移相器设计

1移相器的设计学生姓名：学生学号：________院（系）：____________年级专业：_______________指导教师：_____二〇一二年十二月2目录移相器的设计................................................................................................................................................3第1章方案设计与论证..............................................................................................................................31.1无源移相器........................................................................................................................................31.2方案论证............................................................................................................................................4第2章理论计算..........................................................................................................................................42.1原理分析............................................................................................................................................42.2电路参数设计...................................................................................................................................7第3章原理电路设计..................................................................................................................................73.1低端电路图设计................................................................................................................................73.2高端电路图设计................................................................................................................................83.3可调电路图设计................................................................................................................................8第4章设计仿真..........................................................................................................................................84.1仿真软件使用....................................................................................................................................94.2电路仿真............................................................................................................................................94.3数据记录...........................................................................................................................................14第5章结果分析.........................................................................................................................................145.1结论分析...........................................................................................................................................145.2设计工作评估...................................................................................................................................145.3体会...................................................................................................................................................143移相器的设计第1章方案设计与论证1常见移相器1.1无源移相器1.1.1rcR150%C150%1改变阻值就可以改变阻抗，阻抗为容性。1.1.2rlR150%L150%1改变阻值就可以改变阻抗，阻抗为感性。1.1.3rlcR150%C150%L150%12改变任意元件都可以改变阻抗，其阻抗角范围很大，阻抗即可以是感性，也可以是容性。1.1.4lcC150%L150%4改变任意元件都可以改变阻抗，阻抗角只能是90度的倍数。1.1.5桥式RCR1R2C150%C250%7128可以不改变有效值，阻抗角为0～-180，为容性。改变两电容容值即可改变阻抗角。1.1.6桥式RLR1R2L150%L250%91212可以不改变有效值，阻抗角为0～180度，为感性。41.2方案论证1.2.1比较1.1.1和1.1.2都可以改变相位差，但同时也改变了有效值。1.1.3跟前2个功能一样，但结构复杂。1.1.4只能改变90度的相位，对于90度以内的，它无能为力，也可以改变有效值。1.1.5和1.1.6都不改变有效值，相位变化范围大。1.2.2确定本实验采用1.1.5方案，因为它的相位变化范围大，且不改变有效值。第2章理论计算2.1原理分析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。图8.1所示所示RC串联电路，设输入正弦信号，其相量.0110UUV，则输出信号电压：..12121arctan111()URUURcRjcRc其中输出电压有效值U2为：12211()UURc输出电压的相位为：21arctanRc由上两式可见，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。若电容C为一定值，则有，如果R从零至无穷大变化，相位从090到00变化。CR1U+_2U+_2U1U图8.1RC串联电路及其相量图另一种RC串联电路如图8.2所示。5CR1U+_2U+_2U1U图8.2RC串联电路及其相量图输入正弦信号电压.0110UUV，响应电压为：..12121arctan11()UjcUURCRcRjc（）其中输出电压有效值2U为：1221()UURC输出电压相位为：2arctanRC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00到090变化。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8.3（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8.3（b）所示电路。RRCCabcd1U2U+_+_1U2U+_RRcd+_aCC（a）X型RC电路（b）改画电路图8.3X型RC移相电路及其改画电路X型RC移相电路输出电压.2U为：...2cbdbUUU...11111111RjRCjCUUUjRCRRjCjC62121()2arctan1()RCURCRC其中221121()1()RCUUURC22arctan()RC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。若电容C值一定，当电阻R值从0至∞变化时，则从0至0180变化，当0R时，则020，输出电压.2U与输入电压.1U同相位。当R时，则02180，输出电压2U与输入信号电压.1U相反。当0R时，则2在与00与0180之间取值。2.1.1电路结构R125.45ΩR225.45ΩC11uFC21uFXSC1ABExtTrig++__+_XBP1INOUT2R3352kΩKey=A0%R4352kΩKey=A0%354V11Vrms2.59kHz0°102.1.2工作原理同时调节电容R3和R4，使R在最大阻值内变化，则由于22arctan()RC相位差也会在-45到-180内变化。72.2电路参数设计R1=R2=25.45ΩR3=R4=352kΩC1=C2=1uFU1=1V2.2.1设计原理用定值电阻与可变电阻串联，则这两个电阻总的最小阻值就是定值电阻的阻值。于是R就可以在25.45到352k之间变化，相位差也就可以在-45到-180之间变化，值得注意的是，相位差不能达到-180，但可以无限逼近它。2.2.2极限值的实现计算当相位差等于-179.99的时候的电阻值，以此电阻阻值为可变电阻最大阻值，当可变电阻阻值为最大时，相位差也就逼近-180了。2.2.3可调范围的实现求出R的最大值和最小值就可以确定可调范围，计算相位差为-45时R的容值，此阻值就是最小阻值，相位差为-180时R的阻值为最大值。第3章原理电路设计