哈工大模电自主设计实验

LC、RC波形振荡器的扩展分析

1、实验目的

学会通过场效应管来保证RC振荡器的稳幅；

通过实验理解LC、RC振荡器的工作原理；

了解振荡器自动稳幅系统的作用；

掌握LC、RC振荡电路振荡频率的测试方法和计算方法；

对比总结LC、RC振荡电路的特点。

2、总体设计方案或技术路线

正弦振荡电路一般包括两部分，放大电路A和反馈网络F，如图所示。

由于振荡电路不需要外界输入信号，因此，通过反馈网络输出的反馈信号Xf就是基本放大电路的输入信号Xid。该信号经基本放大电路放大后，输出为Xo，若能使Xf与Xid大小相等，极性相同，构成正反馈电路，那末这个电路就能维持稳定的输出。因而，Xf＝Xid 可引出正弦振荡条件。由图可知：Xo=AXid

而Xf=Fxo 当Xf＝Xid时，则有：AF=1

上述条件可写成︱AF︱＝1，称幅值平衡条件。

即放大倍数A与反馈系数F乘积的模为1，表明振荡电路已经达到稳幅振荡，但若要求电路能够自行振荡，开始时必需满足︱AF︱>1的起振条件。

由Xf与Xid极性相同，可得：ΦA＋ΦF＝1 称相位平衡条件

即放大电路的相角和反馈网络的相角之和为2n·PI，其中n为整数。

要使振荡电路输出确定频率的正弦信号，电路还应包含选频网络和稳幅电路两部分。选频电路的作用使单一频率的信号满足振荡条件，稳幅电路能保证电路的输出幅度是稳定不失真的，这两部分电路通常可以是反馈网络，或放大电路的一部分。

3、实验电路图

（书本上的文氏电桥正弦波震荡电路）

（场效应管穏幅正弦波震荡电路)

（电容三点式LC正弦波振荡电路）

RC串并联网络正弦波振荡电路又称文氏桥式振荡电路。它适于产生频率低于或等于1MHz 的正弦信号。

将场效应管当作一个压控电阻使用，代替电阻R1，当输出电压幅度增大时，使场效应管的等效电阻也增大，负反馈加强，从而使输出电压幅度减小，实现稳幅。

电容三点式的频率为，反馈系数F=c1/c2。

振荡图中的D1、D2是两个开关二极管，利用其正向导通时电阻的非线性，来自动调节电压放大倍数。如果输出幅度增大时，流过D1、D2 的电流增大，其正向电阻减小，负反馈加强，电压放大倍数随之下降，使输出幅度降低；如果输出幅度减小时，流过D1、D2 的电流减小，其正向电阻增大，电压放大倍数随之增加，使输出幅度增大。调节Rw改变放大器的放大倍数。

选择RC串并联选频网络的参数，使振荡频率取1 KHz ~10KHz 中任一值。（R取值不能小于1 千殴）。选择R1，R2，R3，RW 的阻值（阻值不能小于1 千殴）。实验箱中电位器有1KΩ，10KΩ，50KΩ，470 KΩ，1 MΩ五种规格。R3越小，对二极管非线性的削弱越大，波形失真也就越小，但稳幅作用也同时被削弱。可见，在选择R3时．应注意两者兼顾。实验证明，当R3与二极管的正向电阻Rd接近时，稳幅作用和波形失真都有较好的效果。R3通常选几千欧。并通过实验来调整达到最佳。集成运放采用μA741，稳幅元件采用实验仪中的二极管1N4148。

