哈工大模电自主设计实验

LC、RC波形振荡器的扩展分析实验目的学会通过场效应管来保证RC振荡器的稳幅；通过实验理解LC、RC振荡器的工作原理；了解振荡器自动稳幅系统的作用；掌握LC、RC振荡电路振荡频率的测试方法和计算方法；比照总结LC、RC振荡电路的特点。2、总体设计方案或技术路线正弦振荡电路一般包括两局部，放大电路A和反应网络F，如下图。由于振荡电路不需要外界输入信号，因此，通过反应网络输出的反应信号Xf就是根本放大电路的输入信号Xid。该信号经根本放大电路放大后，输出为Xo，假设能使Xf与Xid大小相等，极性相同，构成正反应电路，那末这个电路就能维持稳定的输出。因而，Xf＝Xid可引出正弦振荡条件。由图可知：Xo=AXid而Xf=Fxo当Xf＝Xid时，那么有：AF=1上述条件可写成︱AF︱＝1，称幅值平衡条件。即放大倍数A与反应系数F乘积的模为1，说明振荡电路已经到达稳幅振荡，但假设要求电路能够自行振荡，开始时必需满足︱AF︱>1的起振条件。由Xf与Xid极性相同，可得：ΦA＋ΦF＝1称相位平衡条件即放大电路的相角和反应网络的相角之和为2n·PI，其中n为整数。要使振荡电路输出确定频率的正弦信号，电路还应包含选频网络和稳幅电路两局部。选频电路的作用使单一频率的信号满足振荡条件，稳幅电路能保证电路的输出幅度是稳定不失真的，这两局部电路通常可以是反应网络，或放大电路的一局部。3、实验电路图〔书本上的文氏电桥正弦波震荡电路〕〔场效应管穏幅正弦波震荡电路)〔电容三点式LC正弦波振荡电路〕RC串并联网络正弦波振荡电路又称文氏桥式振荡电路。它适于产生频率低于或等于1MHz的正弦信号。将场效应管当作一个压控电阻使用，代替电阻R1，当输出电压幅度增大时，使场效应管的等效电阻也增大，负反应加强，从而使输出电压幅度减小，实现稳幅。电容三点式的频率为，反应系数F=c1/c2。振荡图中的D1、D2是两个开关二极管，利用其正向导通时电阻的非线性，来自动调节电压放大倍数。如果输出幅度增大时，流过D1、D2的电流增大，其正向电阻减小，负反应加强，电压放大倍数随之下降，使输出幅度降低；如果输出幅度减小时，流过D1、D2的电流减小，其正向电阻增大，电压放大倍数随之增加，使输出幅度增大。调节Rw改变放大器的放大倍数。选择RC串并联选频网络的参数，使振荡频率取1KHz~10KHz中任一值。〔R取值不能小于1千殴〕。选择R1，R2，R3，RW的阻值〔阻值不能小于1千殴〕。实验箱中电位器有1KΩ，10KΩ，50KΩ，470KΩ，1MΩ五种规格。R3越小，对二极管非线性的削弱越大，波形失真也就越小，但稳幅作用也同时被削弱。可见，在选择R3时．应注意两者兼顾。实验证明，当R3与二极管的正向电阻Rd接近时，稳幅作用和波形失真都有较好的效果。R3通常选几千欧。并通过实验来调整到达最正确。集成运放采用μA741，稳幅元件采用实验仪中的二极管1N4148。4、仪器设备名称、型号和技术指标1．实验箱一个2．双踪示波器一台交流毫伏表一块直流电源二极管1N4148集成运放μA7415、理论分析或仿真分析结果〔仿真电路图〕〔瞬态分析〕〔稳态分析〕6、详细实验步骤及实验结果数据记录〔包括各仪器、仪表量程及内阻的记录〕1.用示波器观察有无输出电压Uo，如果观察到无明显失真的正弦波和方波。用示波器测量振荡频率，并与计算结果比拟。桥式波形发生器：R1=5.1K,RW+R2=5.1K,R3=6.2K,C=0.01uF,R4=R5=10K场效应管稳幅波形发生器：R1=R2=10K,C1=C2=0.01UF,其余生用集成运输算放大器上6V 稳压管和5.1K电阻电容三点式正弦波震荡电路：L=1MH,C1=0.1UF,C2=1UF,C0=0.01UF2.用交流毫伏表观察输出电压U0是否稳定，在波形不失真情况下测量V0和Vf。