1、攀枝花學(xué)院電路原理綜合實驗報告移相器的設(shè)計與測試 學(xué)生姓名： 譚坤 學(xué)生學(xué)號： 201110501046 院（系）： 電氣信息工程學(xué)院 年級專業(yè)： 2011級電子信息工程2班 指導(dǎo)教師： 陳大興 副教授 助理指導(dǎo)教師： 陳大興 副教授 二一二年十二月攀枝花學(xué)院電路原理實驗 摘要摘 要I線性時不變網(wǎng)絡(luò)在正弦信號激勵下，其響應(yīng)電壓、電流是與激勵信號同頻率的正弦量，響應(yīng)與頻率的關(guān)系，即為頻率特性。它可用相量形式的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來表示。在電氣工程與電子工程中，往往需要在某確定頻率正弦激勵信號作用下，獲得有一定幅值、輸出電壓相對于輸入電壓的相位差在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的響應(yīng)（輸出）信號。這可通過調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)

2、來實現(xiàn)，通常是采用RC移相網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。關(guān)鍵詞 移相位，設(shè)計，測試。攀枝花學(xué)院電路原理實驗 ABSTRACTABSTRACTWhen constant linear network in sine signal excitation voltage, current, the response is with the same frequency excitation signal, the sine response and frequency relations, namely for frequency characteristics. It is used phasor forms o

3、f network function to said. In electrical engineering and electronics engineering, it is often required in a sure frequency sine excitation signal functions under, obtains a certain output voltage amplitude, relative to the input voltage phase difference within the scope of certain and continuous tu

4、nable response (output) signals. This is achieved by regulating circuit device parameters to realize, usually with RC phase shifting network to realize.Keywords Move phase，design，test。II攀枝花學(xué)院電路原理實驗 移相器設(shè)計與測試目錄摘 要IABSTRACTII第1章 方案設(shè)計與論證51.1 RC串聯(lián)電路51.2 X型RC移相電路51.3方案比較6第2章 理論計算72.1工作原理72.2 電路參數(shù)設(shè)計7第3章 原理

5、電路設(shè)計93.1 低端電路圖設(shè)計（-45）93.2 高端電路圖設(shè)計（-180°）93.3 可調(diào)電路圖設(shè)計（-45°-180°）10第4章 設(shè)計仿真114.1 仿真軟件使用114.2 電路仿真114.2.1 可變電阻為0%時124.2.2 可變電阻為2%時134.2.3 可變電阻為6%時154.2.4 可變電阻為10%時174.2.5 可變電阻為100%時194.3 數(shù)據(jù)記錄20第5章 結(jié)果分析215.1 結(jié)論分析215.2 設(shè)計工作評估215.3 體會2121第1章 方案設(shè)計與論證1.1 RC串聯(lián)電路 圖1.1所示所示RC串聯(lián)電路，設(shè)輸入正弦信號，其相量，若電容C

6、為一定值，則有，如果R從零至無窮大變化，相位從到變化。 圖1.1 RC串聯(lián)電路及其相量圖另一種RC串聯(lián)電路如圖1.2所示。 圖1.2 RC串聯(lián)電路及其相量圖同樣，輸出電壓的大小及相位，在輸入信號角頻率一定時，它們隨電路參數(shù)的不同而改變。若電容C值不變，R從零至無窮大變化，則相位從到變化。1.2 X型RC移相電路當(dāng)希望得到輸出電壓的有效值與輸入電壓有效值相等，而相對輸入電壓又有一定相位差的輸出電壓時，通常是采用圖1.3（a）所示X型RC移相電路來實現(xiàn)。為方便分析，將原電路改畫成圖1.3（b）所示電路。 （a）X型RC電路 （b）改畫電路圖1.3 X型RC移相電路及其改畫電路1.3方案比較方案比較

