正弦波振荡电路设计课程设计.doc

正弦波振荡电路设计 1 技术指标 设计一个正弦波振荡电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于±5%，电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。 2 设计方案及其比较 通过查阅资料可以知道所谓的正弦波振荡电路是指一个没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输出信号的电路。正弦波电路由放大电路，正反馈电路和选频网络组成。正弦波振荡电路的实质是放大器引正反馈的结果。 正弦波振荡电路主要有RC振荡电路，LC振荡电路和石英晶体振荡电路。本次试验中我主要设计的方案是RC正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路是由电阻R和电容C元件作为选频和正反馈网络的振荡器，RC作为选频网络的正弦波振荡器有桥式振荡电路，双T网络和相移式振荡电路。 根据桥式振荡电路和相移式振荡电路的工作原理，我设计了如下三个方案。 2.1 方案一 图一 文式桥式振荡电路 本方案主要采用一个文式桥式振荡电路作为正反馈，一个由两个二极管反相并联组成的稳幅电路作为负反馈。其中当ｗ=ｗ0=1／RC时，RC选频网络的相移为零，这样，RC串并联选频网络送到运算放大器同向输入端的信号电压与输出电压同相。满足相位平衡条件有可能发生震荡。 2.2 方案二 图二 RC相移式电路 这是一个RC相移式电路，正弦波信号发生器由反相输入比例放大器，电压跟随器和三节RC相移网络构成。对于三节RC电路，其最大相移可以接近于二百七十度。有可能在某一特定的频率下使其相移为一百八十度，满足相位平衡条件，合理的选取元件及元件参数，满足产生振荡条件和幅度平衡条件的电路就会产生振荡。 2.3 方案三 图三 RC文式桥正弦波振荡电路 　　这是一个RC文式桥正弦波振荡电路。振荡原理与方案一相似。 2.４ 方案比较 主要来比较一下方案一和方案二，两种方案都1 ~ 1MHz的低频信号。方案一采用的是RC文式桥正弦波振荡电路，它主要由一个文式桥振荡电路和一个由两个反向并联的二极管组成的稳幅电路组成。方案二采用的是一个反相比例输入放大器和电压跟随器以及三节RC相移网络组成的RC相移式电路。振荡和稳幅公用一条线路。RC文式桥电路的特点有输出幅度稳定，非线性失真比较小，频率变化易调节，输出波形比较好，但是线路相对复杂。相移式电路的线路相对简单，但是频率不易调节，输出波形也不够稳定。因此在最终的实现方案中还是选择了RC文式桥振荡电路。 ３ 实现方案 最终的实现方案采用的是RC文式桥正弦波振荡电路，电路图如下： 图四 实现方案 由图可见这个电路由R１和C１组成的振荡电路以及Ｄ１和Ｄ２反相并联组成的稳幅电路构成。振荡电路的作用是使反馈网络形成正反馈，产生振荡。稳幅电路的作用是利用了电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时二极管动态电阻增大的特性，加入非线性环节，从而使输出电压稳定，此时闭环电压增益为　　　AF =1+（R２+RV1）∕ RAF约为3；当输出电压信号较小时，二极管的工作电流较小，电路的增益较大，引起增幅振荡过程。当输出幅度达到一定程度，二极管工作电流大，动态电阻小，电路的增益下降，电路的输出电压幅值不再上升，电路为等幅度振荡，最后达到稳定幅度的目的。由此可见，通过一个振荡电路及稳幅电路，这个电路图的实现是可能的。 RV1的作用是调节输出波形，使输出波形无非线性失真。 通过计算及联合所得到的元件的阻止或者电容大小等，我们最终采用的电容大小均为０.０３３ｕＦ， R R４均为１０R２为２０ＫΩ，Ｒ３为１５ＫΩ，测量RV1可以知道它所能达到的最大的阻值是５０ＫΩ. 以下是测试电路的布线图 图五 布线图 ４ 调试过程及结论 　　我们是在三十号早上进行调试的，在此之前，我们通过计算和联系手中的元件，确定了各个部分元件值的大小，并且已经连好了线路，通过多番检查，可以确定线路无误。调试的那天由于我们去的不算早，而电流源和示波器都有限，所以刚到的时候我们没有电源和示波器可用。最后采用的办法是与别人共用一个电流源进行调试。但是两个或者多个电路并联在一个电流源上是不被允许的，估计也会对电路的调试结果造成一定的影响。在最后的时候我们使用的还是独立的一台直流电流源和一台示波器。刚开始调试的时候毫无进展，示波器始终都无法显示出波形，最后检查发现我们的集成块接反了，幸好由于负端没有连上，并没有使得正负极都接反，所以集成块没有损坏。正确连接集成块以后，示波器出现不稳定的小波形，但是调节滑动变阻器波形不改变，且形状与我们预计所应该得到的波形不同，幅度与频率都过小，通过观察知道，这个波形并不是电路的输出正弦波，而是干扰波，也就是说我们是试验还未成功。我们再次检查了线路，发现线路并没有问题，利用万用表来测量电阻和电容及导线，发现这些也并没有损坏，由此我们怀疑是否