1、電子技術實驗報告實 驗 名 稱：集成運算放大器組成的RC文氏電橋振蕩器系 別：班 號：實驗者姓名：學 號：實 驗 日 期：實驗報告完成日期：目錄一、實驗目的3二、實驗原理31、產生自激振蕩的條件32、RC 串-并聯網絡的選頻特性43、自動穩幅5三、實驗儀器6四、實驗內容71、電路分析及參數計算72、振蕩器參數測試83、振幅平衡條件的驗證94、觀察自動穩幅電路作用10五、誤差分析10六、實驗心得11一、實驗目的1、掌握產生自激振蕩的振幅平衡條件和相位平衡條件。2、了解文氏電橋振蕩器的工作原理及起振條件和穩幅原理。二、實驗原理1、產生自激振蕩的條件所謂振蕩器是指在接通電源后，能自動產生所需的信號的

2、電路，如多諧振蕩器、正弦波振蕩器等。當放大器引入正反饋時，電路可能產生自激振蕩，因此，一般振蕩器都由放大器和正反饋網絡組成。其框圖如圖1 所示。振蕩器產生自激震蕩必須滿足兩個基本條件：（1）振幅平衡條件：反饋信號的振幅應該等于輸入信號的振幅，即：VF = Vi 或 |AF| = 1（2）相位平衡條件：反饋信號與輸入信號應同相位，其相位差應為： = A + F = ±2n （n = 0、1、2）為了振蕩器容易起振，要求|AF|>1，即：電源接通時，反饋信號應大于輸入信號，電路才能振蕩，而當振蕩器起振后，電路應能自動調節使反饋信號的振幅應該等于輸入信號的幅度，這種自動調節功能稱為穩

3、幅功能。電路振蕩產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，要求在正反饋網絡具有選頻特性，以便從多諧信號中選取所需的正弦信號。本實驗采用RC串-并聯網絡作為正反饋的選頻網絡，其與負反饋的穩幅電路構成一個四臂電橋，如圖3 所示，故又稱為文氏電橋振蕩器。2、RC 串-并聯網絡的選頻特性RC 串-并聯網絡如圖2（a）所示，其電壓傳輸系數為：當R1= R2= R， C1= C2= C時，則上式為：若令上式虛部為零,即得到諧振頻率fo為：當f=fo時，傳輸系數最大，且相移為0，即：Fmax=1/3，F=0傳輸系數 F 的幅頻特性和相頻特性如圖2（b

4、）（c）所示。由此可見，RC 串-并聯網絡具有選頻特性。對頻率fo而言，為了滿足振幅平衡條件|AF|=1，要求放大器|A|=3。為滿足相位平衡條件：A+F=2n，要求放大器為同相放大。3、自動穩幅由運算放大器組成的RC 文氏電橋振蕩器原理圖如圖3所示，RC串-并聯網絡輸出接放大器同相端，構成正反饋，并具有選頻作用。RF和R1分壓輸出接放大器的反相端，構成電壓串聯負反饋，以控制放大器的增益。負反饋系數為：在深度負反饋情況下：因此，改變RF或者R1就可以改變放大器的電壓增益。由振蕩器起振條件，要求|AF（+）|>1，當起振后，輸出電壓幅度將迅速增大，以至進入放大器的非線性區，造成輸出波形產生

5、平頂削波失真現象。為了能夠獲得良好的正弦波，要求放大器的增益能自動調節，以便在起振時，有|AF（+）|>1；起振后，有|AF（+）|=1，達到振幅平衡條件。那么如何能自動地改變放大器的增益呢？由于負反饋放大器的增益完全由反饋系數VF（-）決定。因此，若能自動改變RF和R1的比值，就能自動穩定輸出幅度，使波形不失真。自動穩幅的方法很多，通常可以利用二極管、穩壓管和熱敏電阻的非線性特征，或場效應管的可變電阻特性來自動地穩定振蕩器的幅度。下面以二極管為例說明其穩幅原理。二極管穩幅原理如圖4 所示，當電路接通電源時，由于設計時令RF>3R1，則在fo點VF >Vi，滿足起振條件，振蕩