U0峰峰UF峰峰F0F+桥式波形发生器6.1V2.13V1.325KHZ1.3527KHZ场效应管稳幅波形发生器8.4V2.71V1.4037KHZ1.4058KHZ电容三点式正弦波震荡电路19.8V1.88V15.853KHZ15.863KHZ3.画出调试之后的RC场效应管正弦振荡和LC振荡波形图。(如果失真或者出现异常波形也将其画出〕4.计算放大倍数Au、频率f、反应系数F并且与实际数值比拟。AuAu0ff0FF0桥式波形发生器3.22.861.352khz1.3khz0.350.33场效应管稳幅波形发生器3.23.291.404khz1.4khz0.320.33电容三点式正弦波震荡电路1010.515.85khz15.6khz0.090.10分析起振的原因，以及如何保证输出频率。试着从反应的角度分析电路图中各个部件的功能。虽然没有输入，但由于实验室有微弱的噪声和振动，微弱信号经过放大，输出也很大，最后经过稳幅原件稳定下来。R1和R3构成反应电路，R4、R5、C1、C2并联选频网络构成正反应电路，二极管构成稳幅电路，更换改变RP来改变负反应深度。7.分析比照LC和RC正弦振荡电路的特性。根本区别在于选频网络的不同，假设使用RC组成选频网络，那么成为RC振荡电路，假设是LC组成选频网络，便是LC振荡电路。LC一般适合产生高频波形；RC一般适合产生低频波形。实验结论〔1〕振荡电路的根本组成就是：1、放大器；2、正反应网络。有以上电路组成的振荡电路一般输出的都是方波。要想产生正弦波，还要增加一个组成局部：选频网络。选频网络可以用电感L、电容C组成，这就是LC振荡电路；也可以用电阻R、电容C组成选频网络，这就是RC振荡电路。一般来说，LC振荡电路适合产生较高频率〔一般在高于几百千赫〕；而RC振荡电路适合产生较低频率。〔2〕在实际实验中很难观察到振荡电路起振的过渡过程，通过Multisim可以方便的看到。〔3〕电路可方便地连续改变振荡频率，便于加负反应稳幅，容易得到良好的振荡波形。〔4〕由于电路中存在噪声，它的频谱分布很广。这种微弱的信号，经过放大，通过正反应的选频网络，使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来。〔5〕开始时〔场效应稳幅RC正弦波振荡)，A(V)略大于3，到达稳定平衡状态时，A(V)=3，F(V)=1/3。当增大电位器RW阻值时，放大器的增益逐渐增大，振荡器总体电压放大倍数大于1，到达自激振荡的条件。此时开始自激振荡。当继续增大电位器时，增益继续增大，二极管开始非线性限幅，当输出幅值过大时，超过二极管限幅最值，开始出现非线性失真。8、实验中出现的问题及解决对策〔1〕：所测量的数据与理论值有偏差。解决对策：翻开带宽限制，合理调整元器件的摆放位置，减小元器件之间的相互干扰，同时尽量在连接电路之前选择更加精准的原件，寻找比拟安静的试验台。：做实验时发现时间紧迫。解决对策：在做实验之前更加充分准备，深入理解实验原理，提前到实验室进行准备，实在不行就下次再来。：做实验的时间比拟早，模电的理论课程还没有学到所做实验需要的知识。解决对策：自己预习第七章“放大电路中的反应〞，在网络查找资料，来完善自己缺陷的知识。：不会使用仿真软件，没有摸你手段。解决对策：在网络寻找仿真软件教程，并且一步一步按照RC正弦振荡的电路图连接，最终解决了问题，同时具备了一定的仿真能力。9、本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议收获体会：自主设计实验对我们学生是一个严峻的挑战，没有了现成的公式和步骤，一开始我显得手足无措，但是硬着头皮在图书馆一点一点查阅电路实验书，在网上搜索相关课题的资料让我一点一点成长，虽然仅仅选择课题和设计实验就花费了将近一个星期的时间，但是我依然感谢这次自主实验让我开发潜能，超越自我。一点小小的建议：希望实验室能开放更多的电路元件，因为在选择课题的时候有些感兴趣并且有挑战性的课题