实验14 RC正弦波振荡器
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实验十四 RC 正弦波振荡器
一. 实验目的
1.掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理。
2.熟悉正弦波振荡器的测试方法。
3.观察RC 参数对振荡器的影响,学习振荡器频率的测定方法。
二. 实验仪器
双踪示波器 低频信号发生器 频率计 毫伏表 直流电源
三. 实验原理
正弦振荡电路一般包括两部分,放大电路A 和反馈网络F ,如图5-14-1所示。
由于振荡电路不需要外接输入信号,因此,通过反馈网络输出的反馈信号f X 就是基本放大电路的输入信号id X 。该信号经基本放大电路放大后,输出为0X ,若能使f X 和id X 大小相等,极性相同,构成正反馈电路,那么这个电路就能维持稳定的输出。因而,f X =id X 可引出正弦振荡条件。由方框图5-14-1可知:
0id X AX =
而0f X AX =当f id X X =时,则有 AF=1
上述条件可写成|AF|=1,称幅值平衡条件。
即放大倍数A 与反馈系数F 乘积的模为1,表明振荡电路已经达到稳幅振荡,但若要求电路能够自行振荡,开始时必须要求|AF|>1的起振条件。 由f X 与id X 极性相同,可得:1A B φφ+= 称相位平衡条件 即放大电路的相角和反馈网络的相角之和为2n π,其中n 为整数。
要使振荡电路输出确定频率的正弦波信号,电路还应包含选频网络和稳幅电路两部分。选频电路的作用使单一频率的信号满足振荡条件,稳幅电路能保证电路的输出幅度是稳定不失真的,这两部分电路通常可以是反馈网络,或放大电路的一部分。
RC 正弦振荡电路也称为文氏桥振荡电路。它的主要特点是利用RC 串并联网络作为选频和反馈网络。如图5-14-2所示:
(a) 电路图
f o
1/3
|C|
f o
-π/2
φF
π/2
(b )串并联网络频率特性
图5-14-2 RC 串并联正弦振荡电路 由串并联网络的幅频特性,可知当信号频率为01
2f RC
π=
时,选频网络的相
角为0度,传递系数为1
3
。所以,要满足正弦振荡条件,要求放大电路的相角为
0度,传递系数稍大于3。故实验中的放大电路采用同相比例电路。
四. 实验内容
1.按图5-14-2连线,注意电阻1P R R ,需预先调好再接入。
2.调节电位器2P R ,使电路产生正弦振荡,用示波器观察输出波形。
解:按照实验电路图,将所有的元器件连接起来,用示波器观察输出波形的情况,输出信号如下图所示:
3.测量RC 串并联电路的幅频特性。 思考:
1)若元器件完好,接线正确,电源电压正常,而00U ,原因何在?应如何解决?
2)若有输出但出现失真,应如何解决?
可以通过调节反馈网络中的2P R 的阻值大小来调节输出波形的情况。
3.用频率计测上述电路输出波形频率。若无频率计,可按图5-14-3电路连接,用李沙育图形测量0U 的频率0f ,并与计算值进行比较。也可以直接利用示波器来测量信号的频率。
Y1 低频信号发生器
RC 振荡器
示波器
Y2
图 5-14-3 李沙育图形法测信号频率测量连接图
波特图的输出情况如下图所示:
4.改变串并联电路的参数,调节2P R ,使电路产生正弦振荡。用示波器观察其输出波形,然后测出振荡频率。
注意:改变参数前,必须先关断电源开关,检查无误后再连接电源。测0f 之前,应适当的调节2P R ,用示波器观察,使0U 无明显失真,再测定频率。 5.放大电路放大倍数uf A 的测定。
(1)用毫伏表先测出图5-14-2电路的输出电压0U 后,再测出运放同相输入端的电压I U 值,根据下式计算 0/uf I A U U ===?
解:按照下图将所有的元器件连接,输出的情况为:0U =7.863V ,I U =3.145V 。
则根据上面的公式0/uf I A U U ==可知,放大电路放大倍数uf A =7.863
3.145
=2.5
(2)然后关断试验箱电源,保持2P R 不变,从‘A ’点处断开实验电路,把低频信号发生器输出电压(频率同上述实验的产生频率)接至运放的同相输入端,调节I U 使0U 等于原值,用毫伏表测出此时的I U 值,则 0/u I A U U ==?
解:按照上面的实验要求,将‘A ’切断,通过信号发生器产生输入信号,通过调节输入信号的幅度值I U ,使输出信号的幅度值0U 等于原值。最终确定
I U =3.111V 。在这种情况下,放大电路放大倍数uf A =
7.863
3.111
=2.53 (3)比较上述放大倍数有何误差,并进行分析。