模电课程设计报告--三相正弦波振荡电路.doc

引言：三相正弦波是实验室、教学等场合经常需要用到的信号。通常情况下，可以通过变压器从电网获得，但在使用时很不方便，也不安全。因此，研究三相正弦波电子振荡器是很有实际意义的。一、 课题名称：频率为1khz的三相正弦波振荡器二、 实验目的：1、掌握一阶全通网络、滤波器、振荡电路的原理；2、设计频率为1khz的三相正弦波振荡器，获得高精度的三相波形。三、 任务与要求 1、设计一个可产生三相正弦波的振荡电路； 2、使用multisim仿真并获得波形。四、 实验原理 （一）一阶全通网络上图中的一阶全通网络的传输函数可以表示为：。 其中t=rc,是网络时间常数，该网络在全频域有单位增益，相移为 。 通过设置参数，可使得1khz的信号通过该一阶全通网络产生的相移为120度，因此，使用三个一阶全通器组成一个移相电路，可使得每相之间的相位差为120度，并且总相移位360度。 三阶移相网络（输入信号频率为1khz）移相网络的波形 （二）起振和稳幅电路 振荡电路必须包含起振和稳幅（非线性）环节。起振条件是该电路的电压增益auf1（f为移相网络的增益，始终为1），稳定运行条件是auf=1,且相移始终保持为2k。上图为振荡电路的起振环节，在信号幅值较小时，未达到二极管导通电压，因此，2个二极管截止，此时auf1；当经过一段时间振荡后，输出信号幅值达到二极管的导通电压，理想二极管情况下，二极管的导通电阻为0，此时af=1。但考虑到二极管自身有导通电阻，因此这里二极管导通时af仍大于1（下面将阐述原因）。（三）低通滤波在计算过程中发现多阶全通网络会产生多频率振荡的问题。原因如下：n阶全通网络产生的相移为，只要相移为360度的整数倍，都满足相位条件。解方程（其中n为一阶全通网络的阶数，k为整数）可得多个频率都满足振荡的相位条件。因此为了去除高次谐波振荡而影响预期的波形，那么必须在环路中加上低通滤波环节（如上图）。但加上滤波电路之后，信号会产生衰减，因此前面的稳幅电路在稳定振荡之后au要大于1，这样才能保证整体af=1。另外，滤波电路还会产生相移，这样振荡电路就不满足相位条件，因此要进行相位补偿，把低通滤波电路和第一阶相移电路的整体相移设定为120度。仿真电路图如下图所示：波形如下图所示：（四）加入lc谐振环节的振荡电路在仿真过程中，出现了一系列问题。电路在振荡一段时间后会出现三相正弦波形，但是电路中还存在很大的交流成分，而且直流成分原来越大，最后将交流信号淹没。因此，要在电路中滤掉直流信号，起初在三相正弦振荡器的环路中加上lc谐振电路来滤波，在滤波的同时又不改变相移。加入lc谐振电路的电路图：波形如下图所示：（五）加入带通滤波的振荡电路通过分析波形可以发现，加入lc谐振电路在一定程度上可以限制直流成分，使得直流成分不至于很大，但稳定振荡之后波形中还是存在3.6v的直流成分，对波形还是产生了很大的影响。为了滤掉直流成分，还尝试在环路中加上变压器环节，但也达不到预定的目标。最后，尝试把低通滤波换成带通滤波（要进行相应的相位和增益补偿），仿真之后直流成分大大减小，取得了很好的效果。带通电路图：1khz的正弦波通过滤波器后幅值和相位的变化：通过波形分析：幅值基本不变