厦门大学电子技术实验九集成运算放大器组成地RC文氏电桥振荡器
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文氏桥振荡电路一、问题背景将RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RC振荡电路,放大器件可采用集成运算放大器。
RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间,构成正反馈,接在运算放大器的输出端和反相输入端之间的电阻,构成负反馈。
正反馈电路和负反馈电路构成一文氏电桥电桥。
文氏电桥振荡器的优点是:不仅振荡较稳定,波形良好,而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。
二、问题简介山文桥选频电路和同相比例器组成的正弦波发生器如图1所示。
(1)若取R1二13kQ,试分析该振荡电路的起振条件(Rf的取值);(2)仿真观察Rf取不同值时,运放同相输入端和输出端的电压波形;图1山文桥选频电路和放大器组成正弦波发生器的电路原理图(3)若在反馈回路中加入山二极管构成的非线性环节(如图2所示),仿真观察R2取不同值时,运放同相输入端和输出端的电压波形。
也可同时改变Rf和R2的值。
图2加入非线性环节的正弦波发生器的电路原理图三、理论分析(1)山图一的电路可以看出,电路在回路网络中加入了文氏选频网络,下面对文氏选频网络进行理论上的分析,从电路总提取文氏电路如图三所示。
—II—CZ]_□+一C J?=10kQ==C=0 01|.iF L------------- 1 --------- o -图3文氏选频网络图中是运放的输出量,Uf是反馈量。
为了能够使电路振荡起来,就必须通过选定参数即确定频率,使得在某一频率下和Uf 同相。
那么,当信号频率很低时,有»R故将会有的相位超前的相位,当频率接近0时,相位超前接近于90度。
相反地,当信号频率很高以至于趋于无穷大时,可以得岀Uf的相位滞后的相位儿乎-90度。
所以,在信号频率山0到无穷大的变化过程中,必然有某一个频率,使得输出量与反馈量同相,从而形成正反馈。
下面就具体来求解此振荡频率。
山反馈系数jsC HR整理可得若电路的信号频率为f,令特征频率代入F 的表达式,可以得到F- -------- \———3 + J (Z._A ) f Q f 为了使反馈的量足够大,要求F 的模尽可能大,苗上面的关系式不难得到, 当/ = /(!时,F 的模有最大值\F\=-同时为了能够起振,乂要求电路的电压放大倍数A 与反馈系数F 之间满足关 系HF|>1这就要求八1 +仅>3整理得到R f > 27?, = 30KGfo =2TT RC也就是说,Rf的最小值是30KQ,事实上,应略大于这个值。
集成运算放大器的基本应用(波形发生器)实训指导(特别提醒:实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同,实验时应以实验电路板中的为准。
另外,由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致,实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了,但仅凭肉眼看不出来。
因此,在每次实验前,应该先对元器件(尤其是电阻、电容、三极管)进行单个元件的测量(注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量)。
并记下元器件的实际数值。
否则,实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
)一.实验目的1.学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
2.学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
二.实验原理由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式,本实验选用最常用的,线路比较简单的几种加以分析。
1.RC桥式正弦波振荡器(文氏电桥振荡器)D1图9—1图9-1为RC桥式正弦波振荡器。
