正弦波振荡电路设计课程设计

课程设计任务书
学生姓名：陈翠芸专业班级：光信科1001
指导老师：刘辛工作单位：武汉理工大学理学院
题目：正弦波振荡电路设计
初始条件：直流可调稳压电源一台、示波器一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、技术要求：
设计一个正弦波振荡电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于±5%，电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。

2、主要任务：
（一）设计方案
（1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；
（2）以模拟器件电路为主，设计一个正弦波振荡电路（实现方案）；
（3）依据设计方案，进行预答辩；
（二）实现方案
（4）根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；
（5）查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；
（6）在面包板上组装电路；
（7）自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；
（8）撰写设计说明书，进行答辩。

3、撰写课程设计说明书：
封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期
任务书
目录（自动生成）
正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；
4、调试过程及结论；
5、心得体会；
6、参考文献
成绩评定表
时间安排：
课程设计时间：17周－18周
17周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；
18周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。

指导教师签名：年月日
系主任（或负责老师）签名：年月日
目录
1 技术指标 (3)
2 设计方案及其比较 (3)
2.1 方案一 (3)
2.2 方案二 (4)
2.3 方案三 (5)
2.4 方案比较 (5)
3 实现方案 (5)
4 调试过程及结论 (7)
5 心得体会 (9)
6. 参考文献 (11)
正弦波振荡电路设计
1 技术指标
设计一个正弦波振荡电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于±5%，电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。

2 设计方案及其比较
通过查阅资料可以知道所谓的正弦波振荡电路是指一个没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输出信号的电路。

正弦波电路由放大电路，正反馈电路和选频网络组成。

正弦波振荡电路的实质是放大器引正反馈的结果。

正弦波振荡电路主要有RC振荡电路，LC振荡电路和石英晶体振荡电路。

本次试验中我主要设计的方案是RC正弦波振荡电路。

RC正弦波振荡电路是由电阻R和电容C元件作为选频和正反馈网络的振荡器，RC作为选频网络的正弦波振荡器有桥式振荡电路，双T 网络和相移式振荡电路。

根据桥式振荡电路和相移式振荡电路的工作原理，我设计了如下三个方案。

2.1 方案一
COMPI
R1
10k R210k
R3
10k R510k
R410k C1
1nF C2
1nF D1
DIODE
D2
DIODE
图一 文式桥式振荡电路 本方案主要采用一个文式桥式振荡电路作为正反馈，一个由两个二极管反相并联组成的稳幅电路作为负反馈。

其中当ｗ=ｗ0=1／RC 时，RC 选频网络的相移为零，这样，RC 串并联选频网络送到运算放大器同向输入端的信号电压与输出电压同相。

满足相位平衡条件有可能发生震荡。

2.2 方案二 U1COMPI
U2
COMPI C1C2C3
R1R2R3
R4
R5
图二 RC 相移式电路
这是一个RC 相移式电路，正弦波信号发生器由反相输入比例放大器，电压跟随器和三节RC 相移网络构成。

对于三节RC 电路，其最大相移可以接近于二百七十度。

有可能在某一特定的频率下使其相移为一百八十度，满足相位平衡条件，合理的选取元件及元件参数，满足产生振荡条件和幅度平衡条件的电路就会产生振荡。

2.3 方案三
U1
COMPI
R1
R2
R3R4
C1C2
图三 RC 文式桥正弦波振荡电路
这是一个RC 文式桥正弦波振荡电路。

振荡原理与方案一相似。

2.４ 方案比较
主要来比较一下方案一和方案二，两种方案都1 ~ 1MHz 的低频信号。

方案一采用的是RC 文式桥正弦波振荡电路，它主要由一个文式桥振荡电路和一个由两个反向并联的二极管组成的稳幅电路组成。

方案二采用的是一个反相比例输入放大器和电压跟随器以及三节RC 相移网络组成的RC 相移式电路。

振荡和稳幅公用一条线路。

RC 文式桥电路的特点有输出幅度稳定，非线性失真比较小，频率变化易调节，输出波形比较好，但是线路相对复杂。

相移式电路的线路相对简单，但是频率不易调节，输出波形也不够稳定。

因此在最终的实现方案中还是选择了RC 文式桥振荡电路。

３ 实现方案
最终的实现方案采用的是RC 文式桥正弦波振荡电路，电路图如下：
U1
COMPI R1R2R3
10k
R4C1
C2
1nF D1
DIODE D2DIODE
50%
RV1
图四 实现方案
由图可见这个电路由R １和C １组成的振荡电路以及Ｄ１和Ｄ２反相并联组成的稳幅电路构成。

