实验39RC正弦振荡器

低频电子线路实验117实验3.9RC正弦波振荡器一、实验目的（1）熟悉用集成运算放大器构成的RC正弦波振荡器组成。（2）掌握RC振荡器的工作原理、起振条件和稳幅原理。二、实验设备及材料双踪示波器、数字万用表、直流稳压电源、函数信号发生器、实验电路板。三、实验原理实验电路如图3.9.1所示。振荡电路由两部分组成，即放大器和选频网络。运算放大器和R3、RW、R5//rD（rD为二极管正向导通电阻）组成负反馈放大电路；R1、C1、R2、C2组成选频网络，同时又是正反馈网络，通常R1=R2=R；C1=C2=C。如去掉正反馈网络，即将A、B间的连线断开，从B点输入信号，则运算放大器组成一个同相放大电路，放大器的增益Au=(R3+RW+R5)/R3，相移φA=0º。而正反馈网络R1C1、R2C2的选频特性，使电路在振荡频率处满足振荡的相位条件。当电路谐振时，Fu=1/3，φF=0º。而欲使电路起振，必须使Au≥3（实际上略大于3），即满足起振条件：AuFu1，φA+φF=0º，此时输出端有一个正弦信号输出。电路的振荡频率为：RCπf21=0（3-9-1）电路起振的幅度条件为：RW+R5//rD2R3（3-9-2）当电路起振之后，随着振荡的增强，振荡波形将因超出运算放大器的线性区而出现失真。因此电路起振之后，必须使Au=3，以维持正常振荡。为此，在同相放大器中往往引入带用非线性元件的负反馈网络，用来自动调整负反馈的深度，达到自动稳幅和改善波形质量。D1、D2具有稳幅功能、消除失真波形。三、实验内容1、RC正弦波振荡器测量（验证性实验）按图3.9.2连接实验电路，连接A、B。（1）测量振荡器振荡频率f0图3.9.1RC正弦波振荡器实验电路实验3.9RC正弦波振荡器118①取R（R1、R2）=16kΩ，C（C1、C2）=0.1µF。接通电源，用示波器观察输出Uo的波形。调节RW，使电路起振，并使Uo的幅度最大且正弦波无明显失真，从示波器读出信号周期T，将测量结果记入表3-9-1，计算它的频率f0，并与理论值f0′比较。②取R（R1、R2）=16kΩ，C（C1、C2）=0.01µF。测量信号周期T、计算对应振荡频率f0，将测量结果记入表3-9-1，并与理论值f0′比较。表3-9-1RC振荡器频率测量数据记录元件值测量值理论计算值相对误差Δf0/f0′RCTf0f0′16kΩ0.1µF16kΩ0.01µF（2）测量放大器的增益Au和反馈系数F①连接A、B。取R（R1、R2）=16kΩ，C（C1、C2）=0.1µF。接通电源，用示波器观察输出Uo的波形。调节RW，使电路起振，并使Uo的幅度最大且正弦波无明显失真，记录振荡频率f0输出电压的幅度值Uom，同时用毫伏表测量输出电压有效值Uo和正反馈端电压UF+，将数据记入表3-9-2，计算反馈系数Fu+。②保持在上一步骤调整好的RW值，断开A、B之间的连接线，从运算放大器的同相输入端B点输入接近振荡频率f0的正弦波信号，并调整信号发生器使运算放大器的输出电压为原来滋味振荡器时的输出电压的幅度值Uom。用毫伏表分别测量运算放大器输入电压Ui、输出电压Uo和负反馈端电压UF-，将数据记入表3-9-2，计算放大器的增益Au、反馈系数Fu-。③关掉电源，用数字万用表测量R5||rD（近似为R5两端的在路测量电阻）和RW的电阻值，计算负反馈系数33W5D||-RFRRRr，与理论值比较。表3-9-2RC振荡器增益和反馈系数测量数据记录R=16kΩ，C=0.1µF振荡器测量值运算放大器测量值数字万用表测量值fUomUoUF+Fu+fiUiUoUF-AuFu-R5||rDRWF-2、RC正弦波振荡器电路设计（设计性实验）设计一个振荡频率从1kHz~10kHz连续可调的RC正弦振荡器电路。要求计算出振荡器中各元件的参数，画出标有元件值的电路图，并进行实验验证。五、预习要求1、熟悉RC正弦波振荡器的工作原理、起振条件和稳幅原理。2、推导实验电路振荡频率f0、放大器的增益Au和反馈系数F+的计算公式。3、确定设计实验（实验内容2）方案。六、实验报告与思考题1、整理实验数据，并根据实验测量值与理论值比较，分析产生误差的原因。2、当RC振荡器输出信号出现上下限幅的严重失真时，应当增大还是减小RW的值？