正弦波振蕩電路(實驗)

1、電路與電子技術實驗RC正弦波振蕩電路v實驗目的ü了解正弦波振蕩的基本工作原理。ü掌握RC橋式正弦波振蕩電路的分析、設計和調(diào)試方法。ü深入理解正弦波振蕩電路的起振條件、穩(wěn)幅特性。ü學習其它類型正弦波振蕩電路。v實驗內(nèi)容RC正弦波振蕩電路：ü工作原理ü基本電路ü參數(shù)分析、調(diào)整其它正弦波振蕩電路。v實驗背景知識ü線性放大電路：器件工作在線性放大區(qū)（通頻帶內(nèi)），負反饋；正弦波振蕩電路：器件工作在線性放大區(qū)（通頻帶內(nèi)），正反饋。首要條件ü正弦波振蕩：無輸入時，即能產(chǎn)生穩(wěn)定（幅度、頻率）的正弦波輸出。Ø產(chǎn)生

2、正弦波振蕩的條件&F&|=1ì|Aü穩(wěn)定條件：íîjAF=jA+jF=±2nü為能在無輸入信號時也能振蕩起來，應使電路的初始環(huán)路增益大于1 ；利用開啟電源時的噪聲，使凈輸入信號（反饋信號）不斷增大；最終產(chǎn)生振蕩。&F&|>1ì|Aü起振條件：íîjAF=jA+jF=±2nü穩(wěn)定的正弦波振蕩還應該具備：（1）選頻網(wǎng)絡：用于產(chǎn)生單一頻率的正弦波；（2）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：用于產(chǎn)生穩(wěn)定幅度（環(huán)路增益自動為1）的正弦波。ØRC橋式正弦波振蕩電路&

3、#252;右下圖所示RC橋式正弦波振蕩電路。ü正反饋？ü重點：RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡ü定義R1C1串聯(lián)支路阻抗為Z1；R2C2并聯(lián)支路阻抗為Z2。此網(wǎng)絡的電壓傳輸系數(shù)為：&fVZ2&F(+)=oZ1+Z2V1=C2R11(1+)+j(wR1C2-)C1R2wR2C1負反饋放大電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡ØRC串并聯(lián)網(wǎng)絡（頻率特性）1ü令：R1=R2=R，C1=C2=C，w0=RC1&則：F(+)=ww03+j(-)w0w1&|F(+)|=ü幅頻表達式：ww0223+(-)w0www0-w0w-1jF)相頻表達式：&am

4、p;(+)=-tg(3&(+)=F1C2R11(1+)+j(wR1C2-)C1R2wR2C1ØRC串并聯(lián)網(wǎng)絡（選頻特性）ü選頻特性1當w=w0=時：RC1&|F(+)|max=此時電路的反饋效果最強）3ojF=0&(+)（此時電路為同相輸出）ü結(jié)論：只有此時才有可能正反饋（且反饋效果最強）ü效果：能產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。原因？ØRC橋式正弦波振蕩電路（起振條件）ü選頻特性當w=w=10RC時：|F&1R¢(+)|max=&3|Av|=1+R1¢jF&(+)=0ojA

5、&=0ov|A&|>3（調(diào)節(jié)R1¢和R2¢）ü振蕩頻率：w0ØRC橋式正弦波振蕩電路（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）ü起振后，若無穩(wěn)幅措施，則輸出幅度會越來越大（最終非線性失真）；（飽和/截止失真）¢R2&|Av|=1+¢R1ü穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：環(huán)路增益保持1 。&DAv或<0即要求：DuoDuo¢應具有什么特性？¢或R2思考：如果穩(wěn)幅環(huán)節(jié)放在放大器A 單元，那么R1&(+)DFØRC橋式正弦波振蕩電路（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)例）ü右下圖所示用二極管實現(xiàn)自動穩(wěn)幅的R

6、C 橋式正弦波振蕩電路。二極管的非線性：實現(xiàn)穩(wěn)幅并有利于穩(wěn)幅，但易引起失真；R3：減少失真，但不利于穩(wěn)幅。ü下圖所示二極管伏安特性。&DAv<0Duo若振蕩幅度增加，二極管工作點由AB移至CD；R3/RD+R2對應的二極管等效電阻RD下降；&Av=1+R1所以，增益.ØRC橋式正弦波振蕩電路（設計）ü根據(jù)預先定義的振蕩頻率f0參數(shù)，確定RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的參數(shù)；器件選擇時，先確定電容，然后再確定電阻。（當f0= 10 10kHz 時，電容約為1 0.001F）（電阻一般為k M 數(shù)量級）ü確定R1、Rf（R2R3RD的串并聯(lián)）參數(shù)：

7、Rf>2.xR1，R1/Rf»Rü確定R3、R2參數(shù)：R2=Rf-R3/RDR3約等于RD，ü選擇合適的運算放大器：A×BW>3f0ØRC橋式正弦波振蕩電路（設計例）設計振蕩頻率f0= 1kHz 的RC橋式正弦波振蕩電路。ü選擇C= 0.01F ，求得：R= 15.9kü定義：Rf=2.1R1，R1/Rf»R求得：R1= 23.47k，Rf= 49.29kü選擇：R3= 10k1求得：R2=Rf-R3=44.29k2üLM358 的單位增益帶寬積0.7M （數(shù)據(jù)手冊）。v實驗準備&#

