廈門大學(xué)電子技術(shù)實驗九集成運算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器

1、實驗報告實 驗 名 稱：實驗九 集成運算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器系別： 班號： 實驗組別： 實 驗 者 姓 名： 學(xué) 號： 實 驗 日 期：實驗報告完成日期： 指導(dǎo)教師意見：目錄二、實驗原理3三、實驗儀器5四、實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)51、電路分析及參數(shù)計算52、振蕩器參數(shù)測試73、振幅平衡條件的驗證84、觀察自動穩(wěn)幅電路作用9五、 誤差分析10六、 實驗總結(jié)11一、實驗?zāi)康?. 掌握產(chǎn)生自激振蕩的振幅平衡條件和相位平衡條件；2. 了解文氏電橋振蕩器的工作原理及起振的條件和穩(wěn)幅原理。二、實驗原理1. 產(chǎn)生自激振蕩的條件：當(dāng)放大器引入正反饋時，電路可能產(chǎn)生自激振蕩，因此，一般振蕩器都由放大器和正反饋

2、網(wǎng)絡(luò)組成。其框圖如圖1所示。振蕩器產(chǎn)生自激振蕩必須滿足兩個基本條件：（1）振幅平衡條件：反饋信號的振幅應(yīng)該等于輸入信號的振幅，即VF = Vi 或 |AF| = 1（2）相位平衡條件：反饋信號與輸入信號同相位，其相位差應(yīng)為：（n = 0、1、2）2. RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性：RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)如圖2(a)所示，其電壓傳輸系數(shù)為：當(dāng)R1= R2= R， C1= C2= C時，則上式為：若令上式虛部為零,即得到諧振頻率fo為：當(dāng)f = fo時，傳輸系數(shù)最大，相移為0，即：Fmax=1/3，傳輸系數(shù)F的幅頻特性相頻特性如圖2(b)(c)所示。由此可見，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。對頻率fo而言，為

3、了滿足政府平衡條件| AF | = 1，要求放大器| A | = 3。為滿足相位平衡條件：，要求放大器為同相放大。3. 自動穩(wěn)幅：由運算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器原理圖如圖3所示，負反饋系數(shù)為：在深度負反饋情況下：因此，改變RF或者R1就可以改變放大器的電壓增益。由振蕩器起振條件，要求| AF(+)| 1，當(dāng)起振后，輸出電壓幅度將迅速增大，以至進入放大器的非線性區(qū)，造成輸出波形產(chǎn)生平頂削波失真現(xiàn)象。為了能夠獲得良好的正弦波，要求放大器的增益能自動調(diào)節(jié)，以便在起振時，有| AF(+)| 1；起振后，有| AF(+)| = 1，達到振幅平衡條件。由于負反饋放大器的增益完全由反饋系數(shù)VF(-)決

4、定。因此，若能自動改變RF和R1的比值，就能自動穩(wěn)定輸出幅度，使波形不失真。三、實驗儀器1、示波器 1臺2、函數(shù)信號發(fā)生器 1臺3、直流穩(wěn)壓電源 1臺4、數(shù)字萬用表 1臺5、多功能電路實驗箱 1臺6、交流毫伏表 1臺四、實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)1、電路分析及參數(shù)計算：分析圖6電路中，運算放大器和RF1，RF2及Rw構(gòu)成同相放大器，調(diào)整Rw即可調(diào)整放大器的增益；RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)的輸出端經(jīng)R2、R3構(gòu)成分壓電路分壓送運算放大器的同相端，構(gòu)成正反饋，D1,D2為穩(wěn)伏二極管。在不接穩(wěn)伏二極管時，在諧振頻率點，正反饋系數(shù)為：而負反饋系數(shù)為：（1） 為保證電路能穩(wěn)定振蕩，則要求：F(+)=F(-

5、),由此，根據(jù)電路參數(shù)，計算Rw的理論值； Rw=0.628k （2）同相放大器的電壓增益AVF= 33 ；（3）電路的振蕩頻率fo= 1.6076KHz ；仿真電路圖：2、振蕩器參數(shù)測試：（1）按圖6搭接電路，（D1、D2不接，K撥向1）經(jīng)檢查無誤后，接通+12V電源。（2）調(diào)節(jié)Rw，用示波器觀察輸出波形，在輸出為最佳正弦波，測量輸出電壓Vp-p。 Vp-p=20.2 V（3）測量Rw值； Rw=0.6004 k示波器圖形：（4）用李薩茹波形測量振蕩頻率；李薩茹波形測量信號頻率方法：將示波器CH1接振蕩器輸出，CH2接信號發(fā)生器正弦波輸出，令示波器工作在“外掃描X-Y”方式；當(dāng)調(diào)節(jié)信號發(fā)生器

6、頻率時，若信號發(fā)生器頻率與振蕩器頻率相同時，示波器將出現(xiàn)一橢圓；通過此方法可測量未知信號頻率。f = 1.6195180kHz示波器圖形：3、振幅平衡條件的驗證：在振蕩器電路中，調(diào)節(jié)Rw，使輸出波形為正弦波時，保持Rw不變，將開關(guān)K撥向2位置，則，即輸入正弦信號（頻率為振蕩頻率，峰-峰值Vip-p=100mV）則電路變?yōu)橥喾糯笃?，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；將電路恢復(fù)為振蕩器（開關(guān)K撥向1位置），調(diào)節(jié)Rw，使輸出波形略微失真，再將開關(guān)撥向位置2，電路又變?yōu)橥喾糯笃鳎煤练頊y量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；將電路恢復(fù)為振蕩器（開關(guān)K撥向1位置），調(diào)節(jié)Rw，使輸出波形停

7、振，再將開關(guān)撥向2位置，電路又變?yōu)橥喾糯笃?，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；表1振幅平衡條件驗證工作狀態(tài)測量值測量計算值Vip-p(mV)Vo(V)VA(V)VF(V)A=Vo/ViF(+)=VF/VoAF(+)良好正弦波1001.21010.39900.035934.23 0.02967 1.0155 略微失真1001.21480.40070.036034.360.029631.0181 停振1001.20780.39840.035934.160.029721.0154 良好正弦波時理論值1001.16670.38890.035433.000.030301.00 仿真電路圖：良好正弦波仿真波形：4、觀察自動穩(wěn)幅電路作用：在圖6基礎(chǔ)上，接入穩(wěn)幅二極管D1、D2，調(diào)節(jié)電位器Rw，觀察輸出波形的變化情況，測量出輸出正弦波電壓Vop-p的變化范圍。（Vop-p）max=20.1 V（Vop-p）min=2.23 V5、 誤差分析誤差來源分析：（1） 電阻或電容不精確，造成RC文氏電橋振蕩器震蕩特性不好；（2）