移相器的设计与测试报告最终完美破解版.docx
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移相器的设计与测试报告最终完美破解版
攀枝花学院电路原理综合实验报告
移相器的设计与测试
******
学生学号：
**********83
院（系）：
电气信息工程学院
年级专业：
2011级电子信息工程2班
指导教师：
陈大兴副教授
助理指导教师：
陈大兴副教授
二〇一二年十二月
摘要
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。
关键词移相位，设计，测试。
ABSTRACT
Whenconstantlinearnetworkinsinesignalexcitationvoltage,current,theresponseiswiththesamefrequencyexcitationsignal,thesineresponseandfrequencyrelations,namelyforfrequencycharacteristics.Itisusedphasorformsofnetworkfunctiontosaid.Inelectricalengineeringandelectronicsengineering,itisoftenrequiredinasurefrequencysineexcitationsignalfunctionsunder,obtainsacertainoutputvoltageamplitude,relativetotheinputvoltagephasedifferencewithinthescopeofcertainandcontinuoustunableresponse（output）signals.Thisisachievedbyregulatingcircuitdeviceparameterstorealize,usuallywithRCphaseshiftingnetworktorealize...
KeywordsMovephase，design，test。
第1章方案设计与论证
1.1RC串联电路
图1.1所示所示RC串联电路，设输入正弦信号，其相量
，若电容C为一定值，则有，如果R从零至无穷大变化，相位从
到
变化。
图1.1RC串联电路及其相量图
另一种RC串联电路如图1.2所示。
图1.2RC串联电路及其相量图
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
到
变化。
1.2X型RC移相电路
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1.3（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1.3（b）所示电路。
（a）X型RC电路（b）改画电路
图1.3X型RC移相电路及其改画电路
1.3方案比较
方案比较：
（1）采用X形RC移相电路：
当希望得到输入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入电压时可以采用如下图一中（a）的X形RC移相电路来实现。
为方便分析，将原电路图改画成图一（b）所示电路。
（2）RC串联电路一：
顺时针看电容C是接在电阻R的前面，可知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。
设电容C为一定值，如果R从0到∞变化，则相位从90º到0º变化。
（3）RC串联电路二：
顺时针看电容C是接在电阻R的后面的，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。
设电容C值不变，如果R从0至∞变化，则相位从0º到-90º变化。
正确性：
设计的方案和电路与要求相符合，都是正确合理的。
优良程度：
方案优秀，各有特色。
有上述分析比较及论证可知应该选择第二种方案较好。
第2章理论计算
2.1工作原理
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。
2.2电路参数设计
X型RC移相电路输出电压
为：
其中
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。
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：
令电容为1nF，已知频率为2.46kΩ
因为-180
<
<-45
且
22.5
<
<89.9
<
<
代入
=1nF,
=2.83kHz，
=3.14
26.4
<
<37.08
可变电阻
=37.06
第3章原理电路设计
3.1低端电路图设计（-45
）
运用X型RC电路，将设计好的低端电路参数R=26.8kΩ，C=1nF代入
图3-1低端相位测试原理图
3.2高端电路图设计（-180°）
运用X型电路，将设计好的高端电路参数R=37.08MΩ,C=1nF代入
图3-2高端相位测试原理图
3.3可调电路图设计（-45°～-180°）
运用X型电路，用低端时的电阻R=26.8kΩ可变串联一个阻值
=37.06MΩ
图3-3可调相位测试原理图
第4章设计仿真
4.1仿真软件使用
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4.2电路仿真
设计一个RC电路移相器，该移相器输入正弦信号源电压有效值
V，频率为2.46kHz，由信号源发生器提供。
要求输出电压有效值
V，输出电压相对于输入电压的相移在-180º至-45º范围内连续可调。