其中RC串、并联电路构成正反馈支路,同时兼作选频网络,R1、R w及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。
调节电位器R w,可以改变负反馈深度,以满足振荡的振幅条件和改善波形,利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。
D1、D2采用硅管(温度稳定性好),且要求特性匹配,才能保证输出波形正、负半周对称。
R2的接入是为了削弱二极管非线性的影响,以改善波形失真。
电路的振荡频率为:起振的幅值条件为:2'1≥+W FR R R式中R F =R w ” +(R 2‖r D ),r D ——二极管正向导通电阻。
调整反馈电阻R F (调Rw),使电路起振, 且波形失真最小。
如不能起振,则说明负反馈太强,应适当加大R F ;如波形失真严重, 则应适当减小R F 。
改变选频网络的参数C 或R ,即可调节振荡频率。
一般采用改变电容C 作频率量程切换,而调节R 作量程内的频率细调。
实验十集成运算放大器构成的电压比较器一、实验目的1.掌握电压比较器的模型及工作原理2.掌握电压比较器的应用二、实验原理电压比较器主要用于信号幅度检测——鉴幅器;根据输入信号幅度决定输出信号为高电平或低电平;或波形变换;将缓慢变化的输入信号转换为边沿陡峭的矩形波信号。
常用的电压比较器为:单限电压比较器;施密特电压比较器窗口电压比较器;台阶电压比较器。
下面以集成运放为例,说明构成各种电压比较器的原理1.集成运算放大器构成的单限电压比较器:由于理想集成运放在开环应用时,A V→∞、R i→∞、R o→0;则当V i<E R时,V O=V OH;反之,当V i>E R时,V O=V OL;由于输出与输入反相,故称之为反相单限电压比较器;通过改变E R值,即可改变转换电平V T(V T≈E R);当E R=0时,电路称为“过零比较器”。
同理,将V i与E R对调连接,则电路为同相单限电压比较器。
2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器:当V o=V OH时,V+1=VT+=R2R2+R3V OH+R3R2+R3E R;V T+称上触发电平;当V o=V OL时,V+2=V T−=R2R2+R3V OL+R3R2+R3E R;V T-称为下触发电平;回差电平:∆V T=V T+−V T−;当V i从足够低往上升,若V i>V T+时,则V o由V OH翻转为V OL;当V i从足够高往下降,若V i<V T-时,则V o由V OL翻转为V OH;三、实验仪器1.示波器1台2.函数信号发生器1台3.数字万用表1台4.多功能电路实验箱1台四、实验内容1.单限电压比较器:(1)按图1(a)搭接电路,其中R1=R2=10kΩ,E R由实验箱提供;(2)观察图1(a)电路的电压传输特性曲线电压传输特性曲线的测量方法:用缓慢变化信号(正弦、三角)作V I(V IP-P=15V.f=200Hz),将V I=接示波器X输入,V O接示波器Y输入,令示波器工作在外扫描方式(X-Y),观察电压传输特性曲线。
集成电路rc正弦波振荡电路实验报告
通过实验了解集成电路RC正弦波振荡电路的特点和工作原理,掌握搭建和调试电路的技能。
实验原理:
RC正弦波振荡电路由一个一阶RC滤波器和一个反相比例运算放大器组成。
当输出信号通过RC电路反馈到输入端时,会形成一个闭环的正反馈回路,从而产生振荡信号,其频率和幅度由RC电路和反相比例运算放大器的增益决定。
实验内容:
1. 搭建RC正弦波振荡电路,连接电源和示波器,调整电路元件参数,使得输出信号呈现稳定的正弦波形。
2. 测量电路中各元件的电压和电流值,并计算增益、相位差和频率等参数。
3. 调整电路参数,观察输出波形的变化,验证理论分析结果。
实验结果:
经过实验,我们成功搭建出RC正弦波振荡电路,输出信号呈现出稳定的正弦波形。
测量结果表明,电路中各元件的电压和电流值符合理论预测。
增益、相位差和频率等参数也与理论公式相符。
同时,我们还通过调整电路参数观察了输出波形的变化,验证了理论分析结果。
实验结论:
RC正弦波振荡电路是一种基于RC滤波器和反相比例运算放大器
的振荡电路,其工作原理是利用正反馈回路产生振荡信号。
通过实验,我们成功搭建了该电路,输出信号呈现出稳定的正弦波形。
