起失真； R3 ：减少失真，但不利于稳幅。 若振荡幅度增加，二极管 工作点由 AB 移至 CD ； 对应的二极管等效电阻 RD 下降；所以，增益 ...
讨论：保持电路的振荡频率不变，要 求输出正弦电压峰峰值约为 26Vpp， 如何调整电阻值？

R3的取值需兼顾稳幅作用和波形失真，可通过实验来调整。 运放选择：A · fBW ＞3fo——LM358单位增益带宽积 0.7M （数据手册） 器件选择时，先确定电容，然后再确定电阻。（当f0 = 10 ~ 10kHz 时， 电容约为1 ~ 0.001μF）（电阻一般为k ~M 数量级）
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ϕ AF = ϕ A + ϕ F = ±2n π
稳定的正弦波振荡还应该具备： （1）选频网络：用于产生单一频率的正弦波； （2）稳幅环节：用于产生稳定幅度（环路增益自动为 1）的正弦波。
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采用 二极管稳幅方案
RC 桥式正弦波振荡器
设计RC 桥式正弦波振荡器。 1 电路的振荡频率为： f 0 = 2πRC
15kΩ
电路调试：

调整反馈电阻Rf ，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，说明负反馈太强，应适当增 大Rf 。如波形失真严重，则应适当减小Rf 。 R3的取值需兼顾稳幅作用和波形失真，可通过实验来调整。 改变选频网络的R或C，即可调节振荡频率。一般采用改变C作频率量程的切换，改变R作频 率量程内的细调。 若要改变正弦波输出幅度，可将R1或R2用电位器替换，调节电位器阻值可改变输出正弦波的 幅度，频率保持不变。
电路在起振时须满足：R
f
R1 > 2
R1 = 2
Rf = R2 + ( R3∥Rd )，Rd为二极管正向导通时的等效电阻。 当电路达到稳定振荡时，其幅度平衡条件为： R f
采用 二极管稳幅方案。
常见的RC 正弦波振荡电路有 RC 移相式振荡电路、 RC 双T选频网络振荡电路 及 RC 桥式振荡电路等。 RC 桥式正弦波振荡电路由德国物理学家Max·Wien所发明，故又称为“文氏电 桥振荡电路”。 RC 桥式正弦波振荡电路 通常由 选频、反馈、放大和稳幅 四个环节组成。
正弦波振荡电路设计 参见《电子技术基础实验教程》P309
电工电子实验中心 傅晓程
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实验目的
1、了解用集成运算放大器构成简单的正弦波的方法。 2、掌握 RC 桥式正弦波振荡器的设计、仿真与调试方法。 3、理解正弦波振荡电路的起振条件、稳幅特性。 4、了解其它类型正弦波振荡电路。
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实验箱
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实验任务


（1）根据所设计的电路参数，搭建该电路； 按起振条件调整电路，使其产生稳定的振荡输 出。 （2）在输出幅度最大，且不失真条件下，测 出振荡频率fo和输出电压幅度Vom，并与设计值 相比较。 （3）在输出不失真条件下，分别测出二极管 接入与断开两种情况下的输出电压Vo，反馈电 压Vf＋和Vf－的幅值，从中分析和研究RC正弦波 振荡电路的起振条件与稳幅特性。
vo 调整电路参数，此电路会有很强的正反馈效 果（产生自激）
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采用 稳压管稳幅方案
10kΩ 22kΩ Dz
RC 桥式正弦波振荡器
15kΩ
设计RC 桥式正弦波振荡器。 1 电路的振荡频率为： f 0 = 2πRC
电路在起振时须满足：R
f
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R1 > 2
R1 = 2
Rf = R2 + ( R3∥Rd )，Rd为二极管正向导通时的等效电阻。 当电路达到稳定振荡时，其幅度平衡条件为： R f
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实验报告
1、参见实验教程 2、思考题 （1）RC正弦波振荡器电路中哪些参数与振荡频率有关？ （2）在可调节输出幅度的正弦波发生电路中，可通过调节电位 器使输出电压Vo从无到有，从正弦波直至削顶变化，请说明出 现这三种情况的原因和条件。 （3）如何作出RC串并联网络的幅频特性曲线。 （4）总结改变负反馈深度对振荡器起振的幅值条件及输出波形 的影响。

参考图片
10kΩ 22kΩ
RC 桥式正弦波振荡器
15kΩ
设计RC 桥式正弦波振荡器。 1 电路的振荡频率为： f 0 = 2πRC
电路在起振时须满足：R
f
R1 > 2
R1 = 2
Rf = R2 + ( R3∥Rd )，Rd为二极管正向导通时的等效电阻。 当电路达到稳定振荡时，其幅度平衡条件为： R f R3= 5.1kΩ、R2=22kΩ时，不起振。
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下次实验考试
请把这个学期的实验报告电子文档上传！ 请写一个运放的总结（可配合个人）电子文档上传！ 1、闭卷；考试时间下午1:15~3:15 2、考试内容填空、简答题、设计操作题（涵括这个学 期所以实验内容） 3、请提前进入实验，检查： （1）所需导线是否连通； （2）仪器是否正常； （3）其他？ 4、请带计算器
= 1 + R3 // RD + R2 A v R1
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桥式正弦波振荡电路的设计
设计一个振荡频率为fo=1.54kHz的桥式正弦波振荡电路。
选R=10kΩ，C= 0.01μF；Rf =2.1 R1 。这样既能保证起振，又不至于引起严 重的波形失真。此外，为了减小运放输入失调电流及其温漂的影响，还应尽 量满足R=R1//Rf， 即： R=(2.1/3.1) R1； R1 =(3.1/2.1) R≈15 kΩ 起振时vo很小，D1、D2截止， 根据Rf=R2+(R3∥Rd) =R2+R3， 取R3=10kΩ， 得R2= Rf –R3=21.5kΩ ≈22 kΩ。
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信号发生电路的特性与指标:
波形指标
方波（矩形波）的上升、下降时间：
三角波的线性度：
δ
Vom
正弦波的谐波失真度：
γ=
∑V
i =2
N
2
i
V1
（V1为基波有效值，Vi 为各次谐波有效值）
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振荡首要条件
线性放大电路：器件工作在线性放大区（通频带内），负反馈； 正弦波振荡电路：器件工作在线性放大区（通频带内），正反馈。 首要条件 正弦波振荡：无输入时，即能产生稳定（幅度、频率）的正弦波输出。
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信号发生电路的 实现方案
数字电路的实现方案：例如通过DDS（直接数字合成）技术将高性能DDS器件、
MCU（微处理器）或FPGA（现场可编程门阵列）芯片中以数字形式存储的波形数据 经DAC转换成模拟信号波形。
模数混合的实现方案：一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改
变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或 数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。
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稳定条件： | AF |= 1
产生正弦波振荡的条件
ϕ AF = ϕ A + ϕ F = ±2n π
为能在无输入信号时也能振荡起来，应使电路的初始环路增益大于 1 ； 利用开启电源时的噪声，使净输入信号（反馈信号）不断增大 ； 最终产生振荡。
起振条件： | AF |> 1