rc電容震蕩器電路課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次課程設計的目標是設計一個RC電容振蕩電路。RC振蕩電路由放大電路和選頻網(wǎng)絡兩部分組成,施加正反饋就產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率由RC網(wǎng)絡的頻率特性決定。它的起振條件為：Rf>2R1，振蕩頻率為：fo=1/2πRC。運算放大器選用LM741CN,采用非線性元件來自動調節(jié)反饋的強弱以維持輸出電壓的恒定，進而達到自動穩(wěn)幅的目的，這樣

2、便可以保證輸出幅度為2Vp-p；而頻率范圍的確定是根據(jù)式fo=1/2πRC以及題目給出的頻率范圍來確定電阻R或電容C的值，進而使其滿足題目的要求。</p><p>　　關鍵詞：RC振蕩電路、振蕩頻率、輸出幅度</p><p><b>　　1設計任務與要求</b></p><p>　　1.1課程設計的目的 </p><p>

3、;　　1. 掌握由集成運算放大器組成RC正弦波振蕩電路的工作原理和電路結構。</p><p>　　2. 掌握RC橋式正弦波振蕩電路的仿真調測。</p><p>　　3. 進一步掌握用雙蹤示波器的使用方法。</p><p>　　4. 掌握常用元器件的識別和測試。</p><p>　　5. 熟悉常用儀表。</p><p>

4、　　6. 掌握電路板的焊接，以及元件在電路板上的插法。</p><p>　　1.2 課程設計的任務與要求 </p><p>　　1．設計一個f0=1.6KHz的RC正弦波振蕩電路。</p><p>　　2．對設計電路進行仿真。</p><p>　　3．按照完成的仿真電路進行實物焊接。</p><p>　　4．焊接后的電

5、路板在示波器上進行檢測。</p><p>　　5．進行課程設計總結。</p><p>　　1.3 課程設計的技術指標 </p><p>　　要求輸出波形：正弦波。</p><p>　　2．輸出頻率： 1.6 KHz。</p><p><b>　　2 電路原理及分析</b></p>&

6、lt;p>　　本次課程設計主要是是設計一個RC正弦波振蕩器，電路圖如下：</p><p><b>　　2.1電路組成</b></p><p>　　(1)放大電路 具有一定的電壓放大倍數(shù)．其作用是對選擇出來的某一頻率的信號進行放大。根據(jù)電路需要可采用單級放大電路或多級放大電路。</p><p>　　(2)反饋網(wǎng)絡 是反饋信號所經(jīng)過的電路，其

7、作用是將輸出信號反饋到輸入端，引入自激振蕩所需的反饋，一般反饋網(wǎng)絡由線性元件R.L和C按需要組成。</p><p>　　(3)選頻網(wǎng)絡 具有選頻的功能，其作用是選出指定頻率的信號，以便使正弦波振蕩電路實現(xiàn)單一頻率振蕩。選頻網(wǎng)絡分為LC選頻網(wǎng)絡和RC選頻網(wǎng)絡。使用LC選頻網(wǎng)絡的正弦波振蕩電路，稱為LC振蕩電路；使用RC選頻網(wǎng)絡的正弦波振蕩電路，稱為RC振蕩電路。選頻網(wǎng)絡可以設置在放大電路中，也可以設置在反饋網(wǎng)絡中。

8、</p><p>　　(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 具有穩(wěn)定輸出信號幅值的作用，以便使電路達到等幅振蕩，因此穩(wěn)幅環(huán)節(jié)是正弦波振蕩電路的重要組成部分。</p><p>　　2.2正弦波振蕩電路的基本工作原理</p><p>　　2.2.1產(chǎn)生正弦振蕩的條件 </p><p>　　正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，一般在放大電路中引入正

9、反饋，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結構是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡和放大電路。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時它還應具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路、反饋網(wǎng)絡、選頻網(wǎng)絡、穩(wěn)幅電路部分。</p><p>　　2.2.2正弦波振蕩=電路的組成判斷及分類</p&g

10、t;<p>　　（1）放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出值，實現(xiàn)自由控制。</p><p>　?。?）選頻網(wǎng)絡：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。</p><p>　?。?）正反饋網(wǎng)絡：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于其反饋信號。</p><p>　?。?）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非