实验结果表明,电路中各元件的电压和电流值符合理论预测。
增益、相位差和频率等参数也与理论公式相符。
文氏电桥RC震荡的详细计算(2009-04-28 09:29:00)转载标签:杂谈昨天小淘气的一个朋友来我这里,他在模仿制作别人的一个仪表,有几个原仪表保密元件的参数需要计算.所以来找我帮忙.(小淘气在电子方面的选参数计算还是不错的) 好久没有看分力元件的电路了,在确定一个RC震荡频率的时候,突然想起文氏震荡器来了,很多资料都以R1=R2,C1=C2,的例子讲解.当年自己楞是把R1R2C1C2是任意值都可以起震证明出来,并且把随意选择的情况如何震荡,频率如何,如何选择反馈系数计算下来了.为纪念自己当时的执卓,把文氏电桥的计算发在BLOG上....产生200kHz以下的正弦波振荡电路,一般采用振荡频率较低的RC振荡电路。
常用的RC 振荡电路有桥式振荡电路(又称文氏电桥振荡电路)。
图5.2.1 RC串并联网络RC串并联网络的电路如图5.2.1所示。
RC串联臂的阻抗用Z1表示,RC并联臂的阻抗用Z2表示。
其频率响应如下:谐振频率为(5.2.1)当R1 = R2,C1 =C2时,谐振角频率和谐振频率分别为:幅频特性(5.2.3)相频特性(5.2.4)当f=f0时的反馈系数,且与频率f0的大小无关,此时的相角φF=0°。
即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角,在调节频率的过程中,不会停振,也不会使输出幅度改变。
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文氏桥振荡电路一、问题背景将RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RC振荡电路,放大器件可采用集成运算放大器。
RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间,构成正反馈,接在运算放大器的输出端和反相输入端之间的电阻,构成负反馈。
正反馈电路和负反馈电路构成一文氏电桥电桥。
文氏电桥振荡器的优点是:不仅振荡较稳定,波形良好,而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。
二、问题简介由文桥选频电路和同相比例器组成的正弦波发生器如图1 所示。
(1)若取R1=15kΩ,试分析该振荡电路的起振条件(R f的取值);(2)仿真观察R f取不同值时,运放同相输入端和输出端的电压波形;图1 由文桥选频电路和放大器组成正弦波发生器的电路原理图(3)若在反馈回路中加入由二极管构成的非线性环节(如图2所示),仿真观察R2取不同值时,运放同相输入端和输出端的电压波形。
也可同时改变R f和R2的值。
图2 加入非线性环节的正弦波发生器的电路原理图三、理论分析(1)由图一的电路可以看出,电路在回路网络中加入了文氏选频网络,下面对文氏选频网络进行理论上的分析,从电路总提取文氏电路如图三所示。
图3 文氏选频网络图中o U 是运放的输出量,fU 是反馈量。
为了能够使电路振荡起来,就必须通过选定参数即确定频率,使得在某一频率下o U 和fU 同相。
那么,当信号频率很低时,有1RCω>>故将会有fU 的相位超前o U 的相位,当频率接近0时,相位超前接近于90度。
相反地,当信号频率很高以至于趋于无穷大时,可以得出fU 的相位滞后o U 的相位几乎-90度。
所以,在信号频率由0到无穷大的变化过程中,必然有某一个频率,使得输出量与反馈量同相,从而形成正反馈。
下面就具体来求解此振荡频率。
由反馈系数1//11//foR Uj C F U R Rj Cj Cωωω==++整理可得113()F j C R C R ωω=+-若电路的信号频率为f ,令特征频率012f R C π=代入F 的表达式,可以得到0013()F f f j f f =+-。
一、实验目的(1)学会RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件;(2)学会测量、测试振荡器。
二、实验原理文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路,它是一种较好的正弦波产生电路,适用于频率小于1MHz,频率范围宽,波形较好的低频振荡信号。