振荡电路的作用是使反馈网络形成正反馈，产生振荡。

稳幅电路的作用是利用了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性，加入非线性环节，从而使输出电压稳定，此时闭环电压增益为 A F =1+（R ２+RV 1）∕ R ４，通过计算可得A F 约为3；当输出电压信号较小时，二极管的工作电流较小，电路的增益较大，引起增幅振荡过程。

当输出幅度达到一定程度，二极管工作电流大，动态电阻小，电路的增益下降，电路的输出电压幅值不再上升，电路为等幅度振荡，最后达到稳定幅度的目的。

由此可见，通过一个振荡电路及稳幅电路，这个电路图的实现是可能的。

RV 1的作用是调节输出波形，使输出波形无非线性失真。

通过计算及联合所得到的元件的阻止或者电容大小等，我们最终采用的电容大小均为０.０３３ｕＦ， R １和 R ４均为１０ＫΩ，R ２为２０ＫΩ，Ｒ３为１５ＫΩ，测量RV 1可以知道它所能达到的最大的阻值是５０ＫΩ.
以下是测试电路的布线图
图五布线图
４调试过程及结论
我们是在三十号早上进行调试的，在此之前，我们通过计算和联系手中的元件，确定了各个部分元件值的大小，并且已经连好了线路，通过多番检查，可以确定线路无误。

调试的那天由于我们去的不算早，而电流源和示波器都有限，所以刚到的时候我们没有电源和示波器可用。

最后采用的办法是与别人共用一个电流源进行调试。

但是两个或者多个电路并联在一个电流源上是不被允许的，估计也会对电路的调试结果造成一定的影响。

在最后的时候我们使用的还是独立的一台直流电流源和一台示波器。

刚开始调试的时候毫无进展，示波器始终都无法显示出波形，最后检查发现我们的集成块接反了，幸好由于负端没有连上，并没有使得正负极都接反，所以集成块没有损坏。

正确连接集成块以后，示波器出现不稳定的小波形，但是调节滑动变阻器波形不改变，且形状与我们预计所应该得到的
波形不同，幅度与频率都过小，通过观察知道，这个波形并不是电路的输出正弦波，而是
干扰波，也就是说我们是试验还未成功。

我们再次检查了线路，发现线路并没有问题，利用万用表来测量电阻和电容及导线，发现这些也并没有损坏，由此我们怀疑是否是面包板存在问题，所以我们决定改变位置重新连一次线路。

这次连线力求简单明了，少用线，以防止接触不良等问题给我们的测试造成阻碍的可能性，最终的连线图即如上面的布线图所示。

检查线路无误以后重新开始试验，发现，波形仍然不能出现，或者出现的是空气中的干扰波。

这时候指导试验的学长提出一个问题，即面包板横着的一排有可能是不导通的，即我们用于接地的一排可能并不等电位。

我们利用万用表测电阻的部分去测试，即若是两点间导通则电阻为零，不导通则电阻无穷大来判定两点间是否是等电位的。

通过测试，果然发现接地端并不等电位，我们于是用导线将不导通的地方连接起来。

同时，学长指出我们的集成块的负端没有连接到接地端。

出现这样的错误令我们都觉得很懊恼。

改正了以上所提到的两个问题以后，我们再次进行测试。

通过不断的调节，最终我们得到了比较理想的波形（如下所示），波形不失真，频率大约为４５０ＨＺ，而通过计算可以知道理论上得到的输出波应该大致为４８３ＨＺ，由此可见试验结果大致符合理论，而误差产生的原因是因为元件误差，如电阻阻值和标明或者是测试的不完全符合，导线存在着电阻，元器件之间接触不良。

导线和面包板之间接触不良。

直流电源输出不稳定，也不一定就是12V，这些问题都有可能出现，也使得正弦波并不一定没有失真。

但是最终的调试结果是我们得到的最好的结果，由下图也可以看出还算比较完美，所以在老师检查以后我们最终确定试验成功。

图六波形图
５心得体会
这一次试验可以说是我们第一次做课程设计，从选题到预答辩到完成分组，连接线路，调试和写报告，时间并不完全是充分的，但是完成各个环节的任务还是绰绰有余。

