RC正弦波振荡电路

RC正弦波振荡电路

1. 技术指标

1.1 初始条件

直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具设计、组装、调试RC正弦波振荡电路电路，使其能产生幅度稳定的低频振荡。

1.2 技术要求

设计、组装、调试RC正弦波振荡电路电路，使其能产生幅度稳定的低频振荡

2. 设计方案及其比较

2.1 方案一

RC文氏电桥振荡器：电路结构：放大电路，选频网络，正反馈网络和稳幅环节四个部分。电路如图A所示：

图A RC文氏电桥振荡器原理图

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电路中噪声的电磁干扰就是信号来源，不过此频率信号非常微弱。这就要求振荡器在起振时做增幅振荡，既起振条件是|AF|>1。放大电路保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，本设计采用通用集成运放电路。

选频网络兼正反馈网络

RC串并联网络使电路产生单一的频率振荡，本设计要求产生500Hz的正弦波，采用RC串并联选频网络，中心频率f0=500 Hz，ω=1/RC,则f0=1/2πRC，故选取C=0.2uF,故R=1.6K另外还增加了R1和RF负反馈网络，合理的选择R1和RF可以保证环路增益大于一。

电压放大倍数A=1+(RF/R1), 因为产生振荡的最小电压放大倍数为3，所以RF>=2R1，通过仿真，我选择R1=5K,RF=20K的滑动电阻。

一开始波形失真很严重，当调到35%，就是大约7K时，出现失真很小的正弦波，测得周期为2.16ms，频率F=1000/2.16=463KH,误差较小，基本符合要求。仿真波形如下图B所示

图B RC文氏电桥振荡器仿真波形图

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作用是使输出信号的幅值稳定，本实验采用双向并联二极管作为稳幅电路。利用电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。

2.2 方案二

RC移相振荡器

电路结构电：由反向输入比例放大器，电压跟随器，和三节RC相移网络组成。电路如图C所示：

图C RC移相振荡器原理图

电路原理：放大电路的相移为-180度，利用电压跟随器的阻抗变换作用减小放大电路输入电阻R1对RC相移网络的影响。为了满足相位平衡条件，要求反馈网络的相移为-180度，由RC电路的频率响应可知。一节RC电路的最大相移不超过正负90度，两节也不超过正负180度，而RC高通电路的频率也很低，此时输出电压已接近零，也不能满足振荡电路的相移平衡条件。对于三节RC电路，相移接近正负270度，有可能在一特定频率下满足条件，然后选取合理的器件参数，满足起振条件和振幅平衡条件，电路就会产生振荡。

起振条件：由电路的起振条件|AF|>1，经过计算可得|A|=(R2/R1)>=29时，电路产生振荡。本实验取R2=30K,R1=3K。

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2.3 方案三

双T选频网络振荡电路：其原理图如图D所示

图D双T选频网络振荡电路原理图

电路的振荡频率为f=1/5RC,起振条件是R一撇小于0.5R，|A|>1。

2.4 方案比较

RC文氏电桥振荡器

输出幅度稳定；非线性失真小；易于起振；易于调节，一般用于低频电路。

RC移相振荡器

移相式振荡电路的主要优点是结构比较简单，经济方便。但波形较差，调节不便，不够稳定，一般用于固定频率，要求不高的场合。

双T选频网络振荡电路

调频比较困难，适合产生单一频率的电路。

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3. 实验方案

RC文氏电桥振荡器

电路结构：放大电路，选频网络，正反馈网络和稳幅环节四个部分。电路如图E

图E RC文氏电桥振荡器

放大电路

电路中噪声的电磁干扰就是信号来源，不过此频率信号非常微弱。这就要求振荡器在起振时做增幅振荡，既起振条件是AF>1。放大电路保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，本设计采用通用集成运放电路。

选频网络兼正反馈网络

本电路选频网络兼正反馈网络为RC串并联网络使电路产生单一的频率振荡，本设计要求产生482Hz的正弦波，采用RC串并联选频网络，中心频率f0=482 Hz，ω=1/RC,则f0=1/2πRC，故选取C=0.033uF,故R=10k另外还增加了R1和RV1负反馈网络，合理的选择R1和RF可以保证环路增益大于一。电压放大倍数A=1+(RF/R1),因为产生振荡的最小电压放大倍数为3，所以RF>=2R1，我选择R1=10K,RV1=50K的滑动电阻。

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稳幅环节

作用是使输出信号的幅值稳定，本实验采用双向并联二极管作为稳幅电路。利用电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。

4. 调试过程及结论

仿真和调试

一开始波形失真很严重，当调到35%，就是大约20K时，出现失真很小的正弦波，测得周期为2.14ms，频率f=1000/2.14=467.3Hz,误差较小，基本符合要求。仿真如图F所示

图F实验仿真图

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按照原理图，在面包板上连接好电路。如图G所示

图G实验连线图

然后插上正负15V电源，连接好地端，输出端接上示波器。先把滑动变阻器调到最大，然后慢慢调小。一开始的时候始终调节不出波形，后来经检查才发现有一个电阻接错地方，改正之后马上就出来波形了。最后调到20欧姆的时候出现失真较小的正弦波，此时频率为369HZ，波形如此H所示

图H实验波形图

设计结论

理论的频率为f0=1/2πRC,就算结果为480HZ,时间频率为369HZ,比理论值小。

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