RC正弦波振荡器实验综述报告*

吴年祥 陈小林

(安徽国防科技职业学院 安徽六安 237011)

RC正弦波振荡器实验综述报告*

吴年祥 陈小林

(安徽国防科技职业学院 安徽六安 237011)

本实验针对应用电子技术专业学生，以模拟电路设计性实验项目之一——RC桥式振荡器组成的简易音频信号发声器为例，阐述了其实验的地位与作用、实验实施的条件、实验的目标、实验的内容与工作原理、实验的方法与步骤、实验结果、实验总结。实验激发了同学们的学习兴趣，加深了RC正弦波振荡器内容的理解，增强了专业的实践能力，锻炼了解决问题的思路与方法，培养了良好的团队精神与优良的职业道德。

模拟电路，RC桥式振器，音频信号，发声器，实验

随着国家对职业教育的大力投入，社会对高等职业教育质量要求的不断提高，学生对专业基础课的专业实践能力掌握尤为重要。根据安徽国防科技职业学院电工电子与自动化省级示范实验实训中心实际情况，结合应用电子技术专业人才培养方案和实验课程目标的要求，对模拟电路等专业基础课实施设计性实验，使学生具备常用仪器仪表使用、电子器件识别与检测、电子工艺、电路安装与调试等专业实践能力。以便更好的适应国家产业结构调整和发展对电子技术人才的需求，增强复合型高技能专门人才的就业竞争力。

1 实验实施条件

1.1 安全教育

由于近几年国内高校实验实训安全等事故的频发，我院对第一次进入实验室实验实训的学生进行人生安全和设备安全等知识教育。提高安全意识，规范安全操作，防范于未然[1]。

1.2 实验硬件、软件与器件

本次设计性实验课程安排是连续8学时，实验设备包括万用表、示波器、直流稳压电源、频率计、装有Mmultisim仿真软件的常用的教学计算机，实验所需工具有电烙铁、斜口钳、镊子等，实验耗材有集成运放uA741、电阻、电容、二极管、蜂鸣器、插针、导线、焊锡、电路板等。

2 实验目标

(1)了解振荡与自激振荡的概念、振荡的条件，改变反馈电阻观察其产生振荡的过程。

(2)理解RC文氏桥振荡电路的基本结构、基本原理、测量其振荡频率与输出电压。

(3)熟练掌握常用电子元器件的识别与检测、常用仪器仪表的使用。

(4)按设计要求(输出电压5V、频率为160HZ)制作音频信号发声器电路安装并调试，进一步加深对理论知识的理解。

3 实验内容与工作原理

根据RC正弦波振荡器理论，设计并制作一个输出电压为5V、频率为160HZ的音频信号发声器电路，用示波器测量其幅度与频率，使蜂鸣器连续发出声音。

要设计简单的发声器，首先要做一个振荡器，再利用振荡信号驱动有源蜂鸣器发声。而振荡器一般是由放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节4部分组成。其中放大电路是维持振荡器连续工作的环节，反馈网络主要是把输出信号反馈到输入端加强原有信号，选频网络产生振荡器振荡频率，稳幅环节主要是使振荡信号幅值稳定[2]。而振荡器起振的条件，即满足幅值条件 和相位条件 。通过学生小组成员设计、仿真、装配与调试成功案例之一的原理如图1所示。

图1 音频信号发声器原理图

如图1所示，该发声器由uA741与RC构成的文氏电桥振荡器，其输出低频正弦信号UO1，经过并联阻容构成的RC滤波器，使输出信号更加稳定、带负载能力强，从而使蜂鸣器发出频率约为160Hz的音频信号。其中R1、C1与R2、C2组成了选频网络、正反馈网络，VD1、VD2两管使输出电压稳定，电阻R4是为了克服硅二极管的死区电压而造成输出波形在过零附近的畸变。后级并联RC为了消除高频噪声。因为扬声器是感性负载，为了抵消扬声器的反电动势，从而保护蜂鸣器。

