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