RC正弦波振荡器实验报告

学号 200800120228 姓名 辛义磊 实验台号 30

一、实验目的

1、掌握RC正弦波振荡器的基本工作原理及特点；

2、掌握RC正弦波振荡器的基本设计、分析和测试方法。

二、实验仪器

双踪示波器 数字频率计 晶体管毫伏表 直流稳压电源 数字万用表

三、实验原理

1、RC正弦波振荡器的原理

文氏电桥振荡器时应用最广泛的RC正弦波振荡器，它由同相集成运算放大器与串并联选频电路组成。由于二极管的导通电阻rD具有随外加正偏电压增加而减小的非线性特性，所以振荡器的起振条件为

当适当减小错误！未找到引用源。，提高负反馈深度，调整输出信号幅度，即可实现稳定输出信号幅度的目的。

振荡器的振荡角频率

欲产生振荡频率错误！未找到引用源。符合上式的正弦波，要求所选的运算放大器的单位增益带宽积至少大于振荡频率的3倍。电路选用的电阻均在千欧姆数量级，并尽量满足平衡电阻

的条件。

2、实验电路

本实验采用RC正弦波振荡器，如图所示为实验电路图。

RC振荡器

四、实验步骤及内容

准备：接通电路电源。

（一） 电路调试

按照电路图连接电路，并进行调试

（二） 振荡频率的测量

通过数字示波器测量电路的振荡频率

实验所测得的振荡频率为错误！未找到引用源。=858.96Hz

五、思考题

第二篇：RC正弦波振荡器

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参数对振荡频率的影响，学习振荡频率的测定方法。

二、实验仪器

1、双踪示波器 2、低频信号发生器 3、频率计 4、交流毫伏表 5、直流电源。

三、实验原理及测量方法

       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1所示。

图1 正弦振荡电路原理框图

由于振荡电路不需要外界输入信号，因此，通过反馈网络输出的反馈信号X_f就是基本放大电路的输入信号X_id。该信号经基本放大电路放大后，输出为X_o，若能使X_f与X_id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，X_f=X_id可引出正弦振荡条件。由方框图1可知：

而X_f=FX_o 当X_f=X_id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，表明振荡电路已达到稳幅振荡，但若要求电路能够自行振荡，开始时必须满足|AF|>1的起振条件。

       由X_f与X_id极性相同，可得：

 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,其中n为整数。

       要使振荡电路输出确定频率的正弦信号，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2所示

（a）电路图

（b）串并联网络频率特性

图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2连线，注意电阻1R_p=R，需预先调好再接入。

2、调节电位器2R_p，使电路产生正弦振荡，用示波器观察输出波形。

3、测量RC串并联电路的幅频特性。

思考：

（1）若元件完好，接线正确，电源电压正常，而U_o=0，原因何在？应如何解决？

（2）若有输出但有明显失真，应如何解决？

4、用频率计测量上述电路输出波形频率。若无频率计，可按图3电路接线，用李萨如图形法测定U_o的频率f₀，并与计算值进行比较。也可以直接利用示波器来测信号的频率。

图3 李萨如图形法测信号频率测量图

5、改变串并联电路的参数，调节2R_p，并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，检查无误后再接通电源。测f₀之前，应适当调节2R_p，用示波器观察，使U_o无明显失真后，再测定频率。

6、放大电路电压放大倍数A_uf的测定

（1）用毫伏表先测出图2电路的输出电压U_o后，再测量出运放同向输入端的电压U_i值，根据下式计算

（2）然后关断实验箱电源，保持2R_p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）接至运放的同向输入端，调节U_i使U_o等于原值，则：

（3）比较上述放大倍数有何误差，并进行分析。

7、自拟详细的实验步骤，测定RC串并联网络的幅频特性曲线。

五、实验结果及分析

1、装接电路

按图2连线，令电阻1R_p=R调好后接入电路。

2、调节电位器2R_p

当2R_p的接入系数大于19%时电路满足起振条件，可产生正弦振荡，在2R_p的接入系数等于19%时电路的输出波形为稳定的等幅振荡，用示波器观察输出波形如下所示：

测量输出电压值：实验结果-----U_o=6.90V

仿真结果-----U_o=7.808V

3、测量RC串并联电路的幅频特性

       断开RC串并联电路与同向比例电路的连接，测量RC串并联电路的幅频特性的电路图如下所示：

       测得RC串并联电路的幅频特性如下所示：

 

