厦门大学电子技术实验九集成运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器

1、 实验报告实 验 名 称：实验九 集成运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器系别： 班号： 实验组别： 实 验 者 姓 名： 学 号： 实 验 日 期：实验报告完成日期： 指导教师意见：目录TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc10889 二、实验原理 PAGEREF _Toc10889 3 HYPERLINK l _Toc29338 三、实验仪器 PAGEREF _Toc29338 5 HYPERLINK l _Toc8429 四、实验内容及数据 PAGEREF _Toc8429 5 HYPERLINK l _Toc27473 1、电路分析及参数计算 PAGEREF _To

2、c27473 5 HYPERLINK l _Toc4407 2、振荡器参数测试 PAGEREF _Toc4407 7 HYPERLINK l _Toc16578 3、振幅平衡条件的验证 PAGEREF _Toc16578 8 HYPERLINK l _Toc32028 4、观察自动稳幅电路作用 PAGEREF _Toc32028 9 HYPERLINK l _Toc6924 五、 误差分析 PAGEREF _Toc6924 10 HYPERLINK l _Toc27769 六、 实验总结 PAGEREF _Toc27769 11一、实验目的1. 掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件；2

3、. 了解文氏电桥振荡器的工作原理及起振的条件和稳幅原理。二、实验原理1. 产生自激振荡的条件：当放大器引入正反馈时，电路可能产生自激振荡，因此，一般振荡器都由放大器和正反馈网络组成。其框图如图1所示。振荡器产生自激振荡必须满足两个基本条件：（1）振幅平衡条件：反馈信号的振幅应该等于输入信号的振幅，即VF = Vi 或 |AF| = 1（2）相位平衡条件：反馈信号与输入信号同相位，其相位差应为：（n = 0、1、2）2. RC串-并联网络的选频特性：RC串-并联网络如图2(a)所示，其电压传输系数为：当R1= R2= R， C1= C2= C时，则上式为：若令上式虚部为零,即得到谐振频率fo为：

4、当f = fo时，传输系数最大，相移为0，即：Fmax=1/3，传输系数F的幅频特性相频特性如图2(b)(c)所示。由此可见，RC串并联网络具有选频特性。对频率fo而言，为了满足政府平衡条件| AF | = 1，要求放大器| A | = 3。为满足相位平衡条件：，要求放大器为同相放大。3. 自动稳幅：由运算放大器组成的RC文氏电桥振荡器原理图如图3所示，负反馈系数为：在深度负反馈情况下：因此，改变RF或者R1就可以改变放大器的电压增益。由振荡器起振条件，要求| AF(+)| 1，当起振后，输出电压幅度将迅速增大，以至进入放大器的非线性区，造成输出波形产生平顶削波失真现象。为了能够获得良好的正弦

5、波，要求放大器的增益能自动调节，以便在起振时，有| AF(+)| 1；起振后，有| AF(+)| = 1，达到振幅平衡条件。由于负反馈放大器的增益完全由反馈系数VF(-)决定。因此，若能自动改变RF和R1的比值，就能自动稳定输出幅度，使波形不失真。三、实验仪器1、示波器 1台2、函数信号发生器 1台3、直流稳压电源 1台4、数字万用表 1台5、多功能电路实验箱 1台6、交流毫伏表 1台四、实验内容及数据1、电路分析及参数计算：分析图6电路中，运算放大器和RF1，RF2及Rw构成同相放大器，调整Rw即可调整放大器的增益；RC串并联网络构成选频网络；选频网络的输出端经R2、R3构成分压电路分压送运

6、算放大器的同相端，构成正反馈，D1,D2为稳伏二极管。在不接稳伏二极管时，在谐振频率点，正反馈系数为：而负反馈系数为：为保证电路能稳定振荡，则要求：F(+)=F(-),由此，根据电路参数，计算Rw的理论值； Rw=0.628k （2）同相放大器的电压增益AVF= 33 ；（3）电路的振荡频率fo= 1.6076KHz ；仿真电路图：2、振荡器参数测试：（1）按图6搭接电路，（D1、D2不接，K拨向1）经检查无误后，接通+12V电源。（2）调节Rw，用示波器观察输出波形，在输出为最佳正弦波，测量输出电压Vp-p。 Vp-p=20.2 V（3）测量Rw值； Rw=0.6004 k示波器图形：（4）

