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1RC振荡器与放大器电路设计一、实验要求实验题目：利用运放LM358P，搭建一个正弦波发生器电路，要求：频率尽可能高，失真尽可能小；搭建一个放大器电路，要求：增益带宽积尽可能大。实验要求：电路要求焊接，导线要焊在电路板背面，保证电路美观稳定。实验时间：2014.4.5-2014.4.11，共七天。二、实验提供元件LM358P运放*2，电容、电阻、电感、二三极管若干，导线、排针排座若干，万能板两块。三、设计思路1、正弦波发生器电路经过查阅相关资料，我了解到正弦波发生器电路主要有以下几种类型：文氏桥式、反馈式、三点式正弦波振荡器。其中，由于反馈式和三点式正弦波振荡器中需要一定数量的电感，但是由于实验室电感型号不全，所以最终选择文氏桥电路。2、放大电路在模拟电路学习的过程中，我了解到放大电路的增益带宽积取决于运放本身的性质，所以确定使用基本的反相放大电路。四、实验过程1、正弦波发生器电路①首先，我根据《电子测量与电子电路实践》上的有关内容，设计了如下电路其中，R1+R2略大于2*R6，R6//(R1+R2)=R3=R5，二极管用来稳幅。在实际调测中，发现其产生的正弦波在到达50kHZ及以上时，有明显的失真现象，具体三种失真现象如下：1）突刺状失真2对于这种失真现象，我进行了深入的思考。我提出了以下三种可能性：A失真是由于电路混入了高频噪声造成的改进方案：再加入一级带通滤波器，滤除不需要的杂波。B失真是由于二极管的非线性电阻造成的交越失真改进方案：加入偏置电路，改善交越失真C失真是由于运放输出端与同相输入端之间回路的容性负载过大，导致产生附加相移，附加相移作用回同相输入端造成波形失真改进方案：调整回路容抗与阻抗大小关系2）削平失真。正弦波削平失真的明显特点是波形顶部变直，波形幅度很大，接近电源电压。造成这种失真的原因大多是反馈电阻值过大，使电路的增益过大，致使输出电压峰值太大，严重时会随着反馈电阻值的增大输出波形变得极像方波。解决这种失真的方法是减小反馈网络的总电阻。而过分的减小又将使电路不能起振，因此它的大小十分关键，在不确定电阻值大小的情况下我选择了使用精密电位器代替，通过精密电位器最终将波形调到一个最好的效果。3）停振现象。在实际制作中，由于元器件本身的质量和精度问题，也会使振荡器的效果大打折扣。我采取了多次试验的方法，经过仔细的调试，使得电路稳定起振。②针对突刺状失真的A可能性，在①电路的基础上，我加入了带通滤波器电路，3希望可以滤掉杂波，去除波形失真。但是效果并不理想。经过查阅资料，我意识到这是由于带通滤波器的Q值太小，选频特性不强造成的。后来，我考虑过使用有源带通滤波器，提高Q值。但是由于只能使用两片运放，所以只能作罢。③针对突刺状失真的B可能性，将二极管拆除，但突刺状失真并没有得到改善。因此排除B可能性。④针对突刺状失真的C可能性，我查阅了相关资料，证实了这一结论。根据《运算放大器容性负载驱动问题》（GraysonKing，AnalogDevicesInc.）一文，我发现正反馈回路的容性负载所产生的附加相移将会作用到起振的过程当中，造成不同相位的正弦波相互叠加。由于频率较低时，容性负载不大，造成的相移较小；随着频率的提高，容性负载变大，产生的相移变得明显。所以当振荡器的频率高于50kHz时，将会出现突刺状失真。文章中还提到，改善这种现象的方法有：提高噪声增益法、环路外补偿法和环路内补偿法。在此，我采用了环路内补偿法，设计电路图如下：4在输出脚与地线之间加入一个970欧的电阻，改变了反馈回路的容抗，使的电路在较高的频率（200kHz以上）也不容易出现突刺状失真。2、放大电路经过模电课程的学习，我认为在电路中没有储能元件的前提下，放大电路的增益带宽积与电路无关，并且此时的增益带宽积可以达到最大值。但是在实验中我发现实验室稳压电源较老旧，电源受市电影响有时会出现50Hz的波动，所以我在电路中加入了耦合电容，希望去除信号源和电源中的低频成分。电路图如下：5五、实验结论1、正弦波振荡器经过实验过程中的多次调整，我的电路最终可在无失真的前提下达到200kHz以上，并且起振稳定，无停振现象。实验最终波形图如下：在该波形中，振荡器的峰峰值为1.3V：，振荡频率为208.3kHz：，波形完好无失真。2、放大电路经过多次试验，我设计的耦合电容可以较好地滤除市电引起的50Hz低频噪声。达到上截止频率时，实验波形图如下：该电路的性能指标为：放大倍数：148.4，下截止频率为：53Hz，上截止频率为：20kHz，增益带宽积为：2.968M。六、实验感想本次实验为创新基地的选拔实验，由于我之前并没有电路焊接经验，所以虽然有七天的时间，但还是显得时间紧，任务重。实验日期的前三天是清明节，这三天我基本都泡在实验室，与同学一起调测电路、总结规律、查阅文献、学习知识。经过三天的努力，我克服了重重难关，得到了较为满意的实验结果，这对于我个人来说也是一大历练和突破。并且，在这个过程中，我重温了模拟电路中运放的相关知识，了解了电路焊接的基本手法，为日后的电子工艺实习和电子设计竞赛打下了良好的基础。