电子教案-电子技术(第5版_付植桐)教学资源42550 第5章仿真实验：

仿真实验　文氏桥振荡器

一、实验目的１．观察振荡器产生振荡的过程，并检验谐振时环路增益ＡＦ＝１三２．测量文氏桥振荡器的振荡频率三３．测量文氏桥振荡器的峰值输出电压三

４．观察振荡输出达到饱和时发生的情况三

二、实验器材示波器１台；运算放大器１个；０．０１μＦ电容２个；１Ｎ９１４二极管２个；电阻１５ｋΩ二２０ｋΩ各２个；２５ｋΩ二２７ｋΩ二３０ｋΩ各１个三三、实验原理及实验电路

振荡器是一种具有正反馈网络的选频放大器三谐振时振荡器从输出端反馈回输入端的信号与原输入信号的相位相同三谐振频率由正反馈网络的相关参数决定三为了维持振荡，在谐振频率上环路增益必须等于１，即

ＡＦ＝１

式中，Ｆ为反馈系数；Ａ为放大器的电压增益三开始振荡时，为了容易起振，环路增益ＡＦ应该略大于

１三

图Ｅ５．２一文氏桥振电路

对于图Ｅ５．２所示的文氏桥振电路，放大器为同相比例运算放大器，正反馈选频网络为ＲＣ串联网络三正常工作时，放大器的闭环电压增益Ａ等于３，正反馈系数为１／３，环路增益ＡＦ＝３?（１／３）＝１三开始仿真时没有电流通过二极管，二极管的正向电阻很大，使放

１

大器的电压增益大于３三随着输出电压的增加，流过二极管的电流将逐步增大，二极管的正向电阻将逐渐减小，放大器的电压增益也随之降低，直至降到３为止三达到稳定状态后，文氏桥振荡器将输出幅度一定的正弦波三如果放大器的电压增益过高，运放就可能进入饱和状态，这时输出的不再是正弦波，而是方波三

构成图Ｅ５．２所示的文氏桥振荡器的基本放大电路为同相比例放大器三其电压增益为

Ａ＝ＵｏＰ

ＵｉＰ

＝１＋ＲｆＲ

２

式中，Ｒｆ为反馈电阻，等于二极管正向电阻与１５ｋΩ电阻的并联值加上Ｒ１的阻值三因此，文氏桥振荡器的起振条件为

１＋ＲｆＲ

２

?３

谐振频率为

ｆ０＝１２πＲＣ

式中，Ｒ的单位为Ω；Ｃ的单位为Ｆ；ｆ０的单位为Ｈｚ三

周期Ｔ为频率ｆ的倒数，谐振时

Ｔ＝１／ｆ０＝２πＲＣ

四、实验步骤

１．建立如图Ｅ５．２所示的实验电路三

２．单击仿真开关运行动态分析，这个实验应看到振荡波形振幅逐渐增大最后形成稳定振荡的变化过程三等振荡输出稳定后按暂停按钮三

３．测量正弦波的周期Ｔ二运放的输出峰值电压ＵｏＰ及输入峰值电压ＵｉＰ三４．根据周期Ｔ的测量值，计算谐振频率ｆ０三

５．根据文氏桥振荡器的元件值，计算谐振频率ｆ０三

６．根据步骤３测出的峰值输出和输入电压，计算放大器的电压增益Ａ三７．将电容Ｃ改为０．０２μＦ，单击仿真开关运行动态分析，等振荡稳定后按暂停按钮三测量周期Ｔ二峰值输出电压ＵｏＰ和输入电压ＵｉＰ三

８．根据步骤７测出振荡周期计算谐振频率ｆ０三

９．根据新的电容值Ｃ计算谐振频率ｆ０三

１０．将电阻Ｒ１改为２５ｋΩ，单击仿真开关运行动态分析，输出稳定后按暂停按钮三测量输出正弦波的周期Ｔ二运放的峰值输出电压ＵｏＰ和输入电压ＵｉＰ三

１１．将电阻Ｒ１改为３０ｋΩ，单击仿真开关运行动态分析，输出稳定后按暂停按钮三观察输出波形的变化，并记录峰值输出电压，如图Ｅ５．３所示三

２

图Ｅ５．３一仿真输出波形

五、思考题

１．将振荡频率的测量值计算值比较，情况如何？

２．电容Ｃ改变后振荡频率有何变化？对峰值输出电压有何影响？

３．电阻Ｒ１减小或增大，对峰值输出电压和振荡频率有何影响？

３