模电RC正弦波振荡电路课程设计Word格式文档下载.docx

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⑴振荡频率：

500Hz；

⑵振荡频率测量值与理论值的相对误差小于

；

⑶振幅基本稳定，振荡波形对称；

⑷电源电压变化在

以内时，无明显非线性失真。

设计内容

设计要求

⑴RC正弦波振荡电路形式有多种，按照设计要求，提出两种设计方案，进行比较后确定选用方案。

⑵用Multisim软件设计电路原理图；

②根据电路功能及技术指标要求，计算电路各元件的参数；

③对所设计电路进行仿真、调试，使所设计电路能实现设计要求。

④对仿真过程和仿真结果进行分析。

⑤将仿真测得的正弦波频率,输出幅值分别与理论计算值进行比较,分析产生误差的原因。

⑥如果所设计的RC正弦波振荡电路不能起振，一个条件哪个参数？

如何调节？

（通过仿真验证）

⑦如果输出波形失真，应该调节哪个参数？

主要参考

资料

[1]华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编.电子技术基础.模拟部分.第五版.北京：

高等教育出版社，2010

[2]华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编.电子技术基础.数字部分.第五版.北京：

高等教育出版社，2011

[3]刘原主编.电路分析基础.北京：

电子工业出版社，2011

[4]及力主编.Protel99SE原理图与PCB设计教程.北京：

电子工业出版社，2007

[5]（日）稻叶保著，何希才，尤克译.振荡电路的设计与应用.北京：

科学出版社，2004

学生提交

归档文件

“课程设计说明书”一本（用word编辑排版打印）

要求：

内容准确，表述清晰、调理，图文详尽。

注：

1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：

封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）。

2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

指导教师签名：

日期：

课程设计说明书

题目：

RC正弦波振荡电路

摘要

本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。

如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡，振荡频率由RC网络的频率特性决定。

它的起振条件为：

Rf>

2R1，振荡频率为：

fo=1/2πRC。

运算放大器选用LM741CN,采用非线性元件来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定，进而达到自动稳幅的目的；

而频率范围的确定是根据式fo=1/2πRC以及题目给出的频率范围来确定电阻R或电容C的值，进而使其满足题目的要求。

关键词：

文氏电桥、振荡频率、LM741CN、JFET

第一章绪论

1.1课题的目的和意义

1）目的

a）掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤；

b）掌握RC正弦波振荡电路的设计方法；

c）掌握Multisim软件设计和分析模拟电路的方法；

d）提高分析和解决实际问题的能力。

2）意义

a）通过本次课程设计以提高我们的自主思考及动手能力；

b）通过本次课程设计可帮助我们掌握RC正弦波振荡电路的原理；

c）通过本次课程设计可帮助我们熟悉RC正弦波振荡电路的电路并学会分析运用电路；

d）提高我们的仿真软件应用能力，学会利用仿真软件模拟电路。

1.2设计任务及主要设计工作

1）设计任务

设计一个RC正弦波振荡电路，技术指标及要求：

a）振荡频率：

b）振荡频率测量值与理论值的相对误差小于

c）振幅基本稳定，振荡波形对称；

d）电源电压变化在

2）主要设计工作

第二章RC正弦波振荡电路设计总体概述

2.1总体设计概述

本次设计电路为：

RC正弦波振荡电路，技术指标及要求如下：

1）振荡频率：

2）振荡频率测量值与理论值的相对误差小于

3）振幅基本稳定，振荡波形对称；

4）电源电压变化在

本次设计共提出两种方案，经过分析对比后选择一种作为本次课程设计的主要方案。

本次课程设计根据技术指标要求计算电路各元件的参数并对所设计电路进行仿真、调试，使所设计电路能实现设计要求；

对仿真过程和仿真结果进行分析；

将仿真测得的正弦波频率,输出幅值分别与理论计算值进行比较,分析产生误差的原因。

2.1.1设计框图及说明

一）本次设计采用RC文氏电桥振荡电路，RC文氏电桥振荡电路是以RC选频网络为负载的振荡器，其模型框图如图2.1

这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。

放大电路由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。

而选频网络则由Z1、Z2组成，同时兼做正反馈网络。

由图3.1可知，Z1、Z2和R1、Rf正好形成一个四臂电桥电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，桥式振荡电路由此得来。

