移相电路原理及简单设计
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移相电路总结(multisim10仿真)2012、7、2
原来就是导师分配的一个小任务,由于书中没有现在的电路,故查找各方面资料,发现资料繁多,故自己把认为重要的地方写下来,如有不足之处请多多指正。
1、 移相器:能够对波的相位进行调整的仪器
2、 原理
接于电路中的电容与电感均有移相功能,电容的端电压落后于电流90度,电感的端电压超前于电流90度,这就就是电容电感移相的结果;
先说电容移相,电容一通电,电路就给电容充电,一开始瞬间充电的电流为最大值,电压趋于0,随着电容充电量增加,电流渐而变小,电压渐而增加,至电容充电结束时,电容充电电流趋于0,电容端电压为电路的最大值,这样就完成了一个充电周期,如果取电容的端电压作为输出,即可得到一个滞后于电流90度的称移相电压;
电感因为有自感自动势总就是阻碍电路中变量变化的特性,移相情形正好与电容相反,一接通电路,一个周期开始时电感端电压最大,电流最小,一个周期结束时,端电压最小,电流量大,得到的就是一个电压超前90度的移相效果;
3、 基本原理
(1)、积分电路可用作移相电路
(2)RC 移相电路原理
其中第一个图
此时,R:0→∞ ,则φ:
其中第二个图
此时,R:0→∞ ,则φ:
而为了让输出电压有效值与输入电压有效值相等
C
u i
u o
u i
u o
U I 图1 简单的RC 移相
U U
图2 幅值相等
.
..2cb db U U U =-
(111)
1
1111R j RC j C U U U j RC R R j C j C ωωωωω
-=-=+++
12arctan RC
ω=
∠-
其中
211
U U =
=
22arctan()RC ϕω=-
4、 改进后的移相电路
一般将RC 与运放联系起来组成有源的移相电路。
图3 0~90°移相 图4 270°~360°移相
公式推导
()RC
tg C R k RC j C R U U j H U U U k U U RC j RC j U i o
o
i
ωϕωωωωωω1
11222222=
⎪⎭
⎫
⎝⎛"++=
===+=-
+
-+
由 ()wRC
tg C R k RC
j U U j H U U
U k U U RC j U i o o
i
-=⎪⎭
⎫
⎝⎛"+-=
===+=-
+
-+
ϕωωωω2221111 由
以上移相电路分别包括了整个360°的四个象限,在应用时还要注意其应用频率与元件参数的关系,参数选得不同,移相的角度就会不同,一般说来,在靠近某移相电路的极限移相角度附近,其元器件的选择就是十分困难的。
以上每个电路调节的范围都局限在90°以内,要使其调节的范围增大,可以采用图7与图8的电路。
图7图8电路的传递方程推导都比较麻烦,我们仅对图7电路进行了推导,并将推导的主
图5 90°~180°移相 图6 180°~270°移相
图7 0~180°超前移相 图6 0~180°滞后移相
要结果列出如下:
()()
()
()
()222
2
2
2
2
2
2
2
1
2
1
k
1
k
1
C
R
RC
j
C
R
C
R
U
U
j
H
U
U
U
U
k
U
U
R
R
R
U
U
RC
j
RC
j
U
i
o
O
i
O
i
i
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
+
-
-
+
=
=
=
-
=
-
+
=
+
=
-
+
-
+
由
另外,可将各移相电路级联,组成0-360度移相电路。
5、multisim10仿真
C1
10nF
V1
10 Vrms
50 Hz
0°
XSC1
A
B
C
D
G
T
3
1
R1
1MΩ
Key=A
55%
图9 RC原理图及仿真结果
V1
10 Vrms
50 Hz
0°
C1
10nF
C2
10nF XSC1
A
B
E
x
t
T
r
i
g
+
+
_
_
+
_
输出电压有效值与输入电压有效值相等
R:0-无穷大 φ:0-(-180度)
R1
100kΩ
Key=A
50%
R2
100kΩ
Key=A
50%
3
2
1
图10 仅相移,幅值不变
U1A
LM358AD
3
2
4
81
C1
10nF
R3
100kΩ
Key=A
50%
V110 Vrms 50 Hz 0°
VCC
12V VEE -12V
XSC1
A
B C D G
T
R122kΩ
R210kΩ
4
VEE
VCC 20
36
图11 与运放组成的移相电路
6、设计电路
要求:信号源1KHZ,幅值2V的正弦波,相移要求在0-90度范围,幅值不变
依据:原理图8,取R1=R2=10k,C=10nf,当R=16k时,相移角度约为90度,故选取电位器为20k,若电位选的足够大,此电路可达到180度相移。
0~180°滞后移相
R1=R2 则Ui=Uo
|H(jw)|=1
arctanφ=π-2arctan1/wRc 若wRC=1,则φ=90°
1kHz信号,要求相移0度到90度
选定电容10nf,电位器20k(90度时16k)图12 电路图
图13 R=0欧时
图14 R=20k时
参考资料
(1)、对0---'360。
连续可调移相器的探讨河北省电力试验研究所刘润民1999年第6期河北电力技术
(2)、RC移相式振荡器的研究张清枝(新乡学院机电工程学院,河南新乡453003) 第28卷第2期
2009年3月许昌学院学报。