东南大学模电实验八 RC正弦波振荡器.docx
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东南大学模电实验八RC正弦波振荡器
实验八RC正弦波振荡器
实验目的：
1.熟悉仿真软件Multisim的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；
2.熟悉PocketLab硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；
3.掌握RC正弦波振荡器的设计与分析方法；
4.掌握RC正弦波振荡器的安装与调试方法。
实验预习：
1．在图8-1所示的RC相移振荡电路中，请计算振荡器的振荡频率和振幅起振条件，并将振荡频率填入表格8-1。
图8-1.RC相移振荡电路
解：
振荡频率:
/s
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。
解：
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。
仿真设置：
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）
解：
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：
RC相移振荡电路振荡频率
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）
改动元件
改动前
改动频率增大10倍
C
10nF
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：
文氏电桥振荡电路振荡频率
设计值
仿真值
实测值
振荡频率
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。
解：
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？
请解释原因。
（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？
解：
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，
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