11、線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。 </p><p>　　2.2.3判斷電路是否振蕩的方法</p><p>　?。?） 是否滿足相位條件，即電路是否正反饋，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩；</p><p>　?。?） 放大電路的結構是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否合適；</p><p>　?。?） 是否滿足幅度條件。</p>

12、<p>　　2.2.4正弦波振蕩電路的檢驗</p><p>　　(1) |AF|<1， 則電路不可能振蕩；</p><p>　　(2) |AF|>1， 則電路能夠振蕩，但是會出現(xiàn)明顯的非線性失真，需要加強穏幅環(huán)節(jié)的作用； </p><p>　　(3) |AF|=1， 則電路能夠振蕩。</p><p>　　振蕩電路在

13、起振過程中，要求|AF|>1， 這樣才能保證振蕩信號的幅度不斷加大。而在起振過程完成后，必須使|AF|=1，電路能夠維持振蕩。</p><p>　　2.3 振蕩電路中的負反饋</p><p>　　根據(jù)以上分析可知，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路中，只要達到|A|>3，即可滿足正弦波振蕩的起振條件。但|A|值又不能太大，否則振蕩太強，將超出放大電路的線性區(qū)而產(chǎn)生嚴重的失真。放大電路中引入

14、了較深的電壓串聯(lián)負反饋，它的作用不僅可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且能夠進一步提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻，從而減小了放大電路對RC串并聯(lián)網(wǎng)絡選頻特性的影響，提高了振蕩電路的帶負載能力。所以，振蕩電路的振蕩頻率即為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的f0=1/2πRC，調節(jié)R和C就可以改變振蕩頻率。</p><p>　　改變電阻RF或R＇阻值的大小可以調節(jié)負反饋的深度。RF愈小，則負反饋系數(shù)F= R＇/

15、( R＇+ RF )愈大，負反饋深度愈深，放大電路的電壓放大倍數(shù)愈小；反之，RF愈大，則負反饋系數(shù)F愈小，即負反饋深度愈弱，放大電路的電壓放大倍數(shù)愈大。如果電壓放大倍數(shù)太大，則可能輸出幅度太大，是振蕩波形產(chǎn)生明顯的非線性失真，應調節(jié)RF和R＇的阻值，使振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號。</p><p>　　2.4 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性</p><p>　　假設U的頻率可以調整。

16、當信號的頻率很低時，對于串聯(lián)支路來說，有1/(ωC1)>>R1, 對于并聯(lián)支路來說，有1/(ωC2)>>R2。這時，Uf比U超前某一角度，這一角度小于90 º。</p><p>　　當信號的頻率很高時，對于串聯(lián)支路來說，有1/(ωC1)<<R1, 對于并聯(lián)支路來說，有1/(ωC2)<<R2。這時，Uf比U滯后某一角度，這一角度也小于90º。<

17、;/p><p>　　我們知道，當RC串并聯(lián)網(wǎng)絡輸入信號U的頻率從低頻到高頻連續(xù)變化時，其輸出信號Uf與輸入信號U之間將產(chǎn)生一個從超前90º到滯后90º連續(xù)變化的信號。因此，一定存在著某一頻率，使得與之間既不超前，也不滯后，兩者相位相同。</p><p>　　下面對RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率進行定量分析。</p><p>　　在電路中，Z1為R1、C1的串聯(lián)

18、阻抗，則</p><p>　　Z1=R1+1/(jωC1)</p><p>　　Z2為R2、C2的并聯(lián)阻抗，則</p><p>　　Z2=R2∥1/ (jωC2)=R2/(1+jωR2C2)</p><p>　　電路的傳輸增益可表示為</p><p>　　=Uf/U=Z2/(Z1+Z2)</p><

19、p>　　即（通常，取R1=R2=R,C1=C2=C）</p><p><b>　　令，則上式為</b></p><p>　　由此可得的幅頻特性為</p><p><b>　　||=</b></p><p><b>　　的相頻特性為</b></p><p

