吳年祥 陳小林

(安徽國防科技職業(yè)學(xué)院 安徽六安 237011)

RC正弦波振蕩器實驗綜述報告*

吳年祥 陳小林

(安徽國防科技職業(yè)學(xué)院 安徽六安 237011)

本實驗針對應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生，以模擬電路設(shè)計性實驗項目之一——RC橋式振蕩器組成的簡易音頻信號發(fā)聲器為例，闡述了其實驗的地位與作用、實驗實施的條件、實驗的目標(biāo)、實驗的內(nèi)容與工作原理、實驗的方法與步驟、實驗結(jié)果、實驗總結(jié)。實驗激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，加深了RC正弦波振蕩器內(nèi)容的理解，增強了專業(yè)的實踐能力，鍛煉了解決問題的思路與方法，培養(yǎng)了良好的團隊精神與優(yōu)良的職業(yè)道德。

模擬電路，RC橋式振器，音頻信號，發(fā)聲器，實驗

隨著國家對職業(yè)教育的大力投入，社會對高等職業(yè)教育質(zhì)量要求的不斷提高，學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)課的專業(yè)實踐能力掌握尤為重要。根據(jù)安徽國防科技職業(yè)學(xué)院電工電子與自動化省級示范實驗實訓(xùn)中心實際情況，結(jié)合應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案和實驗課程目標(biāo)的要求，對模擬電路等專業(yè)基礎(chǔ)課實施設(shè)計性實驗，使學(xué)生具備常用儀器儀表使用、電子器件識別與檢測、電子工藝、電路安裝與調(diào)試等專業(yè)實踐能力。以便更好的適應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展對電子技術(shù)人才的需求，增強復(fù)合型高技能專門人才的就業(yè)競爭力。

1 實驗實施條件

1.1 安全教育

由于近幾年國內(nèi)高校實驗實訓(xùn)安全等事故的頻發(fā)，我院對第一次進入實驗室實驗實訓(xùn)的學(xué)生進行人生安全和設(shè)備安全等知識教育。提高安全意識，規(guī)范安全操作，防范于未然[1]。

1.2 實驗硬件、軟件與器件

本次設(shè)計性實驗課程安排是連續(xù)8學(xué)時，實驗設(shè)備包括萬用表、示波器、直流穩(wěn)壓電源、頻率計、裝有Mmultisim仿真軟件的常用的教學(xué)計算機，實驗所需工具有電烙鐵、斜口鉗、鑷子等，實驗耗材有集成運放uA741、電阻、電容、二極管、蜂鳴器、插針、導(dǎo)線、焊錫、電路板等。

2 實驗?zāi)繕?biāo)

(1)了解振蕩與自激振蕩的概念、振蕩的條件，改變反饋電阻觀察其產(chǎn)生振蕩的過程。

(2)理解RC文氏橋振蕩電路的基本結(jié)構(gòu)、基本原理、測量其振蕩頻率與輸出電壓。

(3)熟練掌握常用電子元器件的識別與檢測、常用儀器儀表的使用。

(4)按設(shè)計要求(輸出電壓5V、頻率為160HZ)制作音頻信號發(fā)聲器電路安裝并調(diào)試，進一步加深對理論知識的理解。

3 實驗內(nèi)容與工作原理

根據(jù)RC正弦波振蕩器理論，設(shè)計并制作一個輸出電壓為5V、頻率為160HZ的音頻信號發(fā)聲器電路，用示波器測量其幅度與頻率，使蜂鳴器連續(xù)發(fā)出聲音。

要設(shè)計簡單的發(fā)聲器，首先要做一個振蕩器，再利用振蕩信號驅(qū)動有源蜂鳴器發(fā)聲。而振蕩器一般是由放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)4部分組成。其中放大電路是維持振蕩器連續(xù)工作的環(huán)節(jié)，反饋網(wǎng)絡(luò)主要是把輸出信號反饋到輸入端加強原有信號，選頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩器振蕩頻率，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)主要是使振蕩信號幅值穩(wěn)定[2]。而振蕩器起振的條件，即滿足幅值條件 和相位條件 。通過學(xué)生小組成員設(shè)計、仿真、裝配與調(diào)試成功案例之一的原理如圖1所示。

圖1 音頻信號發(fā)聲器原理圖

如圖1所示，該發(fā)聲器由uA741與RC構(gòu)成的文氏電橋振蕩器，其輸出低頻正弦信號UO1，經(jīng)過并聯(lián)阻容構(gòu)成的RC濾波器，使輸出信號更加穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強，從而使蜂鳴器發(fā)出頻率約為160Hz的音頻信號。其中R1、C1與R2、C2組成了選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)，VD1、VD2兩管使輸出電壓穩(wěn)定，電阻R4是為了克服硅二極管的死區(qū)電壓而造成輸出波形在過零附近的畸變。后級并聯(lián)RC為了消除高頻噪聲。因為揚聲器是感性負(fù)載，為了抵消揚聲器的反電動勢，從而保護蜂鳴器。