仿真结果：中心频率、

上限截止电压

          下限截止电压

实验中，用交流毫伏表测出输出电压值Uo如下表所示：

由上表观察可知：中心频率

上限截止频率

下限截止频率

理论计算可得：中心频率

误差计算：实验误差-----中心频率

           仿真误差-----中心频率

思考：

（1）若元件完好，接线正确，电源电压正常，而U_o=0，原因何在？应如何解决？

       电路不满足|AF|>1的起振条件，所以电路没有产生正弦振荡，所以没有电压输出，即U_o=0。应该调节2R_p，增大2R_p的接入系数，使电路满足|AF|>1的起振条件，产生正弦振荡。

（2）若有输出但有明显失真，应如何解决？

       调节2R_p，减小2R_p的接入系数，输出波形的失真就会随之减小，调节到合适位置，电路就会产生的振荡波形就没有失真了。

4、测量电路输出波形频率

用频率计测量上述电路输出波形频率。若无频率计，可用李萨如图形法测定U_o的频率f₀。

当两个相互垂直、频率不同的简谐信号合成时，合振动的轨迹与分振动的频率，初相位有关。当两个分振动的频率成简单整数比时，将合成稳定的封闭轨道，称为李萨如图形。由于李萨如图形与分振动的频率比有关，因此通过李萨如图形和已知频率的信号，可以精确测量出未知信号的频率，其计算公式为

其中，N_x，N_y分别为图形与水平直线与垂直直线的切点个数。

在实验电路中，选取信号源频率f_y =99.60Hz(理论计算值)，测量电路图如下所示：

       实验测得李萨如图形如下所示：

       观察上图可知N_x=1，N_y=1，则理论计算值。

实验结果：

仿真结果：

与理论计算值比较：实验误差-----

                    仿真误差-----

5、  改变串并联电路的参数，测量振荡频率

关断电源开关，改变串并联电路的参数，取R=10k和C=0.1uF，检查无误后再接通电源。适当调节2R_p，用示波器观察，当2R_p的接入系数大于19%时电路满足起振条件，可产生正弦振荡，在2R_p的接入系数等于19%时电路的输出波形为稳定的等幅振荡，用示波器观察输出波形如下所示：

测量结果：输出电压值-----U_o=7.827V

          输出电压频率-----f=157.85Hz

理论计算结果：中心频率

误差计算：中心频率

6、放大电路电压放大倍数A_uf的测定

（1）用毫伏表测出图2电路的输出电压U_o和运放同向输入端的电压值U_i。

实验结果：输出电压U_o=7.05V

             同向输入端的电压U_i=2.09V

仿真结果：输出电压U_o=7.86V

             同向输入端的电压U_i=2.61V

       根据式计算可得电路的放大倍数，结果如下表所示：

（2）关断实验箱电源，保持2R_p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）接至运放的同向输入端，调节U_i使U_o等于原值。电路图如下所示：

       实验电路输出波形如下所示：

实验结果：输出电压U_o=7.05V

             同向输入端的电压U_i=2.3V

仿真结果：输出电压U_o=7.85V

             同向输入端的电压U_i=2.62V

根据式计算可得电路的放大倍数，结果如下表所示：

（3）比较放大倍数误差及分析

误差计算：实验误差-----

仿真误差-----

       从“A”点处断开实验电路，接入低频信号发生器的电路的放大倍数比原电路略有减小。原电路中RC串并联网络对同向比例电路有反馈作用，且反馈加在同向比例电路的同向输入端，产生正反馈。而接入低频信号发生器的电路没有正反馈的接入，所以其产生的A_uf相比原电路的A_uf有所减小。

误差分析：

1、读数误差

2、仪器自身误差

3、记数舍入误差