電子線路課程設計正弦波震蕩電路設計.doc

正弦波震蕩電路設計課程設計報告書專業(yè)：電子信息科學與技術班級：12級3班學生姓名：馬海龍 李鵬飛 楊永登指導老師：鄭江云摘要本次課程設計的目標是設計一個RC電容振蕩電路。RC振蕩電路由放大電路和選頻網(wǎng)絡兩部分組成,施加正反饋就產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率由RC網(wǎng)絡的頻率特性決定。它的起振條件為：Rf2R1，振蕩頻率為：fo=1/2RC。運算放大器選用UA741,采用非線性元件來自動調節(jié)反饋的強弱以維持輸出電壓的恒定，進而達到自動穩(wěn)幅的目的，這樣便可以保證輸出幅度為2Vp-p；而頻率范圍的確定是根據(jù)式fo=1/2RC以及題目給出的頻率范圍來確定電阻R或電容C的值，進而使其滿足題目的要求。關鍵詞：RC振蕩電路、振蕩頻率、輸出幅度目錄摘要2目錄3一、RC震蕩電路概述4常用的RC振蕩電路4(1)RC移相式振蕩器4(2)RC橋式振蕩器4RC振蕩電路工作原理5(1) 起振過程5(2) 穩(wěn)定振蕩6(3) 振蕩頻率6(4)起振及穩(wěn)定振蕩的條件6二、設計任務與要求72.1 課程設計的目的72.2 課程設計的任務與要求72.3 課程設計的技術指標7三、正弦波振蕩電路理論設計81 技術指標82 設計方案83實現(xiàn)方案94仿真結果9四.安裝調試104.1安裝調試過程104.2 故障分析與結論12五、使用儀器設備清單13一、RC震蕩電路概述常用的RC振蕩電路有相移式和橋式兩種。(1)RC移相式振蕩器 具有電路簡單，經(jīng)濟方便等優(yōu)點，但選頻作用較差，振幅不夠穩(wěn)定，頻率調節(jié)不便，因此一般用于頻率固定、穩(wěn)定性要求不高的場合。其振蕩頻率是fo=1/2RC (2)RC橋式振蕩器 將RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡和放大器結合起來即可構成RC振蕩電路，放大器件可采用集成運算放大器。如圖所示，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡接在運算放大器的輸出端和同相輸入端之間，構成正反饋，Rf、R1接在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間，構成負反饋。正反饋電路和負反饋電路構成一文氏電橋電路（如圖右所示），運算放大器的輸入端和輸出端分別跨接在電橋的對角線上，所以，把這種振蕩電路稱為RC橋式振蕩電路。（如圖）振蕩信號由同相端輸入，故構成同相放大器，輸出電壓Uo與輸入電壓Ui同相，其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)等于Au=Uo/Ui=1+(Rf/R1)。而RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡在=o=1/RC時，F(xiàn)u=1/3,f=0，所以，只要|Au|=1+(Rf/R1)3,即Rf2R1,振蕩電路就能滿足自激振蕩的振幅和相位起振條件，產(chǎn)生自激振蕩，振蕩頻率fo等于fo=1/2RC采用雙聯(lián)可調電位器或雙聯(lián)可調電容器即可方便地調節(jié)振蕩頻率。在常用的RC振蕩電路中，一般采用切換高穩(wěn)定度的電容來進行頻段的轉換（頻率粗調），再采用雙聯(lián)可變電位器進行頻率的細調。RC振蕩電路工作原理輸出電壓 uo經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡分壓后，取uf 作為同相比例電路的輸入信號ui。(1) 起振過程(2) 穩(wěn)定振蕩(3) 振蕩頻率振蕩頻率由相位平衡條件決定。A= 0，僅在 f0處 F = 0 滿足相位平衡條件，所以振蕩頻率f0= 1/2RC。改變R、C可改變振蕩頻率RC振蕩電路的振蕩頻率一般在200KHz以下。振蕩頻率的調整(4)起振及穩(wěn)定振蕩的條件考慮到起振條件AuF 1, 一般應選取 RF略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴重失真。