实验十一RC移相电路与补偿分压电路.doc

实验十一 RC移相电路与补偿分压电路一、实验目的1 了解由RC组成的移相电路和补偿分压电路的工作原理。2 掌握RC移相电路和补偿分压电路的设计和调试方法。二、实验内容1 用示波器观察RC移相电路输入信号相位与输出信号相位关系的李沙育图形，测量移相相位差。2 用示波器观察补偿分压电路处于最佳补偿、过补偿和欠补偿状态的波形。三、实验仪器1 信号与系统实验箱 一台2 信号系统实验平台3 RC移相电路与补偿分压电路模块（DYT3000-66） 一块4 20MHz双踪示波器 一台5 连接线若干四、实验原理1. RC移相电路的工作原理和设计方法 工作原理图11-1为RC电路，图11-2为向量模型图。由图11-2可得 （式11-1）其模 （式11-2）相位差为 （式11-3）+U2RCU1图11-1+U2RU1图11-2uABCtj2Y2Ym图11-3 U2相对于U1超前的相位角由式11-1可知，U2与U1的相位差为正值，即输出电压超前输入电压。当固定时，若R从0变到，则相位差从90o变到0o。 设计方法根据设计要求，先选定电容值，再根据式11-3算出电阻值。如要求设计一个移相30o，工作频率为1KHz的RC移相电路，则根据式11-3得 （式11-4）取C0.047uF，代入10-4，得 调试方法在电路的输入端输入一正弦信号，用示波器的CH1观察U1，用示波器的CH2观察U2，这时U2相对于U1超前的相位角为。如图11-3所示。若这时不满足设计要求，可把电阻换为一个电位计和一个固定电阻串联，调节电位计RW的大小，可达到设计要求。RC移相电路的电路原理图如图11-4所示。图11-4 RC移相电路原理图2. 补偿分压电路的工作原理和设计方法 工作原理当用电子仪器测量较大幅度的信号时，仪器输入端必须使用分压器使信号衰减。由于仪器（或电路）的输入端存在输入电容或分布电容，电路的输入阻抗呈容性，使输入信号波形产生失真。信号频率越高，这种影响越明显。因此，在电路中必须加入补偿分压电路。图11-5所示电路，电阻R1与R2组成分压电路，电容C2为输入回路的输入电容（包括分布电容）。如果不考虑C2的影响，其输入电压与输出电压成一定的分压关系，分压系数为常数。但由于C2的存在，分压系数Ku就不再保持常数，随输入信号频率的变化而变化。为使图11-5电路的输出信号满足不失真且分压系数Ku保持常数的要求，在电路的R1两端并联一个电容C1来补偿C2的作用，这个电路称为补偿分压电路。当满足R1C1R2C2 （式11-5）时，可得到最佳补偿效果，即达到输出信号满足不失真和分压系数为常数的要求。如果不满足上述关系，则当R1C1R2C2时，称为过补偿，当R1C1R2C2时，称为欠补偿。C1C2R2R1图11-5 补偿分压电路 设计方法根据设计要求，先确定电阻值，再根据电路分布电容的大小，选择补偿电容。本实验中，由于信号的频率较低，示波器的分布电容不足以对电路产生明显的影响，为了达到实验目的，人为在输出端并联一电容C503，电路的分压比设定为100：1，通过可调电容进行电路补偿。补偿分压电路的电路原理图如图11-6所示。图11-6 补偿分压电路原理图 调试方法在电路的输入端输入方波信号，调节可调电容，使电路处于最佳补偿情况如图11-7所示，若C1太小或太大则出现欠补偿和过补偿情况分别如图11-8、11-9所示。图11-7 最佳补偿情况图图11-8 欠压补偿 图11-9 过补偿五、实验步骤本实验使用信号源单元和RC移相电路与补偿分压电路模块。1 熟悉RC移相电路与补偿分压电路的工作原理。接好电源线，将RC移相电路与补偿分压电路模块插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。2 RC移相电路的测试： 将信号源单元产生的VPP3V、f01KHz正弦波信号送入RC移相电路信号输入点SIN_IN。 示波器的CH1和CH2探头分别接SIN_IN和YIX_OUT，观察RC移相电路的输入和输出波形，测量U2相对于U1的相位差，记录相应的电路参数值。 将RC移相电路的输入和输出波形分别接示波器的X轴和Y轴，观察输入信号相位与输出信号相位关系的李沙育图形，测量U2相对于U1的相位差，记录相应的电路参数值。 调节电位计W201，改变移相电路的电路参数，重复上述实验步骤。3 补偿分压电路的测试： 将信号源单元产生的f016KHz方波信号送入补偿分压电路信号输入点SQU_IN。 调节可调电容，使电路分别处于最佳补偿、过补偿和欠补偿三种状态，用示波器观察三种状态下BUC_OUT的输出波形，并用电容表测出最佳补偿状态下的C1的值。六、输入、输出点参考说明1 输入点参考说明SIN_IN：RC移相电路正弦波信号输入点。SQU_IN：补偿分压电路方波信号输入点。2 输出点参考说明BUC_OUT：经补偿分压电路后的信号输出点。YIX_OUT：经RC移相电路后的正弦波信号输出点。七、实验思考题1 要使RC移相电路有较大的移相范围，电路应该满足哪些条件？2 补偿分压电路中，什么情况下示波器的分布电容会对信号的输出波形产生