8、252;運放：LM358ü實驗箱Ø實驗準備（電源）ü采用什么電源？ü電源操作步驟：（1）檢查電源的開路輸出電壓；（2）斷電，連線；（3）檢查電源輸出端與電路的電源端之間，是否連接正常，短路/斷路？（4）通電，觀察。v實驗步驟（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）ü穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：根據(jù)振蕩幅度的變化，利用元件的非線性，自動地改變放大電路中負反饋的強弱。（正弦波振蕩電路的必備環(huán)節(jié)）ü右圖所示RC橋式正弦波振蕩電路。電路特點：振蕩（無始無終）。ü問題：如果電路不輸出正弦波，怎么辦？解決：拆分電路，分模塊解決。ü目標：穩(wěn)幅（模塊）電路的調(diào)試；了解起振、穩(wěn)

9、幅、失真校正的實現(xiàn)原理、調(diào)試方式等。Ø穩(wěn)幅環(huán)節(jié)ü右圖所示測試電路。ü根據(jù)前述設計，選擇大致的電阻參數(shù)；輸入合適的信號vi；（類型、頻率、幅值等如何選？）觀察輸出信號vo；ü分別調(diào)節(jié)R1、R2和R3：觀察輸入輸出波形的變化情況（是否思考波形變化與電路起振、穩(wěn)幅、失真ü這個環(huán)節(jié)，可以不做嗎？v實驗步驟（正弦振蕩）ü正弦振蕩：沒有輸入時，電路能產(chǎn)生穩(wěn)定幅度、頻率的正弦信號輸出。ü目標：實現(xiàn)RC橋式正弦波振蕩電路。Ø正弦振蕩ü根據(jù)前述設計（f0= 1kHz），組建右下圖所示電路。ü調(diào)節(jié)電路參數(shù)，使產(chǎn)生穩(wěn)

10、定的正弦波輸出。（如果沒有波形輸出，問題在哪里？）ü記錄波形；測量振蕩頻率f0；測量幅值的變化范圍。（用示波器觀察輸出，要求穩(wěn)定、不失真）ü振蕩頻率f0是否等于1kHz ？若電路不起振，應如何調(diào)整電路參數(shù)？若波形有失真，應如何調(diào)整電路參數(shù)？Ø正弦振蕩（思考、拓展）ü分別單獨調(diào)整R1、R2、R3或串聯(lián)R（并聯(lián)R），觀察并分析其對輸出波形（幅值、頻率等）的影響。（記錄相關信息）ü可以精確地調(diào)整輸出頻率至1kHz 嗎？（如果可以，記錄相關信息）（如何保證RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的參數(shù)匹配）ü取消D1（或D2，或同時取消D1D2）；取消R3；觀察并分析

11、輸出波形（幅值、頻率等）的影響。（記錄相關信息）ü自定義振蕩頻率f0，完成前述實驗過程（設計、組建、分析. ）。v實驗步驟（其它正弦波振蕩電路）ü目標：以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡為基礎，了解并實現(xiàn)其它形式正弦波振蕩電路。Ø正弦振蕩拓展1ü改為右下圖所示電路，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波振蕩輸出嗎？ü如果不能實現(xiàn)，理論分析.（調(diào)整電路參數(shù)，使能實現(xiàn)）ü如果可以實現(xiàn)，記錄相關信息.（參考前述RC橋式振蕩電路拓展要求）Ø正弦振蕩拓展1（穩(wěn)壓二極管）ü右圖所示電路穩(wěn)壓二極管測試電路。ü選擇合適的電源VCC和電阻R，測量輸出VZ。（

12、VCC應大于穩(wěn)壓值，R一般選擇k以使電流為mA 級）（不同的穩(wěn)壓管，參數(shù)會有區(qū)別，具體的要看數(shù)據(jù)手冊）Ø正弦振蕩拓展2-1&DAv<0ü穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，使環(huán)路增益保持1 Duo所以：如果放大器單元是非線性的，且其增益與幅度的變化滿足反向關系；即可通過調(diào)整電路參數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)正弦波振蕩輸出。ü從實際情況看，任何放大器（尤其是分立電路），都是非線性的；.Ø正弦振蕩拓展2-2ü理論課程中的兩個電路（理論教材P306 圖題2.6.4）：ü可以以它們?yōu)榛A，結(jié)合RC串并聯(lián)網(wǎng)絡，實現(xiàn)正弦波振蕩嗎？如果可以，在我們的實驗箱上可以嗎

13、？Ø正弦振蕩拓展3ü選頻網(wǎng)絡，在選頻點時應有0°或±180°相ü超前移相式RC網(wǎng)絡。（相移范圍0 270°，選頻點時180°）ü滯后移相式RC網(wǎng)絡。（相移范圍-270 0 °，選頻點時-180°）ü雙T 型選頻網(wǎng)絡。（相移范圍隨R變化. 查資料）Cü可以讓它們代替RC串并聯(lián)網(wǎng)絡，實現(xiàn)如果可以，在我們的實驗箱上可以實現(xiàn)嗎？CØ正弦振蕩拓展4ü正弦波振蕩電路，要求有正反饋。ü之前做過的實驗中，有正反饋的是. ?vi例：單一正反饋型低通濾波器。&=AvA0ff21-()+j(3-A0)fcfcoü調(diào)整電路參數(shù)，此電路會有很強的正反饋效果（產(chǎn)生自激）.ü高通濾波器、帶通濾波器也可以這么做嗎？Ø正弦振蕩拓展5 .ü肯定還有很多的正弦波振蕩電路形式.v任務小結(jié)RC正弦波振蕩電路：ü工作原理ü基本電路&#