由運放構成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運放內部的晶體管進入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負反饋來達到穩(wěn)幅的目的。二、設計任務與要求2.1 課程設計的目的1. 掌握由集成運算放大器組成RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路的工作原理和電路結構。 2. 研究RC串并聯(lián)振蕩器中RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性。3. 掌握RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路的調測技術。4. 進一步掌握用雙蹤示波器測相位差的方法。5. 掌握常用元器件的識別和測試。6.熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法。2.2 課程設計的任務與要求1 設計一個fo=500Hz的RC正弦波振蕩電路。2掌握RC正弦波振蕩電路的工作原理。2.3 課程設計的技術指標1示波器的調試。2輸出波形：正弦波。3輸出頻率范圍：在500HZ (5%)范圍內可調。4輸入電壓：15V的對稱電壓。三、正弦波振蕩電路理論設計 1 技術指標 設計一個正弦波振蕩電路，使它能輸出頻率一定的正弦波信號，振蕩頻率測量值與理論值的相對誤差小于5%，電源電壓變化1V時，振幅基本穩(wěn)定，振蕩波形對稱，無明顯非線性失真。 2 設計方案 通過查閱資料可以知道所謂的正弦波振蕩電路是指一個沒有輸入信號，依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出信號的電路。正弦波電路由放大電路，正反饋電路和選頻網(wǎng)絡組成。正弦波振蕩電路的實質是放大器引正反饋的結果。 正弦波振蕩電路主要有RC振蕩電路，LC振蕩電路和石英晶體振蕩電路。本次試驗中我主要設計的方案是RC正弦波振蕩電路。RC正弦波振蕩電路是由電阻R和電容C元件作為選頻和正反饋網(wǎng)絡的振蕩器，RC作為選頻網(wǎng)絡的正弦波振蕩器有橋式振蕩電路，雙T網(wǎng)絡和相移式振蕩電路。 根據(jù)橋式振蕩電路和相移式振蕩電路的工作原理，我設計了如下方案。 3實現(xiàn)方案原件參數(shù)如上面仿真電路所示。fo=1/2RC，R=3.3K,C=100nF,計算得fo大致為500Hz左右（誤差允許范圍內）4仿真結果上圖為我們的設計方案RC串并聯(lián)網(wǎng)絡震蕩電路在Multisim中的仿真電路。調節(jié)電位器R5，觀察電路輸出情況。由虛擬示波器可見，當減少Rw至一定值時，電路將不能震蕩。增大Rw到一個適合的值時，電路能夠震蕩，且輸出波形較好，如下圖所示，若繼續(xù)增大Rw，當Rw的值太大時，輸出波形產(chǎn)生嚴重失真。根據(jù)下圖，從示波器上讀出正弦波的周期一個周期約為2ms，頻率為500HZ。符合0.5%，仿真結果正確。四.安裝調試4.1安裝調試過程上圖為我們自己焊接的震蕩電路。實際讀出的正弦波頻率為530HZ，與理論值相符合。我們焊的震蕩電路完全符合這個實驗的要求。4.2 故障分析與結論我們通過計算和聯(lián)系手中的元件，確定了各個部分元件值的大小，在網(wǎng)上購買原件，然后焊成電路，通過多番檢查，可以確定線路無誤。但初期，怎么調試也不出波形，還因為正負極接錯了，燒壞了一個放大器。后來求助于指導老師，在她的指導下，我們從新規(guī)劃了電路，重新焊好了震蕩電路，但還是沒有波形。經(jīng)過好長時間的辛苦調試，最后在指導老師的幫助下，更換了放大器，才產(chǎn)生了波形。原來是我們網(wǎng)上購買的放大器發(fā)生故障，不能正常使用。改正了以上所提到的兩個問題以后，我們再次進行測試。通過不斷的調節(jié)，最終我們得到了比較理想的波形，波形不失真，頻率大約為530HZ，而通過計算可以知道理論上得到的輸出波應該大致為500多HZ，由此可見試驗結果大致符合理論，而誤差產(chǎn)生的原因是因為元件為不常規(guī)電阻，理論需要的電阻買不到所以就用相近的電阻。如電阻阻值和標明或者是測試的不完全符合，導線存在著電阻，元器件之間接觸不良。導線和電路板之間接觸不良。直流電源輸出不穩(wěn)定，也