文氏桥电路产生正弦波方波Word下载.docx

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设计任务与要求

根据题目，然后完成以下任务：

1、查阅资料，设计一个函数发生器

2、能产生正弦波、方波

3、编写课程设计说明书

要求：

1、频率为100~1KHz

2、幅度为2.5V

3、掌握文氏桥震荡电路

4、完成电路的制作，测试结果

设计步骤

1、查阅相关资料；

2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；

3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；

4、列出标准的元件清单；

5、制作并调试电路，进行测试，得到想要的波形。

6、总体电路及总体电路原理相关说明；

7、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。

设计说明书字数不得少于3000字。

参考文献

[1]李万臣主编.《模拟电子技术基础实验与课程设计》.哈尔滨:

哈尔滨工程大学出版2001.3

[2]沈明发等编.《低频电子线路实验》.广州:

暨南大学出版社，2001.10

[3]刘志军主编．《模拟电路实验教程》．北京：

清华大学出版社,2005.5

[4]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第四版）．武汉：

高等教育出版社，2005.7

[5]舒庆莹．凌玲．模拟电子技术基础实验．武汉：

武汉理工大学出版社，2008.2

第1章引言

无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;

从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。

在运算放大电路中，最适于发生正弦波的是文氏电桥振荡器和正交振荡器。

第2章基本原理

2.1基本文氏振荡器

基本文氏电桥反馈型振荡电路如图1所示，它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。

运算放大器施加负反馈就为放大电路的工作方式，施加正反馈就为振荡电路的工作方式。

图中电路既应用了经由R3和R4的负反馈，也应用了经由串并联RC网络的正反馈。

电路的特性行为取决于是正反馈还是负反馈占优势。

图2-1

将这个电路看作一个同相放大器，它对Vp进行放大，其放大倍数为

在这里为了简化我们假设运算放大器是理想的。

令，R1=R2=R,C1=C2=C。

反过来，Vp是由运算放大器本身通过两个RC网络产生的，其值为VP=[ZP/（ZP+Z1）]Vo。

式中Zp=R∥﹙1/j2πfC﹚，。

展开后可以得到

上式中。

信号经过整个环路的总增益是或者表示为

这是一个带通函数，因为它在高频和低频处均趋于零。

它的峰值出现在处，其值为

为实数表明了一个频率为的信号经过环回路一周后，其净相移为零。

根据的大小，可有三种不同的可能性：

﹤1，也就是A＜3V／V。

从直观上即可看出，这一扰动每次环绕回路后均会被减小，直至其降到零为止。

这时可以认为回路的负反馈（通过）胜过了正反馈（通过），使其成为一个稳定的系统。

﹥1，也即A＞3V／V。

这时正反馈超过了负反馈，说明频率为的扰动会被再生的放大，导致整个电路进入一个幅度不断增长的震荡过程中。

此时电路时不稳定的。

=1，或A=3V／V。

这种情况称为中性的稳定状态，因为此时正负反馈量相等。

任何频率为的扰动首先被放大3V／V倍，然后再缩小1/3V／V，这就说明一旦电路工作它就会无限的持续下去

2.2振荡条件

放大电路的反馈回路网络采用R和C串并联回路，具有频率选择性，由和设定放大电路的增益。

图2-2

图1的电路可以考虑为四端子桥式网络，电路平衡的条件是运算放大器各自输入端的电位相等，即。

图2中运算放大器的同向输入端电压等于RC网络构成的分压电路的分压比与输出电压相乘的电压，即