4、仪器设备名称、型号和技术指标

1．实验箱一个

2．双踪示波器一台

3．交流毫伏表一块

4．直流电源

5．二极管1N4148

6．集成运放μA741

5、理论分析或仿真分析结果

（仿真电路图）

（瞬态分析）

（稳态分析）

6、详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

1.用示波器观察有无输出电压Uo，如果观察到无明显失真的正弦波和方波。用示波器测量振荡频率，并与计算结果比较。

桥式波形发生器：R1=5.1K, RW+R2=5.1K ,R3=6.2K,C=0.01uF,R4=R5=10K

场效应管稳幅波形发生器：R1=R2=10K,C1=C2=0.01UF ,其余生用集成运输算放大器上6V

稳压管和5.1K电阻

电容三点式正弦波震荡电路：L=1MH,C1=0.1UF,C2=1UF,C0=0.01UF

2.用交流毫伏表观察输出电压U0是否稳定，在波形不失真情况下测量V0和Vf。

U0峰峰UF峰峰F0 F+

桥式波形发生器 6.1V 2.13V 1.325KHZ 1.3527KHZ

场效应管稳幅波形发生器8.4V 2.71V 1.4037KHZ 1.4058KHZ

电容三点式正弦波震荡电路19.8V 1.88V 15.853KHZ 15.863KHZ

3.画出调试之后的RC 场效应管正弦振荡和LC 振荡波形图。(如果失真或者出现异常波形也将其画出）

4.计算放大倍数Au 、频率f 、反馈系数F 并且与实际数值比较。

Au Au0 f f0 F F0 桥式波形发生器 3.2 2.86 1.352khz 1.3khz 0.35 0.33 场效应管稳幅波形发生器 3.2

3.29

1.404khz

1.4khz

0.32

0.33

电容三点式正弦波震荡电路

10 10.5 15.85khz 15.6khz 0.09 0.10

6.分析起振的原因，以及如何保证输出频率。试着从反馈的角度分析电路图中各个部件的功能。

虽然没有输入，但由于实验室有微弱的噪声和振动，微弱信号经过放大，输出也很大，最后经过稳幅原件稳定下来。

R1和R3构成反馈电路，R4、R5、C1、C2并联选频网络构成正反馈电路，二极管构成稳幅电路，更换改变RP来改变负反馈深度。

7.分析对比LC和RC正弦振荡电路的特性。

根本区别在于选频网络的不同，若使用RC组成选频网络，则成为RC振荡电路，若是LC 组成选频网络，便是LC振荡电路。

LC一般适合产生高频波形；

RC一般适合产生低频波形。

7、实验结论

（1）振荡电路的基本组成就是：1、放大器；2、正反馈网络。有以上电路组成的振荡电路一般输出的都是方波。要想产生正弦波，还要增加一个组成部分：选频网络。选频网络可以用电感L、电容C组成，这就是LC振荡电路；也可以用电阻R、电容C组成选频网络，这就是RC振荡电路。

一般来说，LC振荡电路适合产生较高频率（一般在高于几百千赫）；而RC振荡电路适合产生较低频率。

（2）在实际实验中很难观察到振荡电路起振的过渡过程，通过Multisim可以方便的看到。

（3）电路可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。

（4）由于电路中存在噪声，它的频谱分布很广。这种微弱的信号，经过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来。

（5）开始时（场效应稳幅RC正弦波振荡)，A(V)略大于3，达到稳定平衡状态时，A(V)=3，F(V)=1/3。当增大电位器RW阻值时，放大器的增益逐渐增大，振荡器总体电压放大倍数大于1，达到自激振荡的条件。此时开始自激振荡。当继续增大电位器时，增益继续增大，二极管开始非线性限幅，当输出幅值过大时，超过二极管限幅最值，开始出现非线性失真。

8、实验中出现的问题及解决对策

（1）：所测量的数据与理论值有偏差。

解决对策：打开带宽限制，合理调整元器件的摆放位置，减小元器件之间的相互干扰，同时尽量在连接电路之前选择更加精准的原件，寻找比较安静的试验台。

（2）：做实验时发现时间紧迫。

解决对策：在做实验之前更加充分准备，深入理解实验原理，提前到实验室进行准备，实在不行就下次再来。

（3）：做实验的时间比较早，模电的理论课程还没有学到所做实验需要的知识。

解决对策：自己预习第七章“放大电路中的反馈”，在网络查找资料，来完善自己缺陷的知识。

（4）：不会使用仿真软件，没有摸你手段。

解决对策：在网络寻找仿真软件教程，并且一步一步按照RC正弦振荡的电路图连接，最终解决了问题，同时具备了一定的仿真能力。

9、本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

收获体会：自主设计实验对我们学生是一个严峻的挑战，没有了现成的公式和步骤，一开始我显得手足无措，但是硬着头皮在图书馆一点一点查阅电路实验书，在网上搜索相关课题的资料让我一点一点成长，虽然仅仅选择课题和设计实验就花费了将近一个星期的时间，但是我依然感谢这次自主实验让我开发潜能，超越自我。

一点小小的建议：希望实验室能开放更多的电路元件，因为在选择课题的时候有些感兴趣并且有挑战性的课题需要的原件实验室并不能提供，而且申请购买需要花费很多时间，希望实验室老师们能够考虑采纳，谢谢。

10、参考文献

[1] 廉玉欣、张武、史庚苏，电子技术基础实验教程，机械工业出版社，2010-2。

[2] 王淑娟、蔡惟铮、齐明，模拟电子技术基础，高等教育出版社，2009-5。

[3] 邱关源、罗先觉，电路(第5版)，高等教育出版社2006年5月1日。