RC振荡电路的设计与分析

RC桥式振荡电路的分析一、设计目的1、掌握RC振荡器的设计方法及工作原理,研究负反馈强弱对振荡器的影响;2、学习用示波器测量正弦波振荡器振荡频率,开环幅频特性和相频特性的方法.3、学习运用Multisim程序观察输出波形由小到大的起振和稳定到某一幅值的全过程4、学会用虚拟仪器计算振荡频率一、所选仪器设备计算机Multisim程序软件、示波器二、设计题目RC振荡电路的设计与分析三、实验原理RC桥式振荡器将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桥式振荡电路如图所示，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，Rf、R1接在运算放大器的输出端和反相输入端之间，构成负反馈。正反馈电路和负反馈电路构成一文氏电桥电路（如图1-1所示），运算放大器的输入端和输出端分别跨接在电桥的对角线上，所以，把这种振荡电路称为RC桥式振荡电路R11k¦¸R21.69k¦¸R31.718k¦¸R51.69k¦¸5%C147nF5%C247nF5%D11N3491D21N3491R41.8k¦¸5%130VCC9VVDD9V24U2UA741CP32476515图1-1振荡信号由同相端输入，故构成同相放大器，输出电压Uo与输入电压Ui同相，其闭环电压放大倍数等于Au=Uo/Ui=1+(Rf/R1)。而RC串并联选频网络在ω=ωo=1/RC时，Fu=1/3,εf=0°，所以，只要|Au|=1+(Rf/R1)3,即Rf2R1,振荡电路就能满足自激振荡的振幅和相位起振条件，产生自激振荡，振荡频率fo等于采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便地调节振荡频率。在常用的RC振荡电路中，一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换（频率粗调），再采用双联可变电位器进行频率的细调。电路的振荡频率：fo=1/2πRC起振的幅值条件：Rf/R1=2其中Rf=Rw+R2+R3\\r错误!未指定书签。四、设计内容及步骤1．内容(1)根据设计结果连接电路.(2)采用瞬态分析Transient,观察不同时间段输出波形.(3)分析和观察不同时间段输出波形由小到大的起振和稳定到某一幅度的全过程。(4)参数设置，若参数不能达到设计要求，按指标要求调试电路。(5)比较和计算仿真结果，分析误差原因。2.步骤（1）在Multisim平台上建立如图1-2所示的实验电路，仪器按图设置。这个实验应看到振荡波形振幅逐渐增大最后形成稳定振荡的变化的过程（2）单击仿真开关运行动态分析，等振荡输出稳定后按F9暂停。（3）用参数扫描分析，先扫描Rf1的值，动态变化范围为1-2kΩ,得到扫描图1；（4）重复上述（3）的步骤，扫描Rf2，得到扫描图2;（5）采用瞬态分析Transient,观察观察不同时间段的输出波形（6）根据要求，分析得到的两个扫描图，确定Rf1和Rf2的阻值；六、试验具体内容1．电路组成图1-1是RC桥式振荡电路的原理电路，这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。选频网络（即反馈网络）的选频特性已知，在w=w0处，RC串并联反馈网络的Fv=1/3，φ=0，根据振荡平衡条件AF=1和φa+φf=2nπ，可知放大电路的输出与输入之间的相位关系应是同相，放大电路的电压增益不能小于3，即用增益为3（起振时，为使振荡电路能自行建立振荡，Av=1+Rf/R1应大于3）的同相比例放大电路即可。根据这个原理组成的电路如图1-1所示，由于Z1、Z2和R1、Rf正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，因此这种振荡电路常称为RC桥式振荡电路2、数据电路图图1-23结果电压如图所示频率如图所示4、分析调整参数如图所示ou-++1R1AR1FRCRC2FR根据设计要求的f和c。计算R的值。既是设计要求的f=2000Hz由f。=1/2πRC得R=1.69K欧姆,为了使振荡稳定性好，应取阻值和容值稳定性好的阻容器件。从以上分析已知RF2=2R1时，即可起振。由于文氏桥的传输特性在f=fn时，它的输出为输入的1/3。因此按照起振条件要求,放大器放大倍数应大于等于3，于是根据电路Rf2+（Rf1//rd）=2R1，其中rd是D1,D2正向导通时的动态电阻应该很小，因此只要适当调节Rf2起振条件很好实现.另外，考虑使用运放时的平衡电阻的要求可得Rf1=1.8k欧姆，Rf2=1.718k欧姆。波形图如图所示七、结束语