东南大学信息学院模电实验八.doc

实验八 RC正弦波振荡器 实验目的： 熟悉仿真软件Multisim的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法。 熟悉PocketLab硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法； 掌握RC正弦波振荡器的设计与分析方法； 掌握RC正弦波振荡器的安装与调试方法。 实验预习： 在图8-1所示的RC相移振荡电路中，请计算振荡器的振荡频率和振幅起振条件，并将振荡频率填入表格8-1。 图8-1. RC相移振荡电路 解： 根据图8-2，采用OP37运算放大器和现有元器件值，设计文氏电桥振荡器。要求振荡频率为800Hz。 图8-2. 文氏电桥振荡电路 复习Multisim中示波器和频谱分析仪的使用方法。 复习开环方法，思考如何在Multisim中完成开环验证电路。 实验内容： 仿真实验 在Multisim中搭试图8-1RC相移振荡电路的开环分析电路，理解起振和稳定的相位条件与振幅条件，并将电路截图为图8-3。 仿真设置：Simulate--Analyses--AC analysis… 将开环仿真获得的幅频和相频图截图为8-4。并以此获知电路的振荡频率为 649.7916Hz 。 图8-3. RC相移振荡电路开环仿真图 图8-4. RC相移振荡电路开环仿真幅频图和相频图 在Multisim中搭建图8-1所示电路，并进行瞬态仿真，用示波器查看瞬态波形；用频谱分析仪查看输出信号的频谱。 仿真设置：Simulate--Run…… 注意观察振荡器的起振过程。读出示波器上瞬态波形的周期和分析频谱分析仪上输出信号频谱，获得振荡器的仿真振荡频率，填入表8-1。 表8-1：RC相移振荡电路振荡频率 计算值 仿真值 实测值 振荡频率 649.75Hz 609.44Hz 625Hz 瞬态波形： 频谱： 如果需要将图8-1电路的振荡频率减小10倍或增加10倍，请重新设计电路参数，并将改动的参数列表8-2。（根据设计情况改变表格栏） 表8-2：RC相移振荡电路振荡频率 改动前 改动频率减小10倍 改动频率增大10倍 改动元件 R C R C R C 元件值 10kΩ 10nF 100kΩ 100nF 1kΩ 0.99nF 频率 609.44Hz. 609.44Hz 60.50Hz 60.96Hz 6.1kHz 6.09kHz 将预习中设计的文氏电桥振荡器，输入Multisim。经过调试修改（可采用开环验证相位和幅度的起振条件），采用Simulate--Run，查看瞬态仿真波形和频谱。将设计参数填入表8-3。将仿真获得的振荡频率填入表格8-4。将示波器上的瞬态波形和频谱分析仪上的输出信号频谱截图于8-5,8-6。 表8-3：文氏电桥振荡电路振荡频率 C1（nF） R1（kΩ） R2（kΩ） R3（kΩ） R4（kΩ） 19.8 10 10 10 11 表8-4：文氏电桥振荡电路振荡频率 设计值 仿真值 实测值 振荡频率 800Hz 801.62Hz 810Hz 图8-5. 文氏电桥振荡器瞬态波形图 图8-6. 文氏电桥振荡器频谱图 硬件实验 本实验采用PocketLab实验平台提供的直流+5V、-5V电源，示波器等工具。 电路连接 首先根据图8-1在面包板上搭试电路，采用AD公司的集成运放模块OP37。 瞬态波形观测 在电脑中打开PocketLab的示波器界面，选择合适的时间和电压刻度，显示输出波形。并在窗口中直接读出其振荡波形的峰峰值和振荡频率，填入表8-1，比较计算值，仿真值和测试值是否一致。将瞬态波形截图于8-8。 【注：振荡频率的测量办法：STOP后，只用光标，读出一个周期的时间，取倒数得到频率。】 频谱测量 在电脑中打开PocketLab的FFT分析界面，选择合适的频率范围，显示输出波形频谱。并在窗口中直接读出其振荡频率。将频谱图截图于8-9。 图8-8. RC相移振荡器瞬态波形 图8-9. RC相移振荡器频谱图（估读振荡频率为：625.25Hz） 将设计好的文氏电桥振荡器采用以上RC相移振荡器的硬件实验步骤，在PocketLab的相应测量工具上获得其振荡频率，填入表8-4。将测试得到的瞬态波形和频谱图截图于8-10,8-11。 图8-10. 文氏电桥振荡器瞬态波形 图8-11. 文氏电桥振荡器频谱分析（估读振荡频率为：810Hz） 实验思考： 将图8-1所示电路中的C从10nF改为0.1nF后，进行Multisim仿真，结果如何？请解释原因。 答：①仿真结果：峰峰值=8.59V，频率=58.02kHz。波形出现明显失真。 原因：C减小100倍，此时电容的交流特性变差，因此出现波形失真。 ②仿真波形如下：