7、用李萨茹波形测量振荡频率；李萨茹波形测量信号频率方法：将示波器CH1接振荡器输出，CH2接信号发生器正弦波输出，令示波器工作在“外扫描X-Y”方式；当调节信号发生器频率时，若信号发生器频率与振荡器频率相同时，示波器将出现一椭圆；通过此方法可测量未知信号频率。f = 1.6195180kHz示波器图形：3、振幅平衡条件的验证：在振荡器电路中，调节Rw，使输出波形为正弦波时，保持Rw不变，将开关K拨向2位置，则，即输入正弦信号（频率为振荡频率，峰-峰值Vip-p=100mV）则电路变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；将电路恢复为振荡器（开关K拨向1位置），调节Rw，使输出

8、波形略微失真，再将开关拨向位置2，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；将电路恢复为振荡器（开关K拨向1位置），调节Rw，使输出波形停振，再将开关拨向2位置，电路又变为同相放大器，用毫伏表测量Vi、Vo、VA、VF，填入表1；表1振幅平衡条件验证工作状态测量值测量计算值Vip-p(mV)Vo(V)VA(V)VF(V)A=Vo/ViF(+)=VF/VoAF(+)良好正弦波1001.21010.39900.035934.23 0.02967 1.0155 略微失真1001.21480.40070.036034.360.029631.0181 停振1001.20780.

9、39840.035934.160.029721.0154 良好正弦波时理论值1001.16670.38890.035433.000.030301.00 仿真电路图：良好正弦波仿真波形：4、观察自动稳幅电路作用：在图6基础上，接入稳幅二极管D1、D2，调节电位器Rw，观察输出波形的变化情况，测量出输出正弦波电压Vop-p的变化范围。（Vop-p）max=20.1 V（Vop-p）min=2.23 V误差分析误差来源分析：电阻或电容不精确，造成RC文氏电桥振荡器震荡特性不好；运放不是理想运放；电路接触不好。实验仪器本身存在系统误差。实验总结实验中使用示波器观察输入输出波形时要注意表笔是否有衰减。运

10、算放大器管脚不要弄错，要一直加着工作电源。调节Rw时要注意观察输出波形。附录资料：不需要的可以自行删除电气设备系统布线规范1目的和分类 1.1 合适的布线（包括线缆选择与布敷、屏蔽连接与工艺）可以有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种线缆之间的相互干扰，提高设备运行的可靠性。同时，也便于查找故障原因和维护工作，提高产品的可用性。 1.2线缆大致分成以下几种类型： A类：敏感信号线缆 B类：低压信号线缆 D类：辅助电路配电电缆 E类：主电路配电电缆 1.3 A类 指各种串行通信（如以太网、RS485等）电缆、数据传输总线、ATC天线和通信电缆，无线电、以及各类毫伏级（如热电偶、应变信号等）信号线

11、。 1.4 B类 指5V、15V、24V、010mA、420mA等低压信号线（如各种传感器信号、同步电压等）以及广播音频、对讲音频电缆。 1.5 D类 指220/400V、连接各种辅助电机、辅助逆变器的电缆。 1.6 E类 指额定电压3kV（最大3600V）以下，500V以上的电力电缆。1.7 这4类信号中，就易被干扰而言，按AE的顺序排列，A类线最易被干扰；就发射的电磁骚扰而言，按EA的顺序排列，E类发射的骚扰最强。 2线缆选择的基本原则 2.1 应选择阻燃、无卤（或低卤）、无毒的绝缘线缆，线缆应具备良好的拉伸强度、耐磨损性和柔软性，以适应振动冲击的环境。 2.2 根据信号的电压等级、额定电

12、流、预期短路电流、频率、环境条件、电磁兼容性要求及预期寿命来选择电缆的型号和规格。线缆应符合TB/T 1484的要求。 2.3 配电电缆截面积按发热条件选择，负载电流必须小于允许载流量（安全载流量）。 2.4 电缆以线芯长期允许工作温度分成：A组（不超过100）和B组（不超过125）。 2.5 交流系统中，电缆的额定电压至少应等于系统的标称电压；直流系统中，该系统的标称电压应不大于该电缆额定电压的1.5倍。 2.6 T同轴电缆的抗干扰性能较好，传输距离长，可用作视频、射频信号的电缆。2.7 铜母线一般应根据GB 5584.2及GB5585.2，选择采用TBY、TBR型扁铜线及TMY、TMR型铜

