實(shí)驗(yàn)十一 集成運(yùn)算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器

實(shí)驗(yàn)十一集成運(yùn)算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆债a(chǎn)生自激振蕩的振幅平衡條件和相位平衡條件；了解文氏電橋振蕩器的工作原理及起振條件和穩(wěn)幅原理。實(shí)驗(yàn)原理：產(chǎn)生自激振蕩的條件：所謂振蕩器是指在接通電源后，能自動(dòng)產(chǎn)生所需的信號的電路。當(dāng)放大器輸入正反饋時(shí)，電路可能產(chǎn)生自激振蕩，因此，一般振蕩器都由放大器和正反饋網(wǎng)絡(luò)組成。其產(chǎn)生自激振蕩的基本條件為：振幅平衡條件：反饋信號的振幅應(yīng)該等于輸入信號的振幅，即VF=Vi或|AF|=1相位平衡條件：反饋信號與輸入信號同相位，其相位差應(yīng)為：Ф=ФA+ФF=±2n（n=0、1、2……）為了振蕩器容易起振，要求|AF|>1，即：電源接通時(shí)，反饋信號應(yīng)大于輸入信號，電路才能振蕩，而當(dāng)振蕩器起振后，電路應(yīng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)使反饋信號的振幅應(yīng)該等于輸入信號的幅度，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)功能稱為穩(wěn)幅功能。電路振蕩產(chǎn)生的信號為矩形波信號，這種信號包含著多種諧波分量，故也稱為多諧振蕩器。為了獲得單一頻率的正弦信號，要求在正反饋網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，以便從多諧信號中選取所需的正弦信號。本實(shí)驗(yàn)采用RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為正反饋的選頻網(wǎng)絡(luò)，其與負(fù)反饋的穩(wěn)幅電路構(gòu)成一個(gè)四臂電橋，如圖所示，故又稱為文氏振蕩器。RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性：RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)如圖2(a)所示，其電壓傳輸系數(shù)為：當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)，則上式為：若令上式虛部為零,即得到諧振頻率fo為：當(dāng)f=fo時(shí)，傳輸系數(shù)最大相移為0；幅頻特性相頻特性如圖2（b）（c）自動(dòng)穩(wěn)幅：由運(yùn)算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器原理圖如圖3所示，負(fù)反饋系數(shù)為：，在深度負(fù)反饋情況下：。因此，改變RF或者R1就可以改變放大器的電壓增益。通常可以利用二極管、穩(wěn)壓管和熱敏電阻的非線性特征，或場效應(yīng)管的可變電阻特性來自動(dòng)地穩(wěn)定振蕩器的幅度。由振蕩器起振條件，要求|AF+|>1，當(dāng)起振后，輸出電壓幅度將迅速增大，以至進(jìn)入放大器的非線性區(qū)，造成輸出波形產(chǎn)生平頂削波失真現(xiàn)象。為了能夠獲得良好的正弦波，要求放大器的增益能自動(dòng)調(diào)節(jié)，以便在起振時(shí)，有|AF+|>1；起振后，有實(shí)驗(yàn)儀器示波器1臺函數(shù)信號發(fā)生器1臺直流穩(wěn)壓電源1臺數(shù)字萬用表1臺多功能電路實(shí)驗(yàn)箱1臺交流毫伏表1臺實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電路分析及參數(shù)計(jì)算分析圖6的工作原理并計(jì)算參數(shù)。運(yùn)算放大器和RF1，RF2及RW構(gòu)成同相放大器，調(diào)整Rw即可調(diào)整放大器的增益；RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)的輸出端經(jīng)過R2，R3構(gòu)成分壓電路分壓送運(yùn)算放大器的同相端，構(gòu)成正反饋，D1，D2為穩(wěn)幅二極管。在不接穩(wěn)幅二極管時(shí)，在諧振頻率點(diǎn)，正反饋系數(shù)為：

負(fù)反饋系數(shù)為：為保證電路能穩(wěn)定振蕩，則要求：F(+)=F(-),由此，根據(jù)電路參數(shù)，計(jì)算Rw的理論值；由F(+)=F(-)可得，同相放大器的電壓增益AVF=33；電路的振蕩頻率fo=1.59KHz；2.振蕩器參數(shù)測試：（1）按圖6搭接電路，（D1，D2不接，K撥向1）經(jīng)檢查無誤后，接通±12V電源；（2）調(diào)節(jié)Rw，用示波器觀察輸出波形，在輸出為最佳正弦波，測量出輸出電壓Vp-p；測量得到Vp-p=20.9V測量Rw；測量得到Rw=0.6095KΩ（4）用李薩茹圖測量振蕩頻率；測量得到f0=1.545715kHz3.振幅平衡條件的驗(yàn)證：在振蕩器電路中，調(diào)節(jié)RW，使輸出波形為最佳正弦波時(shí)，保持RW不變，將開關(guān)K撥向2，則即輸入正弦信號（頻率為振蕩頻率。峰-峰值Vip-p=100mV）則電路變?yōu)橥喾糯笃?，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；將電路恢復(fù)為振蕩器（開關(guān)K撥向1），調(diào)節(jié)RW，使輸出波形略微失真，再將開關(guān)撥向2，電路又變?yōu)橥喾糯笃?，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；將電路恢復(fù)為振蕩器（開關(guān)K撥向1），調(diào)節(jié)RW，使輸出波形停振，再將開關(guān)撥向2，電路又變?yōu)橥喾糯笃?，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；表1：振幅平衡條件驗(yàn)證：工作狀態(tài)測量值測量計(jì)算值Vip-p(mV)Vi(mV)Vo(V)VA(V)VF(mV)A=Vo/ViF(+)=VF/VoAF(+)良好正弦波10035.621.18830.391835.5833.360.02990.997略微失真10035.611.27120.421937.9735.700.02991.067停振10035.621.18010.389035.3633.130.02810.931良好正弦波時(shí)理論值10035.361.16680.389035.36330.0314.觀察自動(dòng)穩(wěn)幅電路作用：在圖6基礎(chǔ)上，接入穩(wěn)幅二極管D1,D2，調(diào)節(jié)電位器RW，觀