二）RC选频网络及其特性

如图2.2（a）

图2.2RC选频网络

RC选频网络的传输函数为：

令：

R1=R2=R 

C1=C2=C　

RC串并联选频网络具有选频作用，它的频率响应特性由明显的峰值。

反馈网络的反馈系数为：

当ω=ωo（谐振频率）=1/RC时,Fv=1/3（φF=0）

（1）幅频特性曲线如图2.2（b）

由上式：

ω=ωo时：

Fv（ωo）=1/3（最大）

ω<

ωo时：

当ω→0，Fv（ω）→0

ω>

当ω→∞，Fv（ω）→0

由上图可见,当ω=ωo时,达到最大值并等于1/3,相位移φf为0,输出电压与输入电压同相,对于该频率,所取的输出电压即Uf幅度是最大的,所以RC串并联网络具有选频作用.

（2）相频特性曲线如图2.2（b）

①ω<

ωo时（ω减小）

Xc1>

>

R1,C1与R1串联→Xc1

Xc2>

R2,C2与R2并联→R1

则：

vo超前vs相位φ（ω→0时,φ→+π/2）

②ω>

ωo时（ω增大）

Xc1<

<

R1,C1与R1串联→R1

Xc2<

R2,C2与R2并联→Xc2

vo滞后vs相位-φ（ω→∞时,φ→-π/2）

③ω=ωo时，vo与vs同相

三）集成运放电路

如图2.3

图2.3集成运放文氏电桥振荡器

（1）正反馈支路→运放+端

ω=ωo=1/RC时，相位平衡（φf=0）

由振幅平衡条件：

AvFv=1

已知：

Fv'

=F+=1/3

故要求：

Av≥3（Av应≥反馈量）

（2）负反馈支路→运放-端

作用：

改善波形，稳定振幅，

Rt（热敏电阻）进行温度补偿。

F-=R1/（Rt+R1）

（3）总反馈系数

注意：

运放的Ri、Ro均与RC网络并接，对网络的影响较大。

第三章RC正弦波振荡电路可行性论证

3.1可行性论证

1）正弦波振荡电路的选择与论证

本设计选用文氏电桥振荡电路。

如图3.1。

图3.1RC桥式振荡电路

这种电路的特点是：

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。

振荡频率由RC网络的频率特性决定。

它的振荡频率为：

2）稳幅控制的选择与论证

方案一：

采用硅二极管来组成限幅电路。

这种电路的温度特性较差（温度升高输出振幅下降），几乎没有实用价值。

故不采用。

方案二：

在放大电路的负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定。

例如，在图3.1所示的电路中，Rf可用一温度系数为负数的热敏电阻代替。

当输出电压|Vo|增加时，通过负反馈回路的电流|If|也随之增加，结果使热敏电阻的阻值减小，负反馈加强，放大电路的增益下降，从而使输出电压|Vo|下降;

反之，当|Vo|下降时，由于热敏电阻的自动调整作用，将使|Vo|回升，因此，可以维持输出电压的恒定。

也可利用JTFET工作在可变电阻区。

当JFET的漏源电压Vds较小时，它的漏源电阻Rds可通过栅极电压来改变。

因此，可利用JFET进行稳幅。

该电路频率稳定度由使用的电容的温度系数决定，而振幅稳定度和波形失真率都得到改善。

3）运算放大器的选择

考虑到综合性能和题目要求的关系这里我们选用LM741CN作为运算放大。

4）最终的方案选择

文氏电桥振荡电路适用的频率范围为几赫兹到几百千赫兹，可调范围宽，电路简单易调整，同时波形失真系数为千分之几。

很适合我们题目的要求。

故采用文氏电桥振荡电路以及利用非线性元件来控制电压，起到稳幅的作用。

选用LM741CN作为运算放大器。

第四章RC正弦波振荡电路设计

4.1设计要求

正弦波发生器的工作原理

图4.1正弦波发生器的工作原理

1.产生正弦波振荡的条件：

在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能取代输入信号，而若要如此，电路中必须引入正反馈；

二要有外加的选频网络，用以确定振荡频率。

正弦波振荡的平衡条件为:

