东南大学模电实验八 RC正弦波振荡器

1、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:osc=1RC64082.48rad/sfosc=osc2649.75Hz振幅起振条件：RfR29，Rf=100k+300k= 400k，R=10 k，满足振幅起振条件2根据图

2、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(R12*wC1+1/wC1)+3R1)由相位平衡，R12*wC1+1/wC1=0故w=2f=1R1C1=2*800因此，可取R1=20 k，C1=10nFAv=（R2+R3+R4）/R2=3即R3+R42R2因此，可取R2=10 k，R3=5 k，R4=16.8 k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

3、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 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

4、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649.75Hz625.87 Hz505.05Hz(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C10nF100nFR1100 k150 kR2300 k250 k（若只改动C值，波形失真，故改动R1、R2调整限幅

5、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C10nF1nF(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（k）R2（k）R3（k）R4（k）0.012010516.8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800Hz768

6、.76Hz696.72Hz(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。3 频谱测量在电脑中打开PocketLab的F

7、FT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f60kHz，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osc=1RC6，C减小了100倍，故osc增大100倍。波形失真是因为Vom 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