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模拟电子技术仿真实验(七): 文氏桥振荡器

2022-11-06 19:27 作者:_Ottava  | 我要投稿

【2022-11-10】思考题:但愿没大问题不会误导人

预备知识:

P40:RC正弦波振荡电路

一些下面可能会用到的内容

 

   %5Cfrac%7B%5Cdot%7B%20U_p%7D%EF%BC%88%E5%90%8C%E7%9B%B8%E8%BE%93%E5%85%A5%E7%AB%AF%EF%BC%89%7D%7B%5Cdot%7B%20U_o%7D%EF%BC%88%E8%BE%93%E5%87%BA%E7%AB%AF%EF%BC%89%7D%3D%5Cfrac%7BR%2F%2F%5Cfrac%7B1%7D%7Bj%5Comega%20c%7D%7D%7BR%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bj%5Comega%20c%7D%2BR%2F%2F%5Cfrac%7B1%7D%7Bj%5Comega%20c%7D%7D%3D%0A%5Cfrac%7B1%7D%7B3%2Bj(%5Comega%20RC-%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Comega%20RC%7D)%7D

要满足振荡的相位条件,虚部为0,即

%5Comega%3D%5Cfrac%7B1%7D%7BRC%7D

此时有:

f%3D%5Cfrac%7B%5Comega%20%7D%7B2%5Cpi%20%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%5Cpi%20RC%7D

%5Cfrac%7B%5Cdot%7B%20U_p%7D%EF%BC%88%E5%90%8C%E7%9B%B8%E8%BE%93%E5%85%A5%E7%AB%AF%EF%BC%89%7D%7B%5Cdot%7B%20U_o%7D%EF%BC%88%E8%BE%93%E5%87%BA%E7%AB%AF%EF%BC%89%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B3%7D

1)图7.8.3由稳压二极管作负载的整流电桥是一个起限幅作用的电桥,而它是如何起到对输出正弦波的稳定作用?

没有限幅模块时,电路的工作机制:

上半部分是一个同相比例放大电路

A%3D1%2B%5Cfrac%7BR_4%7D%7BR_x%7D%3E3

起振后,Vo将越来越大,直至因直流Vcc,Vee限制而达到最大振幅,此后信号出现失真

改变Rx,使A=3,以保持稳定振荡,失真被消除

稍有一些扰动,增大了Vi,相应增大了Vo,超过了直流Vcc,Vee所能提供的最大振幅,波形便失真。

这个最大振幅,在10V,-10V,ua741下,为8V。(峰峰值为16V)

加上限幅模块后:

Vo>0时,D1、D4截止,电流方向为->D2->D5->D3->

Vo<0时,D2、D3截止,电流方向为->D1->D5->D4->

都是正向经过两个二极管,反向经过稳压管。因此,下面仅研究Vo>0时的情况。

设稳压管的稳定电压为U_z    ( 仿真时这里 U_z%5Capprox3.0V,1N5338B应该是5.1V,我不理解)

设二极管的正向导通电压为U_D ( 取仿真时 U_D%5Capprox%200.5V)

两种情况:

1、稳压管未工作在反向击穿区(稳压区)

可以理解为断路,把限幅模块拿掉,分析思路与同相比例放大电路一致。

2、稳压管工作在反向击穿区(稳压区)

同样研究Vo与Vi的关系

虚短:U_i%3DU_n%3DU_p

R_x元件约束:i_x%3D%5Cfrac%7BU_i-0%7D%7BR_x%7D

R_4元件约束:i_f%3D%5Cfrac%7BU_o-U_i%7D%7BR_4%7D

限幅模块路径列KVL:U_o-i_5%5Ccdot%20R_5-U_%7BD2%7D-U_z-U_%7BD3%7D%3DU_i

解得i_5%3D%5Cfrac%7BU_o-U_%7BD2%7D-U_z-U_%7BD3%7D-U_i%7D%7BR_5%7D

KCL:i_x%3Di_f%2Bi_5

代入,得%5Cfrac%7BU_i%7D%7BR_x%7D%3D%5Cfrac%7BU_o-U_i%7D%7BR_4%7D%2B%5Cfrac%7BU_o-U_%7BD2%7D-U_z-U_%7BD3%7D-U_i%7D%7BR_5%7D

整理得U_o%3D%5Cfrac%7B(%5Cfrac%7B1%7D%7BR_x%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7BR_4%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7BR_5%7D)%7D%7B(%5Cfrac%7B1%7D%7BR_4%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7BR_5%7D)%7DU_i%2B%5Cfrac%7B2U_D%2BU_z%7D%7BR_5%5Ccdot%20(%5Cfrac%7B1%7D%7BR_4%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7BR_5%7D)%7D

