2.6 文氏电桥选频网络及振荡器实验

,模拟电路实验,低频模拟电路实验,第,1,章 低频小信号放大电路实验,第,2,章 反馈电路实验,第,3,章 集成运放及信号处理电路实验,第,4,章 可编程模拟电路实验,第,5,章 低频功率放大器实验,第,6,章 电源电路实验,第,7,章 低频模拟电路综合应用,高频模拟电路实验,第,8,章 高频谐振放大与振荡电路,第,9,章 信号频谱变换,第,10,章 高频电路综合应用,欢迎学习,2.1,基础知识,2.2,单级电流串联负反馈放大电路的实验研究,2.3,单级电压负反馈放大电路的实验研究,2.4,两级电压串联负反馈放大器实验,2.5,两级电流并联负反馈放大器的实验设计,2.6,文氏电桥选频网络及振荡器实验,2.7 RC,移相网络及其振荡电路实验,第,2,章,反馈电路实验,2.6,文氏电桥选频网络及振荡器实验,2.6.1,实验目的,明确,RC,选频网络特性的推导方法。,学会用示波器和交流毫伏表测定,RC,选频网络的幅频特性和相频特性。,熟悉文氏电桥电路选频网络的结构特点。,学习和理解,RC,正弦波振荡器的组成及其振荡条件。,学会调试,RC,正弦波振荡器的一般方法。,2.6.2,预习题,推导文氏电桥电路的幅频、相频特性的数学表达式。,根据电路参数，估算文氏电桥振荡器的振荡频率,f,0,。,2.6.3,RC,选频网络及其特性,RC,选频网络及特性推导,RC,选频网络是一个仅含,RC,元件的两端口网络，其框图结构与图一致，我们将其表示于图。,图,2.6,.,1,RC,选频网络框图,图的,1,，,1,是输入端，,2,，,2,是输出端，,RC,选频网络的目的就是要从,1,，,1,输入的复杂信号中选出特定频率的信号，并找出网络的一些基本特性。,在正弦稳态情况下，我们把网络的响应相量与激励相量之比称为频域网络函数或网络方程。可以用多种电路分析的方法求解,RC,选频网络的特性，一般情况下是利用电路规律得出网络函数,然后根据对网络函数的分析得到电路特性。,例如可以将复数形式的网络函数化简，得到其实部和虚部，则该电路的幅频特性可以由,描述，,电路的相频特性可以,描述。,对于简单的电路，网络函数的得出可以非简单，文氏电桥就是一例。,文氏电桥电路,文氏电桥电路是一个,RC,的串、并联电路，如图所示。该电路可以获得很高纯度的正弦波信号，并且结构简单，因此被广泛地用于低频振荡电路中作为选频环节。,从电路,1,，,1,端看进去的等效复阻抗是,Z,1,=,R,+X,C,+,R,/X,C,图,2.6.2,文氏电桥网络,式中,从电路,2,，,2,端看进去的等效复阻抗是,于是网络函数为,其幅频特性和相频特性分别表示为,，,文氏电桥的上述幅频特性和相频特性曲线见图所示，由图可见文氏电桥电路具有带通特性。,当角频率,时，文氏电桥网络函数的虚部为零，此时,u,o,与,u,i,同相，而网络网络函数的大小,H,（,=1/,RC,）,。,（,a,）幅频特性,（,b,）相频特性,图,2.6.3,文氏电桥网络特性,2.6.4,选频网络特性的测量,用函数信号发生器的正弦输出信号作为,RC,选频网络的激励信号,u,i,，在保持函数信号发生器输出有效值,U,i,不变的情况下，改变输入信号的频率,f,，用交流毫伏表或示波器测出输出端相应于各个频率点下的输出电压有效值,U,O,，将这些数据画在以频率,f,为横轴，,U,O,/,U,i,为纵轴的坐标纸上，用一条光滑的曲线连接这些点，该曲线就是上述电路的幅频特性曲线。,将上述电路的输入和输出分别接到双踪示波器的,Y,A,和,Y,B,两个输入端，改变输入正弦信号的频率，观测相应的输入和输出波形间的时延,及信号的周期,T,，则两波形间的相位差为,360,o,i,（输出相位与输入相位之差）。,将各个不同频率下的相位差,画在以,f,为横轴，,为纵轴的坐标纸上，用光滑的曲线将这些点连接起来，即是被测电路的相频特性曲线。,如果只要得到选频网络的,0,点,这里所谓的,0,点是指输出信号和输入信号满足特定的相位关系，则利用示波器的,X-Y,显示功能就能够很快地找到。,2.6.5,由选频网络构成振荡器,在图反馈放大器中，若用,R,、,C,元件组成选频反馈网络，并且满足,=1+j0,条件，就称为,RC,振荡器。,=1+j0,的条件实际上包含了图闭环正反馈放大器的两个方面：首先是幅值条件要求全部闭环电路的放大倍数为,1,，即经过整个环路反馈回来的信号不能有衰减；然后是相位条件要求全部闭环电路的相移为,0,，即经过整个环路反馈回来的信号不能有相移。,RC,振荡器一般用来产生,1Hz,1MHz,的低频信号。本实验原理中我们将主放大器用一个方框表示，则,RC,串并联网络（文氏桥）振荡器的电路形式如图所示，,根据前面的分析，我们知道当,=1/,RC,时，文氏桥的相移为,0,，放大倍数为,1/3,，因此图的振荡器：,图,2.6.4,文氏电桥振荡器原理,振荡频率,:,对主放大电路的理论要求是：,，,0,。,它的电路特点是振荡波形良好，可以方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅。,2.6.6,实验器材,本实验需要的仪器设备和主要元器件清单分别见表和表。,序号,名称,规,格,数量,备,注,1,万用电表,MF-47,或其他,1,建议采用能测三极管放大倍数的指针式万用电表,2,函数信号发生器,f,max,200k,HZ,1,一般低频信号发生器，输出频率和幅度可调。,3,双踪示波器,双踪，,20M,HZ,1,一般双踪示波器。,4,交流毫伏表,精度,100,V,1,可选件，一般低频毫伏表，采用测有效值型,5,频率计,分辨率,1HZ,1,可选件，一般数字频率计，精度,5%,6,直流电源,输出,6V20V,1,可调稳压输出,表,2.6.1,实验仪器设备,2.6.7,实验内容与步骤,按照图构成文氏电桥电路，取,R,=1k,，,C,；,调节信号源输出电压为,3V,的正弦信号，接入图电路的输入端；用交流毫伏表或示波器监视电路的输入和输出电压，注明是幅值，峰峰值还是有效值。,改变信号源的频率,f,，由频率计（或示波器）读得输入频率，并保持,U,i,3V,不变，测量输出电压,U,O,(,可先计算,f,0,，然后再在,f,0,左右设置其它频率点测量,),。将测量值记入表中。,从测量值中找出,f,0,，然后和理论计算值进行比较，找出误差原因。,f,/H,Z,U,O,/,V,表,2.6.2,文氏电桥电路幅频特性实验记录（,R,=,，,C,=,F,，,U,i,=,V,）,将图的输入,U,i,和输出,U,O,分别接至双踪示波器的,Y,A,和,Y,B,两个输入端，改变输入正弦信号的频率，观测不同频率点时，相应的输入与输出波形间的时延,及信号的周期,T,。,则两波形间的相位差为：,将测量的相频特性数据记录在表中。,f,/H,Z,T /ms,/ms,表,2.6.3,文氏电桥电路相频特性实验记录,R,=,，,C,=,F,）,将示波器改为,X-Y,显示方式，调节信号发生器的输出频率，迅速找到输入和输出信号相差为,0,的频率，比较,X-Y,显示方式和常规显示方式的区别。,取,R,=220,，,C,=2.2 F,按照图构成文氏电桥电路，用步骤,6,的方法迅速找到文氏电桥的,0,点，然后测量,0,点处的输入输出幅度关系，与理论分析值进行比较。,按照图构成文氏电桥振荡器，图推荐的元件清单见表。,图,2.6.5,RC,串并联选频网络振荡器,编号,方案,1,方案,2,说,明,T,1,，,T,2,9013,3DG6,2,只，,NPN,型小功率三极管均可，,=50,150,。,V,CC,12V,12V,8V,15V,均可，建议使用稳压电源。,R,B1,680k,1M,金属膜电阻,RJ0.25W,，误差不大于,20%,，此部分决定,T,1,的静态工作点。,R,C1,2.4k,10k,R,E1,100,200,R,E2,1k,1.5k,R,B2,68k,100k,金属膜电阻,RJ0.25W,，误差不大于,20%,，此部分决定,T,2,的静态工作点。,R,B3,10k,15k,R,C2,2.4k,5.1k,R,E3,47,82,R,E4,1k,430,R,f,22k,22k,可调电阻,0,22k,，采用一般可调电位器，反馈电阻,R,1k,22k,2,只，金属膜电阻,RJ0.25W,，,5.1k,51k,，要求两只阻值误差不大于,5%,C,0.1F,0.01F,2,只，,CL,或,CB,型，,0.001F,0.47F,，要求两只误差不大于,10%,C,1,，,C,2,10F,22F,2,只，电解电容器，,CD4.7F,47F,，耐压不小于,16V,，耦合电容,C,3,10F,47F,电解电容器，,CD10F,100F,，耐压不小于,16V,，耦合电容,C,E1,100F,47F,电解电容器，,CD 47F,220F,，耐压不小于,16V,C,E2,100F,47F,电解电容器，,CD 47F,220F,，耐压不小于,16V,断开图电路中的,RC,串并联反馈网络以及,R,f,反馈电阻，测量放大器静态工作点，然后在,C,1,左端输入正弦信号，信号频率等于刚测出的文氏电桥电路的谐振频率。用示波器测量两级放大电路的电压放大倍数和输入输出信号的相位关系。,接通,R,f,反馈电阻，调节反馈电阻,R,f,的大小，用示波器观测输出电压,u,O,的波形，调节,R,f,，观察放大电路的放大倍数的变化范围，将放大电路的电压放大倍数调节到略大于,3,，并且要求输入输出波形相位相同，无失真。,在以上基础上撤去输入信号源，接通文氏电桥,RC,串并联网络，进一步调节,R,f,使电路起振，用示波器观测输出电压,u,O,波形，再仔细调节,R,f,和各偏置电阻，以获得满意的结果，记录波形及其参数。,测量振荡频率，并与理论计算值进行比较。,改变,R,或,C,值，观察振荡频率变化情况。,2.6.8,实验注意事项及思考,作频率特性实验时，由于信号源内阻的影响，输出幅度会随信号频率变化。因此，在调节输出频率时，应同时调节输出幅度，使实验电路的输入电压保持不变。,思考实验原理中的振荡频率和起振条件是怎样推导出来的。,结合实验的过程和结果说明,R,F,的作用。,说明调试文氏电桥振荡器的基本方法步骤。,本小节教材内容结束，您做的实验有收获吗？,