电路原理移相器实验设计原理.doc

电路原理综合实验报告 移相器的设计与测试 学生姓名： - 学生学号： - 院（系）： - 年级专业： - 指导教师： - 助理指导教师： - 摘摘 要要 线性时不变网络在正弦信号激励下，其响应电压、电流是与激励信号同频率 的正弦量，响应与频率的关系，即为频率特性。它可用相量形式的网络函数来表示。 在电气工程与电子工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得有一 定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出） 信号。这可通过调节电路元件参数来实现，通常是采用RC移相网络来实现的。 关键词 移相位，设计，测试。 目录目录 摘摘 要要 .13 ABSTRACT.II 第第1章章 方案设计与论证方案设计与论证 .2 1.1 RC串联电路.2 1.2 X型RC移相电路.2 1.3方案比较.2 第第2 2章章 理论计算理论计算 .2 2.1工作原理.2 2.2 电路参数设计.2 第第3 3章章 原理电路设计原理电路设计 .2 3.1 低端电路图设计（-45-90）.2 3.2 高端电路图设计（-90-120） 3.3 高端电路图设计（-120-150）.2 3.4 高端电路图设计（150180） 3.5 整体电路图设计.2 第第4 4章章 设计仿真设计仿真 .2 4.1 仿真软件使用.2 4.2 电路仿真.2 4.3 数据记录.2 第第5 5章章 实物测试实物测试 .2 5.1 仪器使用（电路板设计）.2 5.2 电路搭建（电路板制作）.2 5.3 数据记录（电路板安装）.2 第第6 6章章 结果分析结果分析 .2 6.1 结论分析.2 6.2 设计工作评估.2 6.3 体会.2 第第1章章 方案设计与论证方案设计与论证 1.1 RC串联电路 图1.1所示所示RC串联电路，设输入正弦信号，其相量，若电 容C为一定值，则有，如果R从零至无穷大变化，相位从到变化。 图1.1 RC串联电路及其相量图 另一种RC串联电路如图1.2所示。 图1.2RC串联电路及其相量图 同样，输出电压的大小及相位，在输入信号角频率一定时，它们随电路参数的 不同而改变。若电容C值不变，R从零至无穷大变化，则相位从到变化。 1.2 X型RC移相电路 当希望得到输出电压的有效值与输入电压有效值相等，而相对输入电压又有一 定相位差的输出电压时，通常是采用图1.3（a）所示X型RC移相电路来实现。为方 便分析，将原电路改画成图1.3（b）所示电路。 （a）X型型RC电路电路 （b）改画电路）改画电路 图1.3 X型RC移相电路及其改画电路 1.3方案比较 方案比较：（1）采用X形RC移相电路：当希望得到输入电压的有效值与输入电 压有效值相等，而相对输入电压又有一定相位差的输入电压时可以采用如下图一中 （a）的X形RC移相电路来实现。为方便分析，将原电路图改画成图一（b）所示电 路。 （2）RC串联电路一：顺时针看电容C是接在电阻R的前面，可知当信号源角频率 一定时，输出电压的有效值与相位均随电路元件参数的变化而不同。设电容C为一 定值，如果R从0到变化，则相位从90到0变化。 （3）RC串联电路二：顺时针看电容C是接在电阻R的后面的，同样，输出电压的 大小及相位，在输入信号角频率一定时，它们随电路参数的不同而改变。设电容C 值不变，如果R从0至变化，则相位从0到-90变化。 正确性：设计的方案和电路与要求相符合，都是正确合理的。 优良程度：方案优秀，各有特色。 有上述分析比较及论证可知应该选择第一种方案较好。 第第2 2章章 理论计算理论计算 2.1工作原理 线性时不变网络在正弦信号激励下，其响应电压、电流是与激励信号同频率的 正弦量，响应与频率的关系，即为频率特性。它可用相量形式的网络函数来表示。 在电气工程与电子工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得有一 定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出） 信号。这可通过调节电路元件参数来实现，通常是采用RC移相网络来实现的。 2.2 电路参数设计 X型RC移相电路输出电压为： 其中 结果说明，此X型RC移相电路的输出电压与输入电压大小相等，而当信号源角 频率一定时，输出电压的相位可通过改变电路的元件参数来调节。 设电阻R值一定，如果电容C值从11.4nF到3.16F变化时，则从-45至-180变 化，此时： 当C=11.4nF时，则=-45,输出电压与输入电压同相位 当C=3.16F时，则=-180，输出电压与输入电压相反。 当6.26nF= C =249F时，则在与-45与-180之间取值。 实验中，由式计算电容C的值，其中电阻R=2000，频率 为2.88 KHZ，计算如下： 当角度为-450 ， C1=11.4nF。 当角度为-90， C2=27.6nF。 当角度为-120， C3=47.8nF。 当角度为-150， C4=103.1nF。 