13、母线。 2.8 对于A类和B类应采用双绞屏蔽电缆，A类中的通信线必要时可采用光纤。 2.9 T配电电缆宜用屏蔽电缆，以防止对外部的辐射干扰。 3布线的基本要求 3.1 电气设备的布线应符合设计规定的电路图及装置布线图要求。 4电子装置的布线 4.1 布线原则 4.1.1机车电子装置内两接线端子间电线不允许剪接。 4.1.2导线穿过金属板（管）孔时，应在板（管）孔上装有绝缘护套（出线环或出线套）。 4.1.3导线弯曲时，过渡半径应为导线直径的3倍以上，导线束弯曲时也应符合该要求，并圆滑过渡。 4.1.4电线和各接线端子、电气设备及插头插座连接时，要留一定的弧度，以利于解连和重新连接。 4.1.5

14、 导线连接原则上应通过接头，视具体情况采用压接、焊接、插接、绕接等方式。 4.1.6除绕接线外，每根导线两端必须有清晰牢固的线号，线号套管在导线上不易移动，视看方便，至少要保持一个大修期。 4.1.7电线槽安装应牢固，导线要用扎线带、线卡等以适当间隔可靠固定，防止振动造成损伤。 4.1.8电线电缆出入线槽、线管时必须加以保护，管口应加绝缘套（有油处应耐油）或用绝缘物包扎。 4.1.9对外有一定干扰或自身需防止干扰的信号，在对外布线及装置内部布线时需采用屏蔽线，屏蔽层应接至机箱外部的专用接地母排或通过连接器外壳接至机箱箱体上。 4.1.10 T插体箱内部各电路板间的连接宜采用绕接或插接布线。在布

15、线密度过高时宜采用背板工艺方式。 4.1.11所有绕接布线起码应符合IEC 60352-1规定的改进型。同一位置不能既有焊接又有绕 接。绕接线应适合于选定的绕接工序，且至少应紧绕3匝以上。 4.1.12设计绕接布线时应考虑同一针上最多绕接3根导线。 4.1.13在插件箱布线时，对A、B、C三类信号要分区走线，尽量减少C类对A、B类的干扰。C类中的电源线宜用双绞线插接布线，脉冲信号线应用双绞线绕接。A类应用双绞线最后绕接并避开C类导线。 4.1.14多芯电缆应留有10%或至少2根备用绝缘线芯。连接器中应留有相应数量的备用接点。 4.1.15 T蓄电池供电电缆的分支应尽可能地靠近蓄电池。 4.2电

16、子装置中使用的接头应符合TB/T 1507-93中第7章的要求。插头及插座应符合TB/T15082005中5.6条的规定。 4.3 线槽的出口边缘必须光滑，不得有尖角和毛刺。 4.4电线绑扎及固定 4.4.1在金属扎线杆、板的所有长度上，应用绝缘带半叠绕一层后再扎线。叠绕方向由下至上（水平方向叠绕除外）。 4.4.2电子装置中的电线和线束，在扎线杆、板端部、分岔线束根部及线束拐弯处均应有束带紧固。其它区段视情况可以连续包扎，也可以分段绑扎，但分段间隔不超过200mm。 4.4.3 线卡或绑扎带应有足够的电气强度和机械强度。 4.4.4 T电源滤波器的进线宜单独走线，不宜与出线绑扎在一束中。 4

17、.5线号 4.5.1 线号标记可采用下列形式之一： 线号的数字； 连接处的电气设备项目代号与端子代号的组合。 4.5.2 线号的标注为机械制图标注法，具体见TB/T 15082005第5.4.8款。 4.5.3 线号应固定在线适当位置，不得因振动而丢失。 5E类、D类的布线 5.1安全措施 5.1.1 电气设备外壳必须有良好的接地。 5.1.2 电气设备应具有GB 4208规定的IP 32级以上的防护等级。 5.1.3 带有插座输出的电路应有防止相关人员接近的安全保护措施。 5.1.4 对有大电容器的设备必须有在电容放完电后才允许接近的措施。 5.2铜母线及其连接 5.2.1 母线落料、钻孔和

18、冲孔后，应去毛刺。 5.2.2铜母线、扁铜线平弯时，弯曲内半径不小于窄边宽度；扁弯时弯曲内半径不小于母线宽边宽度。 5.2.3 母线焊接处的焊缝必须牢固、均匀、无虚焊、裂纹、气泡和夹渣等现象。 5.2.4 母线应平整、调直，表面不得有高于1mm的折皱。母线弯制后不应有裂纹或裂口。 5.2.5母线和母线连接处，母线与电器端子连接处的连接长度不小于铜排的宽度，并应采用镀（搪）锡、镀银等防电化腐蚀措施。对铜母线的其余部分可以采用镀（搪）锡、刷油漆、包扎绝缘等防护措施。 5.2.6 母线和母线、母线和电器端子连接处应平整、密贴。必要时可采用接合电阻等方法检查。 5.2.7 母线和母线间的电气间隙和爬电

