RC正弦波振荡电路.docx
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RC正弦波振荡电路
RC正弦波振荡电路
1.技术指标
1.1初始条件
直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具设计、组装、调试RC正弦波振荡电路电路，使其能产生幅度稳定的低频振荡。
1.2技术要求
设计、组装、调试RC正弦波振荡电路电路，使其能产生幅度稳定的低频振荡
2.设计方案及其比较
2.1方案一
RC文氏电桥振荡器：
电路结构：
放大电路，选频网络，正反馈网络和稳幅环节四个部分。
电路如图A所示：
图ARC文氏电桥振荡器原理图
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放大电路
电路中噪声的电磁干扰就是信号来源，不过此频率信号非常微弱。
这就要求振荡器在起振时做增幅振荡，既起振条件是|AF|>1。
放大电路保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，本设计采用通用集成运放电路。
选频网络兼正反馈网络
RC串并联网络使电路产生单一的频率振荡，本设计要求产生500Hz的正弦波，采用RC串并联选频网络，中心频率f0=500Hz，ω=1/RC,则f0=1/2πRC，故选取C=0.2uF,故R=1.6K另外还增加了R1和RF负反馈网络，合理的选择R1和RF可以保证环路增益大于一。
电压放大倍数A=1+（RF/R1）,因为产生振荡的最小电压放大倍数为3，所以RF>=2R1，通过仿真，我选择R1=5K,RF=20K的滑动电阻。
一开始波形失真很严重，当调到35%，就是大约7K时，出现失真很小的正弦波，测得周期为2.16ms，频率F=1000/2.16=463KH,误差较小，基本符合要求。
仿真波形如下图B所示
图BRC文氏电桥振荡器仿真波形图
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稳幅环节
作用是使输出信号的幅值稳定，本实验采用双向并联二极管作为稳幅电路。
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，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。
2.2方案二
RC移相振荡器
电路结构电：
由反向输入比例放大器，电压跟随器，和三节RC相移网络组成。
电路如图C所示：
图CRC移相振荡器原理图
电路原理：
放大电路的相移为-180度，利用电压跟随器的阻抗变换作用减小放大电路输入电阻R1对RC相移网络的影响。
为了满足相位平衡条件，要求反馈网络的相移为-180度，由RC电路的频率响应可知。
一节RC电路的最大相移不超过正负90度，两节也不超过正负180度，而RC高通电路的频率也很低，此时输出电压已接近零，也不能满足振荡电路的相移平衡条件。
对于三节RC电路，相移接近正负270度，有可能在一特定频率下满足条件，然后选取合理的器件参数，满足起振条件和振幅平衡条件，电路就会产生振荡。
起振条件：
由电路的起振条件|AF|>1，经过计算可得|A|=（R2/R1）>=29时，电路产生振荡。
本实验取R2=30K,R1=3K。
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2.3方案三
双T选频网络振荡电路：
其原理图如图D所示
图D双T选频网络振荡电路原理图
电路的振荡频率为f=1/5RC,起振条件是R一撇小于0.5R，|A|>1。
2.4方案比较
RC文氏电桥振荡器
输出幅度稳定；非线性失真小；易于起振；易于调节，一般用于低频电路。
RC移相振荡器
移相式振荡电路的主要优点是结构比较简单，经济方便。
但波形较差，调节不便，不够稳定，一般用于固定频率，要求不高的场合。
双T选频网络振荡电路
调频比较困难，适合产生单一频率的电路。
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3.实验方案
RC文氏电桥振荡器
电路结构：
放大电路，选频网络，正反馈网络和稳幅环节四个部分。
电路如图E
图ERC文氏电桥振荡器
放大电路
电路中噪声的电磁干扰就是信号来源，不过此频率信号非常微弱。
这就要求振荡器在起振时做增幅振荡，既起振条件是AF>1。
放大电路保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，本设计采用通用集成运放电路。
选频网络兼正反馈网络
本电路选频网络兼正反馈网络为RC串并联网络使电路产生单一的频率振荡，本设计要求产生482Hz的正弦波，采用RC串并联选频网络，中心频率f0=482Hz，ω=1/RC,则f0=1/2πRC，故选取C=0.033uF,故R=10k另外还增加了R1和RV1负反馈网络，合理的选择R1和RF可以保证环路增益大于一。
电压放大倍数A=1+（RF/R1）,因为产生振荡的最小电压放大倍数为3，所以RF>=2R1，我选择R1=10K,RV1=50K的滑动电阻。
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稳幅环节
作用是使输出信号的幅值稳定，本实验采用双向并联二极管作为稳幅电路。
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，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。
4.调试过程及结论
仿真和调试
一开始波形失真很严重，当调到35%，就是大约20K时，出现失真很小的正弦波，测得周期为2.14ms，频率f=1000/2.14=467.3Hz,误差较小，基本符合要求。
仿真如图F所示
图F实验仿真图
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按照原理图，在面包板上连接好电路。
如图G所示
图G实验连线图
然后插上正负15V电源，连接好地端，输出端接上示波器。
先把滑动变阻器调到最大，然后慢慢调小。
一开始的时候始终调节不出波形，后来经检查才发现有一个电阻接错地方，改正之后马上就出来波形了。
最后调到20欧姆的时候出现失真较小的正弦波，此时频率为369HZ，波形如此H所示
图H实验波形图
设计结论
理论的频率为f0=1/2πRC,就算结果为480HZ,时间频率为369HZ,比理论值小。
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5.心得体会
这次电路最主要的参考文献是模拟电子电路，我们是这个学期才开始学习的模电，学的时候很难，也很反感模电。
有的时候甚至不知道学模电的意义何在，因为老师讲的几乎听不懂，后来直到要期末了才勉强一知半解，最后刚刚可以过关。
可是经过这次实践才发现自己错了，模电真的很有用。
这几天猛地扎进模电书里才了解了很多知识，才发现模电其实没有那么难，学以致用之后感觉还有点趣味，现在才发现模电的真正意义。
实验进行了两周左右，感觉难度不是特别大，花的时间也还正常，几乎没有影响期末的复兴，但是确实学会了很多东西，自己受益匪浅。
第一：
我觉得从中学到了查找资料的方法，加强了自己自主学习的能力。
面对这个实验，自己还是有很多东西不知道的，比如设计方案的详细原理，模电只是提供了基本原理，真正的实践方案还是自己到网上寻找资料，然后再加上自己的修改和取精，最后才能得出自己的东西。
第二：
在两周的实训中加强了自己的动手能力，学会了很多处理故障的办法和思想，也得到了不少快乐。
与同学的交流和互助让我体会到了浓浓的同学感情，原来大学并不是我们感觉的那么冷漠，只是我们交流的机会太少了，感这次实训给我和同学一个很好交流的机会。
另一方面书本的知识得到了巩固，实训中提高了自己对知识的兴趣。
第三：
我觉得最主要的是从中学到了书写标准报告的办法，第一次书写这么严格而标准的报告，感觉很多地方都不懂，通过一步步的摸索还是得到了不少东西，这对于以后我们的学习很有帮助。
两周的实训结束了，我希望以后更多的进行这样的实验，实训确实让我们学到很多书本之外的东西，很期待下一次实训。
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6.参考文献
[1]吴友宇.模拟电子技术基础.：
清华大学，2009
[2]周新民.工程实践与训练教程.：
理工大学，2009
[3]原主编.电路分析基础.：
电子工业，2011
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2.1方案一
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