《电路》课程教学资源（实验指导）实验15 移相器的设计与测试

实验15移相器的设计与测试 一、实验目的 1.加深对移相器电路的认识和理解。 2了解移相器电路的应用。 3.掌握移相器电路的设计方法。 4.掌握移相器电路的测试方法。 二、原理及说明 1.图2-15-1(a)RC串联电路，在正弦交流信号0的激励下，Ug与Uc保持有90的相 位差，如图2-15-1(b)所示。当阻值R改变时，相量0。的轨迹是一个半圆，U、0。与U。 三者形成一个直角三角形。R改变时，中也跟着变化，从而达到了移相的目的。 i=220y 入 -jxc (a) (b 图2-15-1 当固定时，若R从0变到∞，则相位差中从90°变化到0°。 由上述分析可知，以上电路的输出信号与输人信号之间存在相位差。当R的数值变化， 相位差也将发生变化。而且，由输出电压、电流的表示式还可以清楚地看出，其有效值也随 R的数值改变而变化 2.如果要求输出信号的有效值保持不变，而只想改变它的相位角，可采用图2-15-2()所示 的RC电路移相电路。 设图示电路的输入电压4()=√2 Jcosf,求输出电压4o()与4，()的相位差及 4o()的有效值。 由图2-15-2(a)可知 R Us(joRC) 1+joR C

实验 15 移相器的设计与测试 一、实验目的 1．加深对移相器电路的认识和理解。 2．了解移相器电路的应用。 3．掌握移相器电路的设计方法。 4．掌握移相器电路的测试方法。 二、原理及说明 1．图 2-15-1（a）RC 串联电路，在正弦交流信号 U  的激励下， UR  与 UC  保持有 900 的相 位差，如图 2-15-1（b）所示。当阻值 R 改变时，相量 UR  的轨迹是一个半圆， U  、UR  与 UC  三者形成一个直角三角形。R 改变时， 也跟着变化，从而达到了移相的目的。 （a） （b） 图 2-15-1 当ω固定时，若 R 从 0 变到∞，则相位差 从 90o 变化到 0 o。 由上述分析可知，以上电路的输出信号与输人信号之间存在相位差。当 R 的数值变化， 相位差也将发生变化。而且，由输出电压、电流的表示式还可以清楚地看出，其有效值也随 R 的数值改变而变化。 2．如果要求输出信号的有效值保持不变，而只想改变它的相位角，可采用图 2-15-2(a)所示 的 RC 电路移相电路。 设图示电路的输入电压 ( ) 2 cos u t U t S =  ，求输出电压 u (t) O 与 u (t) S 的相位差及 u (t) O 的有效值。 由图 2-15-2（a）可知 j R C U j R C j C R R U U S R S 1 1 1 1 1 1 ( ) 1    + = + =    UR US   2 1 =

=tn-u.-9-0.=t6d 5oRC40-gRO.号40w-2goRq-号40 2V1+(oRCT∠g'(oRC) 当R=0时，日=I80°：R1=∞时，B=0:R越大，输出电压Uo的初相角0越小。画出该 电路的相量图（当R为某一特定值时），如图2-15-2(b)所示。图中R0（为 U的初相角，0为U。的初相角) UR (a 6) 图2-15-2 由U6的表达式或相量图都可以看出，U。的有效值U6始终不变。 3.图2-15-3(a)所示电路中，设电路的输入电压4，()=√2Uc0so1,R中点接地 使R=C,求输出电压(0)、4,0、4，与输入电压,0的相位差及0 42()、4(t)、山，(t)的有效值。 因为R中点接地，所以 =0,=U20 0,=-20s=U24180 2C则审联支路抗ZR-=-4行，所、都超 又因为R= U,45,且h=h,Ur=c,则U2=h3=U4=U43

当 R1=0 时， =180º；R1= 时， =0º；R 越大，输出电压 UO 的初相角θ越小。画出该 电路的相量图(当 R 为某一特定值时)，如图 2-15-2（b）所示。图中 R1  R1  ，则   （  为 U0  的初相角，θ为 UO 的初相角）。 （a） （b） 图 2-15-2 由 UO 的表达式或相量图都可以看出， UO  的有效值 UO 始终不变。 3．图 2-15-3（a）所示电路中，设电路的输入电压 ( ) 2 cos u t U t S =  ， R0 中点接地， 使 C R  1 = ，求输出电压 ( ) 1 u t 、 ( ) 2 u t 、 ( ) 3 u t 、 ( ) 4 u t 与输入电压 u (t) S 的相位差及 ( ) 1 u t 、 ( ) 2 u t 、 ( ) 3 u t 、 ( ) 4 u t 的有效值。 因为 R0 中点接地，所以  = = 0 2 1 U 1 U S U  = − = 180 2 1 U 3 U S U 又因为 C R  1 = ，则串联支路阻抗  = − = 2  − 45 1 R C Z R  ，所以 1 I  、 2 I  都超前 U S  45º，且 I1＝I2，UR＝UC，则 U12＝U23＝U14＝U43。 UR  US  UC  R1 I  UC   R1 I    UR  U R1  R1 U     UO   UO   1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2(1 ) 1 ( ) (180 ) (180 2 ) 2 2 2 1 ( ) ( ) S o R R S S S S U j R C j R C U U U U U j R C j R C U U R C tg R C U tg R C R C tg R C           − − −  − = − = − = + + +  − = =  − =  +  º + _ UR  R1 R R + _ U S  UO  + - R1 U  a b c d

