东南大学模电实验八RC正弦波振荡器Word格式.docx

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振幅起振条件：

=100k+300k=400kΩ.R=10kΩ.满足振幅起振条件

2．根据图8-2.采用OP37运算放大器和现有元器件值.设计文氏电桥振荡器。

要求振荡频率为800Hz。

K（jw）=Vf/Vo

=（R1//（1/jwC））/（R1+1/jwC+R1//（1/jwC））

=R1/（j（R1^2*wC1+1/wC1）+3R1）

由相位平衡.

R1^2*wC1+1/wC1=0

故

因此.可取R1=20kΩ.C1=10nF

Av=（R2+R3+R4）/R2=3

即

因此.可取R2=10kΩ.R3=5kΩ.R4=16.8kΩ

图8-2.文氏电桥振荡电路

3．复习multisim中示波器和频谱分析仪的使用方法。

4．复习开环方法.思考如何在Multisim中完成开环验证电路。

实验内容：

一、仿真实验

1.在Multisim中搭试图8-1RC相移振荡电路的开环分析电路.理解起振和稳定的相位条件与振幅条件.并将电路截图为图8-3。

仿真设置：

Simulate→Analyses→ACanalysis…

将开环仿真获得的幅频和相频图截图为8-4。

并以此获知电路的振荡频率为650.9572Hz。

图8-3RC相移振荡电路开环仿真图

图8-4RC相移振荡电路开环仿真幅频图和相频图

2.在Multisim中搭建图8-1所示电路.并进行瞬态仿真.用示波器查看瞬态波形；

用频谱分析仪查看输出信号的频谱。

Simulate→Run……

注意观察振荡器的起振过程。

读出示波器上瞬态波形的周期和分析频谱分析仪上输出信号频谱.获得振荡器的仿真振荡频率.填入表8-1。

表8-1：

RC相移振荡电路振荡频率

计算值

仿真值

实测值

振荡频率

625.87

505.05Hz（误差较大.原因未明）

瞬态波形：

f=1/T=1/1.635m=611.62Hz

频谱：

3.如果需要将图8-1电路的振荡频率减小10倍或增加10倍.请重新设计电路参数.并将改动的参数列表8-2。

（根据设计情况改变表格栏）

表8-2：

改动元件

改动前

改动频率减小10倍

C

10nF

100nF

R1

100kΩ

150kΩ

R2

300kΩ

250kΩ

（若只改动C值.波形失真.故改动R1、R2调整限幅电压.仿真出频率为59.04Hz）

改动频率增大10倍

1nF

（仿真出频率为6345.78Hz）

4.将预习中设计的文氏电桥振荡器.输入Multisim。

经过调试修改（可采用开环验证相位和幅度的起振条件）.采用Simulate→Run.查看瞬态仿真波形和频谱。

将设计参数填入表格8-3。

将仿真获得的振荡频率填入表格8-4。

将示波器上的瞬态波形和频谱分析仪上的输出信号频谱截图于8-5.8-6。

表8-3：

文氏电桥振荡电路振荡频率

C1（uF）

R1（kΩ）

R2（kΩ）

R3（kΩ）

R4（kΩ）

0.01

20

10

5

16.8

表8-4：

设计值

800Hz

768.76Hz

696.72Hz（误差较大.原因未明）

图8-5文氏电桥振荡器瞬态波形图

图8-6文氏电桥振荡器频谱图

二、硬件实验

本实验采用PocketLab实验平台提供的直流+5V、-5V电源.示波器等工具。

1．电路连接

首先根据图8-1在面包板上搭试电路.采用AD公司的集成运放模块OP37（引脚定义参照图8-7）。

图8-7OP37引脚定义

2．瞬态波形观测

在电脑中打开PocketLab的示波器界面.选择合适的时间和电压刻度.显示输出波形。

并在窗口中直接读出其振荡波形的峰峰值和振荡频率.填入表格8-1.比较计算值.仿真值和测试值是否一致。

将瞬态波形截图于8-8。

3．频谱测量

在电脑中打开PocketLab的FFT分析界面.选择合适的频率范围.显示输出波形频谱。

并在窗口中直接读出其振荡频率。

将频谱图截图于8-9。

图8-8RC相移振荡器瞬态仿真波形

图8-9RC相移振荡器频谱分析

4．将设计好的文氏电桥振荡器采用以上RC相移振荡器的硬件实验步骤.在PocketLab的相应测量工具上获得其振荡频率.填入表8-4。

将测试得到的瞬态波形和频谱图截图于8-10.8-11。

图8-10文氏电桥振荡器瞬态仿真波形

图8-11文氏电桥振荡器频谱分析

实验思考：

1．将图8-1所示电路中的C从10nF改为0.1nF后.进行Multisim仿真.结果如何？

请解释原因。

可见f

.约为改动之前的一百倍。

波形出现了一定的失真。

由计算公式

.C减小了100倍.故

增大100倍。

波形失真是因为ωVom≤SR.频率增大导致不等式不成立.波形失真。

2．在思考1的基础上.将运放从OP37改为741后.再进行Multisim仿真.结果如何？

（提示：

可采用开环分析方法查看此时的增益和相位.并思考变化的原因）可改变哪些参数使该电路能够再次起振呢？

运放从OP37改为741后.不再振荡。

开环仿真：

此时.满足相位起振条件的频率为25.3838kHz.对应的增益（dB）是负值.不满足振幅起振条件。

因此考虑增大增益值.将R20由300kΩ改为1000kΩ。

下图为修改后的瞬时仿真图.