20、>　　由上式可得RC串并聯(lián)正反饋網(wǎng)絡的幅頻特性和相頻特性的表達式和相應曲線。</p><p>　　由特性曲線圖可知，當ω＝ω0＝1/RC時，正反饋系數(shù)||達最大值為1/3，且反饋信號Uf與輸入信號U同相位，即φF＝0，滿足振蕩條件中的相位平衡條件，此時電路產(chǎn)生諧振ω＝ω0＝1/RC為振蕩電路的輸出正弦波的角頻率，即諧振頻率fo為</p><p>　　當輸入信號的角頻率低于ω0時，反饋

21、信號的相位超前，相位差φF為正值；而當輸入信號的角頻率高于ω0時，反饋信號的相位滯后，相位差φF為負值。</p><p>　　正是利用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡這一選頻特性，構成了RC正弦波振蕩電路。</p><p><b>　　3、設計方案與比較</b></p><p>　　常見的RC正弦波振蕩電路的設計方案與特點比較</p><p&

22、gt;　　常見的RC正弦波振蕩電路有橋式、移相式和雙T式三種振蕩電路。</p><p>　　3.1RC移相振蕩電路</p><p>　　RC移相振蕩電路原理，電阻選擇R>>Ri。振蕩頻率f0=1/（2π√6RC）；起振條件是基本放大電路A的電壓放大倍數(shù)|A|﹥29；電路特點是結構簡單，但選頻作用差，振幅不穩(wěn)，頻率調節(jié)不便，頻率范圍是幾赫茲到十幾千赫茲，一般用于頻率固定且穩(wěn)定性要

23、求不高的場合。</p><p>　　3.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的文氏電橋振蕩電路</p><p>　　RC串并聯(lián)網(wǎng)絡振蕩電路原理，電路的振蕩頻率f0=1/（2πRC）；起振條件是|A|﹥3；電路的特點是：能連續(xù)改變振蕩頻率，便于加負反饋穩(wěn)幅，振蕩波形穩(wěn)定不失真。</p><p>　　3.3雙T選頻網(wǎng)絡振蕩電路</p><p>　　雙T選頻網(wǎng)絡振蕩器

24、原理，電路的振蕩頻率是f0=1/5RC；起振條件是R'﹤R/2，|A|﹥1；電路的特點：選頻特性好，調頻比較困難，適于產(chǎn)生單一頻率的振蕩。</p><p>　　4 參數(shù)計算及器件選擇</p><p><b>　　4.1 器件的選擇</b></p><p>　　購買的各種元件中，選出合適的方便制作電路的各個元件</p>

25、<p>　　R1=R2=R3=R4=3K ，Rw=[0，10K] ，50%</p><p>　　C1=C2=33nf ，集成運算放大器一個，二極管兩個</p><p><b>　　4.2理論數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　由f0=1/(2πRC)得 f0 =1/（2π×3000×33^(-9)）=160

26、7.6Hz</p><p>　　則產(chǎn)生頻率為1607.6Hz的正弦波</p><p><b>　　4.3實驗數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　仿真得到的數(shù)據(jù)為1.60KHz</p><p>　　4.4 理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的對比 </p><p>　　理論數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)很接近但是并不相同<

27、/p><p><b>　　4.5 誤差分析 </b></p><p>　　1.電阻值存在輕微誤差。</p><p>　　2.示波器可能使用比較久了，波形會有誤差。</p><p>　　3.電路中電容存在輕微誤差。</p><p>　　4.導線之間相互影響。</p><p>　　

28、5.外界噪聲，溫度等因素的影響。</p><p><b>　　5 仿真與調試</b></p><p>　　5.1仿真軟件Multisim 11.0</p><p>　　NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為 Windows下運行的個人桌面電子設計工具，NI Multisim是一個完整的集成化設計環(huán)境。N

29、I Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學員可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學教學的首選軟件工具。</p><p>　　NI Multisim 11.0具有以下特點： </p><p>　　1)直觀的圖形界面 　　<

30、/p><p>　　整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的。</p><p><b>　　2)豐富的元器件</b></p><p>　　提供了世界主流元件提供商的超過170

31、00多種元件，同時能方便的對元件各種參數(shù)進行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。</p><p>　　3)非常強大的仿真能力</p><p>　　以SPICE3F5和Xspice的內核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強設計功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、