4 實驗方法與步驟

4.1 查找資料，確定設(shè)計方案

小組成員分工協(xié)作，利用學(xué)?，F(xiàn)有圖書、網(wǎng)絡(luò)等資源查找音頻信號發(fā)聲器相關(guān)專業(yè)資料，經(jīng)討論后運用所學(xué)專業(yè)知識來確定可行性項目總體方案。

4.2 確定振蕩器類型

根據(jù)總體方案確定要產(chǎn)生為160Hz正弦波信號的電路，學(xué)生需要思考在RC文氏電橋振蕩器、RC移相振蕩器、LC振蕩器三者中選其一?？紤]到設(shè)計的160HZ為低頻，所以采用結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟方便的RC文氏電橋振蕩器。

4.3 根據(jù)設(shè)計要求，選取器件參數(shù)

4.4 軟件仿真

運行NI Multisim10.0仿真軟件，在繪圖編輯器中調(diào)入理論設(shè)計好所需要的元件和虛擬儀器[3]。仿真結(jié)果如圖2所示，輸出電壓為5.05V左右，頻率為160Hz左右，說明設(shè)計具有可行性。

圖2 RC正弦波振蕩器仿真結(jié)果

4.5 音頻信號發(fā)聲器電路的安裝與調(diào)試

依據(jù)仿真成功的RC正弦波振蕩器和總體電路，按工藝要求安裝電子元件，插件裝配要整體美觀、高低有序、距離均勻、端正豎立。由于學(xué)生實驗且需保存優(yōu)秀作品，均采用手工拉焊焊接方法(但在實際企業(yè)產(chǎn)品手工焊接之前需要通過電子CAD進行PCB設(shè)計，再進行SMT等工藝進行批量生產(chǎn))，按照手工焊接的4個連續(xù)步驟(把烙鐵頭靠在焊盤與元器件引線連接處加熱焊件2s， 將焊錫絲送到連接處，當(dāng)連接處熔化有一定量焊錫時，立即向上45°方向移開錫絲， 焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向上45°方向移開烙鐵[4])信號流向從前級往后級，逐級焊接。此時需要注意嚴(yán)禁將集成運算放大器的電源、二極管、電解電容的正負(fù)極接反，電路焊接與調(diào)試時都要采用“共地”連接，將電路接地與儀器接地連接在一起，減小干擾。學(xué)生完成的電路焊接實物效果如圖3所示。

圖3 音頻信號發(fā)聲器實物圖

具體調(diào)試步驟如下：裝配好的電路先接好電源線→實訓(xùn)臺上的直流穩(wěn)壓電源接成±12V雙電源給電路進行供電→數(shù)字示波器探頭接地鱷魚夾與電源地和電路板地接在一起→示波器探頭鉤接與第一級的UO1輸出端→緩慢調(diào)節(jié)反饋電阻R5的大小使電路RC文氏電橋振蕩器起振，且波形失真最小。若電路不能起振說明負(fù)反饋太強，應(yīng)適當(dāng)增大R5，若如波形失真嚴(yán)重則應(yīng)適當(dāng)減小R5。第一級輸出頻率為159.7Hz、幅度為5.6V信號如圖4所示。

再將前一級與后一級連接起來，發(fā)生器經(jīng)過RC濾波后，有源蜂鳴器發(fā)出聲音，用示波器觀察其有源蜂鳴器輸出伴有音頻的信號，音頻輸出信號如圖5所示。整個調(diào)試過程遵循“從前級往后級，逐級調(diào)試”，實驗完成時候應(yīng)該“先斷電源再拆線”的原則。

(a)連接圖 (b)RC文氏電橋振蕩器輸出波形

圖5 音頻輸出信號

5 實驗總結(jié)

通過音頻信號發(fā)聲器設(shè)計性實驗之一的訓(xùn)練，使學(xué)生初步了解小電子產(chǎn)品設(shè)計與制作基本過程。提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性；加深了學(xué)生對常用電子儀器儀表及工具的應(yīng)用使學(xué)生熟悉了文氏電橋振蕩器的電路結(jié)構(gòu)、基本原理、起振條件、電路參數(shù)選擇、振蕩頻率設(shè)計、測試方法、噪聲等干擾的去除；培養(yǎng)了學(xué)生仿真在電路設(shè)計中不可或缺的意識、電子產(chǎn)品裝配和調(diào)試的基本方法以及分析解決問題、排除故障等實踐和創(chuàng)新的能力；增加了學(xué)生團隊合作意識。

[1]戴文雯.電工實驗教學(xué)用電安全分析與防范[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013，6(3)：75.

[2]付植桐，電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2010.143.

[3]Multisim在電子電路與單片機中的應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)，2008.77.

[4]黎海金，章能華，宋嘉寧.手工焊接對電烙鐵溫度的要求[J].電子工藝技術(shù)，2010，31(2)：101.

(責(zé)任編輯李平)

安徽省省級質(zhì)量工程特色專業(yè)(20101685)，電工電子省級示范實驗實訓(xùn)中心(20101687)。

2014-10-22

吳年祥(1984-)，男，漢，安徽安慶人，碩士，實驗師，主要研究方向為智能檢測與控制技術(shù)，實驗實訓(xùn)指導(dǎo)與實驗室管理。

TN 752

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