文式桥振荡电路的设计.docx
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文式桥振荡电路的设计
新疆大学
课程设计报告
所属院系：
电气工程学院
专业：
自动化
课程名称：
电子技术基础A
设计题目：
文式桥振荡电路的设计
班级：
学生姓名：
学生学号：
指导老师：
完成日期：
2013.7.13
课程设计题目：
文式桥振荡电路的设计要求完成的内容：
设计一个文式桥正弦波振荡器。
指标条件如下：
■n■■・w■w■rn■m■■■n■■■ns■■■n■■inr・m
振荡频率为fo=2kHz,输出幅值实测，输出端设置电压跟随器。
建议运算放大器
■rv■■v^MBS^BB^^^eaBK^E^rn!
■■btb^w**-!
!
■■■■■■vbb^^^rvbs■!
n!
^wa-raa-r^bst■■■«
选用（LM741或LM353。
要求：
（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，初选电路元器件，设置参数。
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・・・・upait・・・■
（2）仿真分析、测量电路的相关参数，修改、复核，使之满足设计要求。
（3）综合分析计算电路参数，验证满足设计要求后，认真完成设计报告
文式桥振汤电路的设计
一.设计方案
根据设计要求，需要设计一个文式正弦波振荡器，并要求其输出端接一个电压跟随器。
因此，该电路主要由两个部分组成，即文式正弦波振荡电路以及电压跟随器电路。
根据文式振荡电路的基本结构，产生正弦波振荡的条件--相位平衡和
振幅平衡电压跟随器电路以及电压跟随器电路的基本结构，设计出如图1的文式正
弦振波振荡电路。
因为该电路结构简单并能达到设计要求，因此就选择该电路作为此次的设计方案。
图1
.单元电路的设计和计算
1.文式正弦波振荡电路的设计和计算:
文式正弦波振荡的基本电路如下图：
veer
该电路包括两个部分，第一个部分是如图3的选频网络和如图4的放大电路
vcc
VCC
R3
图4（放大电路）
图3（选频网络）
图3所示的选频网络具有选频的作用，它的选频特性曲线具有明显的峰值。
由图3知：
反馈网络的反馈系数为：
V（s）Z2
V。
（s）Z1乙
Fv
SCR
2
13SCRSCR
就实际的频率而言，可用
S=jw替换，则得
Fv
jwRc
（1-w2R2C2）j3wRC
1
如令Wo
RC
，所以上式变为
Zi
R
1
SC
1SCR
SC
R
1
R
乙
SC
R
1
1SCR
SC
F1
Fv
wWo
3（—-一）
w0w
1
WoW
2
由此可得选频网络的幅频响应及相频响应
Fv
由以上的公式可得，当
1、1ww0或ff0
RC2RC
时，幅频响应的相位角为最大，即
1
FVmax-
3
而相频响应的相位角为零，即
f0
1
因此，当WWo—时，输出电压的幅值最大，而且输出电压是输入电压的RC
1/3,同时输出电压与输入电压相同。
根据以上理论知识，可得该设计电路中选频网络的参数及依据如下:
因为设计方案要求振荡频率为fo=2kHz,因此
=fo=2kHz
2RC
又因为电阻R的级数在102~105之间，因此不妨另R=15K，所以
1
2Rfo
1
23.14151032103
5.3106p
所以，由以上得选频网络参数分别为
R=15K
C=5.3106p
如图4的放大电路，当振荡频率f=fo
1
AvFv1。
因为振荡频率f=fo时,
2RC
齐C时，要使该振荡电路振荡起来，应有
Fv=1/3,所以
R4R3
R3
1，即
R3>2R4
又因为考虑到要使输出电压达到稳定，因此在放大电路中加入稳压管来达到此目的，于是设
计出如图5的放大电路
图5
考虑到要保证稳压管的稳压特性，因此根据以上理论有
R3=10k
R4=4.7k
R620k（可变电阻）
2.电压跟随器电路
为了使整个电路的结构简单，并能保证设计电路达到设计要求，设计出了如图
6的电压跟随器电路
图6
二.总体设计
1•根据步骤二中的部分电路的分析及设计，设计出如图7的完整的文氏桥
正弦波振荡电路
2.文氏桥正弦波振荡电路中的元件明细表如下表1
R1
15k
电阻
R2
15k
电阻
R3
10k
电阻
R4
4.7k
电阻
R6
20k
可变电阻
C1
5.3nF
电容
C2
5.3nF
电容
VCC
12V
直流电源
VCC1
-12V
直流电源
U1
LM741H
运算放大器
U2
OPAMP-3T-VIRUAL
运算放大器
D1
1N4148
二极管
D2
1N4148
二极管
XSC1
示波器
表1
在以上元件的参数下，该文氏桥正弦波振荡电路以达到设计要求，即振荡频率
1
2RC
1
362KHz
23.1415105.310
因为设计要求振荡频率为fo=2kHz,输出幅值实测，输出端设置电压跟随器，因此参数设计以基本达到要求。
当设计的文氏正弦波振荡电路中A=50%时，用multisim仿真软件进行仿真，用示波
器观察的如图7的波形：
图7
此时由于R6过小，没有达到前面分析的R3>2R4,于是没有达到起振的条件，因此要继续
增大R6的值。
当设计的文氏正弦波振荡电路中A=83%时，开启multisim仿真软件进行仿真，用示
波器观察得到如图8的波形
图8
通过波形图可知，在此时的参数下该设计电路起振。
此时
R6=20k83%=16.6k
所以
R3=R6+R4=16.6+4.7=21.3k
因此
21.3k>210k
达到电路所要求的起振条件。
如图9所示的波形图
图9
通过波形图可以看出，此时电路已经产生了稳定的正弦波。
并且通过测量，此时正弦波的振荡频率f为
1984.96Hz
503.78810
可知此时频率约等于2KHz，已到达了设计方案的要求:
振荡频率为fo=2kHz
输出的幅值如图10所示:
图10
r-fl-;
Is—■_2e-B—wv
四•总结
通过此次课程设计，我对文式桥正弦波振荡电路的结构以及工作原理有了更加清晰和更加深刻的认识。
我知道文式振荡电路由选频网络和放大网络组成，要使文式振荡电路工作，就必须满足这两个网络的各自条件。
即满足相位平衡和振幅平衡。
只有满足了这两个条件，设计的电路才能起振，而一个完整的文式正弦波振荡电路光是有这两个结构式是达不到条件的，为了能输出稳定的正弦波波形，还得采取问措施，即在电路中加入稳压管来达到此目的。
更重要的是，通过此次课程设计，我学会了如何设计一个目表电路。
即，首先应该有明确的目标，然后根据这个目标来设计目标电路，一般一个电路是由几个部分组成的，每个部分完成相应的功能。
接着，根据设计方案要求，分别选择电路中每个部分的元件，并且根据设计要求计算元件参数。
最后将整个电路设计出来，通过相应软件进行仿真和调试，当调试成功后，再测出电路中的一些电路参数和指标，那么此时整个设计也就完成了。
五•仿真结果
1.起振时
2.振汤稳定后
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