RC移相电路实验报告

R C 移 相 电 路

１

[实验目的]

1.用电阻、电容组成移相电路，要求输出电压U 0的相位较输入电压U 1的相位落后π/4。

2.组成一个移相电路，要求输入、输出电压间的相位差Δφ在0～180°间可调。

[实验原理]

1.移相电路

（1）Δφ=-π/4移相电路。图1电路中，电阻与电容串联，由于电容两端电压的相位落后于电流的相位为π/2，而电阻两端电压和流过电阻的电流同相，可以算出输出电压Uo 与输入电压U i 间的相位差。

Δφ=-arctg （U R /U C ）=-arctg(R/Z C )=-arctg(ωCR) （1）

式中U 代表正弦波电压u 的有效值。

（2）Δφ在0至180°之间可调的移相电路，电路如图2（a ），图中R 1=R 2，R 可 调节。在AB 间输入电压u i ，在OD 间输

出电压u 0。图2（b ）给出各电压之间的相量关系。

图2 （a ） 图（b ）

[实验仪器]

Multisim7绿色汉化版

正弦波信号源、双踪示波器、滑动变阻器一个、电阻箱三个、电容二个

图1

R C 移 相 电 路

２

[实验内容、数据记录及处理]

1.用电阻、电容组成移相电路，要求输出电压U 0的相位较输入电压U 1的相位落后π/4。

由Δφ=-arctg （U R /U C ）=-arctg(R/Z C )=-arctg(ωCR)知，当信号源选择300Hz ，电阻选择100Ω时，

tan Δφ=tan(ωCR) Δφ=-π/4 ω=2πf

解得C=5.3μF

元件选择：信号发生器：f=300Hz,电阻R=100Ω,电容C=5.3μF.

【数据记录处理】

原理：利用光标法对两个图像进行相位差的选定与计算，比较分析计算值与理论值。

数据记录：

图3.仿真电路图 图4.示波器跟踪测量

图

R C 移 相 电 路

３

计算ΔT 的平均值：

= （0.8386+0.8386+0.8176+0.8176+0.8352）=0.82952ms

由f=300Hz 可以得到周期T= =3.333ms

利用ΔT/T 可以得到

ΔT/T=0.249

结论：通过电路连接不难的出输出电压U 0的相位较输入电压U 1的相位落后π/4

2.组成一个移相电路，要求输入、输出电压间的相位差Δφ在0～180°间可调。

相位差在0～180°间可调的电路，一组可供选取的数据为R 1=R 2=200Ω，f=700Hz,C=0.2μHz,以0作示 波器输入的地端，用CH 1，CH 2分别观察u i 及u 0波形。

以下5个图是改变了滑动变阻器的阻值得到的移相电路图用示波器追踪得到的相位图

a

U 1

U 2

图5.仿真电路图

R C 移 相 电 路

４

图（a ） 图（b ）

图（c ） 图（d ）

图（e ）

【数据记录处理】

wRC

U wRC

U wRC wRC jRC jwRC U jwC R R U jwC R jwC

U arctan 2arctan 2)

(1)(111111

112

21

112-∠=-∠++=

+-=+

-+=

即输出电压有效值为112

22)

(1)(1U U wRC wRC U =++=

输出电压相位为wRC arctan 22-∠=ϕ

以上结果说明，此X 形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。

R C 移 相 电 路

５

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： ①当R=0时，则02=ϕº,输出电压2U 与输入电压1U 同相位 ②当R=∞时，则1802-=ϕº，输出电压2U 与输入电压1U 相反。 ③当0< R <∞时，则2ϕ在与0º与180º之间取值。

结论：通过对图像的分析可以看出随着对滑动变阻器阻值的调整起到了移相的作用。组成一个移相电

路，满足了要求输入、输出电压间的相位差在0～180°间可调。

[实验分析及注意事项]

移相电路是利用了元件两端电压与流过它的电流间的相位关系来实现的。实际所用电感器及电容器都有损耗电阻。一般电容器的损耗电阻很小，标准电容箱的损耗电阻在低频时接近于零，可以不必考虑。而电感器的损耗电阻的影响一般是不能忽略的。我们测量到的电感器两端的电压值，实际上是电感与其损耗电阻上电压的矢量和，而不是纯电感两端的电压。此时，电感器上电压超前电流的相位差不再是π/2，而是要小于它。这一点，在用电感器组成移相电路时，必须注意。