6、器振蕩，由二極管正相特性曲線（如圖5）可見，由于起振時，Vo 較小，二極管兩端的電壓較小，二極管工作在Q1 點則其等效的直流電阻較大；隨著振蕩器輸出電壓Vo 增大，二極管兩端的電壓較大，二極管由Q1 上升到Q2 點，則其等效的直流電阻較小；由圖4 可見，二極管D1、D2 并聯在RF兩端，隨著 Vo的逐漸增大，RD減少，從而使總的反饋電阻RF減小，負反饋增強，放大器增益下降，達到自動穩幅的目的。三、實驗儀器1、示波器 1臺2、函數信號發生器 1臺3、直流穩壓電源 1臺4、數字萬用表 1臺5、多功能電路實驗箱 1臺6、交流毫伏表 1臺四、實驗內容1、電路分析及參數計算分析圖6 振蕩器電路的工作原理

7、，并進行參數計算。圖 6 電路中，運算放大器和RF1、RF2 及RW構成同相放大器，調整RW即可調整放大器的增益；RC 串-并聯網絡構成選頻網絡；選頻網絡的輸出端經R2、R3 構成分壓電路分壓送運算放大器的同相端，構成正反饋，D1、D2 為穩幅二極管。在不接穩幅二極管時，在諧振頻率點，正反饋系數為：F（+）=VF（+）Vo=13·R2R2+R3而負反饋系數為：F（-）=RwRF1+RF2+Rw（1）為保證電路能穩定振蕩，則要求：F（+）=F（-）由此，根據電路參數，計算Rw的理論值是0.628k；（2）同相放大器的電壓增益AVF = 33；（3）電路的振蕩頻率fo =1.6KHz；2

8、、振蕩器參數測試（1）按圖6 搭接電路，（D1、D2 不接，K 撥向1）經檢查無誤后，接通±12V 電源；（2）調節Rw，用示波器觀察輸出波形，在輸出為最佳正弦波，測量輸出電壓Vp-p；Vp-p為20.5V實驗中觀察到的正弦波形：（3）測量Rw值；Rw為0.6201k（4）用李薩茹圖形法測量振蕩頻率；fo為1.5853KHz李薩茹圖形測量信號頻率方法：將示波器CH1 接振蕩器輸出，CH2 接信號發生器正弦波輸出，令示波器工作在“外掃描X-Y”方式；當調節信號發生器頻率時，若信號發生器頻率與振蕩器頻率相同時，示波器將出現一橢圓；通過此方法可測量未知信號頻率。實驗中觀察到的李薩如圖形：3

9、、振幅平衡條件的驗證在振蕩器電路中，調節Rw，使輸出波形為最佳正弦波時，保持Rw不變，將開關K 撥向2 位置，則，即輸入正弦信號（頻率為振蕩頻率，幅度Vip-p=100mV）則電路變為同相放大器，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；將電路恢復為振蕩器（開關K撥向1 位置），調節Rw，使輸出波形略微失真，再將開關撥向2 位置，電路又變為同相放大器，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；將電路恢復為振蕩器（開關K撥向1 位置），調節Rw，使輸出波形停振，再將開關撥向2 位置，電路又變為同相放大器，用毫伏表測量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；表 1：振幅平衡條件驗證工作狀態測量值

10、測量計算值Vip-p（mV）Vi(mV)Vo（V）VA（V）VF（mV）A=Vo/ViF(+)=VF/VoAF（+）良好正弦波10035.901.18720.397435.8433.070.03020.9987略微失真10035.921.20460.403336.3533.540.03021.0129停振10035.951.18860.397835.8633.060.03020.9984良好正弦波時理論值10035.361.16690.389035.36330.030314、觀察自動穩幅電路作用在圖 6 基礎上，接入穩幅二極管D1、D2，調節電位器Rw，觀察輸出波形的變化情況，測量出輸出正弦波電壓Vop-p 的變化范圍。變化范圍是1.90V20.5V五、誤差分析良好正弦波時的相對誤差：A的誤差：|33.07-33|/33=0.22%F（+）的誤差：|0.0302-0.0303|/0.0303=0.4%AF（+）的誤差：|0.9987-1|/1=0.13%誤差來源：（1）電阻不精確，電容容值不精確，造成RC文氏電橋振蕩器震蕩特性不好；（2）運放不是理想運放。六、實驗心得本次實驗，學習了由運放組成的