移相滤波电路

实验报告

课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩：

实验名称：移相滤波电路实验类型：电子电路实验同组学生姓名：

一、实验目的二、实验内容

三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析

五、实验总结

一、实验目的

1.有源和无源移相电路的设计；

2.滤波电路的设计；

A. 掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的

认识和理解；

B. 用仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响；

C. 根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波效

果，分析电路的频率特性；

D. 实现给定方波波形的分解和合成；

二、实验内容与原理

实验内容：

1. 利用无源和有源元件，设计一个幅值不变的0～180度相移电路；

2.从给定方波中分离出基波、一次谐波、三次谐波、五次谐波；

3将滤出的基波与高次谐波从新整合，并与原方波比较；

三、主要仪器设备

电路实验板、通用运算放大器、电阻电容等元器件、MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源。

四、实验数据记录、处理与分析

①【无源移相电路】

实验仿真：

无源移相电路如下所示，通过改变变阻器的大小即可改变移相的大小：

装订线

②【有源移相电路】

实验仿真

有源移相电路如下所示，通过改变变阻器的大小即可改变移相的大小：

装订

线

③【有源带通滤波电路】

基本电路如下所示：

（Ⅰ）基波

当取图中参数为：C=0.01μF，R1=20kΩ，R2=1.73（1.8）kΩ，R3=159（160）kΩ，该电路的中心频率

ω0=

RC

=1kHz。当出入的方波频率为1kHz时，输出即为该方波的基波成分。仿真如下：实验记录如下：

装订线

（Ⅱ）三次谐波

当取图中参数为：C=0.01μF，R1=6.63（6.8）kΩ，R2=0.58（0.56）kΩ，R3=53.1（56）kΩ。，该电路的中心频率ω0=

RC

=3kHz。当出入的方波频率为1kHz时，输出即为该方波的三次谐波成分。仿真如下：

实验记录如下：

装

订

线

分析：从傅里叶分解的式子中显然可以得出，三次谐波应该是正弦波。但是从仿真还是实验得出的三次谐波都与正弦波有一定的差距。究其原因，关键还是在带通滤波器滤波效果上。从对三次谐波录波器

电路的傅里叶分析中，我们显然可以得到：除了在3k有一个最大值之外，在1k与5k处也有较小

的峰值。所以由此可知，实验与仿真得到的三次谐波都含有基波与五次谐波的含量，因此其波形与

正弦波有一定的差距。因此要做出较完美的三次谐波，必须从滤波器的效果入手。

（Ⅱ）五次谐波

当取图中参数为：C=0.01μF，R1=3.98（3.9）kΩ，R2=0.35（0.36）kΩ，R3=31.83（33）kΩ。该电路=5kHz。当出入的方波频率为1kHz时，输出即为该方波的五次谐波成分。仿真如下：的中心频率ω0=

RC

装

订

线

分析：从傅里叶分解的式子中显然可以得出，五次谐波应该是正弦波。但是从仿真还是实验得出的五次谐波都与正弦波有一定的差距。究其原因，关键还是在带通滤波器滤波效果上。从对三次谐波录波器

电路的傅里叶分析中，我们显然可以得到：除了在5k有一个最大值之外，在1k、3k与7k处也有

较小的峰值。所以由此可知，实验与仿真得到的五次谐波都含有这些频率的成分，因此其波形与正

弦波有一定的差距。

实验记录如下：

装订线④【波形整合】

当使用U=1V，f=1KHz的方波电压信号源输出，将三个带通滤波器的输出连接到加法器的输入端，即可将由带通滤波器提取的基波、三次谐波、五次谐波再次整合，并与原方波比较。

仿真如下：

由电路的交流分析可知，当方波频率为1kHz、3kHz、5kHz时，电压经过整合后有最大值。交流仿真如下页所示。

装订

线

当然也可以通过傅里叶分析，仿真如下所示：

实验记录如下：

波形整合优化方法：

装订线1、最直接的就是增加高次谐波的数量。因为由方波的傅里叶展开我们可以清楚的知道方波应该是基波与无数个高次谐波的叠加，所以增加高次谐波的个数显然可以优化波形；

2、在波形叠加前加入移相电路，使得叠加的谐波初始相位保持一致；

3、波形叠加前使用放大电路使得叠加的各个谐波电压之比尽量符合傅里叶分解的后的电压系数比。

具体方案如下：

)

7

sin

7

1

5

sin

5

1

3

sin

3

1

(sin

4

)

(

t

t

t

t

h

x

fω

ω

ω

ω

π

+

+

+

=

以上式中可知，方波由一系列正弦波(奇函数)合成。这一系列正弦波振幅比为1:1/3:1/5:1/7……，并且它们的初相位为同相。

1.用李萨如图形反复调节各组移相器1KHz、3KHz、5KHz、7KHz正弦波同位相。

调节方法是示波器X轴输入1KHz正弦波：而Y轴输入1KHz、3KHz、5KHz、7KHz正弦波在示波器上显示如下波形时：

基波和各次谐波与参考信号相位差都为π时的利萨如图

此时，基波和各阶谐波初相位相同。

也可以用双踪示波器调节1KHz、3KHz、5KHz、7KHz正弦波初相位同相。

2.调节1KHz、3KHz、5KHz、7KHz正弦波振幅比为1:3

1

:5

1

:7

1

。

3.将1KHz、3KHz、5KHz、7KHz正弦波逐次输入加法器，观察合成波形变化，当然高次波谐波成分越多波形越好。

五、实验总结

1、总体来说，实验的结果较为理想，得到了预期的波形。但是由于电路没有采用移相电路，所以还是存在一定的误差。因为在理想情况下，产生的各次谐波是没有相移的，但是实际电路中，由于电路中各种电容的存在，谐波的相位还是有一定的移动，因此最好加入移相电路进行实验，能取得更好的效果。

2、电路在设计时所需要的阻值，电容值等元件不存在，采用的是与之大小相近的元件，会对最后的波形造成一定的偏差。

3、在实验中，带通滤波器Q值的设定也是一个关键，如果Q值过大，虽然可以避免噪声的干扰，但是电路会产生自激振荡，而Q值过小又会是干扰信号输入，所有要设计一个相对合理的值。