正弦波发生器的设计

实验题目: 正弦波发生器的设计

实验时间：_2016年11月29号________

班级：___14物本2班____学号:_2014294222_____姓名：_梁国烈___

一、实验预习

1、实验目的

（1）学习用集成运放构成正弦波发生器。

(2) 学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

2、实验原理及内容（简明扼要，主要是实验接线图）

（一）设计原理与参考电路 1.电路工作原理

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，如图3-27所示。

R

3

2

-12V

4

+12V

6

7u 0

A

R b

R a

R

C

C

{

R 1

Rw

D 1D 2

图3-27 RC 桥式振荡电路

图中RC 选频网络形成正反馈电路，并由它决定振荡频率f O ，R a 和R b 形成负反馈回路，由它决定起振的幅值条件和调节波形的失真程度与稳幅控制，该电路的振荡频率

起振幅值条件

即

式中：R b =R w +R 1//r d

r d —为二极管的正向动态电阻。 2.参数确定与元件选择

设计如图3-27所示振荡电路，需要确定和选择的元件如下: （1）确定R 、C 值。

根据设计所要求的振荡频率f O，由式先确定RC之积，即

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人电阻R i和输出电阻R o的

影响,应使R满足下列关系式

R i»R»R o

一般R i约为几百千欧以上(如LM741型R i≥0.3MΩ),而R O仅为几百欧以下,初步选

定R之后,由式算出电容C值，然后，再复算R取值是否能满是振荡频率的要求。

若考虑到电容C的标称挡次较少,也可以先初选电容C，再算电阻R。

(2)确定R a和R b。

电阻R a和R b应由起振的幅值条件来确定。由式可知，R b≥2R a,通常取R b=(2.1-2.5)Ra,

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=R a∥R b

于是可导出

(3)确定稳幅电路及元件值。

常用的稳幅方法是利用A uf随输出电压振幅上升而下降(负反馈加强)的自动调节作用实现稳幅。为此R a可选用正温度系数的电阻(如钨丝灯泡),或R b选用负温度系数的电阻(如热敏电阻)。

在图3-27中，稳幅电路由两只正反向并联的二极管D1、D2和电阻R1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R1,这是一种最简单易行的稳幅电路。

在选取稳幅元件时，应注意以下几点:

①幅二极管D1、D2宜选用特性一致的硅管。

②并联电阻R1的取值不能过大(过大对削弱波形失真不利)，也不能过小(过小稳幅效果差)，实践证明,取R1≈r d时效果最佳,通常R1取(3-5)kΩ即可。

当R1选定之后,R w的阻值可由下式求得

--

(4)选择集成运算放大器。

振荡电路中使用的集成运算放大器除要求输入电阻高、输出电阻低外,最主要的是运算放大器的增益-带宽积G・BW应满足如下条件,即:

G・BW>3f o

若设计要求的振荡频率f O较低,则可选用任何型号的运算放大器(如通用型)。

(5)选择阻容元件。

选择阻容元件时,应注意选用稳定性较好的电阻和电容(特别是串并联回路的R、C),否则将影响频率的稳定性。此外,还应对RC串并联网络的元件进行选配,使电路中的电阻、电容分别相等。

（二）实验内容与步骤

实验参考电路如图3-27所示。

(1)根据已知条件和设计要求计算和确定元件参数,并在实验电路板上搭接电路,检查无误后接通电源,进行调试。

(2)调节反馈电阻R w,使电路起振且波形失真最小,并观察电阻R w的变化对输出波形u o的影响。

(3)测量和调节参数,改变振荡频率,将测量数据与理论值相比较，直至满足设计要求为止，将测得的数据记录在表3-26。

3、所用仪器设备

波形发生器电路设计实验所需仪器设备见表3-25。

表3-25 实验仪器设备

序号名称型号规格数量

1 模拟电路实验箱THM-3 1

2 双踪示波器V-252,20MH Z 1

3 交流毫伏表DF2170C 1

4 数字万用表VC9801A+ 1

4、预习思考题

（1）复习教材中RC正弦波振荡电路的工作原理。

（2）根据设计任务和已知条件设计图3-27所示RC桥式振荡电路，计算并选取参数。

（3）利用仿真软件仿真设计的RC桥式振荡电路。

二、实验原始记录（实验完成后必须要经过实验指导教师签名认可）

表3-26 正弦波发生器的数据记录

元件值实测值理论值相对误差R(kΩ) C(uF) T(ms) (H Z) (H Z)/)

三、实验报告

1、数据处理（数据表格、计算结果、误差、结果表达、曲线图等）

表3-26 正弦波发生器的数据记录

元件值实测值理论值相对误差R(kΩ) C(uF) T(ms) (H Z) (H Z) /)

47 0.01 2.9 344.83 338.80 0.01178

理论值：f0=1/(2πRc) =1/2*3.14*47*0.01=338.80Hz

相对误差：Δf0/ f0’=(344.83-338.80)/338.80=0.0178

2、结论

（1）根据设计要求和已知条件确定电路方案，计算并选取各元件参数。

3、讨论

(1)根据已知条件和设计要求计算和确定元件参数,并在实验电路板上搭接电路,检查无误后接通电源,进行调试。

(2)调节反馈电阻R w,使电路起振且波形失真最小,并观察电阻R w的变化对输出波形u o的影响。

2016年 11 月 29 日