选题的时候我们认为这个题目比较有意义，并且大概符合我们的能力，所以就选择了它。

这个课题任课老师在上课的时候并没有仔细完全的讲解过，要想理解这部分的内容，我们必须通过自己的努力再次好好的去看课本资料。

预答辩之前要自己设计方案，当时并没有对于老师的“越多越好”做出更多的理解，并且由于选题的时候我们得到的题目是RC正弦波振荡电路，所以在自行设计实验方案的时候，我就局限在了RC正弦波振荡电路中进行设计，仅仅只做了桥式振荡电路和相移式振荡电路两种形式的电路。

直到预答辩的时候才发现了这一问题。

但是已经来不及去寻找设计其余的电路了。

我选择的电路都是比较具有代表性的电路。

重点还是放在了理解它的实现原理上了。

所幸的是最后得到的试验方案也是RC
正弦波振荡电路，并没有使我措手不及。

拿到电路图以后我们就可是兴致勃勃的连电路，
但是是第一次使用面包板，我对于它的实现原理并不了解，所以得到的电路虽然简单却还是下不了手，只能在了解了面包板的工作原理以后才开始连电路。

我们总结出连电路的要点是：第一点，尽量使线路最简单，因为面包板经过多次使用可能有一些问题，导线也会因为各种原因出现问题或者是使电路出现问题，所以要使线路尽量简单，减少这些问题出现的可能性。

第二点，导线剥出来连接面包板的部分应该稍稍长一点，这样才能使面包板和导线之间接触良好。

第三点，导线或者说是线路要尽量避免交叠，因为交叠的部分会对输出波形产生干扰，影响实验。

第四点，线路的各部分应该要比较明显易判断，这样在之后的实验中如果出现问题的话可以比较容易的检查出来，不至于浪费时间。

连接好线路以后当然要注意检查，因为只有在确定线路无误之后，如果出现问题我们才能大胆的去假设。

在调试过程中我们也出现了很多问题，直到调试快要结束的时候才调出了波形，由此可见，虽然电路简单，原理也不会很难理解，但是真正在操作的时候还会有很多问题出现，我们所要做的是尽量减少这些问题出现的可能性，尽量避免某些可能出现的问题的出现。

试验过程中一旦出现了问题，很容易让人心烦气躁，所以耐心仔细的去发现问题就非常重要，同时也要知道，在试验过程中可能出现的问题是多种多样的，也不一定是完全可以预知并且可以通过观察就能够发现的，所以在调试过程中如果出现问题的话我们就应该要大胆的去假设，在确定线路连接这些人力可以控制的问题不会有误以后，由小到大的去确定自己的错误假设是否正确。

我认为我们在试验中不应该过早的去否定自己的线路，选择重新连接的时候要慎重，因为重新连接有可能会出现其它的问题，且浪费时间，但是在确定了其它问题出现的可能性为零或者很小时，重新连接时最好的选择，通过两次线路的对比，可以让我们更容易的去发现问题。

这次试验让我知道了，试验时建立在理论的基础上的，只有足够扎实的理论知识能够更深切的领会试验内容，更容易的发现问题，因此要想在试验中比较顺利，我们必须要学会理论知道。

但是我也知道了全面深刻的理论知识并不是一切，因为在试验中出现的很多问题不是单单靠理论知识就能够解决的，我们在试验中药培养自己发现问题，应对问题，解决问题的心态和能力。

这些能力的获得和培养超越一切的结果，反而结果如何并没有那么重要了。

我觉得在解决问题之前出现的所有问题都不是问题，所有我们大可不必抱着烦躁的心态去面对它们。

因为在之后的试验中，我们还将面对更多的问题，我们该拥有的应该是应对更多问题的能力。

学文者治人，学理者治于人，或者换成理论治人，实践治于人，我认为都不正确。

就
像是这一次试验，简单的理论却伴随着并不简单的实践。

因此理论并不能解决所有问题。

唯有将实践和理论结合在一起，才能够所向披靡。

６参考文献
[1] 吴友宇，伍时和，凌玲。

模拟电子技术基础。

北京：10 清华大学出版社，2010.
[2] 刘同怀，杨基海，李东林。

模拟电子线路。

合肥：99 中国科技大学出版社，1999.
本科生课程设计成绩评定表
姓名陈翠芸性别女
专业、班级光信息科学与技术1001
课程设计题目：正弦波振荡电路设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
评定项目考察点分数所占比例折合分数总成绩（百分制）
方案设计及预答辩设计方案的合理性
答辩
30％
电路布线及调试电路布线的合理性
电路的调试
30％
说明书及答辩说明书撰写的规范性
答辩
40％
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）。