东南大学模电实验八RC正弦波振荡器.doc

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. . 实验八RC正弦波振荡器 实验目的: 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; 熟悉PocketLab硬件实验平台.掌握基本功能的使用方法; 掌握RC正弦波振荡器的设计与分析方法; 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: ωosc f 振幅起振条件: RfR29 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 w=2πf= 因此.可取R1=20 kΩ.C1=10nF Av=(R2+R3+R4)/R2=3 即R 因此.可取R2=10 kΩ.R3=5 kΩ.R4=16.8 kΩ 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: 仿真实验 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 → AC analysis… 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8-3 RC相移振荡电路开环仿真图 图8-4 RC相移振荡电路开环仿真幅频图和相频图 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 649.75Hz 625.87 Hz 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: 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 100 kΩ 150 kΩ R2 300 kΩ 250 kΩ (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) 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8-7 OP37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。 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 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

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