从结构上看,正弦波振荡器是没有输入信号的,为了产生正弦波,必须在放大电路中加入正反馈,因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。
但是,这样两部分构成的振荡器通常是得不到正弦波的,这是由于正反馈量很难控制,故还需要加入一些其它电路。
运算放大器组成的文氏电桥RC正弦波震荡电路,如图所示:为了输出单一的正弦波,还必须进行选频,仅仅使某一频率的正弦信号被放大和反馈形成震荡,而使其它的频率成分被抑制。
由于振荡的频率为f0=1/2πRC,故在电路中可变换电容来进行振荡的频率的粗调,可用电位器代替R3,R4来进行频率的细调。
电路起振以后,由于元件的不稳定性,如果电路增益增大,输出幅度将越来越大,最后由于二极管的非线性限幅,这必然产生非线性失真。
反之,如果增益不足,则输出幅度减小,可能停振,为此振荡电路要有一个稳幅电路。
图中负反馈支路的两个二极管即为自动限幅元件,主要利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性,来自动调节负反馈深度。
三、实验内容(1)按照如上图的电路连接仿真电路;(2)启动仿真。
用示波器观察有无正弦波输出。
如无输出,调节R5使V o没有明显的失真的正弦波,并观察Vo的值是否稳定。
测量V o和Vf的有效值和频率,并将记录填到表2.8-1中。
(3)保持其他参数不变,观察C1=C2=0.01uF和C1=C2=0.02uF两种情况下(输出波形不是真),分别测量Vo的幅值和频率,将数据记录于表2.8-1中,并于计算结果相比较。
表3.8-1 正弦波振荡器仿真测试数据记录V f V O f H/f L C1=C2=0.01μF 2.203V 6.460V 1.567kHzC1=C2=0.02μF 2.204V 6.464V 786.707Hz12C 1=C 2=0.02uF 时的波形极其频率:四、实验结果的讨论与分析1、由振荡器的原理可知,当增大电位器R5阻值时,放大器的增益逐渐增大,当达到R P =(R 5+R 2)>R 1-时,则振荡器总体电压放大倍数大于1,达到自激振荡的条件。
合用标准文案实验报告实验名称:实验九集成运算放大器构成的RC文氏电桥振荡器系别:班号:实验组别:实验者姓名:学号:实验日期:实验报告完成日期:指导教师建议:目录二、实验原理 (3)三、实验仪器 (5)四、实验内容及数据 (5)1、电路解析及参数计算 (5)2、振荡器参数测试 (7)3、振幅平衡条件的考据 (8)4、观察自动稳幅电路作用 (9)五、误差解析 (10)六、实验总结 (11)一、实验目的1.掌握生自激振的振幅平衡条件和相位平衡条件;2.认识文氏振器的工作原理及起振的条件和幅原理。
二、实验原理1.生自激振的条件:当放大器引入正反,路可能生自激振,因此,一般振器都由放大器和正反网成。
其框如 1 所示。
振器生自激振必足两个基本条件:(1)振幅平衡条件:反信号的振幅等于入信号的振幅,即VF = Vi或|AF| = 1(2)相位平衡条件:反信号与入信号同相位,其相位差:A F2n(n = 0、1、2⋯⋯)2.RC串-并网的特点:RC 串-并网如 2(a)所示,其系数:R2F()VF( )1jwR 2c21+ =1R2R1 c21 VOR1j ( wc2R1(1R2))jwc1 jwR2c2c1wc1R2当 R1= R2= R , C1= C2= C 时,则上式为:F ( )13 j (wRc 1)wRc若令上式虚部为零 ,即获得谐振频率1 fo 为: f o =2 RC当 f = fo 时,传输系数最大,相移为0,即: F max =1/3 , F 0传输系数 F 的幅频特点相频特点如图 2(b)(c)所示。
因此可知, RC 串—并联网络拥有选频特点。
对频率 f o 而言,为了满足政府平衡条件| AF | = 1 ,要求放大器 | A | = 3 。
为满足相位平衡条件: AF2n ,要求放大器为同相放大。
3. 自动稳幅:由运算放大器构成的 RC 文氏电桥振荡器原理图如图 3 所示,负反响系数为:F (-)=V F ( )R 1 VoR 1 R F在深度负反响情况下:1R RRA F1FFR1F( )R11因此,改变 R 也许 R1 就可以改变放大器的电压增益。
