厦门大学模电实验九

实验九 集成运算放大器组成的 RC 文氏电桥振荡器
一、实验目的
1、 掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件； 2、 了解文氏电桥振荡器的工作原理及起振的条件和稳幅原理。
二、实验原理
1、 产生自激振荡的条件： （1） 振幅平衡条件：反馈信号的振幅应该等于输入信号的振幅，即 VF = Vi 或 |AF| = 1 （2） 相位平衡条件：反馈信号与输入信号同相位，其相位差应为： Ф = ФA + ФF = ±2nπ （n = 0、1、2……） 2、 RC 串-并联网络的选频特性： RC 串-并联网络如图 2(a)所示，其电压传输系数为：
四、实验内容
1、电路分析及参数计算： 分析图 6 电路中，运算放大器和 RF1， RF2 及 Rw 构成同相放大器，调整 Rw 即可调整放大器的增益； RC 串——并联网络构成选频网络；选频网络的输出端经 R2、 R3 构成分压电路分压送运算放大器的同相端，构成正反馈， D1,D2 为稳伏二极管。 在不接稳伏二极管时，在谐振频率点，正反馈系数为： F(+)=VF(+)/Vo=R2/3（R2+R3） 而反馈系数为：F(-)=Rw(RF1+RF2+Rw) （1） 为保证电路能稳定振荡，则要求：F(+)=F(-),由此，根 据 电 路 参 数 ， 计 算 Rw 的 理 论 值 ； Rw=0.607 Vp-p=20.5V （2） 同相放大器的电压增益 AVF= 33.11 ； （3） 电路的振荡频率 fo= 1.6076KHz ； 2、振荡器参数测试： （1）按图 6 搭接电路， （CD1,CD2 不接，K 拨向 1）经检查无误 后，接通+12V 电源； （2） 调节 Rw， 用示波器观察输出波形， 在输出为最佳正弦波， 测量输出电压 Vp-p； Vp-p=20.7V （3）测量 Rw 值； Rw=620Ω （4）用李萨茹波形测量振荡频率； 李萨茹波形测量信号频率方法：将示波器 CH1 接振荡器输出，CH2 接信号发生器正弦波 输出，令示波器工作在“外扫描 X-Y”方式；当调节信号发生器频率时，若信号发生器频率 与振荡器频率相同时，示波器将出现一椭圆；通过此方法可测量未知信号频率。
五、数据处理和误差分析
A 的误差： （33.6-33）/33=0.9% F（+）的误差： （0.0307-0.0303）/0.0303=1.3% AF（+）的误差： （1.02-1）/1=0.02% 误差来源： （1）电阻不精确，电容容值不精确，造成 RC 文氏电桥振荡器震荡特性不好； （2） 运放不是理想运放。
R2 VF ( ) 1 1 jwR 2c 2 F（+） = 1 R 2 R1 c 2 1 VO R1 (1 ) j ( wc 2 R1 ) jwc1 jwR 2c 2 R2 c1 wc1R 2
当 R1= R2= R， C1= C2= C 时，则上式为：
F ( )
0.0354
测量计算值 A=Vo/Vi 33.6 34.1 33.0 33 F(+)=VF/VO 0.0306 0.0307 0.0308 0.0303 AF(+) 1.02 1.04 1.02 1
4.观察自动振幅电路作用： 在图 6 基础上，接入稳伏二极管 D1,D2，调节点位置 Rw，观察输出波形的变化情况。测量输 出正弦波电压 Vp-p 的变化范围。 Vp-pmax=20.5V Vp-pmin=3.58V
六、实验小结
通过本次实验， 我学习了由运放组成的 RC 文氏电桥振荡器电路， 了解了如何用李萨如图 形法来测量震荡频率，同时也通过亲手实验，验证了振荡器的振幅平衡条件。 实验中，一 开始怎么也调，也出不来 x-y 的椭圆图形，后来发现是没有把耦合方式改过来，这次吸取教 训吧。总体上，实验还是有点难度的，不过这样也比较有挑战性。
1 3 j (wRc 1 ) wRc
1 2 RC
若令上式虚部为零,即得到谐振频率 fo 为： fo=
当 f= fo 时，传输系数最大，相移为 0；幅频特性相频特性如图 2（b） （c）
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3、 自动稳幅： 由 运 算 放 大 器 组 成 的 RC 文 氏 电 桥 振 荡 器 原 理 图 如 图 3 所 示 ， 负 反 馈 系 数 为 ：
3、振幅平衡条件的验证： 在振荡器电路中，调节 Rw，使输出波形为正弦波时，保持 Rw 不变，将开关 K 拨向 2 位 置，则，即输入正弦信号（频率为振荡频率，峰-峰值 Vip-p=100mV）则电路变为同相放大 器，用毫伏表测量 Vi、Vo、VA、VF，填入表 1； 将电路恢复为振荡器（开关 K 拨向 1 位置） ，调节 Rw，使输出波形略微失真，再将开关拨向 位置 2，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量 Vi、Vo、VA、VF，填入表 1； 将电路恢复为振荡器（开关 K 拨向 1 位置） ，调节 Rw，使输出波形停振，再将开关拨向 2 位 置，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量 Vi、Vo、VA、VF，填入表 1； 表 1：振幅平衡条件验证： 工作状态 Virms(mV) 良好正弦波 略微失真 停振 良好正弦波 时理论值 100 100 100 100 测量值 Vo(V) 1.1885 1.2058 1.1672 1.168 VA(V) 0.3980 0.4040 0.3908 0.0.389 VF(V) 0.0364 0.0370 0.0359
F(-)=
1 R1 RF RF VF ( ) R1 1 。因此，改变 ，在深度负反馈情况下： AF Vo R1 RF F () R1 R1
RF 或者 R1 就可以改变放大器的电压增益。
三、实验仪器
1、 示波器 2、函数信号发生器 3、直流稳压电源 4、数字万用表 5、多功能电路实验箱 6、交流毫伏表 1台 1台 1台 1台 1台 1台