当角度为-180， C5=3.16F。 当角度在-45-90时，C=11.4nF-27.6nF。 当角度在-90-120时, C=27.6nF-47.8nF。 当角度在-120-150时，C=47.8nF-103.1nF。 当角度在-150-180时，C=103.1nF-3.16F。可调电容的值C1=16.1nF C2=20.2nF, C3=55.2nF, C4=3315896.9nF. 第第3 3章章 原理电路设计原理电路设计 3.1 低端电路图设计（-45 -90） 3.2 高端电路图设计（-90-120 3.3高端电路图设计（-120-150） 3. 4高端电路图设计（-150180） 3.4.整体图 第4章 设计仿真 4.1 仿真软件使用 Multisim是一个完整的设计工具系统，提供了一个非常大的元件数据库，并提 供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL/Verilog设计接口与仿真功 能、FPGA/CPLD综合、RF设计能力和后处理功能，还可以进行从原理图到PCB布线工 具包(如:Electronics Worbench的Ultiboard)的无缝隙数据传输。它提供的单一易 用的图形输入接口可以满足您的设计需求。 Multisim提供全部先进的设计功能， 满足从参数到产品的设计要求。因为程序将原理图输入、仿真和可编程逻辑紧密集 成，您可以放心地进行设计工作，不必顾及不同供应商的应用程序之间传递数据时 经常出现的问题。 4.2 电路仿真 设计一个RC电路移相器，该移相器输入正弦信号源电压有效值V，频率 为2.88kHz，由信号源发生器提供。要求输出电压有效值V，输出电压相对于 输入电压的相移在-45至-180范围内连续可调。 设计计算元件值、确定元件，搭建线路、安装及测试输出电压的有效值及相对 输入电压的相移范围是否符合设计要求。 实验中连线接通后正确无误，数据结果截图如下： -45 到 -90 -90 到 -120 -120到-150 -150到-180 4.3 数据记录 项目 可调比 0% 可调电容或电阻值 （nF） 0000 理论计算值（） -44.840-89.935-119.939-149.994 波特仪测量值（） -44.846-89.939-119.944-156.813 波特仪测量误差（%） 0.0130.0040.0044.546 项目 可调比 50% 可调电容或电阻值 （nF） 8.0510.127.6157948.45 理论计算值（） -70.284-107.523-139.748-179.97 波特仪测量值（） -70.284-107.522-139.747-179.98 波特仪测量误差（%） 0.0000.0090.0070.005 项目 可调比 100% 可调电容或电阻值 （nF） 16.120.255.2315896.9 理论计算值（） -89.935-119.939-149.994-179.98 波特仪测量值（） -89.727-119.938-149.966-179.99 波特仪测量误差（%） 0.0230.0080.0180.005 第第5 5章章 实物测试实物测试 5.1 仪器使用（电路板设计） 电阻（136、377K）、滑动变阻器（136-377K）、示波器、波特仪 5.2 电路搭建（电路板制作） 按图3.4连接电路。 项目 0% 可调比 可调电容或电阻值 （nF） 0000 理论计算值（） -44.840-89.935-119.939-149.994 波特仪测量值（） -44.846-89.939-119.944-156.813 波特仪测量误差（%） 0.0130.0040.0044.546 项目 可调比 50% 可调电容或电阻值 （nF） 8.0510.127.6157948.45 理论计算值（） -70.284-107.523-139.748-179.97 波特仪测量值（） -70.284-107.522-139.747-179.98 波特仪测量误差（%） 0.0000.0090.0070.005 项目 可调比 100% 可调电容或电阻值 （nF） 16.120.255.2315896.9 理论计算值（） -89.935-119.939-149.994-179.98 波特仪测量值（） -89.727-119.938-149.966-179.99 波特仪测量误差（%） 0.0230.0080.0180.005 5.3 数据记录（电路板安装） 测试并记录数据如下表： 第第6 6章章 结果分析结果分析 6.1 结论分析 在实验的过程中，自己所设计的电路通过示波器观察时，可见两列波的振幅不 同，存在一定的差值，而通过老师的指导可知是自己的电压源的选择有误，如 果改为信号源，问题就可以顺利的解决。修改正确后实验并截图，由截图可知：在 示波器的截屏中可以看到两列波是同振幅的，只是存在相位差，为 ；而移相器的截图中有当频率为2.88 kHz时，为-180。 6.2 设计工作评估 分析：实验的误差较小，可以证明对于此次实验的设计与测试是正确的。而对 于误差的来源应该就是实验的系统