文氏振荡电路实验

4.2.3　RC文氏振荡电路实验

1）实验目的

（1）学习用集成运算放大器设计文氏电桥正弦波振荡电路的方法。

（2）熟悉测量正弦波形的幅度、频率的方法。

2）实验原理

正弦波振荡器是一种具有选频网络和正反馈网络的放大电路。根据选频网络的不同，可将正弦波振荡电路分为RC振荡器和LC振荡器。RC振荡器主要用于产生小于1MHz的低频信号，电路原理图如图4.2.8所示。图中RC的串并联电路为正反馈选频网络，R_f2为负反馈调节电阻，VD₁、VD₂和R_f1组成输出幅度稳定电路，运算放大器构成同相比例放大电路。

该电路已满足起振的相位条件，起振的幅度条件为:

A＝1＋R_f/R1≥3

电路的振荡频率为:f₀＝1/2πRC，R_f为R_f1、R_f2、VD₁、VD₂支路的等效电阻。

图4.2.8　RC文氏振荡电路原理图

3）实验器材

（1）运算放大器:1个；

（2）二极管（1N3491）:2个；

（3）电阻:2个；

（4）可调电阻:10kΩ2个、100kΩ1个；

（5）可调电容:1μF 2个；

（6）开关:1个；

（7）直流电压源；

（8）测试仪器仪表:示波器1台，电压表1只。

4）实验内容及步骤

（1）按图4.2.8所示原理图创建电路，图中电压表V属性中的Value/Mode设置为AC，并将电路文件命名、存盘。

（2）观察振荡器的起振过程

将开关A向上扳，打开电源，用示波器观察输出信号，并适当调节可调电阻R_f2，使示波器中有振荡波形出现，然后调小R_f2到不能再小（如果再小，振荡器就出现停振现象）的位置。此时，振荡器正处于临界起振状态，R_f2＝___________kΩ。

（3）观察稳幅电路的作用

为了使文氏桥式振荡器能够得到一个理想的波形，还需要采取稳幅措施。将开关A向下扳，振荡器就有了稳幅电路。在电路中，此时再调节R_f2就很容易获得一个幅值可调的不失真的正弦波。

（4）振荡波形的测量

开关A向下扳，电路参数如图4.2.8所示，稳幅后，用示波器测量振荡波形的幅值U_om和频率f₀，调节R_f2＝25kΩ，重复上述过程，将结果填入表4.2.5中，并与理论值比较。

表4.2.5　数据记录表5

（5）用示波器观察R和C对振荡波形的影响，将结果填入表4.2.6中。

表4.2.6　数据记录表6

（6）振荡器设计

为了获得一个输出频率为16Hz，幅度不小于5V的振荡波形，请设计和调节电路中的有关元器件，并用仿真电路验证。此时的U_om＝_________V。将最后的测试电路命名、存盘。

5）实验报告要求

（1）分析电路工作原理。

（2）整理各项理论和实验数据，分析实验结果，得出结论，并画出相关的曲线图。

（3）将根据步骤（6）要求设计电路的测试数据与理论值比较，验证电路的正确性。如存在问题，提出相应的改进措施。

（4）回答思考题。

6）思考题

（1）在步骤（2）中，为要满足振荡器起振的相位条件和振幅条件，理论上R_f2和R₁应满足怎样关系？

（2）分析稳幅电路的工作原理。

（3）根据表4.2.5的测量结果说明R_f2对振荡信号幅值的影响。

（4）根据表4.2.6的测量结果说明R和C对振荡频率的影响。