7、：（1）采用X形RC移相電路：當(dāng)希望得到輸入電壓的有效值與輸入電壓有效值相等，而相對輸入電壓又有一定相位差的輸入電壓時可以采用如下圖一中（a）的X形RC移相電路來實現(xiàn)。為方便分析，將原電路圖改畫成圖一（b）所示電路。（2）RC串聯(lián)電路一：順時針看電容C是接在電阻R的前面，可知當(dāng)信號源角頻率一定時，輸出電壓的有效值與相位均隨電路元件參數(shù)的變化而不同。設(shè)電容C為一定值，如果R從0到變化，則相位從90º到0º變化。（3）RC串聯(lián)電路二：順時針看電容C是接在電阻R的后面的，同樣，輸出電壓的大小及相位，在輸入信號角頻率一定時，它們隨電路參數(shù)的不同而改變。設(shè)電容C值不變，如果R從0至變

8、化，則相位從0º到-90º變化。正確性：設(shè)計的方案和電路與要求相符合，都是正確合理的。優(yōu)良程度：方案優(yōu)秀，各有特色。有上述分析比較及論證可知應(yīng)該選擇第二種方案較好。第2章 理論計算2.1工作原理線性時不變網(wǎng)絡(luò)在正弦信號激勵下，其響應(yīng)電壓、電流是與激勵信號同頻率的正弦量，響應(yīng)與頻率的關(guān)系，即為頻率特性。它可用相量形式的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來表示。在電氣工程與電子工程中，往往需要在某確定頻率正弦激勵信號作用下，獲得有一定幅值、輸出電壓相對于輸入電壓的相位差在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的響應(yīng)（輸出）信號。這可通過調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)來實現(xiàn)，通常是采用RC移相網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。2.2 電路參數(shù)設(shè)計X型RC移相

9、電路輸出電壓為：其中結(jié)果說明，此X型RC移相電路的輸出電壓與輸入電壓大小相等，而當(dāng)信號源角頻率一定時，輸出電壓的相位可通過改變電路的元件參數(shù)來調(diào)節(jié)。設(shè)電容C值一定，如果電阻R值從0到變化時，則從0至-180º變化，此時：令電容為1nF，已知頻率為2.46k 因為 -180< <-45 且 22.5 << 89.9 << 代入 =1nF, =2.46kHz， =3.14 26.4 << 37.08 可變電阻=37.06第3章 原理電路設(shè)計3.1 低端電路圖設(shè)計（-45）運用X型RC電路，將設(shè)計好的低端電路參數(shù)R=26.8k，C=1nF代入

10、圖3-1 低端相位測試原理圖3.2 高端電路圖設(shè)計（-180°）運用X型電路，將設(shè)計好的高端電路參數(shù)R=37.08M,C=1nF代入圖3-2 高端相位測試原理圖3.3 可調(diào)電路圖設(shè)計（-45°-180°）運用X型電路，用低端時的電阻R=26.8k可變串聯(lián)一個阻值=37.06M 圖3-3 可調(diào)相位測試原理圖第4章 設(shè)計仿真4.1 仿真軟件使用Multisim是一個完整的設(shè)計工具系統(tǒng)，提供了一個非常大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數(shù)模Spice仿真功能、VHDL/Verilog設(shè)計接口與仿真功能、FPGA/CPLD綜合、RF設(shè)計能力和后處理功能，還可以進行

11、從原理圖到PCB布線工具包(如:Electronics Workbench的Ultiboard)的無縫隙數(shù)據(jù)傳輸。它提供的單一易用的圖形輸入接口可以滿足您的設(shè)計需求。 Multisim提供全部先進的設(shè)計功能，滿足從參數(shù)到產(chǎn)品的設(shè)計要求。因為程序?qū)⒃韴D輸入、仿真和可編程邏輯緊密集成，您可以放心地進行設(shè)計工作，不必顧及不同供應(yīng)商的應(yīng)用程序之間傳遞數(shù)據(jù)時經(jīng)常出現(xiàn)的問題。4.2 電路仿真設(shè)計一個RC電路移相器，該移相器輸入正弦信號源電壓有效值V，頻率為2.46kHz，由信號源發(fā)生器提供。要求輸出電壓有效值V，輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-180º至-45º范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。設(shè)計計

