实验三 移相器的设计与测试（设计实验）
一、 实验目的
1．学习设计移相器电路的方法。

2．掌握移相器电路的仿真测试方法。

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3．通过设计、搭接、安装及调试移相器，培养工程实践能力。

二、实验原理
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。

图8.1所示所示RC 串联电路，设输入正弦信号，其相量.
0110U U V =∠
，则输出信号
电压：
.
.
211
arctan
1R U U Rc R j c
ωω=
=
+
其中输出电压有效值U2为：
2U =
输出电压的相位为：
21arctan
Rc ϕω=∠
由上两式可见，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。

若电容C 为一定值，则有，如果R 从零至无穷大变化，相位从0
90到0
0变化。

1
U 2
U _
2
U 1
U ϕ
图8.1 RC 串联电路及其相量图
另一种RC 串联电路如图8.2所示。

1
U 2
2
U 1
U ϕ
图8.2RC 串联电路及其相量图
输入正弦信号电压.
0110U U V
=∠
，响应电压为：
.
.211
arctan j c U U RC R j c ωωω=
=-+
（）
其中输出电压有效值2U 为：
2U =
输出电压相位为：
2arctan RC ϕω=∠-
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00到0
90-变化。

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8.3（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8.3（b ）所示电路。

R
（a ）X 型RC 电路 （b ）改画电路
图8.3 X 型RC 移相电路及其改画电路
X 型RC 移相电路输出电压.
2U
为：
.
..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=-
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。

若电容C 值一定，当电阻R 值从0至∞变化时，则从0至0180-变化，
当0R =时，则0
20ϕ=，输出电压.
2U
与输入电压.1U 同相位。

当R =∞时，则0
2180ϕ=-，输出电压2U 与输入信号电压.1U
相反。

当0R <<∞时，则2ϕ在与00与0180-之间取值。

三、实验内容
1．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U 1=1V ，频率为2kHz （按学号的最后两位数为你设计的移相电路的工作频率kHz ，如某同学的学号为
200810501052，其工作频率为52kHz ），由信号发生器提供。

要求输出电压有效值U 2=1V ，输出电压相对于输入电压的相移在45°至180°范围内连续可调。

2．设计计算元件值、确定元件，搭接线路、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满足设计要求。

3．当用信号发生器给移相器提供信号源，用示波器测试输出电压与输入的相位差及有效值时，如何设计测试电路，才能使示波器的输入端与信号源的输出端及被测电路有公共接地点，进行正常测试。

用合适的仪器测量出频率（幅频、相频）特性。

五、实验报告要求
1．写出主要设计计算过程。

2．将对制作的移相器测试结果与设计计算结果加以比较，计算误差，分析产生误差的原因。

3．简述对本实验的认识与体会（包括结果分析）。

格式如下：
第1章方案设计与论证
包含方案的比较，方案的正确性以及方案的优良性。

方案比较：有明确的比较——实现的方案至少两个以上，说明。

正确性：设计的方案和电路要求正确合理。

优良程度：方案优秀，或有特色。

并且对各方案有较充分的
在方案比较中，提出的方案只需用框图(即功能模块级)，并说明每一个方案所具有的特点，即方案具有的优点和缺点，然后说明本设计所采用的方案，以及为什么采用此方案。

设计的正确性和优良程度主要是对采用的方案进行评估。

在原理框图的基础上，应进行单元电路设计、说明。

将单元电路原理图剪贴到相应部分。

第2章理论计算
理论计算要求完整、淮确。

对方案论证与设计中的单元电路进行必要的分析计算。

标明每个元器件的参数指标（如电阻必须标明阻值及功率、电容必须标明容量及耐压）、选择依据，以及能否达到指标的评估。

对于定量测量系统，需要进行误差分配及误差分析，确保电路能达到设计指标要求。

第3章电路图
电路图要保证完整性，即系统中各部分电路完整。

电路图要规范、清晰、工整、合乎标准，最好用电路CAD软件绘制。

撰写报告时，第1章～第3章相关部分也可合起来写，至少单元电路图应插入到相关说明部分，最后还需附上一张或多张电路图构成的总图。

比较好的方法是方案分析与选择为一章，具体实现的各模块单元电路说明、分析与计算为一章，相应图表贴于合适位置，最后附上总图。

第4章调试、测试方法与数据
（1）调试方法：列出调试什么项目、怎么调。

必要时，应画出仪器仪表连接图，指明测试条件，即测试选择原则。

（2）测试方法：列出测什么项目、怎么测。

必要时，应画出仪器仪表连接图，指明测试条件，即测试选择原则。

（3）列出所用的测试仪器名称、型号规则、厂家名称(若可能的话)。

正确选择测试仪器是保证能得到可靠的测试结果的条件之一。

（4）测试数据：根据测试方法及测试项目进行测试，列表(必要时)记录测试结果。

测试数据力求反映整个工作范围。

第5章结果分析
根据设计要求及实际测量分析结果后的结论不可少。

并做出相应的结论。

必要时可列表进行，分析结果分析应包含对《设计报告》的评估、存在问题、产生问题的原因及解决办法。

六、设计、实验步骤的建议
1．建议采用X型RC移相电路。

2．建议电阻R值选用2（4、6、8）kΩ，确定电容取值范围。

3．确定测试线路图。

4．确定测试仪器及安装移相器所需器材。

5．安装与测试。

6．分析测试结果是否符合要求，若不符合，确定修正设计计算，或调整电路，重新测试，直至符合为止。

7．写出综合设计实验报告。

七、验收要求
每人一台设备。

当场演示给老师看当场将原始资料传给老师。

上交文件夹（仿真原文件、存放于word文档中的仿真电路及仿真测量截图），RAR压缩，命名
要求：移相电路设计-姓名-学号（后两位数），发到523060562@。