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1、自主设计型实验移相器和衰减器的设计及验证1.实验目的 1.了解移相器和衰减器的工作原理，特性及作用。 2.学会移相器的设计方法。 3.学会根据要求设计衰减器的方法。 4.将移相器和衰减器的各原件件理论值和实验值进行比较并分析原因。2.总体设计方案或技术路线 1.移相器的设计设计一个0至180度的移相电路，要求：输出信号的幅度不变，相位可在0到180度之间自由变化。 2.衰减器的设计设计一个0-30dB的衰减器，要求：1. 输出信号和输入信号的相位不变。2. 衰减器按10dB分挡。 3.验证设计方案1.验证移相器，每隔一段间距取一个相位，计算出理论值；将电阻R设为理论值，观察示波器中信号的相位变
2、化，与理论相位作比较，记录示波器图像及数据，分析结果。2.验证衰减器，将电阻调成理论计算阻值，计算信号衰减量，与理论值作比较，看是否符合理论衰减量。3.实验电路图 3.1移相器电路图1 X形RC移相电路图2实验电路其中接信号发生器端, 接示波器端，为了方便变化R采用变阻箱 3.2衰减器电路图3可调衰减器的理论电路图4实际电路图采用变阻箱代替多个电阻，简化实验电路图。4. 仪器设备名称、型号1.RIGOL示波器2.TFG2000信号发生器3.电感箱、电阻箱、电容箱4.VC97万用表5.交直流实验箱5.理论分析或仿真分析结果5.1移相器线性时不变网络在正弦信号激励下，起响应电压、电流是与激励信号同
3、频率的正弦量，影响与频率的关系，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。这可通过调节电路原件参数来实现，通常是采用RC移相网络来实现的。5.1.1实验原理图5 相位90度到0设输入正弦信号，其相量则输出信号电压：其中输出电压有效值U2为：输出电压的相位为：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90度到零度变化。 图6相位0到90度输入正弦
4、信号电压，响应电压为：其中输出电压有效值为：输出电压相位为：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。5.1.2 X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，通常是才采用X型RC移相电路（见图2）来实现。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。5.1.3理论值计算设电容C值一定，如果电阻R值从0到变化时，则从0至-180变化，由上面公式可得：当R=0时
5、，则,输出电压与输入电压同相位当R=时，则，输出电压与输入电压相反。当0 R 时，则在与0与-180之间取值。实验中，由式计算电阻R的值，其中电容C为0.01，=1V，频率为50KHz。可计算R，有：-10-45-90-135-170R/175.0828.420004828.422860.1 5.1.4 ORCAD仿真仿真电路图图7 Or CAD仿真图其中一组数据仿真结果图8 R为某一值的图当电阻R特别大时图9 R值特别大时的仿真图5.2衰减器 5.2.1实验原理 衰减器：是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。仅适用于50欧阻抗
6、衰减电路。衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是： 1.调整电路中信号的大小； 2.改善阻抗匹配。 通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的二端口网络，它的特性阻抗、衰减量都是与频率无关的常数，相移等于零。 实际应用中，有固定衰减器和可变衰减两大类。 常用的固定衰减器有T型、P型、桥T型（以上为对称型）和倒L型（不对称型）等几种结构，其电路形式和计算公式如后。 式中，Rc为二端口网络的特性阻抗（对称时），即输入输出阻抗，Rc1和Rc2两侧特性阻抗，分别为非对称衰减器的输入输出阻抗； N=10(A/20)，为输入电压与输出电压之比，A为衰减的分贝数。 5.2.2可变衰减器
7、可变衰减器，一般是指特性阻抗值恒定的，而它的衰减值是可变的衰减器，由桥T型衰减器构成比较方便。 这种电路的优点是，电路中只有两个可变化部分，而且Rc为固定电阻，可以避免因旋钮换档时，由于旋钮触点接触不良而引起电路中断现象。 电路如图3所示，其中 本次试验为600，已知信号发生器输出内阻为505.2.3理论值计算 1.10dB挡 2.20dB挡 3.30dB挡所以我们有如下表：衰减量/dB102030R1/1297.25400.018973.8R2/277.566.719.6理论Vpp(仿真)1.671V623mV193.4mV5.2.4 Or CAD仿真仿真电路图10 仿真电路仿真结果（其中一
8、个）图11 仿真结果由仿真可得理论衰减后的电压峰峰值，具体结果见上面表格6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录） 6.1移相器 1.按照学过的知识进行示波器的自检，并将示波器参数设置如下： 1）耦合：设置为直流耦合方式。 2）带宽限制：设为打开状态。 3）探头：设置为1。 4）档位调节为粗调，反相关闭。注意CH1 CH2设置均为上面要求。 2.信号发生器的设置 1）信号发生器内阻：50 2）将信号发生器A路频率调整为50KHz，波形选择正弦波，Vpp（峰峰值）设置为1V如下表信号发生器频率波形峰峰值内阻参数50KHz正弦波1V50 3.按照图2所示电路连接好电路图
9、，按下表调整两电阻阻值为上面理论计算值，观察示波器的图像并记录数据。其中根据公式 整理数据并计算可得下表：-10-45-90-135-170R/175.0828.42000.04828.422860.1时间差/us实验值0.552.454.957.559.40记录示波器测量结果和波形原始波形相位改变后波形信号发生器及电阻值示波器显示及波形（其中峰峰值，顶端值及底端值为移动后波形数据）2.衰减器 1.按上一实验设置示波器参数 2.连接电路图如4所示，其中，变阻为电阻箱实际衰减量 3.设置并记录信号发生器参数信号发生器频率波形峰峰值内阻参数1KHz正弦波10V50 4.按照理论值调节两电阻阻值，并
10、观察示波器显示记录各挡数据衰减量/dB102030R1/1297.2540018973.8R2/277.586.719.6理论Vpp1.671V623mV193.4mV示波器显示1.64V612mV183mV5.选择一个挡记录示波器数据及波形7.实验结论及现象分析7.1移相器1.利用X型RC移相电路可以实现信号相位的改变，同时此电路在改变相位的同时不改变信号幅值。2.当电路中电阻为特定电阻时，输出信号相位改变量与理论值基本一样。故所设计的移相电路达到预期要求。3.当电阻增大时，理论上信号幅值不发生改变，实际中略微减少。7.2衰减器1.当电阻值为给定值时对应衰减器各个挡，同时各挡衰减量实验值与理
11、论值基本一样。2.利用此衰减电路所构成的衰减器只改变信号幅值，不改变信号相位。故此衰减器达到实验预期目标。8.实验中出现的问题及解决对策1.移相器实验中信号不稳定，导致示波器中图像过粗，不易读数。图 左边未开带宽限制，右边打开带宽限制线路连接要尽量可靠，避免有松动现象，同时在示波器设置中应该打开带宽限制选项。2.衰减器实验中所需阻值没有定值电阻。用不同定值电阻组合构成所需电阻，但是由于电阻阻值并不是十分准确，故对实验结果造成一定的影响。3.实验中可读数变阻器数量不够。使用交直流实验箱上滑动变阻，用万用表测量以达到所需阻值。4.移相器实验中开始仅输出移相后的信号波形图，导致无法确定相位改变量。C
12、H1，CH2分别输入信号源信号，以及经过移相电路后的信号，通过示波器方便获得相位.9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议9.1收获与体会 自己设计的实验不会是非常完善的，无论是在数据上还是实验电路上可能出现一些没有想到的问题，这就需要我们不断地发现问题解决问题，完善自主设计实验。需要不断地去实践，有可能在实验过程中发现问题，然后需要查阅资料，向老师请教以解决问题，从而继续实验完成实验。 通过对于二端口移相电路和衰减电路的研究，加深了对这部分知识的理解。在实验过程中让我更加熟悉实验设备的用法，提高了对于信号发生器以及示波器的运用。9.2建议 1.实验增加一些现在没有的设备，仪器或者元
13、件，这样可以使我们在做自主设计性实验时可选择的内容更多。10参考文献1 哈尔滨工业大学电工基础教研室 电路理论基础（第三版）. 高等教育出版社 .20042 于建国 王松林. 电路实验教程. 高等教育出版社. 212-213. 20083 百度文库 http:/ 齐凤艳 电路实验教程. 机械工业出版社. 41-48. 2009.8原始数据记录1.移相器 信号发生器参数信号发生器频率波形峰峰值内阻参数50KHz正弦波1V50相位改变量-10-45-90-135-170R/175.0828.42000.04828.422860.1时间差/us实验值0.552.454.957.559.40原始波形相位改变后波形信号发生器及电阻值示波器显示及波形（其中峰峰值，顶端值及底端值为移动后波形数据）2.衰减器信号发生器参数信号发生器频率波
