廈門大學(xué)電子技術(shù)試驗(yàn)九集成運(yùn)算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器

1、 報 告 告 實(shí) 驗(yàn) 名 稱：實(shí)驗(yàn)九 集成運(yùn)算放大器組成的 RC文氏電 橋振蕩器 系別： 班號： 實(shí)驗(yàn)組別： 實(shí) 驗(yàn) 者 姓 名： 學(xué) 號： 實(shí) 驗(yàn) 日 期： 實(shí)驗(yàn)報告完成日期： 指導(dǎo)教師意見： 目錄 二、實(shí)驗(yàn)原理 3. 三、實(shí)驗(yàn)儀器 5. 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù) 5. 1、電路分析及參數(shù)計(jì)算 5. 2 、振蕩器參數(shù)測試 7. 3、振幅平衡條件的驗(yàn)證 8. 4、觀察自動穩(wěn)幅電路作用 9 五、誤差分析 10 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 11 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握產(chǎn)生自激振蕩的振幅平衡條件和相位平衡條件； 2. 了解文氏電橋振蕩器的工作原理及起振的條件和穩(wěn)幅原 理。 、實(shí)驗(yàn)原理 1. 產(chǎn)生自激振蕩的條件： 當(dāng)放大

2、器引入正反饋時，電路可能產(chǎn) 生自激振蕩，因此，一般振蕩器都由放大 器和正反饋網(wǎng)絡(luò)組成。 其框圖如圖 1所示 振蕩器產(chǎn)生自激振蕩必須滿足兩個基本 條件： （1）振幅平衡條件：反饋信號的振幅應(yīng)該等于輸入信號的振 幅，即 VF = Vi 或 |AF| = 1 （2）相位平衡條件：反饋信號與輸入信號同相位，其相位差 應(yīng)為： A F 2n （n = 0、1、2） 2. RC串 -并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性： RC 串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)如圖 2（a）所示，其電壓傳輸系數(shù)為： R2 F(+)=VF( ) VO 1 jwR 2c 2 R1 jw1c1 jwRR22c2 (1 RR12 cc12) j(wc2R1 wc11R2

3、) 當(dāng) R1= R2= R ， C1= C2= C 時，則上式為： F( ) 1 1 3 j(wRc ) wRc 若令上式虛部為零 ,即得到諧振頻率 fo為：fo=2 1RC 當(dāng) f = fo 時，傳輸系數(shù)最大，相移為 0，即： Fmax=1/3 ， F 0 傳輸系數(shù) F 的幅頻特性相頻特性如圖 2(b)(c)所示。由此可見， RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。 對頻率 fo 而言，為了滿足政府平衡條件 | AF | = 1 ，要求放大器 | A | = 3 。為滿足相位平衡條件： A F 2n ， 要求放大器為同相放大。 3. 自動穩(wěn)幅： 由運(yùn)算放大器組成的 RC文氏電橋振蕩器原理圖如圖 3 所

4、示，負(fù) 反饋系數(shù)為： VF( )R1 F(-)= Vo R1 RF 在深度負(fù)反饋情況下： 1 R1 RFRF AF1 F ( )R1R1 因此，改變 RF 或者 R1就可以改變放大器的電壓增益 由振蕩器起振條件，要求 | AF (+)| 1 ， 當(dāng)起振后，輸出電壓幅度將迅速增大，以至 進(jìn)入放大器的非線性區(qū)，造成輸出波形產(chǎn)生 平頂削波失真現(xiàn)象。為了能夠獲得良好的正 弦波，要求放大器的增益能自動調(diào)節(jié)，以便 在起振時，有| AF (+)| 1 ；起振后，有| AF (+)| = 1，達(dá)到振幅平衡條件。由于負(fù)反饋放大器的增益完全由反饋系數(shù) VF(-)決定。因此，若能自動改變 RF 和 R1的比值，就能

5、自動穩(wěn)定輸出 幅度，使波形不失真。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 1、示波器1 臺 2、函數(shù)信號發(fā)生器1 臺 3、直流穩(wěn)壓電源1 臺 4、數(shù)字萬用表1 臺 5、多功能電路實(shí)驗(yàn)箱1 臺 6、交流毫伏表1 臺 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù) 1、電路分析及參數(shù)計(jì)算 ： 分析圖 6 電路中，運(yùn)算放大器和 RF1，RF2及 Rw 構(gòu)成同相放大 器，調(diào)整 Rw 即可調(diào)整放大器的增益； RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成選頻 網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)的輸出端經(jīng) R2、R3 構(gòu)成分壓電路分壓送運(yùn)算放大器 的同相端，構(gòu)成正反饋， D1,D2 為穩(wěn)伏二極管。 在不接穩(wěn)伏二極管時，在諧振頻率點(diǎn)，正反饋系數(shù)為： F( ) VF() VO 1 R2 3 R2 R3 而

