RC选频振荡器
的分析与实验
模拟电子技术实验中心
RC振荡器的
原理及电路分析
RC 选频振荡器由以下两部分电路组成
1,RC 选频网络
2,由运算放大器构成的同相放大器
1,RC 选频网络
RC 选频网络的转移电压比及其频率特性如下所示:
该网络具有带通滤波特性,其中心频率 0=1/RC .当 = 0时|H(j 0)|=1/3, ( 0)=0.
2,同相放大器
工作于线性区域同相放大器电路的电路模型如下所示:
利用理想运放的虚短路特性,写出图示电路中结点①的KCL方程
解得
当R1为1kΩ电阻器, Rf由1.5kΩ电阻器和1kΩ电位器组成时,其转移电压比可以在在2.5到3.5之间变化.
将RC 选频网络和同相放大器按照下图连接起来,调节电位器使得放大器的放大倍数等于3时,可以得到一个等幅的正弦振荡.振荡的频率由RC选频网络确定.
3,RC选频振荡器
RC振荡器
的计算机分析
circut data
元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件
类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值
R 1 1 2 1000.0
C 2 2 3 1.00000E-07 1.0000
R 3 3 0 1000.0
C 4 3 0 1.00000E-07 .00000
R 5 1 4 2000.0
R 6 4 0 1000.0
OA 7 4 3
8 1 0
独立结点数目 = 4 支路数目 = 8
<<>>
S 1 = j -1.0000E+04rad/s
S 2 = j 1.0000E+04rad/s
u8(t) =( .000 +j -1.50 )*exp ( .000 +j -.100E+05)t
+( .000 +j 1.50 )*exp ( .000 +j .100E+05)t
u8(t) =[( 3.00 )*exp ( .000 t)]cos( .100E+05t +90.00 )
用动态网络分析程序DNAP进行分析
计算表明输出波形是ω=1000rad/s的正弦振荡波形.
计算结果表明当运算放大器的放大倍数等于3时,输出波形是ω=1000rad/s 的正弦振荡波形.
元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件
类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值
R 1 1 2 1000.0
C 2 2 3 1.00000E-07 1.0000
R 3 3 0 1000.0
C 4 3 0 1.00000E-07 .00000
R 5 1 4 1900.0
R 6 4 0 1000.0
OA 7 4 3
8 1 0
<<>>
S 1 = -500.0 +j -9987. rad/s
S 2 = -500.0 +j 9987. rad/s
u8(t)=( .000 +j -1.45 )*exp ( -500. +j -.999E+04)t
+( .000 +j 1.45 )*exp ( -500. +j .999E+04)t
u8(t)=[( 2.90 )*exp ( -500. t)]cos( .999E+04t +90.00 )
用动态网络分析程序DNAP进行分析
计算表明减小反馈电阻使运放的放大倍数等于2.9时,输出波形是振幅衰减的正弦振荡波形.
计算结果表明当运算放大器的放大倍数小于3时,输出波形是振幅按指数规律衰减的正弦振荡波形.
元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件
类型 编号 结点 结点 支路 数 值 数 值
R 1 1 2 1000.0
C 2 2 3 1.00000E-07 1.0000
R 3 3 0 1000.0
C 4 3 0 1.00000E-07 .00000
R 5 1 4 2100.0
R 6 4 0 1000.0
OA 7 4 3
8 1 0
<<>>
S 1 = 500.0 +j -9987. rad/s
S 2 = 500.0 +j 9987. rad/s
u8(t)=( .000 +j -1.55 )*exp ( 500. +j -.999E+04)t
+( .000 +j 1.55 )*exp ( 500. +j .999E+04)t
u8(t)=[( 3.10 )*exp ( 500. t)]cos( .999E+04t +90.00 )
用动态网络分析程序DNAP进行分析
计算表明增加反馈电阻使运放的放大倍数等于3.1时,输出波形是振幅增长的正弦振荡波形.
计算结果表明当运算放大器的放大倍数大于3时,输出波形是振幅按指数规律增长的正弦振荡波形.
RC 振荡器
的实验研究
采用两个1kΩ电阻器和两个0.1μF电容器按照图示电路在电路版上接线.
1,RC 选频网络
用信号发生器产生频率f0=1550Hz的正弦电压,加在RC选频网络的输入端.用示波器观察RC选频网络的输入电压u1和输出电压u2.
在频率f0=1550Hz时,输出电压与输入电压相位相同.输出电压等于输入电压的1/3.
2,同相放大器
按照图示同相放大器电路模型在电路板上接线电路.
在同相放大器的输入加上频率f0=1550Hz的正弦信号,用示波器观察输入电压与输出电压的波形.输出电压等于输入电压的3倍,而且相位相同.
将RC选频网络与同相放大器组合起来,可以构成一个振荡器.
按照图示选频放大器电路在电路板上接线.用示波器可以观察到正弦振荡波形.
用直流稳压电源提供+12V和-12V电压,加在运算放大器上,调整电位器使运算放大器的放大倍数等于3倍左右时,用示波器可以观察正弦振荡波形.
调节电位器可以观测到振荡波形.
C=0.1 F
从示波器的扫描频率为0.1ms/每格得到图示波形的周期为0.65ms左右,即频率为1539Hz,与采用电阻器和电容器标称值采用f0=1/(2πRC)=1592Hz用计算的结果相近.
增加电阻Rf的数值,使放大器的放大倍数大于3时,可以观察到正弦振荡的波形发生失真.
将两个0.1μF电容器更换为两个0.01μF电容器时,再用示波器观察正弦振荡波形.
C=0.01 F
将两个0.1μF电容器更换为两个0.01μF电容器时,从示波器观察到正弦振荡波形的周期减少到1/10,频率增加到原来的10倍.
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RC选频振荡器.MPG
例12-6 试用图(a)表示RC选频网络和运算放大器构成一个正弦波振荡器.
解:图(a)所示RC网络的转移电压比具有带通滤波特性.其输入端外加频率为 = 0=1/RC的正弦电压信号u1(t)=U1mcos 0t时,输出信号u2=(1/3)u1,为最大值.若在其输出端连接一个电压放大倍数为3的同相放大器[见图(a)],输出电压u0=3u2=u1与输入电压完全相同.此时可将输出电压 反馈回网络输入端(其方法是将ab两点相连),代替外加输入信号而不会影响输出电压的波形.
图12-l4 例12-6
这表明该电路可构成一个正弦波振荡器,其振荡频率仅由RC参数确定,易于调整.由于RC选频网络对其它频率成分的衰减较大,不会形成振荡,所产生的正弦波形较好,该电路已为许多低频信号发生器采用.
左图是RC选频振荡器的电原理图,在实验室按图接线,接通电源.调整电阻R1使运放的放大倍数等于3时,在输出端即可观察到正弦振荡波形.若采用C=0.1 F的电容器,R=R1=1k , Rf=2k 左右的电阻器,用示波器可以观测到一个正弦振荡波形,其频率为
RC选频振荡器的分析和实验研究