32、電路向導等功能。</p><p><b>　　4)豐富的測試儀器</b></p><p>　　提供了22種虛擬儀器進行電路動作的測量：Multimeter(萬用表) 、Function Generatoer(函數(shù)信號發(fā)生器) 、Wattmeter(瓦特表) 、Oscilloscope(示波器) 、Bode Plotter(波特儀) 、Word Generator(字符

33、發(fā)生器 )、Logic Analyzer(邏輯分析儀) 、Logic Converter(邏輯轉換儀) 、Distortion Analyer(失真度儀) 、Spectrum Analyzer(頻譜儀) 、Network Analyzer(網(wǎng)絡分析儀) 、Measurement Pribe(測量探針) 、Four Channel Oscilloscope(四蹤示波器) 、Frequency Counter(頻率計數(shù)器) 、IV Anal

34、yzer(伏安特性分析儀) 、Agilent Simulated Instruments(安捷倫仿真儀器) 、Agilent Oscilloscope(安捷倫示波器) 、Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器) 、Voltmeter(伏特表)</p><p><b>　　5)完備的分析手段</b></p><p>　　Mult

35、isimt提供了許多分析功能：DC Operating Point Analysis（直流工作點分析 ）、AC Analysis（交流分析）、Transient Analysis（瞬態(tài)分析）、Fourier Analysis（傅里葉分析）、Noise Analysis（噪聲分析） 、Distortion Analysis（失真度分析）、DC Sweep Analysis（直流掃描分析）、DC and AC Sensitvity Anal

36、ysis（直流和交流靈敏度分析）、Parameter Sweep Analysis（參數(shù)掃描分析）、Temperature Sweep Analysis（溫度掃描分析）、Transfer Function Analysis（傳輸函數(shù)分析）、Worst Case Analysis（最差情況分析） Pole Zero Analysis（零級分析）、Monte Carlo Analysis（蒙特卡羅分析）、Trace Width Analys

37、is（線寬分析）、Nested Sweep Analysis（嵌套掃描分析）、Batched Analysis（</p><p>　　6)獨特的射頻(RF)模塊</p><p>　　提供基本射頻電路的設計、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific（射頻特殊元件，包括自定義的RF SPICE模型）、用于創(chuàng)建用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個RF-specific儀器（Spectrum

38、 Analyzer頻譜分析儀和Network Analyzer網(wǎng)絡分析儀）、一些RF-specific分析（電路特性、匹配網(wǎng)絡單元、噪聲系數(shù)）等組成。</p><p>　　7)強大的MCU模塊</p><p>　　支持4種類型的單片機芯片,支持對外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設備的仿真，分別對4 種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建項目支持C代碼、匯編代碼以及16進制代碼,并兼容

39、第三方工具源代碼； 包含設置斷點、單步運行、查看和編輯內部RAM、特殊功能寄存器等高級調試功能。</p><p><b>　　8)完善的后處理</b></p><p>　　對分析結果進行的數(shù)學運算操作類型包括算術運算、三角運算、指數(shù)運行、對數(shù)運算、復合運算、向量運算和邏輯運算等。</p><p><b>　　9)詳細的報告</b

40、></p><p>　　能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細報告、網(wǎng)絡報表、原理圖統(tǒng)計報告、多余門電路報告、模型數(shù)據(jù)報告、交叉報表7種報告。</p><p>　　10)兼容性好的信息轉換</p><p>　　提供了轉換原理圖和仿真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel）

41、；輸出仿真結果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網(wǎng)絡表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing。</p><p><b>　　5.2電路的仿真</b></p><p><b>　　仿真電路如下圖：</b></p><p>　　5.3仿真電路的調試和結果</p>&

42、lt;p>　　5.3.1調試使仿真輸出波形為正弦波</p><p>　　5.3.2仿真運行結果如下：</p><p>　　第一個圖為輸出波形在頻率計中測量的頻率</p><p>　　第二個圖為示波器輸出波形</p><p><b>　　6 實物圖</b></p><p>　　如上圖，得到了正

