实验十四RC正弦波振荡器一、实验目的掌握RC正弦波振荡器的电路结构及其工作原理。熟悉正弦波振荡器的测试方法。观察RC参数对振荡频率的影响，学习振荡频率的测定方法。二、实验仪器1、双踪示波器2、低频信号发生器3、频率计4、交流毫伏表5、直流电源。三、实验原理及测量方法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1所示。图1正弦振荡电路原理框图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，那么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。由方框图1可知：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，表明振荡电路已达到稳幅振荡，但若要求电路能够自行振荡，开始时必须满足|AF|>1的起振条件。由Xf与Xid极性相同，可得：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,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。RC正弦振荡电路也称为文氏桥振荡电路。它的主要特点是利用RC串并联网络作为选频和反馈网络。如图2所示（a）电路图（b）串并联网络频率特性图2RC串并联正弦振荡电路由串并联网络的幅频特性，可知当信号频率为时，选频网络的相角为0度，传递系数为1/3。所以，要满足正弦振荡条件，要求放大电路的相角为0度，传递系数稍大于3。故实验中的放大电路采用同相比例电路。四、实验内容1、按图2连线，注意电阻1Rp=R，需预先调好再接入。2、调节电位器2Rp，使电路产生正弦振荡，用示波器观察输出波形。3、测量RC串并联电路的幅频特性。思考：（1）若元件完好，接线正确，电源电压正常，而Uo=0，原因何在？应如何解决？（2）若有输出但有明显失真，应如何解决？4、用频率计测量上述电路输出波形频率。若无频率计，可按图3电路接线，用李萨如图形法测定Uo的频率f0，并与计算值进行比较。也可以直接利用示波器来测信号的频率。图3李萨如图形法测信号频率测量图5、改变串并联电路的参数，调节2Rp，并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。注意：改变参数前，必须先关断电源开关，检查无误后再接通电源。测f0之前，应适当调节2Rp，用示波器观察，使Uo无明显失真后，再测定频率。6、放大电路电压放大倍数Auf的测定（1）用毫伏表先测出图2电路的输出电压Uo后，再测量出运放同向输入端的电压Ui值，根据下式计算（2）然后关断实验箱电源，保持2Rp不变，从“A”点处断开实验电路，把低频信号发生器输出电压（频率同上述实验的产生频率）接至运放的同向输入端，调节Ui使Uo等于原值，则：（3）比较上述放大倍数有何误差，并进行分析。7、自拟详细的实验步骤，测定RC串并联网络的幅频特性曲线。五、实验结果及分析1、装接电路按图2连线，令电阻1Rp=R调好后接入电路。2、调节电位器2Rp当2Rp的接入系数大于19%时电路满足起振条件，可产生正弦振荡，在2Rp的接入系数等于19%时电路的输出波形为稳定的等幅振荡，用示波器观察输出波形如下所示：测量输出电压值：实验结果-----Uo=6.90V仿真结果-----Uo=7.808V3、测量RC串并联电路的幅频特性断开RC串并联电路与同向比例电路的连接，测量RC串并联电路的幅频特性的电路图如下所示：测得RC串并联电路的幅频特性如下所示：仿真结果：中心频率、上限截止电压下限截止电压实验中，用交流毫伏表测出输出电压值Uo如下表所示：f(Hz)102030405060708090100Uo(V)0.1140.2040.2600.2970.3200.3420.3500.3500.3520.352f(Hz)120140160180200220240260280300Uo(V)0.3490.3400.3310.3190.3100.2990.2850.2720.2620.257f(Hz)310320330340350360370400500600Uo(V)0.2510.2470.2410.2380.2350.2330.2280.2130.1810.157由上表观察可知：中心频率上限截止频率下限截止频率理论计算可得：中心频率误差计算：实验误差--