RC桥式 正弦波振荡器.doc

实验六 RC桥式正弦波振荡器

一、实验目的
1．研究RC桥式振荡器中RC串、并联网络的选频特性。
2．研究负反馈网络中稳幅环节的稳幅功能。
3．掌握RC桥式振荡器的工作原理及调测技术。
4．进一步掌握用双踪示波器测相位差的方法。
5. 掌握信号频率的几种常用测量方法。
二、实验原理
RC桥式振荡器的实验电路如图1所示。
图(a) RC桥式振荡器基本原理电路

R
10kΩ
100kΩ
RP
5.1kΩ
R1
vo
R2
－

＋

5.1kΩ

R
10kΩ
C
C

图（b）Multisim仿真电路图
图1 RC桥式振荡器
该电路由三部分组成：作为基本放大器的运放；具有选频功能的正反馈网络；具有稳幅功能的负反馈网络。
1．RC串并联正反馈网络的选频特性。
电路结构如图2所示。一般取两电阻值和两电容值分别相等。由分压关系可得正反馈网络的反馈系数表达式：

令，则上式为
-
-
+

图2

+
由上式可得RC串并联正反馈网络的幅频特性和相频特性的表达式和相应曲线（如图3和图4所示）。

ω

φF
-90°
90°

图4 相频特性曲线
图3 幅频特性曲线
ω0
1/3

ω
ω0

由特性曲线图可知，当ω＝ω0时，正反馈系数达最大值为1/3，且反馈信号与输入信号同相位，即φF＝0满足振荡条件中的相位平衡条件，此时电路产生谐振ω＝ω0＝1/RC为振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率fo为

当输入信号的角频率低于ω0时，反馈信号的相位超前，相位差φF为正值；而当输入信号的角频率高于ω0时，反馈信号的相位滞后，相位差φF为负值。
2、带稳幅环节的负反馈支路
由上分析可知，正反馈选频网络在满足相位平衡的条件下，其反馈量为最大，是三分之一。因此为满足幅值平衡条件，这样与负反馈网络组成的负反馈放大器的放大倍数应为三倍。为起振方便应略大于三倍。由于放大器接成同相比例放大器，放大倍数需满足=1+，故2。为此，线路中设置电位器进行调节。
为了输出波形不失真且起振容易，在负反馈支路中接入非线性器件来自动调节负反馈量，是非常必要的。方法可以有很多种。有接热敏电阻的，有接场效应管的（压控器件），本实验是利用二极管的非线性特性来实现稳幅的。其稳幅原理可从二极管的伏安特性曲线得到解答。如图5所示。
iD
vD
ID2
ID1
VD1
VD2
Q1
Q2
图5
在二极管伏安特性曲线的弯曲部分，具有非线性特性。从图中可以看出，在Q点，PN结的等效动态电阻为；而在Q点,PN结的等效动态电阻为；显然，>；也就是说，当振荡器的输出电压幅度增大时，二极管的等效电阻减少，负反馈量增大，从而抑制输出正弦波幅度的增大，达到稳幅的目的。
通过Rp调节负反馈量，将振荡器输出正弦波控制在较小幅度，正弦波的失真度很小，振荡频率接近估算值；反之则失真度增大，且振荡频率偏低。这是在实验中应当注意的。
三、预习要求
1．复习运放组成的正弦波振荡器的基础知识，理解实验电路的工作原理。
2. 要求fo＝1600Hz且取R＝10kΩ，计算电容C取多大值（取标称值）？

3．计算f =5 fo和f =fo时，vf与vi相位差的值。

4．复习用示波器测量相位差的方法。

5. 实验中怎样判断振荡电路满足了振荡条件？

6. 影响振荡频率f0的主要因素是什么？

四、实验内容
1．参照图1（b）建立仿真电路，用示波器观察输出波形。注意在调整RP大小的时候，将调整幅度Increment由原来系统默认的5%减小到1%，否则增益太大，不能获得较为理想的输出正弦波。
2．根据起振要求，电压负反馈电路的电压放大倍数要略大于3，调节电位器Rp，使电路起振且输出良好（尽可能取小的幅值，使输出失真较小）的正弦波，测取输出正弦波的电压有效值Vo。
3．测量振荡频率fo
（1）用示波器测取fo
用示波器内的光标测量功能读出T，计算获得fo。
（2）用函数信号发生器的频率计功能测量振荡频率f0
振荡电路的输出电压与函数信号发生器的“计数器输入”端连接，按下函数信号发生器的“外测频率”各相关控制键后，在函数信号发生器的5位LED显示器上显示被测信号的频率f0。
4．把R为5.1kΩ电阻换成20kΩ电阻, 调节RW，观察稳幅效果；去掉两个二极管，接回5.1kΩ电阻，再细调电位器RW，观察输出波形的稳幅情况。
5．去掉其他元件，仅留RC串并联正反馈网络，测试此网络的选频特性。
（1）测量υF和υi的相位差
用示波器测试相位差的方法参见实验三。注意若vF超前，则φF为正；vF滞后，则φF为负。将测试结果填入表1。
表1

f0 （Hz）
（f=f0时）
（f=f0时）
（f=5f0时）
理论值

测试值

（2）测量反馈系数F
函数信号发生器输出信号加到RC串并联正反馈网络的输入端υi，改变输入信号频率，用交流毫伏表测出Vi 、VF，由公式计算，结果记入表2
表2

f （Hz）
Vi（Hz）
VF（Hz）

（实际测量）

（理论估算）
f=f0时

f=f0时

f=5f0时

五、实验总结
1．总结RC桥式振荡电路的振荡条件。

2．整理三种测试频率的方法。自拟表格记录测量测频的实验数据，比较测试结果。

3. 根据改变负反馈电阻Rp对输出波形的影响，说明负反馈在RC振荡电路中的作用。

4. 记录υF和υi的波形，并说明两者之间的相位关系。

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