43、弦波，說明了電路起振，并有穩(wěn)定的正弦波形輸出，與仿真波形基本一致，并不完全相同說明有噪聲，溫度等外界因素的影響。</p><p>　　下圖為焊接后的電路板</p><p><b>　　7 結論和心得總結</b></p><p>　　這次的課程設計歷時三個星期左右，通過這三個星期的學習和努力，設計也基本上完成了。在這三個星期的學習過程中，我發(fā)現(xiàn)了

44、自身的很多不足，自己知識上存在很多的漏洞，看到了自己在知識合理綜合運用能力方面還是比較缺乏。雖然知道這份設計其中必定依然存在許許多多的錯誤和毛病，但在完成的時候始終還是會有那么一點點的欣慰，因為真正的用心做了，努力的付出過。最后做的或許還是很差強人意，希望老師可以原諒，以后我一定會更加努力的！在將近兩個多星期的時間里，我真正的體會到了學習的樂趣：翻閱資料，復習以前學過的相關學科知識，奔波于圖書管和自習室，上網(wǎng)查找相關資料……為了完成這

45、次課程設計確實很辛苦，但苦中有樂，每當解決了一個問題，攻克了一個難關，都感到欣喜異常這次的課程設計讓我認識到自己在學習上的不足，如以前學過的電路分析基礎、模擬電子技術基礎、數(shù)字電子基礎，還有電子電工實習上所學到的東西在這次的課程設計上都有運用，但當要用到這些知識時我明顯的感覺到基礎知識的缺乏，以致做的很吃力，這讓我明白了：我一定要付出更多的努力，學好每一門學科，為以后的學習和工作打下堅實的基礎。</p><p>

46、　　通過本次實驗，使我學會了集成運算放大器組成RC正弦波振蕩電路的工作原理和電路結構，了解了RC振蕩器中RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性，熟悉了常用儀表，了解電路仿真和調試的基本方法，學會了使用仿真軟件Multisim，進一步掌握了用雙蹤示波器的使用方法。</p><p>　　同時我也認識到實際操作不像設計仿真的那么簡單，要考慮各種意外情況，實際操作中經(jīng)常發(fā)生各種各樣的問題，只有耐心和同學研究討論才能順利得以解決。<

47、;/p><p>　　在實物焊接中我遇到了沒有指定數(shù)值元器件的問題，我只好臨時修改了電路中元器件參數(shù)，這也是為什么電路中電阻值都是3KHz的原因。還有焊接時一定要小心謹慎，我的第一張電路板因為某個點的虛焊而無法輸出指定波形，不得不重新焊接了一個。</p><p>　　在課程設計中我發(fā)現(xiàn)問題是隨處可見的，重要的是發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，比如元器件購買時沒有購買二極管，老師幫我取了兩個二極管，使我得以完

48、成焊接。經(jīng)過這次課程，我對電子線路更加感興趣了，在這個過程中，我學到了不少實用的東西，對于電路也有了更深層次的掌握，并且提高了獨立解決問題的能力。克服了各種問題和困難，最后我的實驗結果基本符合預期，基本達到了課程設計的目的。這次的課程設計，不僅使我在知識上獲得了收獲，精神上更是獲得了更大的激勵。讓我明白了學無止盡的道理。我們每個人都不應該滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像是在攀登，當你攀登到一座山峰的頂端時，你會發(fā)現(xiàn)還有更多更高的山峰在等著你。

49、挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次的課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶。</p><p>　　感謝老師可以給我們這樣的一個學習的機會。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在實驗過程中，感謝各位老師對我的悉心輔導，幫我解除了很多疑惑，團隊中的各位同學的支持和幫助，以及班級其他同學的熱心幫助也給予我極大地助

50、力，在此表達我對各位的感謝之情。</p><p>　　另外，對各個參考文獻的作者表達謝意，是他們的作品幫我解決了很多困難，使我得以完成這次課程設計。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王冠華，《Multisim11電路設計及應用》. 國防工業(yè)出版社，2010，10.</p><p>

51、;　　[2] 吳友宇， 《模擬電子技術基礎》. 清華大學出版社，2009</p><p>　　[3] 劉泉，《通信電子線路》．高等教育出版社，2005，5．</p><p>　　[4]（日）稻葉 保著，何希才，尤克譯，《振蕩電路的設計與應用》.北京科學出版社，2004</p><p><b>　　附錄</b></p><p&