移相器设计

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1目录移相器的设计 (3)第1章方案设计与论证 (3)1.1无源移相器 (3)1.2方案论证 (4)第2章理论计算 (4)2.1原理分析 (4)2.2电路参数设计 (7)第3章原理电路设计 (7)3.1低端电路图设计 (7)3.2高端电路图设计 (8)3.3可调电路图设计 (8)第4章设计仿真 (8)4.1仿真软件使用 (9)4.2电路仿真 (9)4.3数据记录 (14)第5章结果分析 (14)5.1结论分析 (14)5.2设计工作评估 (14)5.3体会 (14)2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1.1.1 rc50%50%改变阻值就可以改变阻抗，阻抗为容性。

1.1.2 rl50%50%改变阻值就可以改变阻抗，阻抗为感性。

1.1.3 rlc50%50%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。

1.1.4 lc50%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RC50%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RL50%可以不改变有效值，阻抗角为0～180度，为感性。

341.2 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.0110U U V =∠，则输出信号电压：..211arctan1R U U RcR j c ωω==+其中输出电压有效值U2为：2U =输出电压的相位为：21arctanRc ϕω=∠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。

1U 2U _2U 1U ϕ图8.1 RC 串联电路及其相量图另一种RC 串联电路如图8.2所示。

51U 2U2U 1U ϕ图8.2RC 串联电路及其相量图输入正弦信号电压.0110U U V=∠，响应电压为：..211arctan 1j c U U RC R j c ωωω==-+（）其中输出电压有效值2U 为：2U =输出电压相位为：2arctan RC ϕω=∠-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。

R（a ）X 型RC 电路 （b ）改画电路图8.3 X 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：...2cb db U U U =- (111)11111R j RC j C U U U j RC R R j C j C ωωωωω-=-=+++612arctan RCω=∠-其中211U U ==22arctan()RC ϕω=-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020ϕ=，输出电压.2U与输入电压.1U 同相位。

当R =∞时，则02180ϕ=-，输出电压2U 与输入信号电压.1U相反。

当0R <<∞时，则2ϕ在与00与0180-之间取值。

2.1.1 电路结构2.1.2 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 ϕω=-相位差也会在-45到-180内变化。

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3.1 低端电路图设计45°7180°3.3 可调电路图设计45°～180°C21uFR450%第4章设计仿真894.1 仿真软件使用由于此软件功能强大，在此不一一介绍，只介绍与本实验相关功能。

4.1.1 打开软件，软件界面如下4.1.2 文件基本操作与Windows 常用的文件操作一样，Multisim9中也有：New--新建文件、Open--打开文件、Save--保存文件、Save As--另存文件、Print--打印文件、Print Setup--打印设置和Exit--退出等相关的文件操作。

以上这些操作可以在菜单栏File 子菜单下选择命令，也可以应用快捷键或工具栏的图标进行快捷操作。

4.1.3 元器件基本操作常用的元器件编辑功能有：90 Clockwise--顺时针旋转90︒、90 CounterCW--逆时针旋转90︒、Flip Horizontal--水平翻转、Flip Vertical--垂直翻转、Component Properties--元件属性等。

这些操作可以在菜单栏Edit 子菜单下选择命令，也可以应用快捷键进行快捷操作。

4.1.4 选择元器件在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。

在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，常用元器件库有13个：信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL 数字集成电路库、CMOS 数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件库、射频器件库、机电器件库等。

4.1.5 连接电路选择好元器件后放置在工作区，鼠标左键点击元器件端口就可以引出导线，然后再点击另一个元器件端口就可以连接这两个元器件。

最后应该使电路接地，不然无法仿真。

4.2 电路仿真4.2.1电路图：R125.45ΩR225.45ΩC11uFC21uFXSC1ABExtTrig++__+_XBP1INOUT2R3352kΩKey=A0%R4352kΩKey=A0%354V11 Vrms2.59kHz0°14.2.2 45度低相位周期：4.2.3 45度低相位相位差：104.2.4 45度低相位相频、幅频特性：4.2.5 180度高相位周期：4.2.6 180度高相位相位差：4.2.7 180度高相位相频、幅频特性：4.3 数据记录第5章结果分析5.1 结论分析X型移相器可以在不改变电压有效值的前提下改变电压相位，当然也可以改变有效值，它拥有1.1.1到1.1.4共同的特点。

电路的移相效果不是呈线性变化，随着R的增大，电压移相效果也越来越不明显，它与R的函数关系是22arctan()RCϕω=-实验结果验证了实验理论。

移相器没有改变电压的周期，也就是没有改变频率f。

5.2 设计工作评估本次设计经过粗略的理论计算（因为计算时只保留了3位小数），所以其结果误差应在1%以内。

但由于模拟软件与读数的误差，造成模拟实验结果误差有大于1%的情况。

波特图的读数误差比示波器小。

总的说来，此次设计虽然偶瑕疵，但也是一个较合格的设计。

5.3 体会电路实验是比较复杂的实验，需要精确的计算与正确的操作相结合。

其涵盖了高数与电学的重要部分，没有高数的基础，实验理论就无法得到。

没有电学基础，整个实验都无法实行。