R_x%3D4.95k%5COmega%20R_4%3D10k%5COmega%20R_5%3D20k%5COmega%202U_D%2BU_z%3D4V

U_o%3D2.3468U_i%2B1.333

K=3时,才能保证稳定振荡,因此,能稳定振荡的 最大的 Ui,有

3U_i%3D2.3468U_i%2B1.333

U_%7Bi_%7Bmax%7D%7D%3D2.041V

V_%7Bopp_%7Bmax%7D%7D%3D3%5Ctimes%202%5Ctimes%20U_%7Bi_%7Bmax%7D%7D%3D12.246V

U_i%3EU_%7Bi_%7Bmax%7D%7D时,K<3,Vi将衰减回来。

U_i%3CU_%7Bi_%7Bmax%7D%7D时,K>3,Vi将在振荡中升至U_%7Bi_%7Bmax%7D%7D

(其一,稳定了Vi)

(振幅在这里调整)

之前未加限幅模块时,峰峰值为16V。

(其二)因此,在这里,稍有一些扰动,增大了Vi,相应增大了Vo,并没有超过直流Vcc,Vee所能提供的最大振幅,波形不会失真。

总结:(一通计算后)加上起限幅作用的稳压二极管作负载的整流电桥,改变了Vo与Vi的关系,(1)稳定了Vi,(2)限制Vo的振幅,使之小于正负10V所能提供的最大振幅,在稍有一些扰动后,波形不会失真,稳定了输出的正弦波。

【2022-11-11】实验做完了,如果R_3%3AR_4%5Capprox1%3A2(如上面的仿真中R_3%3AR_4%3D4.95%3A10%3D0.99%3A2,原文处是R_3%3AR_4%3D1%3A2时分析)这时候其二是存在的,但是实际实验中是通过调节R3电位器达到了“最大不失真”,这个时候大概比值又小于1:2,可能“其二”在这个实验里又没了?而且这时候峰峰值就是正负10V限制的了,要改变振幅的话应该加大正负10V?

幅度:

1、使用不同Uz的稳压管(提升Uz,增大幅度)(应该是主要)

2、其实改变R5也可以,但是改变有限(应该无关紧要)

频率:

改变选频网络中的RC之积

f%3D%5Cfrac%7B%5Comega%20%7D%7B2%5Cpi%20%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%5Cpi%20RC%7D


下周考核?

先过一遍,思考题周四前更。

网站升级中,需要仿真文件的话可以私信我。

实验内容:

1)按照图 7.8.4 连接电路,测量阻容网络的衰减比。Vi为峰峰值是1V的正弦波,用示波器XY模式监测输入和输出信号;改变输入信号频率,当Vi、Vo相位差为0时,李沙育图形为一条经过Ⅰ、Ⅲ象限的斜线,测量网络的衰减比Vo/Vi(此时电路谐振F=1/3),并记录此时Vi的频率。

(李沙育图形就是XY模式下的图形)

阻容网络电路
实验7.1.ms14,默认f = 1000Hz
f = 1000Hz 时的李沙育图形

f 增大(在变成一条斜线之前),椭圆会变瘦

书上相关内容

理论计算:

f%3D%5Cfrac%7B%5Comega%7D%7B2%5Cpi%20%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%5Cpi%20RC%7D%5Capprox%201591.55Hz

f = 1591.55Hz 时,李沙育图形为一条经过Ⅰ、Ⅲ象限的斜线,代表相位差为0

在此后,f 再增大,椭圆又会变圆

通过电压探针测量Vo、Vi

测量网络的衰减比:

V_i%3D983mV

V_o%3D328mV

%E7%BD%91%E7%BB%9C%E7%9A%84%E8%A1%B0%E5%87%8F%E6%AF%94%3D%5Cfrac%7BV_o%7D%7BV_i%7D%3D%5Cfrac%7B328mV%7D%7B983mV%7D%5Capprox%200.334

记录此时Vi的频率:

f(%3D%5Cfrac%7B%5Comega%7D%7B2%5Cpi%20%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%5Cpi%20RC%7D)%5Capprox%201591.55Hz


2)按照图 7.8.3 连接电路,并调节 10kΩ 电位器,使电路起振。进一步调节 10kΩ 电位器,使输出振幅最大且不失真,记录Vo的峰峰值及频率fo,并测量此时可调电阻Rx的阻值。

振荡器电路
实验7.2.ms14
进一步调节10K电位器,使输出振幅最大且不失真,
课件中的提示

通过电压探针发现:

峰峰值:15.9V

频率:1.58kHz    (选频网络特征频率1591.55Hz)

另:在Rx较小时,输出会失真

失真的输出

Rx较大时,振幅会快速减小

过小的振幅(1.17Vpp)

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