19、距离应符合TB/T 1508的规定。 5.2.8 连接应做到安全和接触可靠，在容易接触到雾滴的连接处，要有可靠的防水措施。 5.3 电线电缆的弯曲半径应满足以下要求且应圆滑过渡： 当电缆直径小于或等于10mm时，不小于电缆外径的2倍； 当电缆直径大于10mm而小于20mm时，不小于电缆外径的4倍； 当电缆直径大于20mm时，不小于电缆外径的6倍。 5.4 电缆接头应按照TB/T 1507中7.17.4条的规定，根据电缆的截面选用。 5.5布线原则 5.5.1 E类电缆应远离A、B类电缆至少0.5m，离C类电缆0.4m，离D类电缆0.3m。各类电缆应分束、分槽布线。 5.5.2 T如果不同类的电

20、缆发生交叉，电缆与电缆之间宜成直角。 5.5.3应注意使电缆尽量远离发热器件。 发热温度在100以内的发热器件，电线与之距离需20mm； 发热温度在100300的发热器件，电线与之距离需30mm； 发热在300以上，如无隔热、防火措施者，电线与之距离需80mm；如有隔热、防火措施，则以实际可能的温度考虑。达不到此距离时，允许穿瓷套来解决。 5.5.4电缆可以采用线槽、线管，也可以裸露布线。线槽管的端部以及电线引出口不得浸漏油、水。裸露布置的电线必须充分注意不得浸入油、水。 5.5.5 电缆布线经过设备柜体上金属隔板的孔应不影响柜体的强度。 5.5.6 穿入线管的高压电缆，外径面积之和不应超过线

21、管内孔截面积的60%（一根电线的可以例外） 5.5.7 高压电缆两端接线应采用接头压接（与接插件相连者除外），符合TB/T 1507中7.5条的规定。 5.5.8 T干线与支线连接宜采用接线座，4mm2以下电线电缆可采用焊接形式。 5.5.9 每个螺栓接线座（端子）上接线数： 用于供电连接时，不应超过2根； 用于控制和接地连接时，不应超过4根。 5.5.10导体标称截面积16mm2的单芯或多芯电缆敷设在机车车辆上时，备用长度不宜太长，但在每一端留有的备用长度应允许进行至少3次的重新端接。 5.6布线工艺 5.6.1 两接线端子间电缆不允许剪接，电缆应在接线端子或电器接线处连接。 5.6.2 与

22、接线端子相连的电线电缆，剥线长度按TB/T 15071993的规定，剥线时线芯不应有损伤、断股现象。 5.6.3 电线管、槽安装应牢固、电缆要用扎线带、线卡等以适当间隔可靠固定，防止振动造成损伤。 5.6.4电线电缆出入线槽、线管及穿过金属隔板的孔、口时，必须加以防护。所有各孔、管口应加绝缘套（有油处应耐油）或用绝缘物包扎。 5.6.5在金属扎线杆的所有长度上，应用塑料带或绝缘带叠绕，叠绕方向应由下至上（水平方向叠绕除外） 5.6.6 电缆绑扎应紧固整齐、横平竖直、外形美观。 5.6.7电缆束中，各电缆应平整，电缆（束）在扎线杆（板）端部、分岔电缆束根部、电缆束拐弯处均应有束带紧固。其它区段可

23、用束带进行连续或分段绑扎，但分段间隔不超过200mm。 5.6.8电缆与接线端采用螺纹式接线座连接时，接线柱对电线电缆的最低保持力应符合工艺文件的规定。 5.7线号标记 5.7.1每根电缆两端必须有牢固的线号，每个插头、座，每个接线座（端子）上或安装装置处必须有清晰牢固的代号标记；铜母线要打钢印号码。导线标记至少要保持一个大修期。 5.7.2线号套管或线号标牌在电缆上应不易移动、视看方便，线号标注方法为机械制图标注法，详见TB/T 15082005第5.4.8款。 6A、B类的布线 6.1 A、B类布线除下面特殊要求外，其余可参照第4章电子装置的布线。 6.2 A类中通信线的选择 6.2.1各

