模电课程设计报告.docx

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模电课程设计报告

电气学院10级本科生

模电课程设计报告

课题：

三相正弦波振荡器

姓名：

班级：

学号：

指导老师：

组员名称：

2013年1月10日

引言：

三相正弦波是实验室、教学等场合经常需要用到的信号。

通常情况下，可以通过变压器从电网获得，但在使用时很不方便，也不安全。

因此，研究三相正弦波电子振荡器是很有实际意义的。

一、课题名称：

频率为1kHz的三相正弦波振荡器

二、实验目的：

1、掌握一阶全通网络、滤波器、振荡电路、移

相电路的等模拟电路原理；

2、设计频率为1kHz的三相正弦波振荡器，获得三相波形。

三、任务与要求：

1、设计一个可产生三相正弦波的振荡电路；

2、使用multisim仿真并获得波形。

四、方案设想：

方案一：

由RC桥式正弦波振荡器生成正弦波,然后通过120度RC移相电路移相形成三相正弦波,之后用电压跟踪器放大功率，并用四通道示波器观察波形和幅值。

方案二：

用全通网络构成三相正弦波振荡器。

全通网络充当选频、移相的作用，再加入稳幅和滤波环节，即可完成三相的振荡。

方案三：

先由RC振荡电路产生单相正弦波振荡，在振荡至120度和240度时用施密特触发器分别触发第二相和第三相的正弦波，从而产生三相正弦波

五、方案比较：

方案一原理简单，使用的电子元件少，成本较低，易于实现。

方案二中的全通网络可以产生奇相和偶相正弦波信号，电路较可靠，但设计比较复杂，使用运放较多，成本高。

方案三思路清晰，但要求数电与模电相结合。

最终，小组经过讨论决定进行方案一和方案二的仿真。

方案一可以简单快捷的产生1kHz的三相正弦波信号，达到题目要求，方案二可以熟悉全通网络、滤波器、振荡电路、移相电路的等模拟电路原理，达到锻炼的目的。

六、方案实施：

（一）方案一的实施

1、RC桥式正弦波振荡器（截图）

振荡电路必须包含放大电路，正反馈，选频网络，稳幅（非线性）四个环节。

起振条件是该电路的电压增益AuF>1（F为移相网络的增益，始终为1），稳定运行条件是AuF=1,且相移始终保持为2kπ。

f=1/（2RC*π）通过计算分别求出相应的RC，通过调节滑动变阻器使振荡生成正弦波。

（R5调至23%）

RC桥式正弦波振荡器产生的正弦波如下图：

2、RC桥式移相电路

一个RC二端口网络可改变的相角是０-９０度，要产生-60度的相角差，则根据

。

求出相应的RC，将两个二端口进行级联则可生成120度的相位差。

由于接入移相器后，电压有衰减，是增益不为1，所以在后面加了运算放大器。

为了得到较为准确的数据，开始的时候先用滑动变阻器进行调节，之后再通过计算，用相应的电阻带入。

3、整体的验证

测得交流分量为3.899V,直流分量不足1mV。

（二）方案二的实施

1、一阶全通网络原理

上图中的一阶全通网络的传输函数可以表示为：

。

其中T=RC,是网络时间常数，该网络在全频域有单位增益，相移为

。

通过设置参数，可使得1kHz的信号通过该一阶全通网络产生的相移为120度，因此，使用三个一阶全通器组成一个移相电路，可使得每相之间的相位差为120度，并且总相移位360度。

2、起振和稳幅电路

振荡电路必须包含起振和稳幅（非线性）环节。

起振条件是该电路的电压增益AF>1（F为移相网络的增益，始终为1），稳定运行条件是AF=1,且相移始终保持为2kπ。

上图为振荡电路的起振环节（同相比例放大），在信号幅值较小时，未达到二极管导通电压，因此，2个二极管截止，此时A>1；当经过一段时间振荡后，输出信号幅值达到二极管的导通电压，理想二极管情况下，二极管的导通电阻为0，此时A=1。

但考虑到二极管自身有导通电阻，因此这里二极管导通时A仍大于1。

所以，为使A=1，采用两个反相比例放大电路，用滑动变阻器作为其中的一个比例电阻，调节放大比例使得A精确的等于1，从而实现稳幅作用。

如下图所示。

3、多阶全通网络多频率振荡的问题

多阶全通网络会产生多频率振荡，原因如下：

n阶全通网络产生的相移为

，只要相移为360度的整数倍，都满足相位条件。

解方程

（其中n为一阶全通网络的阶数，k为整数）可得多个频率都满足振荡的相位条件。

但由于此题中只要求产生三相正弦波，n=3，所以可以求出满足方程的频率解f1=1kHz、f2=∞，所以不需要滤除高次谐波。

因此，可以直接将全通网络与振荡稳幅环节串联后构成闭环，如下图所示。

4、加入带通滤波的振荡电路

测量上图所示电路得交流分量为7.044V,直流分量为244.6mV，因此，需要设计一个带通滤波电路滤除直流分量和之前算得的∞的高频谐振分量。

同时，由于滤波电路会产生相移和幅值衰减，为保证AF=1的振荡条件，需要调整稳幅网络放大倍数，即调整R1，使稳幅电路、滤波电路、第一相移相电路的相角滞后120度，调整比例电阻R12,使得放大倍数为1。

5、总体调整

最后将电路总体合并，将全通网络、稳幅电路、滤波电路串联起来，适当调整其中的滑动变阻器，是电路产生三相正弦波的振荡，电路图和测试结果如下。

测得交流分量为7.26V,直流分量较滤波之前大大减小，为14.27mV。

七、参考文献：

1、成立杨建宁《模拟电子技术》；

2、严雪萍蒋彦《模拟电子技术实验教程》；

3、陈永真《全国大学生电子设计竞赛试题精解选》；

4、高吉祥《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》

八、心得体会：

为期一周的课程设计很快就结束了，在这一周里，我们的组员有争吵、有合作，最终共同完成了此次课程设计。

我们首先是选定课题，在设计之前，我们先经过小组讨论，选出觉得我们团队可以做出来的课题题目，最后我们选择了仿真三相正弦波振荡电路。

该电路涉及到运算放大器的使用，信号发生电路、滤波电路、移相电路等基本模拟电路模块，且实现方案较多，能充分锻炼个人能力。

在整个设计过程中，我们先确定大体的框架，之后选着相应学过的选电路，然后按照题目的要求求出相应的参数。

接着是电路设计与仿真部分。

按顺序将每一个结构分别进行调试（如果，之前算的参数不符要求，则用滑动变阻器重新调试后再将阻值带入），最后将各环节一次级联调试，级联后增益不满足要求，所以要加一个稳幅环节，稳幅环节的参数。

用滑动变阻器调节后得出的。

在设计过程中，为了更好地了解题目要求，制作流程，制作方案等我们还到图书馆借了相应的书籍进行参考。

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力过程曲折可谓一语难尽。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

在此，感谢于老师的细心指导，队员的相互配合，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！