文氏振荡电路实验

    4.2.3　RC文氏振荡电路实验

    1）实验目的

    （1）学习用集成运算放大器设计文氏电桥正弦波振荡电路的方法。

    （2）熟悉测量正弦波形的幅度、频率的方法。

    2）实验原理

    正弦波振荡器是一种具有选频网络和正反馈网络的放大电路。根据选频网络的不同，可将正弦波振荡电路分为RC振荡器和LC振荡器。RC振荡器主要用于产生小于1MHz的低频信号，电路原理图如图4.2.8所示。图中RC的串并联电路为正反馈选频网络，R_f2为负反馈调节电阻，VD₁、VD₂和R_f1组成输出幅度稳定电路，运算放大器构成同相比例放大电路。

    该电路已满足起振的相位条件，起振的幅度条件为:

    A＝1＋R_f/R1≥3

    电路的振荡频率为:f₀＝1/2πRC，R_f为R_f1、R_f2、VD₁、VD₂支路的等效电阻。

    

    

    图4.2.8　RC文氏振荡电路原理图

    3）实验器材

    （1）运算放大器:1个；

    （2）二极管（1N3491）:2个；

    （3）电阻:2个；

    （4）可调电阻:10kΩ2个、100kΩ1个；

    （5）可调电容:1μF 2个；

    （6）开关:1个；

    （7）直流电压源；

    （8）测试仪器仪表:示波器1台，电压表1只。

    4）实验内容及步骤

    （1）按图4.2.8所示原理图创建电路，图中电压表V属性中的Value/Mode设置为AC，并将电路文件命名、存盘。

    （2）观察振荡器的起振过程

    将开关A向上扳，打开电源，用示波器观察输出信号，并适当调节可调电阻R_f2，使示波器中有振荡波形出现，然后调小R_f2到不能再小（如果再小，振荡器就出现停振现象）的位置。此时，振荡器正处于临界起振状态，R_f2＝___________kΩ。

    （3）观察稳幅电路的作用

    为了使文氏桥式振荡器能够得到一个理想的波形，还需要采取稳幅措施。将开关A向下扳，振荡器就有了稳幅电路。在电路中，此时再调节R_f2就很容易获得一个幅值可调的不失真的正弦波。

    （4）振荡波形的测量

    开关A向下扳，电路参数如图4.2.8所示，稳幅后，用示波器测量振荡波形的幅值U_om和频率f₀，调节R_f2＝25kΩ，重复上述过程，将结果填入表4.2.5中，并与理论值比较。

    

    表4.2.5　数据记录表5

    

    （5）用示波器观察R和C对振荡波形的影响，将结果填入表4.2.6中。

    

    表4.2.6　数据记录表6

    

    （6）振荡器设计

    为了获得一个输出频率为16Hz，幅度不小于5V的振荡波形，请设计和调节电路中的有关元器件，并用仿真电路验证。此时的U_om＝_________V。将最后的测试电路命名、存盘。

    5）实验报告要求

    （1）分析电路工作原理。

    （2）整理各项理论和实验数据，分析实验结果，得出结论，并画出相关的曲线图。

    （3）将根据步骤（6）要求设计电路的测试数据与理论值比较，验证电路的正确性。如存在问题，提出相应的改进措施。

    （4）回答思考题。

    6）思考题

    （1）在步骤（2）中，为要满足振荡器起振的相位条件和振幅条件，理论上R_f2和R₁应满足怎样关系？

    （2）分析稳幅电路的工作原理。

    （3）根据表4.2.5的测量结果说明R_f2对振荡信号幅值的影响。

    （4）根据表4.2.6的测量结果说明R和C对振荡频率的影响。