画出该电路的相量图如图2-15-3(b)所示。 0, 0 (a) 图2-15-3 从代数式和相量图，都可证明输出电压山，()、山，()、43(t)、4()的幅值相等， 彼此相位依次相差90°。 三、实验设备 表2-15-1 序号 名称 型号与规格数量 各注 低频信号发生 3 电阻、电客 DG21 4 可调电阻 DG21 数字万用表 6 GS-I组合仅表 四、实验任务 1.研究正弦稳态交流电路中电压相量之间的关系 (1)在电源关断的情况下，按图2-15-1(a)所示接线，其中电阻R为一盏220V、15W的 白炽灯，电容C为4μF (2)经指导教师检查线路无误后合上电源。测量U5、U与U的值，将测量数据记录于表 2-15-2中，并验证电压三角形关系。 表2-15-2 Us (V) Uk (V) le (v)

 = + = − = − = − = −90 2 2 1 2 10 21 1 12 U U R j Z U U U U U U U S S S          = + = − = − = = 90 2 ) 1 ( 2 1 4 10 41 1 14 U U j Z j C U U U U U U U S S S          画出该电路的相量图如图 2-15-3（b）所示。 （a） （b） 图 2-15-3 从代数式和相量图，都可证明输出电压 ( ) 1 u t 、 ( ) 2 u t 、 ( ) 3 u t 、 ( ) 4 u t 的幅值相等， 彼此相位依次相差 90o。 三、实验设备 表 2-15-1 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 双踪示波器 1 2 低频信号发生器 1 DG03 3 电阻、电容 1 DG21 4 可调电阻 DG21 5 数字万用表 1 6 GYS-Ⅰ组合仪表 四、实验任务 1．研究正弦稳态交流电路中电压相量之间的关系 （1）在电源关断的情况下，按图 2-15-1（a）所示接线，其中电阻 R 为一盏 220V、15W 的 白炽灯，电容 C 为 4µF。 （2）经指导教师检查线路无误后合上电源。测量 US、UR 与 UC的值，将测量数据记录于表 2-15-2 中，并验证电压三角形关系。 表 2-15-2 US（V） UR（V） UC（V） U1  U S  U3  U4  2 I  U12  U 43  U 23  U14  1 I  U2  R C U S  U1  U3  U2  U4  C R0 地 1 I  2 I  1 2 3 R 4

2.设计一移相器，已知移相器的输入电压s()的幅度为0.2V,频率为2KHz,要求移相器 的输出电压2(t)的幅度不变，输出电压相对于输人电压的相移为5°~180°范围内连续可调。 经安装后进行测试，其性能满足规定的要求。 3.设计一移相器，己知移相器的输入电压us()的幅度为0.2V,频率为2KHz,要求移相器 的输出电压4，(t)、u2(t)、3(t)、u4(t)的幅值相等，彼此相位依次相差90°。经安装后 进行测试，其性能满足规定的要求。 4.根据需要，设计其它的移相电路。 五、实验注意事项 在测试输出电压与输入电压之间的相位差时应注意公共端的选取。 六、预习思考题 1.如果选用图2-15-2()电路来满足移相要求，而此电路的输入电压与输出电压没有公共 端，在实验时用正弦信号发生器提供输入信号，如何用双踪示波器测试输出电压与输人电压 之间的相位差？ 2.能否设计出其他的移相电路？ 七、实验报告要求 1.确定元件参数（建议选用R为1KΩ）。 2.确定实验电路图。 3.写出设计计算过程。 4.安装与测试情况分析。 5.将实验电路的测试结果与设计计算结果加以比较，如果存在误差，分析误差产生的原因

2．设计一移相器，已知移相器的输入电压 uS(t)的幅度为 0.2V，频率为 2KHz，要求移相器 的输出电压 u2(t)的幅度不变，输出电压相对于输人电压的相移为 5 o～180o 范围内连续可调。 经安装后进行测试，其性能满足规定的要求。 3．设计一移相器，已知移相器的输入电压 uS(t)的幅度为 0.2V，频率为 2KHz，要求移相器 的输出电压 ( ) 1 u t 、 ( ) 2 u t 、 ( ) 3 u t 、 ( ) 4 u t 的幅值相等，彼此相位依次相差 90o。经安装后 进行测试，其性能满足规定的要求。 4．根据需要，设计其它的移相电路。 五、实验注意事项 在测试输出电压与输入电压之间的相位差时应注意公共端的选取。 六、预习思考题 l．如果选用图 2-15-2 (a)电路来满足移相要求，而此电路的输入电压与输出电压没有公共 端，在实验时用正弦信号发生器提供输入信号，如何用双踪示波器测试输出电压与输人电压 之间的相位差? 2．能否设计出其他的移相电路？ 七、实验报告要求 1．确定元件参数(建议选用 R 为 1KΩ)。 2．确定实验电路图。 3．写出设计计算过程。 4．安装与测试情况分析。 5．将实验电路的测试结果与设计计算结果加以比较，如果存在误差，分析误差产生的原因