RC正弦波振荡器设计实验

综合设计 正弦波振荡器的设计与测试

一．实验目的

1． 掌握运用Multisim 设计RC 振荡电路的设计方法 2． 掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理 3． 熟悉RC 正弦波振荡器的调试方法

4． 观察RC 参数对振荡器的影响，学习振荡器频率的测定方法 二．实验原理

在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，即电路中必须引入正反馈；二要有外加

的选频网络，用以确定振荡频率。正弦波振荡的平衡条件为：..

1AF = 起振条件为..

||1AF > 写成模与相角的形式：..

||1AF = 2A F n πψ+ψ=（n 为整数） 电路如图1所示：

1． 电路分析

RC 桥式振荡电路由RC 串并联选频网络和同相放大电路组成，图中RC 选频网络形成正反馈电路，

决定振荡频率0f 。1R 、f R 形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，1D 、2D 是稳幅元件。 该电路的振荡频率 ： 0f =RC

π21

① 起振幅值条件：311

≥+

=R R A f v ②

式中

d f r R R R //32+= ，d r 为二极管的正向动态电阻

2． 电路参数确定

（1） 根据设计所要求的振荡频率0f ，由式①先确定RC 之积，即 RC=

21

f π ③ 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻i R 和输出电阻o R 的影响，应使

R 满足下列关系式：i R >>R>>o R 一般i R 约为几百千欧以上，而o R 仅为几百欧以下，初步选定R 之后，由式③算出电容C 的值，然后再算出R 取值能否满足振荡频率的要求

（2） 确定1R 、f R ：电阻1R 、f R 由起振的幅值条件来确定，由式②可知f R ≥21R ， 通常

取f R =（2.1~2.5）1R ，这样既能保证起振，也不致产生严重的波形失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应满足直流平衡条件，即：

R=1R //f R

（3） 确定稳幅电路：通常的稳幅方法是利用v A 随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实

现稳幅。图1中稳幅电路由两只正反向并联的二极管1D 、2D 和电阻3R 并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻3R 。实验证明，取3R ≈d r 时，效果最佳。

三．实验任务

1．预习要求

（1） 复习RC 正弦波振荡电路的工作原理。 （2） 掌握RC 桥式振荡电路参数的确定方法 2． 设计任务

设计一个RC 正弦波振荡电路。其正弦波输出要求：

（1） 振荡频率：接近500Hz 或1kHz 左右，振幅稳定，波形对称，无明显非线性失真 （2）* 振荡频率：50Hz~1kHz 可调，其余同（1）

四．实验报告要求

1． 简述电路的工作原理和主要元件的作用 2． 电路参数的确定

3． 整理实验数据，并与理论值比较，分析误差产生的原因 4． 调试中所遇到的问题以及解决方法 五．思考题

1． 在RC 桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调整哪个参数？若输出波形失真应如何调整？

2． 简述图-1中21D D 和的稳幅过程。 六．仪器与器件

仪器： 同实验2 单管

器件： 集成运算放大器μA741 二极管 1N4001 电阻 瓷片电容 若干

举例说明：实验内容 1.连接选频网络测量RC串并联选频电路的幅频特性和相频特性,

R2 33k R3

1k

C1

0.01uF

C2

0.1uF

C3

0.01uF

C4

0.1uF

R5

33k

R6

1k

5

4

XFG1

XBP1

IN OUT

XSC1

A B

Ext Trig

+

+

_

_+_

7 1

V: -40.4 mV

V(峰-峰): 667 mV

V(有效值): 236 mV

V(直流): 3.66 uV

I:

I(峰-峰):

I(有效值):

I(直流):

频率: 1.56 kHz V: -108 mV

V(峰-峰): 2.00 V

V(有效值): 707 mV

V(直流): 12.1 uV

I:

I(峰-峰):

I(有效值):

I(直流):

频率: 1.56 kHz

反馈系数：

.

.

.

1

//

1

111

//3()

f

o

R

U j C

F

U R R RC

j C j C RC

ω

ω

ωωω

===

+++-

令

1

o

RC

ω=，则

1

2

o f RC

π

=代入上式，得出：

.1

3()o

o

F

f f

j

f f

=

+-

幅频特性为：

.

2

2

||

()

3

F

f fo

fo f

=

+-

相频特性为：

1

arctan()

3

o

F

o

f f

f f

ψ=--

当

1

2

o

f f

RC

π

==时，

.1

3

F=，即

..

1

||||

3

f o

U U

=，0o

F

ψ=。

6

11

2210000.110

o f RC

ππ-

==

⨯⨯⨯

=1.59155kHz