实验十一集成运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器一、实验目的:1.掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件;2.了解文氏电桥振荡器的工作原理及起振条件和稳幅原理。
二、实验原理:1.产生自激的条件:一般振荡器都由放大器和正反馈网络组成,振荡器产生自激振荡必须满足两个基本条件:1)振幅平衡条件:反馈信号的振幅等于输入信号的幅度,即:或2)相位平衡条件:反馈信号与输入信号应相同相位,其相位差应为:2.RC串-并联网络的选频特性:图示RC串-并联网络的电压传输系数为:当R1=R2=R,C1=C2=C时,则上式为:令上式虚部等于零,即得到谐振频率为:当f=时,传输系数最大,且相移为0,即:,3.自动稳幅:自动稳幅的方法很多,通常利用二极管,稳压管和热敏电阻的非线性特征,或场效应管的可变电阻特性来自动稳定振荡器的幅度。
三、实验内容:1.电路分析及参数计算:分析下图振荡器电路的工作原理,并进行参数计算。
1)为保证电路能稳定振荡,则要求:,由此,根据电路参数,计算的理论值;将,代入①②中,解得:Rw=628.12欧2)同相放大器的电压增益=333)电路的振荡频率=1.608kHz2.振荡器参数测试:1)按1中图搭接实验电路,(D1,D2先不接,K拨向1)经检查无误后,接通电源;2)调节,用示波器观察输出波形,在输出为最佳正弦波,测量输出电压;A:Vp-p=20.4V3)测量Rw值;A:Rw=620欧4)用李萨如图型法测量振荡频率。
A:频率为1.624kHZ3.振幅平衡条件的验证:1)在振荡器中,调节,使得输出波形为最佳正弦波,将开关拨向1,输入正弦信号,用毫伏表测量表1中的各个量;2)将电路恢复为振荡器,调节,使得输出波形略微失真,再将开关拨向2,再次测量表1中各量;3)将电路恢复为振荡器,调节,使得输出波形停振,再将开关拨向2,再次测量表1中各量;表1:振幅平衡条件验证:工作状态测量值测量计算值Vip-p mv V o (v)Va(V) Vf(mv)A=V o/Vi F(+) Af(+)良好正弦波100 3.51 1.18 108 35.1 0.03 1.08略微失真100 3.54 1.19 109 35.4 0.03 1.09 停振100 3.47 1.13 106 34.7 0.03 1.06 良好正弦波时理论值100 3.33 1.00 100 33 0.03 14.观察自动稳幅电路的作用:在1中图的基础上,接入稳幅二极管D1,D2,调节电位器,观察输出波形的变化情况,测量输出正弦波电压的变化范围。
-3.5 RC 文氏电桥振荡器一、RC 串并联网络的频率特性(一般用作反馈网络)1111Z R j C ω⋅=+, 22222222221111R j C R Z R j C j R C R j C ωωωω⋅⋅===++2222222121121221121()11()11()(1)()1f f o R v j Z j R C k j R R C v j Z Z R j R C j C j R C R C R C ωωωωωωωω⋅⋅⋅+====++++++-+当12R R R ==,12C C C ==时 0011()13()3()f k j j RC j RCωωωωωωω==+-+-,其中 01R Cω=幅频特性:()f k ω=, 当0ωω=时,01()3f k ω=,最大;相频特性:00()3kf arctg ωωωωϕω-=- , 当0ωω=时,0()0kf ϕω=,输出输入同相选频特性不如LC 负斜率,可以稳相二、RC 文氏电桥振荡器1、电路形式(1)RC 串并联电路作反馈网络 ,A 是放大器 (2)振荡频率:012osc f f R Cπ==2、起振条件(1)幅度起振条件:1()3f osc k ω=,而 1v f T A k =⋅>,3v A ∴>(开始时)(2)相位起振条件:()0kf osc ϕω= ,而T kf A ϕϕϕ=+ ,0A ϕ∴=即A 应是同相放大器1/3ωfk ω++--vv RRCC Ao i(V )f2、用运放构成的RC 文氏电桥振荡器113f vf R A R =+>开始时 (起振) ,随着输出信号幅度的变大,要使A vf ↓,113f vf R A R =+=最终(平衡)。
即从起振到平衡。
要做到这点,一般Rf 采用负温度系数的热敏电阻。