24、种专用于通信的通信线，如总线RS485、RS422、CAN 、RS232C等，应符合TB/T 1484.3通信网络用电缆的规定。 20.75mm2双绞屏蔽电缆（带护套） 120.5mm210.5mm2三芯屏蔽电缆（带护套） 其它通信线可根据频率来选择各种双绞屏蔽电缆或同轴电缆。 6.2布线原则 6.2.1 A、B类电缆至少离C类0.1m、离D类0.2m、离E类0.5m。对于个别确有困难达到上述要求时，必须用普列卡钢质软管、金属管、线槽或其它措施加强屏蔽，隔离体要单独接地，接地线长度应小于1m。 6.2.2 T如果不同类的电缆发生交叉，电缆与电缆之间宜成直角。 6.2.3 A类线应尽量布置在单独

25、的线槽或钢管内，它不得与60V以上的控制线敷设在同一管道内，钢管两端应接地。 6.2.4 通信线的弯曲半径不得小于5倍电缆外径。 6.2.5 通信线应采用压接工艺通过插头插座连接。 6.2.6在两个插头（座）之间通信线必须连续，禁止任何中间的连接，以减少通信信号的损失。 6.2.7 通信线的最末两端应接端接器，其阻值必须与通信线的特性阻抗匹配。 6.4 WTB列车总线 6.3光纤布线 6.3.1光缆布放前，其两端应贴有标签，标明起始和终端位置，标签应书写清晰、端正和正确。 6.3.2布放光缆应平直，不得产生扭绞、打圈现象，不应受到外力挤压和损伤。布放中应手持电缆以免光纤受力。 6.3.3 光纤

26、弯曲半径不小于100mm。 6.3.4 光纤的长度是预估的，对于长了的光纤，可在适当地方束起来，但要注意弯曲半径。 6.3.5光纤的插头及星耦器，插件上的插座都有保护盖，以防光路污染。连接时应取下保护盖，并保存好保护盖，以便以后拆卸时仍可以保护。 技术要求（一）、操作面板1、操作面板的位置要合适，便于操作及操作者观察设备运行情况。2、指示灯要求设置齐全，不同功能的指示灯，使用不同颜色。具体要求为：电源指示灯绿色，状态灯黄色，故障灯红色。3、按钮开关设置齐全，能够独立运行的部件，都应有相应的手动操作按钮。4、急停按钮采用红色蘑菇头自锁按钮，连接常闭点。5、操作面板上的指示灯、按钮开关等，要有明确

27、的名称指示标牌,并要可靠固定。标牌采用金属刻字标牌。6、设备自动运行时，在任何位置，按停止键设备停止后，都能用手动操作恢复到初始状态，并继续自动运行。7、设备急停后，必须进行复位，才能进行手动操作；恢复到原位后，工作设备才可以再次自动运行。8、操作面板打开时，应有防止操作面板打开过位、脱落的保护装置；操作面板的电线引线要可靠固定，并在打开过程中移动部位留有一定长度的余量。9、操作台箱体结构、元件布置结构应便于维修及部件更换。10、可移动式操作台必须单独内置或外置软地线。11、对灰尘、水气、油污比较大的环境，操作台箱体要有良好的密封设施。（二）、控制柜1、控制柜要有标牌，标明设备型号、电气容量等

28、技术参数。2、控制柜应有电源总开关，电源总开关操作手柄应设置在控制柜两端外侧。3、控制柜应装射照明灯。4、控制柜应有插座，2线，3线220V、5A以上的电源插座各一组。5、控制柜的各个元件应有永久性标牌，并应与图纸的名称一致。标牌位置不能贴在元件上，应就近合理布置。6、控制柜元件布置位置应预留10%以上位置。7、接线端子板的同一端子位置，最多接3根电线。8、接线端子板要预留10%以上备用端子。9、导线接点要压接专用接线端子，不得直接和端子板或元件连接。10、备用线应预留10%以上，并标有备用线号。11、控制柜元件固定方式要合理，便于拆装；不允许采用螺丝、螺母穿孔固定方式。12、电气配线应有标号，并与图纸一致。标号要求为打印方式，长期使用不脱色，并能防水、防油。另外，同一电线两端的标号必须相同，接到同一端子上的电线的标号相同。13、控制柜的铁板厚度要保证强度,根据控制柜的大小,厚度要求不同。但一般铁板厚度要大于1.01.2mm。14、控制柜的颜色为兰色或深灰色。15、移动、运转装置的急停、安全装置等互锁信号，要求必须有继电器等硬件触点互锁，不能只有软件（PLC程序等）互锁。16