6、負(fù)反饋系數(shù)為： F( )Rw RF1 RF 2 Rw (1) 為保證電路能穩(wěn)定振蕩，則要求： F(+)=F(-),由此，根據(jù)電路參數(shù)，計(jì)算 Rw 的 理論值； Rw=0.628k 2)同相放大器的電壓增益 AVF= 33 ； 3 ) 電 路 的 振 蕩 頻 率 fo= 1.6076KHz ； 仿真電路圖： 6 2、振蕩器參數(shù)測試 ： （1）按圖 6搭接電路，（ D1、D2 不接，K 撥向 1）經(jīng)檢查無誤 后，接通 +12V 電源。 （ 2）調(diào)節(jié) Rw，用示波器觀察輸出波形，在輸出為最佳正弦波， 測量輸出電壓 Vp-p。 Vp-p=20.2 V （3）測量 Rw 值； Rw=0.6004 k 示

7、波器圖形： （ 4）用李薩茹波形測量振蕩頻率； 李薩茹波形測量信號頻率方法：將示波器 CH1 接振蕩器輸出， CH2 接信號發(fā)生器正弦波輸出， 令示波器工作在 “外掃描 X-Y”方式； 當(dāng)調(diào)節(jié)信號發(fā)生器頻率時，若信號發(fā)生器頻率與振蕩器頻率相同時， 示波器將出現(xiàn)一橢圓；通過此方法可測量未知信號頻率。 f = 1.6195180kHz 示波器圖形： 3、振幅平衡條件的驗(yàn)證 ： 在振蕩器電路中， 調(diào)節(jié) Rw，使輸出波形為正弦波時， 保持 Rw 不 變，將開關(guān) K 撥向 2 位置，則，即輸入正弦信號（頻率為振蕩頻率， 峰 -峰值 Vip-p=100mV）則電路變?yōu)橥喾糯笃鳎?用毫伏表測量 Vi、Vo

8、、 VA、VF，填入表 1； 將電路恢復(fù)為振蕩器（開關(guān) K 撥向 1 位置），調(diào)節(jié) Rw，使輸出 波形略微失真，再將開關(guān)撥向位置 2，電路又變?yōu)橥喾糯笃鳎煤?伏表測量 Vi、 Vo、 VA、 VF，填入表 1； 將電路恢復(fù)為振蕩器（開關(guān) K 撥向 1 位置），調(diào)節(jié) Rw，使輸出 波形停振，再將開關(guān)撥向 2 位置，電路又變?yōu)橥喾糯笃?，用毫伏?測量 Vi、Vo、VA、 VF，填入表 1； 表 1 振幅平衡條件驗(yàn)證 工作狀態(tài) 測量值 測量計(jì)算值 Vip-p(m V) Vo(V) VA(V) VF(V) A=Vo/ Vi F(+)=V F/Vo AF(+) 良好正弦波 100 1.2101 0

9、.3990 0.0359 34.23 0.02967 1.0155 略微失真 100 1.2148 0.4007 0.0360 34.36 0.02963 1.0181 停振 100 1.2078 0.3984 0.0359 34.16 0.02972 1.0154 良好正弦波 時理論值 100 1.1667 0.3889 0.0354 33.00 0.03030 1.00 仿真電路圖： 良好正弦波仿真波形： F（ ）的相對誤差： F( )測 -F( ) 理 0.02963 0.03030 F( ) 理 0.03030 100% 4% 100% 2.3% EF AF（ ）的相對誤差： AF( )測 -AF( )理 1.0155 1.000 AF( )理 1.0000 100% 1.6% EAF 4、觀察自動穩(wěn)幅電路作用 ： 在圖 6 基礎(chǔ)上，接入穩(wěn)幅二極管 D1、 D2，調(diào)節(jié)電位器 Rw，觀 察輸出波形的變化情況，測量出輸出正弦波電壓 Vop-p 的變化范圍。 （ Vop-p）max=20.1 V （ Vop-p） min=2.23 V 五、誤差分析 A測 - A理 34.23- 33.00 A理 33.00 A的相對誤差： EA 誤差來源分析： （ 1）電阻或電