AF=1写成模与相角的形式为使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在一定幅值的过程。

2.正弦波振荡电路的组成

a.放大电路

b.选频网络

c.正反馈网络

d.稳幅环节

3.判断电路是否可能产生正弦波的方法和步骤

a.观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四部分。

b.判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能输入、输出和放大。

c.利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦振荡的相位条件。

d.判断电路是否满足正弦振荡波的幅值条件，即是否满足起振条件。

4.2元件参数计算及确定

4.2.1确定稳幅电路及元件值

常用的稳幅方法，是利用

随输出电压振幅上升而下降（负反馈加强）的自动调节作用实现稳幅。

为此R1可选用正温度系数的电阻（如钨丝灯泡）图4.1中，稳幅电路由两只反向并联的二极管

和电阻

并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻

，这是一种最简单易行的稳幅电路。

在选取稳幅元件时，应注意以下几点：

（a）稳幅二极管

宜选用特性一致的硅管。

（b）并联电阻

的取值不能过大（过大对削弱波形失真不利），也不能过小（过小稳幅效果差），实践证明，取

时，效果最佳，通常

取3kΩ至5kΩ即可。

当

选定之后，

的值可由下式求得：

R4=Rb-（R3||rd）≈Rb-（R3/2）

4.2.2选择集成运算放大器

振荡电路中使用的集成运算放大器，除要求输入电阻高、输出电阻低外，最主要的是运算放大器的增益——带宽积

应满足如下条件，即

若设计要求的振荡频率

较低，则可选用任何型号的运算放大器（如通用型）。

4.2.3选择阻容元件

选择阻容元件时，应注意选用稳定性较好的电阻和电容（特别是串并联回路的R、C），否则将影响频率的稳定性。

此外，还应对RC串并联网络的元件进行选配，使电路中的电阻、电容分别相等。

4.2.4数值确定

电路振荡频率：

第五章RC正弦波振荡电路仿真及分析

5.1仿真电路的创建

图5.1RC桥式正弦振荡电路图

RC串并联电路构成正负反馈支路，同时兼做选频网络，R3，R4及二极管元件构成负反馈和稳幅环节。

滑动变阻器R4，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件并改善波形。

利用俩个反向并联二极管正向电阻的非线性特性来实现稳幅。

，

5.2仿真输出结果

图5.2起始波形

经过不久，移动滑动变阻器，波形开始产生振荡，幅度逐渐增大，达到一个最大值，保持幅度以正弦输出。

如图5.3，图5.4。

图5.3一段时间后的波形

图5.4稳定波形

图5.5起振和稳幅过程

实验结果：

得振幅为14.540V。

振荡频率：

500Hz

振荡频率测量值与理论值的相对误差小于

振幅基本稳定，振荡波形对称；

电源电压变化在

5.3起振过程分析

根据起振条件，负反馈系数，只要负反馈放大器的放大倍数A大于3，就可产生正弦波振荡。

运行并双击示波器图标XSC1，可以看出电路慢慢地振荡起来，逐渐产生越来越大的振荡输出。

由于在R4支路中增加反并联二极管，利用二极管电流增大动态电阻减下的特性构成稳幅环节，从而得到稳定的正弦波输出，起振和稳幅过程如图5.5。

负反馈电路中有两个二极管,它们的作用是稳定输出信号的幅度。

也可以采用其他的非线形元件来自动调节反馈的强度,以稳定振幅。

第六章设计难度及遗留的问题

在这次模拟电子技术基础的课程设计中我设计了一个RC正弦振荡电路。

使用的是Multisim10.0仿真软件，该软件功能强大，使用便捷，在运用中逐渐掌握了Multisim10.0基本使用方法。

在仿真电路图完成之后，我不断调试元件参数，最终确定了比较合理的元件参数。

在此过程中也遇到了许多难题，如元件的选择及参数的确定，波形失真及仿真电路的连接等。

对此需要通过调整参数来减小失真程度。

经过了这次RC正弦波振荡器电路设计及仿真的实践，我对于multisim软件的使用方法有了更深刻的理解和熟悉，对于模拟电路技术的知识也得到了巩固，对于遗留问题，总的来说觉得自己在软件使用上还不够熟悉，需要以后更多的练习去熟练掌握软件的使用。

参考文献：