12、算元件值、確定元件，搭建線路、安裝及測試輸出電壓的有效值及相對輸入電壓的相移范圍是否符合設(shè)計要求。實驗中連線接通后正確無誤，數(shù)據(jù)結(jié)果電路圖如下： 圖4-1 可調(diào)相位測試原理圖4.2.1 可變電阻為0%時圖4-2 示波器所測相位時間差輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為0該兩個正弦波相位差時間=49.242us圖4-3 示波器所測相位周期輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45°到-180°可調(diào)比為0該兩個正弦波周期T=401.515us相位差=49.242/401.515*360º=44.15º圖4-4 波特圖所測相

13、位差圖4-5 波特圖所測相位差該電路設(shè)計的相頻特性如圖所示。在2.46kHz時移相-45.012°4.2.2 可變電阻為2%圖4-6 示波器所測相位時間差輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為2該兩個正弦波相位差時間=193.182us圖4-7 示波器所測相位周期輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為2該兩個正弦波周期T=405.303us 相位差=193.182/405.303*360º=171.6º圖4-8 波特圖所示相位差圖4-9 波特圖所示相位差該電路設(shè)計的相頻特性如圖所示。在

14、2.46kHz時移相-170.37º4.2.3 可變電阻為6%圖4-10 示波器所測相位時間差輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為6該兩個正弦波相位差時間=200.758us圖4-11 示波器所測相位周期輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為6該兩個正弦波周期T=409.091us 相位差=200.758/409.091*360º=176.7º圖4-12 波特圖所測相位差圖4-13 波特圖所測相位差該電路設(shè)計的相頻特性如圖所示。在2.46kHz時移相-176.707º4.2

15、.4 可變電阻為10%時圖4-14 示波器所測相位時間差輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為10該兩個正弦波相位差時間=200.758us圖4-15 示波器所測相位周期輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為10該兩個正弦波周期T=409.091us 相位差=200.758/409.091*360º=176.67º圖4-16 波特圖所測相位差圖4-17 波特圖所測相位差該電路設(shè)計的相頻特性如圖所示。在2.46kHz時移相-178.014º4.2.5 可變電阻為100%時圖4-18 示波

16、器所測相位時間差輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為100該兩個正弦波相位差時間=204.545us圖4-19 示波器所測相位周期輸出電壓相對于輸入電壓的相移在-45º到-180º可調(diào)比為100該兩個正弦波周期T=409.091us相位差=204.545/409.091*360º=179.999º圖4-20 波特圖所測相位差圖4-21 波特圖所測相位差該電路設(shè)計的相頻特性如圖所示。在2.46kHz時移相-179.84.3 數(shù)據(jù)記錄項目可調(diào)比可調(diào)電容或電阻值（M）理論計算值（°）示波器測量時間差t（s）示

17、波器測量周期T（s）波特儀測量值（°）示波器測量誤差（%）波特儀測量誤差（%）0%045.0049.242401.51545.010.190.032%0.741170.02193.182405.303170.370.930.216%2.224176.67200.758409.091176.710.020.0210%3.706 177.90200.758409.091178.010.700.06100%37.060179.80204.545409.091179.800.100.00第5章 結(jié)果分析5.1 結(jié)論分析線性時不變網(wǎng)絡(luò)在正弦信號激勵下，其響應(yīng)電壓、電流是與激勵信號同頻率的正弦量，響應(yīng)與頻率的關(guān)系，即為頻率特性。它可用相量形式的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來表示。在電氣工程與電子工程中，往往需要在某確定頻率正弦激勵信號作用下，獲得有一定幅值、輸出電壓相對于輸入電壓的相位差在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的響應(yīng)（輸出）信號。這可通過調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)來實現(xiàn)，通常是采用RC移相網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。 在實驗的過程中，自己所設(shè)計的電路通過示波器觀察時，可見兩列波的振幅不同，存在一定的差值，而通過老師的指導(dǎo)可知是自己的電壓源的選擇有誤，如果改為信號源，問題就可以順利的解決。修改正確后實驗并截圖，由截圖可知：在示波器的截屏中可以看到兩列波是同振幅的，只是存在相位差，為5.2 設(shè)計工作評估分析：實驗的誤差較小