当输出信号幅度的变大时,流过Rf 的电流变大,温度升高,Rf 阻值变小(负温度系数),使vf A ↓。
实验十一集成运算放大器的基本应用(Ⅳ)
─波形发生器─
班级:姓名:
1、RC桥式正弦波振荡器(文氏电桥振荡器)
图11-1 RC桥式正弦波振荡器
按图11-1连接实验电路。
1)接通±12V电源,调节电位器R W,使输出波形从无到有,从正弦波到出现失真。
描绘u O的波形,记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的R W值。
2)调节电位器R W,使输出电压u O幅值最大且不失真,用交流毫伏表分别测量输出电压U O、反馈电压U+和U-,分析研究振荡的幅值条件。
3)断开二极管D1、D2,重复2)的内容,将测试结果与2)进行比较,分析D1、D2
2、方波发生器
按图11-2连接实验电路。
1)将电位器R W调至中心位置,用双踪示波器观察并描绘方波u O及三角波u C的波形(注意对应关系),测量其幅值及频率,记录之。
2)改变R W动点的位置,观察u O、u C幅值及频率变化情况。
把动点调至最上端和最下端,测出频率范围,记录之。
3、三角波和方波发生器
图11-3 三角波、方波发生器
3、三角波和方波发生器
按图11-3连接实验电路。
1)将电位器R W调至合适位置,用双踪示波器观察并描绘三角波输出u0及方波输出u O′,测其幅值、频率及R W值,记录之。
2)改变。
实
验
报
告
实验名称:实验九集成运算放大器组成的RC文氏电
桥振荡器
系别:班号:实验组别:实验者姓名:
学号:
实验日期:
实验报告完成日期:
指导教师意见:
目录
二、实验原理 (3)
三、实验仪器 (5)
四、实验容及数据 (5)
1、电路分析及参数计算 (5)
2、振荡器参数测试 (7)
3、振幅平衡条件的验证 (8)
4、观察自动稳幅电路作用 (9)
五、误差分析 (10)
六、实验总结 (11)
一、实验目的
1. 掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件;
2. 了解文氏电桥振荡器的工作原理及起振的条件和稳幅原理。
二、实验原理
1. 产生自激振荡的条件: 当放大器引入正反馈时,电路可能产生自激振荡,因此,一般振荡器都由放大器和正反馈网络组成。
其框图如图1所示。
振荡器产生自激振荡必须满足两个基本条件:
(1)振幅平衡条件:反馈信号的振幅应该等于输入信号的振幅,即
VF = Vi 或 |AF| = 1
(2)相位平衡条件:反馈信号与输入信号同相位,其相位差应为:
πϕϕϕn F A 2±=+=(n = 0、1、2……)
2. RC 串-并联网络的选频特性:
RC 串-并联网络如图2(a)所示,其电压传输系数为:
2
()1122
F +=12R1211(1)(21)122R2112R VF jwR c R c VO R j wc R jwc jwR c c wc R ++==
+++++-()
当R1= R2= R , C1= C2= C 时,则上式为:
1
()1
3()F j wRc wRc +=
+-
若令上式虚部为零,即得到谐振频率fo 为:1=
2RC o f π
当f = fo 时,传输系数最大,相移为0,即:F max =1/3,0=F ϕ 传输系数F 的幅频特性相频特性如图2(b)(c)所示。
由此可见,RC 串—并联网络具有选频特性。
对频率f o 而言,为了满足政府平衡条件
| AF | = 1,要求放大器| A | = 3。
为满足相位平衡条件:
πϕϕn F A 2=+,要求放大器为同相放大。
3. 自动稳幅:
由运算放大器组成的RC 文氏电桥振荡器原理图如图3所示,负反馈系数为:
()1
(-)1F =
F F V R Vo R R -=+
在深度负反馈情况下:
1()1111F F F R R R A F R R -+=
==+
因此,改变R F 或者R1就可以改变放大器的电压增益。
由振荡器起振条件,要求| AF(+)| > 1,
当起振后,输出电压幅度将迅速增大,以至
进入放大器的非线性区,造成输出波形产生
平顶削波失真现象。
为了能够获得良好的正
弦波,要求放大器的增益能自动调节,以便
在起振时,有| AF(+)| > 1;起振后,有| AF(+)|
= 1,达到振幅平衡条件。
