实验十一 集成运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器

一、实验目的

1.掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件；

2.了解文氏电桥振荡器工作原理及起振的条件和稳幅原理。

二、实验原理

1.产生自激振荡的条件：

（1）振幅平衡条件：反馈信号的振幅应该等于输入信号的振幅，即：

VF = Vi 或 |AF| = 1

（2）平衡条件：反馈信号与输入信号同相位，其相位差为：

Ф = ФA + ФF = ±2nπ （n = 0、1、2……）

2.RC串-并联网络的选频特性：

RC串-并联网络如图2(a)所示，其电压传输系数为：

R2

VF( )11 jwR2c2F（+）= 1R2R1c21VOR1 (1 ) j(wc2R1 )jwc1jwR2c2R2c1wc1R2

当R1= R2= R， C1= C2= C时，则上式为：

F( ) 1

3 j(wRc )wRc

1 2 RC若令上式虚部为零,即得到谐振频率fo为：fo=

当f= fo时，传输系数最大，相移为0；传输系数F的幅频特性相频特性如图2（b）（c）所示。

3.自动稳幅：

由运算放大器组成的RC文氏电桥

振荡器原理图如图3所示，负反馈系数为：F(-)= VF( ) VoR1

R1 RF，在深度负反馈情况下：AF 1R1 RFRF 1 。因此，F( )R1R1

改变RF或者R1就可以改变放大器的

电压增益。

三、实验仪器

1、示波器 1台

2、函数信号发生器 1台

3、直流稳压电源 1台

4、数字万用表 1台

5、多功能电路实验箱 1台

6、交流毫伏表 1台

四、实验内容

1、电路分析及参数计算：

分析图6电路中，运算放大器和RF1，

RF2及Rw构成同相放大器，调整Rw即可调

整放大器的增益；RC串——并联网络构成

选频网络；选频网络的输出端经R2、R3构

成分压电路分压送运算放大器的同相端，构

成正反馈，D1,D2为稳伏二极管。

在不接稳伏二极管时，在谐振频率点，

正反馈系数为： F(+)=VF(+)/Vo=R2/3（R2+R3）

而反馈系数为：F(-)=Rw/(RF1+RF2+Rw)

（1） 为保证电路能稳定振荡，则要求：F(+)=F(-),由此，

根据电路参数，计算Rw的理论值628Ω ；

（2）同相放大器的电压增益AVF= 33.01；

（3）电路的振荡频率fo= 1.6076KHz ；

计算过程：

(1)由R2/3（R2+R3）=Rw/(RF1+RF2+Rw)

代入已知数值得 9.1/3(9.1+91)=Rw/(15+5.1+Rw)

解得Rw=0.628KΩ

(2)F(-)=Rw/(RF1+RF2+Rw)在深度负反馈下：

AVF=1/F(-)=(RF1+RF2+Rw)/Rw=(15+5.1+0.628)/0.628=33.01

(3)由fo=1/2πRC 得fo=1.6076kHz

Multisim仿真：

2、振荡器参数测试：

（1）按图6搭接电路，（D1,D2不接，K拨向1）经检查无误后，接通+12V电源；

（2）调节Rw，用示波器观察输出波形，在输出为最佳正弦波，测量输出电压Vp-p为20.5V；

（3）测量Rw值为633.8Ω；

（4）用李萨茹波形测量振荡频率为1.609kHz；

李萨茹波形测量信号频率方法：将示波器CH1接振荡器输出，CH2接信号发生器正弦波输出，令示波器工作在“外扫描X-Y”方式；当调节信号发生器频率时，若信号发生器

频率与振荡器频率相同时，示波器将出现一椭圆；通过此方

法可测量未知信号频率。

3、振幅平衡条件的验证：

在振荡器电路中，调节Rw，使输出波形为正弦波时，保持Rw不变，将开关K拨向2位置，则，即输入正弦信号（频率为振荡频率，峰-峰值Vip-p=100mV）则电路变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；

将电路恢复为振荡器（开关K拨向1位置），调节Rw，使输出波形略微失真，再将开关拨向位置2，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；

将电路恢复为振荡器（开关K拨向1位置），调节Rw，使输出波形停振，再将开关拨向2位置，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1.

表1：振幅平衡条件验证：

误差分析:

A的误差：|33.01-32.25|/33.01=2.30%

F（+）的误差：|0.0310-0.0303|/0.0303=2.31%

AF（+）的误差：|1-0.9998|/1=0.02%

误差来源：

（1）运放不是理想运放;

（2）电阻和电容不够精确，造成RC文氏电桥振荡器震荡特性不好；

4.观察自动振幅电路作用：

在图6基础上，接入稳伏二极管D1,D2，调节点位置Rw，观察输出波形的变化情况。测量输出正弦波电压Vp-p的变化范围为3.2V-20.5V ;

五．实验总结

通过本次实验，掌握了产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件并了解文氏电桥振荡器工作原理及起振的条件和稳幅原理。进一步熟悉对示波器、信号发生器等一起的使用。主要体会是：实验过程中，电路较为复杂，需要耐心仔细搭接。而且将开关在1、2之间切换的时候要细心。此外要注意一旦输出最佳正弦波，不要再调节滑动变阻器。