移相电路原理

1 移相电路总结 multisim10 仿真 2012 7 2 原来是导师分配的一个小任务 由于书中没有现在的电路 故查找各方面资料 发现 资料繁多 故自己把认为重要的地方写下来 如有不足之处请多多指正 1 移相器 能够对波的相位进行调整的仪器 2 原理 接于电路中的电容和电感均有移相功能 电容的端电压落后于电流 90 度 电感的端电压超 前于电流 90 度 这就是电容电感移相的结果 先说电容移相 电容一通电 电路就给电容充电 一开始瞬间充电的电流为最大值 电压趋 于 0 随着电容充电量增加 电流渐而变小 电压渐而增加 至电容充电结束时 电容充电电流趋 于 0 电容端电压为电路的最大值 这样就完成了一个充电周期 如果取电容的端电压作为输出 即 可得到一个滞后于电流 90 度的称移相电压 电感因为有自感自动势总是阻碍电路中变量变化的特性 移相情形正好与电容相反 一接 通电路 一个周期开始时电感端电压最大 电流最小 一个周期结束时 端电压最小 电流量大 得 到的是一个电压超前 90 度的移相效果 3 基本原理 1 积分电路可用作移相电路 sin 0 1 sin cos 2 RC 移相电路原理 U 0 C C ui uo R R ui uo UR UC U I 图 1 简单的RC移相 其中第一个图 1 1 1 2 tan 1 此时 R 0 则 0 90 其中第二个图 2 1 1 1 2 tan 1 1 此时 R 0 则 90 0 而为了让输出电压有效值与输入电压有效值相等 1 U 2 U R R c d a C C 图2 幅值相等 2cbdbUUU 111 1 1 11 1 Rj RCj C UUU j RC RR j Cj C 2 1 2 1 2arctan 1 RC URC RC 其中 2 211 2 1 1 RC UUU RC 2 2arctan RC 4 改进后的移相电路 一般将 RC 与运放联系起来组成有源的移相电路 ui uo R1 C R R2 ui uo R1 C R R2 图 3 0 90 移相 图 4 270 360 移相 3 ui uo R1C R R2 ui uo R1CR R2 图 5 90 180 移相 图 6 180 270 移相 公式推导 RC tg CRk RCjCR U U jH UU UkU U RCj RCj U i o o i 1 1 1 222 222 由 wRCtg CRk RCj U U jH UU UkU U RCj U i o o i 222 1 1 1 1 由 以上移相电路分别包括了整个 360 的四个象限 在应用时还要注意其应用频率和元 件参数的关系 参数选得不同 移相的角度就会不同 一般说来 在靠近某移相电路的极 限移相角度附近 其元器件的选择是十分困难的 以上每个电路调节的范围都局限在 90 以内 要使其调节的范围增大 可以采用图 7 和图 8 的电路 图 7 图 8 电路的传递方程推导都比较麻烦 我们仅对图 7 电路进行了推导 并将推导 ui uo R1 C R R2 ui uo R1R2 C R 图 7 0 180 超前移相 图 6 0 180 滞后移相 4 的主要结果列出如下 222 222222 21 2 1k 1k 1 CR RCjCRCR U U jH UU UUkUU RR R U U RCj RCj U i o OiOi i 由 另外 可将各移相电路级联 组成 0 360 度移相电路 5 multisim10 仿真 C1 10nF V1 10 Vrms 50 Hz 0 XSC1 ABCD G T 3 1 R1 1M Key A 55 0 图 9 RC 原理图及仿真结果 5 V1 10 Vrms 50 Hz 0 C1 10nF C2 10nF XSC1 A B Ext Trig 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 R 0 与 与 与 与 0 与 180与 与 R1 100k Key A 50 R2 100k Key A 50 3 0 2 1 图 10 仅相移 幅值不变 6 U1A LM358AD 3 2 4 8 1 C1 10nF R3 100k Key A 50 V1 10 Vrms 50 Hz 0 VCC 12V VEE 12V XSC1 ABCD G T R1 22k R2 10k 4 VEE VCC 2 0 3 6 图 11 与运放组成的移相电路 7 6 设计电路 要求 信号源 1KHZ 幅值 2V 的正弦波 相移要求在 0 90 度范围 幅值不变 依据 原理图 8 取 R1 R2 10k C 10nf 当 R 16k 时 相移角度约为 90 度 故选取电位 器为 20k 若电位选的足够大 此电路可达到 180 度相移 U1A LM358AD 3 2 4 8 1 R1 10k R2 10k C1 10nF R 20k Key A 20 VCC 12V VEE 12V V1 2 Vrms 1kHz 0 XSC1 ABCD G T 4 1 VCC VEE 0 52 0 180 与 与 与 与 R1 R2 与 Ui Uo H jw 1 arctan 2arctan1