4 实验方法与步骤

4.1 查找资料，确定设计方案

小组成员分工协作，利用学校现有图书、网络等资源查找音频信号发声器相关专业资料，经讨论后运用所学专业知识来确定可行性项目总体方案。

4.2 确定振荡器类型

根据总体方案确定要产生为160Hz正弦波信号的电路，学生需要思考在RC文氏电桥振荡器、RC移相振荡器、LC振荡器三者中选其一。考虑到设计的160HZ为低频，所以采用结构简单、经济方便的RC文氏电桥振荡器。

4.3 根据设计要求，选取器件参数

4.4 软件仿真

运行NI Multisim10.0仿真软件，在绘图编辑器中调入理论设计好所需要的元件和虚拟仪器[3]。仿真结果如图2所示，输出电压为5.05V左右，频率为160Hz左右，说明设计具有可行性。

图2 RC正弦波振荡器仿真结果

4.5 音频信号发声器电路的安装与调试

依据仿真成功的RC正弦波振荡器和总体电路，按工艺要求安装电子元件，插件装配要整体美观、高低有序、距离均匀、端正竖立。由于学生实验且需保存优秀作品，均采用手工拉焊焊接方法(但在实际企业产品手工焊接之前需要通过电子CAD进行PCB设计，再进行SMT等工艺进行批量生产)，按照手工焊接的4个连续步骤(把烙铁头靠在焊盘与元器件引线连接处加热焊件2s， 将焊锡丝送到连接处，当连接处熔化有一定量焊锡时，立即向上45°方向移开锡丝， 焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向上45°方向移开烙铁[4])信号流向从前级往后级，逐级焊接。此时需要注意严禁将集成运算放大器的电源、二极管、电解电容的正负极接反，电路焊接与调试时都要采用“共地”连接，将电路接地与仪器接地连接在一起，减小干扰。学生完成的电路焊接实物效果如图3所示。

图3 音频信号发声器实物图

具体调试步骤如下：装配好的电路先接好电源线→实训台上的直流稳压电源接成±12V双电源给电路进行供电→数字示波器探头接地鳄鱼夹与电源地和电路板地接在一起→示波器探头钩接与第一级的UO1输出端→缓慢调节反馈电阻R5的大小使电路RC文氏电桥振荡器起振，且波形失真最小。若电路不能起振说明负反馈太强，应适当增大R5，若如波形失真严重则应适当减小R5。第一级输出频率为159.7Hz、幅度为5.6V信号如图4所示。

再将前一级与后一级连接起来，发生器经过RC滤波后，有源蜂鸣器发出声音，用示波器观察其有源蜂鸣器输出伴有音频的信号，音频输出信号如图5所示。整个调试过程遵循“从前级往后级，逐级调试”，实验完成时候应该“先断电源再拆线”的原则。

(a)连接图 (b)RC文氏电桥振荡器输出波形

图5 音频输出信号

5 实验总结

通过音频信号发声器设计性实验之一的训练，使学生初步了解小电子产品设计与制作基本过程。提高了学生学习的兴趣和积极性；加深了学生对常用电子仪器仪表及工具的应用使学生熟悉了文氏电桥振荡器的电路结构、基本原理、起振条件、电路参数选择、振荡频率设计、测试方法、噪声等干扰的去除；培养了学生仿真在电路设计中不可或缺的意识、电子产品装配和调试的基本方法以及分析解决问题、排除故障等实践和创新的能力；增加了学生团队合作意识。

[1]戴文雯.电工实验教学用电安全分析与防范[J].电气电子教学学报，2013，6(3)：75.

[2]付植桐，电子技术[M].北京：高等教育出版社，2010.143.

[3]Multisim在电子电路与单片机中的应用[M].北京：清华大学，2008.77.

[4]黎海金，章能华，宋嘉宁.手工焊接对电烙铁温度的要求[J].电子工艺技术，2010，31(2)：101.

(责任编辑李平)

安徽省省级质量工程特色专业(20101685)，电工电子省级示范实验实训中心(20101687)。

2014-10-22

吴年祥(1984-)，男，汉，安徽安庆人，硕士，实验师，主要研究方向为智能检测与控制技术，实验实训指导与实验室管理。

TN 752

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1674-9545(2014)04-0121-(03)