移相器的设计与测试报告,终极版,谭坤

攀枝花学院电路原理实验移相器设计与测试攀枝花学院电路原理综合实验报告移相器的设计与测试学生姓名：谭坤学生学号：201110501046院（系）：电气信息工程学院年级专业：2011级电子信息工程2班指导教师：陈大兴副教授助理指导教师：陈大兴副教授二〇一二年十二月攀枝花学院电路原理实验摘要I摘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。攀枝花学院电路原理实验ABSTRACTIIABSTRACTWhenconstantlinearnetworkinsinesignalexcitationvoltage,current,theresponseiswiththesamefrequencyexcitationsignal,thesineresponseandfrequencyrelations,namelyforfrequencycharacteristics.Itisusedphasorformsofnetworkfunctiontosaid.Inelectricalengineeringandelectronicsengineering,itisoftenrequiredinasurefrequencysineexcitationsignalfunctionsunder,obtainsacertainoutputvoltageamplitude,relativetotheinputvoltagephasedifferencewithinthescopeofcertainandcontinuoustunableresponse(output)signals.Thisisachievedbyregulatingcircuitdeviceparameterstorealize,usuallywithRCphaseshiftingnetworktorealize...KeywordsMovephase，design，test。攀枝花学院电路原理实验移相器设计与测试PAGE21目录TOC\o"1-3"\h\u20355摘要 I23804ABSTRACT II24325第1章方案设计与论证 5239981.1RC串联电路 516651.2X型RC移相电路 5171851.3方案比较 614203第2章理论计算 7120122.1工作原理 744932.2电路参数设计 731616第3章原理电路设计 95323.1低端电路图设计（-45） 9295013.2高端电路图设计（-180°） 9231733.3可调电路图设计（-45°～-180°） 1022542第4章设计仿真 11231074.1仿真软件使用 11257044.2电路仿真 11205094.2.1可变电阻为0%时 12310444.2.2可变电阻为2%时 13108764.2.3可变电阻为6%时 15205754.2.4可变电阻为10%时 17216454.2.5可变电阻为100%时 1916014.3数据记录 204500第5章结果分析 21117065.1结论分析 2118805.2设计工作评估 21304575.3体会 21第1章方案设计与论证1.1RC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1.1RC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。1.2X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RC电路（b）改画电路图1.3X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90º到0º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0º到-90º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二种方案较好。第2章理论计算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。设电容C值一定，如果电阻R值从0到∞变化时，则从0至-180º变化，此时：令电容为1nF，已知频率为2.46kΩ因为-180<<-45且22.5<<89.9<<代入=1nF,=2.46kHz，=3.1426.4<<37.08可变电阻=37.06第3章原理电路设计3.1低端电路图设计（-45）运用X型RC电路，将设计好的低端电路参数R=26.8kΩ，C=1nF代入图3-1低端相位测试原理图3.2高端电路图设计（-180°）运用X型电路，将设计好的高端电路参数R=37.08MΩ,C=1nF代入图3-2高端相位测试原理图3.3可调电路图设计（-45°～-180°）运用X型电路，用低端时的电阻R=26.8kΩ可变串联一个阻值=37.06MΩ图3-3可调相位测试原理图第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:ElectronicsWorkbench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2.46kHz，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-180º至-45º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，数据结果电路图如下：图4-1可调相位测试原理图4.2.1可变电阻为0%时图4-2示波器所测相位时间差输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为0％该两个正弦波相位差时间=49.242us图4-3示波器所测相位周期输出电压相对于输入电压的相移在-45°到-180°可调比为0％该两个正弦波周期T=401.515us相位差=49.242/401.515*360º=44.15º图4-4波特图所测相位差图4-5波特图所测相位差该电路设计的相频特性如图所示。在2.46kHz时移相-45.012°4.2.2可变电阻为2%图4-6示波器所测相位时间差输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为2％该两个正弦波相位差时间=193.182us图4-7示波器所测相位周期输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为2％该两个正弦波周期T=405.303us相位差=193.182/405.303*360º=171.6º图4-8波特图所示相位差图4-9波特图所示相位差该电路设计的相频特性如图所示。在2.46kHz时移相-170.37º4.2.3可变电阻为6%图4-10示波器所测相位时间差输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为6％该两个正弦波相位差时间=200.758us图4-11示波器所测相位周期输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为6％该两个正弦波周期T=409.091us相位差=200.758/409.091*360º=176.7º图4-12波特图所测相位差图4-13波特图所测相位差该电路设计的相频特性如图所示。在2.46kHz时移相-176.707º4.2.4可变电阻为10%时图4-14示波器所测相位时间差输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为10％该两个正弦波相位差时间=200.758us图4-15示波器所测相位周期输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为10％该两个正弦波周期T=409.091us相位差=200.758/409.091*360º=176.67º图4-16波特图所测相位差图4-17波特图所测相位差该电路设计的相频特性如图所示。在2.46kHz时移相-178.014º4.2.5可变电阻为100%时图4-18示波器所测相位时间差输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为100％该两个正弦波相位差时间=204.545us图4-19示波器所测相位周期输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为100％该两个正弦波周期T=409.091us相位差=204.545/409.091*360º=179.999º图4-20波特图所测相位差图4-21波特图所测相位差该电路设计的相频特性如图所示。在2.46kHz时移相-179.84.3数据记录项目可调比可调电容或电阻值（MΩ）理论计算值φ（°）示波器测量时间差Δt（μs）示波器测量周期T（μs）波特仪测量值φ（°）示波器测量误差（%）波特仪测量误差（%）0%045.0049.242401.51545.010.190.032%0.741170.02193.182405.303170.370.930.216%2.224176.67200.758409.091176.710.020.0210%3.706177.902