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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
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