东南大学模电实验八 RC正弦波振荡器Word格式文档下载.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,