由于负反馈放大器的增益完全由反馈系数V F(-)决定。
因此,若能自动改变R F和R1的比值,就能自动稳定输出幅度,使波形不失真。
三、实验仪器
1、示波器1台
2、函数信号发生器1台
3、直流稳压电源1台
4、数字万用表1台
5、多功能电路实验箱1台
6、交流毫伏表1台
四、实验容及数据
1、电路分析及参数计算:
分析图6电路中,运算放大器和RF1,RF2及Rw构成同相放大器,调整Rw即可调整放大器的增益;RC串——并联网络构成选频网络;选频网络的输出端经R2、R3构成分压电路分压送运算放大器
的同相端,构成正反馈,D1,D2为稳伏二极管。
在不接稳伏二极管时,在谐振频率点,正反馈系数为:
3
22
)(31)(R R R V V F O
F +⋅
==
++ 而负反馈系数为:w
F F w
R R R R F ++=
-21)(
(1)为保证电路能稳定振荡,则要求:F(+)=F(-),由此,根据电路参数,计算Rw 的理论值;
Rw=0.628k Ω
(2)同相放大器的电压增益AVF= 33 ; (3)电路的振荡频率fo=
1.6076KHz ;
仿真电路图:
2、振荡器参数测试:
(1)按图6搭接电路,(D1、D2不接,K拨向1)经检查无误后,接通+12V电源。
(2)调节Rw,用示波器观察输出波形,在输出为最佳正弦波,测量输出电压V p-p。
V p-p=20.2 V
(3)测量Rw值;
Rw=0.6004 kΩ
示波器图形:
(4)用萨茹波形测量振荡频率;
萨茹波形测量信号频率方法:将示波器CH1接振荡器输出,CH2接信号发生器正弦波输出,令示波器工作在“外扫描X-Y”方式;当调节信号发生器频率时,若信号发生器频率与振荡器频率相同时,示波器将出现一椭圆;通过此方法可测量未知信号频率。
f = 1.6195180kHz
示波器图形:
3、振幅平衡条件的验证:
在振荡器电路中,调节R w,使输出波形为正弦波时,保持Rw不变,将开关K拨向2位置,则,即输入正弦信号(频率为振荡频率,峰-峰值V ip-p=100mV)则电路变为同相放大器,用毫伏表测量V i、V o、V A、V F,填入表1;
将电路恢复为振荡器(开关K拨向1位置),调节R w,使输出波形略微失真,再将开关拨向位置2,电路又变为同相放大器,用毫伏表测量V i、V o、V A、V F,填入表1;
将电路恢复为振荡器(开关K拨向1位置),调节R w,使输出波形停振,再将开关拨向2位置,电路又变为同相放大器,用毫伏表测量V i、V o、V A、V F,填入表1;
表1 振幅平衡条件验证
工作状态
测量值测量计算值Vip-p(m
V)
Vo(V) VA(V) VF(V)
A=Vo/
Vi
F(+)=V
F/Vo
AF(+) 良好正弦波100 1.2101 0.3990 0.0359 34.23 0.02967 1.0155 略微失真100 1.2148 0.4007 0.0360 34.36 0.02963 1.0181 停振100 1.2078 0.3984 0.0359 34.16 0.02972 1.0154 良好正弦波
时理论值
100 1.1667 0.3889 0.0354 33.00 0.03030 1.00 仿真电路图:
良好正弦波仿真波形:
4、观察自动稳幅电路作用:
在图6基础上,接入稳幅二极管D1、D2,调节电位器Rw ,观察输出波形的变化情况,测量出输出正弦波电压V op-p 的变化围。
(V op-p )max=20.1 V (V op-p )min=2.23 V
五、误差分析
%
6.1%1000000
.1000
.10155.1A -%3.2%10003030.003030
.002963.0-%4%10000.3300
.33-23.34-)()()()()()(=⨯-=
==⨯-=
==⨯==
++++++++理
理
测)
(理
理
测)
(理理测的相对误差:的相对误差:的相对误差:AF F AF E AF F F F E F A A A E A AF F A
误差来源分析:
(1)电阻或电容不精确,造成RC 文氏电桥振荡器震荡特性不好;
(2)运放不是理想运放; (3)电路接触不好。
文档
(4)实验仪器本身存在系统误差。
六、实验总结
1、实验中使用示波器观察输入输出波形时要注意表笔是否有衰减。
2、运算放大器管脚不要弄错,要一直加着工作电源。
3、调节Rw时要注意观察输出波形。