反向输入端电压为：

若运算放大器的放大倍数足够大，则和相等，因此，仅取实部为

（振幅条件）

若虚部为0，求出谐振频率，则有

由此得到（频率条件）

由于一般取，则得到振幅条件

频率条件

根据以上的计算，振荡开始的振幅条件为A≥3，即运算放大器的增益为3倍以上就能振荡。

因此，改变振幅稳定电路的电阻和中的任何一个，若控制A≈3，就成为一个振荡电路。

第3章参数设计及运算

3.1结构设计

为了使文氏电桥振荡电路能产生振荡，非常重要的是正反馈的作用是输出不饱和，为此，在负反馈侧接入限幅和自动增益控制电路。

最简单的就是接入二极管。

图3-1

如图3所示电路，应用了一个简单的二极管-电阻器网络来控制的有效值。

信号较小时不起作用。

从而有

／＞2，

也就是说此事振荡在积累。

当振荡不断地增长，这两个二极管以交替半周导通的方式逐渐进入导通状态。

在二极管充分导通的限制下，会变小使／﹤2。

然而，在此极限值到达之前，振幅会自动地稳定在二极管导通的某个中间电平上，正好满足／=2。

上述电路的一个缺点是输出电压对二极管的正向压降非常灵敏。

对电路进行改进，采用发光二极管，这里不是利用其发光性质，而是利用其正向电压与稳定的温度特性，正向电压比通常的硅二极管大，而且，温度特性比二级管串联稳定得多。

电路图设计如图4。

图3-2

由于该电路是采用单电源工作，因此，运算放大器的输出含有（1/2）的直流。

就是隔断该直流成分的电容。

3.2参数计算

先讨论振荡频率为1kHz时常数与元器件的选择。

首先，由于运算放大器为单电源工作，偏置电阻是使运算放大器同向输入端的电平为／2，其电阻分压，不管为何阻值，这里设为15k。

于是，该值的1／2即为7.5k。

R=7.5k时计算电容C的值，即

=1/6.28*103*7.5*103=0.0212F

这个非常接近E6系列的值0.022F。

电容不是一种，这样振荡频率就会有些偏移，但频率正好为1kHz时，7.5k电阻R采用6.8k固定电阻加1k半固定电阻即可。

对于标准的文氏电桥振荡电路，RC网络损耗达到1/3，若运算放大器的增益A不到3以上，则能开始振荡。

因此，增益设定电阻的关系是：

若=1k，则要为2k以上。

有标准E12系列可知，最近值是=2.2k。

然而，若按照原样，则振荡输出饱和达到运算放大器的最大输出振幅，因此，用LED与电阻进行限幅。

与LED串联的电阻也与电阻的阻值有关，考虑到LED正向电压的分散性，采用可调电阻（2.7k固定电阻+5k可调电阻）。

用于补偿可变幅度较大的分散性及调整波形的失真。

振荡频率时隔直电容的容抗（1/）足够小。

这里（1/5）以下的频率作为截止频率。

1/2=0.796*10-6

1kHz时取1（110即可），又实际要求为100Hz-1000Hz，则取=10。

要使输出在100Hz到1kHz范围内则R要在7.5到75之间可变，在原电路图中加入可变电阻即可。

在电路图中，运算放大器使用LM324N，运算放大器的种类没有特别的要求。

由以上分析可得最后设计原理图如图3-3所示。

PCB图如图3-4所示。

图3-3

图3-4

第4章仿真效果与实物

经仿真后由示波器得到的正弦波及方波如图4-1所示，如图4-2所示。

图4-1

图4-2

可以看出，所设计的正弦波发生器可以产生符合要求的正弦波形以及方波。

做出的实物如图4-3所示。

图4-3

心得体会

一周的课程设计结束了，我们的任务也圆满完成了。

作为一个大三学生，我觉得这样的课程设计还是十分有用的。

在过去的学习中，我们学到的都是专业理论知识，而现在课程设计就是专业知识综合运用的实践训练。

通过这次的课程设计，我深深地体会到，做任何事情都必须耐心细致，高度负责，认真对待。

但是这次课程设计也让我发现自己所掌握的知识是如此的贫乏，仅仅只是冰山一角，而且实际运用专业知识的能力是如此的不足。

另外，在这次的课程设计中，我还学会了应用protel2004软件绘制原理图图以及PCB图再到做出实物来，这也是一个重要的收获。

[2]沈明发等编.《低频电子线路实验》.广州: