综合设计 正弦波振荡器的设计与测试
一．实验目的
1． 掌握运用Multisim 设计RC振荡电路的设计方法 2． 掌握RC正弦波振荡器的电路结构及其工作原理 3． 熟悉RC正弦波振荡器的调试方法
4． 观察RC参数对振荡器的影响，学习振荡器频率的测定方法 二．实验原理
在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，即电路中必须引入正反馈；二要有外加
的选频网络，用以确定振荡频率。正弦波振荡的平衡条件为：AF?1 起振条件为|AF|?1 写成模与相角的形式：|AF|?1 ?A??F?2n?（n为整数） 电路如图1所示：
...... 1． 电路分析
RC桥式振荡电路由RC串并联选频网络和同相放大电路组成，图中RC选频网络形成正反馈电路，
决定振荡频率f0。R1、Rf形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，D1、D2是稳幅元件。 该电路的振荡频率 ： f0=式中
1 ① 2?RC起振幅值条件：Av?1?RfR1?3 ②
Rf?R2?R3//rd ，rd为二极管的正向动态电阻
2． 电路参数确定
（1） 根据设计所要求的振荡频率f0，由式①先确定RC之积，即 RC=
1 ③ 2?f0 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻Ri和输出电阻Ro的影响，应使
1
R满足下列关系式：Ri>>R>>Ro一般Ri约为几百千欧以上，而Ro仅为几百欧以下，初步选定R之后，由式③算出电容C的值，然后再算出R取值能否满足振荡频率的要求
（2） 确定R1、Rf：电阻R1、Rf由起振的幅值条件来确定，由式②可知Rf≥2R1 ， 通常
取Rf=（2.1~2.5）R1，这样既能保证起振，也不致产生严重的波形失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应满足直流平衡条件，即：
R=R1//Rf
（3） 确定稳幅电路：通常的稳幅方法是利用Av随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实
现稳幅。图1中稳幅电路由两只正反向并联的二极管D1、D2和电阻R3并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻R3。实验证明，取R3≈rd时，效果最佳。
三．实验任务
1．预习要求
（1） 复习RC正弦波振荡电路的工作原理。 （2） 掌握RC桥式振荡电路参数的确定方法 2． 设计任务
设计一个RC正弦波振荡电路。其正弦波输出要求：
（1） 振荡频率：接近500Hz或1kHz左右，振幅稳定，波形对称，无明显非线性失真 （2）* 振荡频率：50Hz~1kHz可调，其余同（1）
四．实验报告要求
1． 简述电路的工作原理和主要元件的作用 2． 电路参数的确定
3． 整理实验数据，并与理论值比较，分析误差产生的原因 4． 调试中所遇到的问题以及解决方法 五．思考题
1． 在RC桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调整哪个参数？若输出波形失真应如何调整？
2． 简述图-1中D1和D2的稳幅过程。 六．仪器与器件
仪器： 同实验2 单管
器件： 集成运算放大器μA741 二极管 1N4001 电阻 瓷片电容 若干
2
举例说明：实验内容 1.连接选频网络 测量RC串并联选频电路的幅频特性
和相频特性,
V: -108 mV V(峰-峰): 2.00 V V(有效值): 707 mV V(直流): 12.1 uV I: I(峰-峰): I(有效值): I(直流): 频率: 1.56 kHzC30.01uF 4R533k 5C40.1uF XBP1INOUTA+_XSC1Ext Trig+_B+_R61k 1XFG1R233k 0R31k C1C27 V: -40.4 mV V(峰-峰): 667 mV V(有效值): 236 mV V(直流): 3.66 uV I: I(峰-峰): I(有效值): I(直流): 频率: 1.56 kHz0.01uF 0.1uF .反馈系数：F?UfUo..R//?1j?C11R??R//j?Cj?C?113?(?RC?)?RC
.111令?o?，则fo? 代入上式，得出：F?
ffoRC2?RC3?j(?)fof幅频特性为： |F|?.1ffo3?(?)fof21ffo 相频特性为：?F??arctan(?) 23fof..11.1当f?fo?时，F?，即|Uf|?|Uo|，?F?0o。
2?RC3311=1.59155kHz fo??2?RC2??1000?0.1?10?6
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2.运算放大器组成的RC桥式正弦波振荡器.
利用电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性元件，从而使输出电压稳定，此时比例系数为Av?1?RfR1?3 Rf?R2?R3//rd
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改变串并联电路的参数，调节Rp，使电路产生正弦振荡。用示波器观察其输出波形，然后测出振荡频率。
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RC正弦波振荡器设计实验