设计计算元件值、确定元件，搭建线路、安装及测试输出电压的有效值及相对输入电压的相移范围是否符合设计要求。
实验中连线接通后正确无误，数据结果电路图如下：
图4-1可调相位测试原理图
4.2.1可变电阻为0%时
图4-2示波器所测相位时间差
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为0％该两个正弦波相位差时间
=49.242us
图4-3示波器所测相位周期
输出电压相对于输入电压的相移在-45°到-180°可调比为0％该两个正弦波周期T=401.515us
相位差=49.242/401.515*360º=44.15º
图4-4波特图所测相位差
图4-5波特图所测相位差
该电路设计的相频特性如图所示。
在2.46kHz时移相-45.012°
4.2.2可变电阻为2%
图4-6示波器所测相位时间差
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为2％该两个正弦波相位差时间
=193.182us
图4-7示波器所测相位周期
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为2％该两个正弦波周期T=405.303us
相位差=193.182/405.303*360º=171.6º
图4-8波特图所示相位差
图4-9波特图所示相位差
该电路设计的相频特性如图所示。
在2.46kHz时移相-170.37º
4.2.3可变电阻为6%
图4-10示波器所测相位时间差
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为6％该两个正弦波相位差时间
=200.758us
图4-11示波器所测相位周期
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为6％该两个正弦波周期T=409.091us
相位差=200.758/409.091*360º=176.7º
图4-12波特图所测相位差
图4-13波特图所测相位差
该电路设计的相频特性如图所示。
在2.46kHz时移相-176.707º
4.2.4可变电阻为10%时
图4-14示波器所测相位时间差
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为10％该两个正弦波相位差时间
=200.758us
图4-15示波器所测相位周期
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为10％该两个正弦波周期T=409.091us
相位差=200.758/409.091*360º=176.67º
图4-16波特图所测相位差
图4-17波特图所测相位差
该电路设计的相频特性如图所示。
在2.46kHz时移相-178.014º
4.2.5可变电阻为100%时
图4-18示波器所测相位时间差
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为100％该两个正弦波相位差时间
=204.545us
图4-19示波器所测相位周期
输出电压相对于输入电压的相移在-45º到-180º可调比为100％该两个正弦波周期T=409.091us
相位差=204.545/409.091*360º=179.999º
图4-20波特图所测相位差
图4-21波特图所测相位差
该电路设计的相频特性如图所示。
在2.46kHz时移相-179.8
4.3数据记录
项目
可调比
可调电容或电阻值（MΩ）
理论计算值φ（°）
示波器测量时间差Δt
（μs）
示波器测量周期T
（μs）
波特仪测量值φ（°）
示波器测量误差（%）
波特仪测量误差（%）
0%
0
45.00
49.242
401.515
45.01
0.19
0.03
2%
0.741
170.02
193.182
405.303
170.37
0.93
0.21
6%
2.224
176.67
200.758
409.091
176.71
0.02
0.02
10%
3.706
177.90
200.758
409.091
178.01
0.70
0.06
100%
37.060
179.80
204.545
409.091
179.80
0.10
0.00
第5章结果分析
5.1结论分析
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。
在实验的过程中，自己所设计的电路通过示波器观察时，可见两列波的振幅不同，存在一定的差值，而通过老师的指导可知是自己的电压源
的选择有误，如果改为信号源，问题就可以顺利的解决。
修改正确后实验并截图，由截图可知：
在示波器的截屏中可以看到两列波是同振幅的，只是存在相位差，为
5.2设计工作评估
分析：
实验的误差较小，可以证明对于此次实验的设计与测试是正确的。
而对于误差的来源应该就是实验的系统误差及仪器的测量误差以及电路本身的不够完美。
5.3体会
通过此次电路实验，收获真的是很大，不只是学会了一些仪器的使用，如毫伏表，示波器等等，更重要的是在此次实验过程中，更好的培养了我们的具体实验的能力与对待工作的一种求真务实的态度。
培养了我们的观察能力、动手操做能力和独立思考能力。
非常感谢陈大兴教授对移相位知识的讲解，通过本次的设计实验我学习了很多关于实验设计的知识，这为以后做实验和毕业设计都打下了坚实的基础，相信以后肯定有更多的机会以这次的态度做设计实验的，这对我们都是大有裨益的。
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