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移相电路设计

发布时间:2025-07-28 21:48:26

『壹』 如何设计0度到180度的模拟移相电路

设计0度到180度的模拟移相电路的方法


1. 确定电路的基本结构。模拟移相电路通常由信号输入、移相器件、输出缓冲等部分组成。其中,移相器件是核心,它的性能决定了移相的范围和精度。


2. 选择适当的移相器件。可以选择矢量调制器、数字移相器或模拟移相器等,以满足0度到180度的移相需求。这些器件能够改变信号的相位,从而实现信号的移相。


3. 设计反馈和校准电路。为确保移相的准确性,需要设计反馈电路来监测移相后的信号相位,并通过校准电路进行微调,以确保相位精度。


4. 进行电路仿真和测试。完成电路设计后,需要进行仿真测试,验证电路的性能是否满足要求。这包括检查移相范围、精度、稳定性等指标。若测试结果满足要求,则可进行实际制作;否则,需要调整电路设计。


详细解释


1. 电路基本结构的设计:模拟移相电路的核心是移相器件,因此需要设计一个能够接收输入信号、处理信号并输出移相后信号的电路结构。其中,输入和输出部分需要确保信号的稳定性和完整性。


2. 移相器件的选择:移相器件是实现信号移相的关键。不同的移相器件具有不同的特性和性能,因此需要根据实际需求选择合适的器件。例如,矢量调制器可以实现较宽的移相范围,而数字移相器和模拟移相器则具有较高的精度。


3. 反馈和校准电路的重要性:即使选择了合适的移相器件,由于电路的不完美性和外部环境的影响,移相的精度可能会受到一定的影响。因此,设计反馈和校准电路是非常重要的,它们可以实时监测移相后的信号相位并进行微调,从而确保移相的精度。


4. 电路仿真和测试的必要性:实际制作前,通过仿真测试可以预先了解电路的性能,包括移相范围、精度、稳定性等。这有助于及时发现设计中的问题并进行调整,从而提高实际制作的成功率。


总的来说,设计0度到180度的模拟移相电路需要综合考虑电路结构、移相器件的选择、反馈和校准电路的设计以及电路的仿真和测试。通过合理的设计和优化,可以实现高性能的模拟移相电路。

『贰』 怎样设计精确移相90度的电路

这个移相信号必须是单一频率的,需要具体问题具体分析的,
一般的,通过阻容回电路答(至少二级)进行相移,用比较器截取,这个需要元器件有足够的精度;
另外,就是再生信号方式,即输出信号,不是输入信号的延续,但是相似与相关
如输入信号波形是正弦波的,通过锁相环及压控振荡器VCO,获得新的相位超前或滞后90°的正弦波,又比如占空比为50%的方波,通过四倍频后,再与原信号相与,即可获得90度移相的脉冲信号;

『叁』 电路分析(二)精确移相电路的设计举例

姓名:刘烁烁 ;学号:20181213904;学院:广州研究院

【嵌牛导读】移相电路怎么分析?

【嵌牛鼻子】电路、原理、公式

【嵌牛提问】移相电路的原理是什么,怎么分析它?

【嵌牛正文】分析、仿真和设计一个移相电路

移相电路就是对输入信号(一般是正弦波)进行相位控制,而不改变其幅度,本推文以移相电路为例,展示模拟电路的反馈设计技巧与方法:

一、全通滤波器实现移相

以上是两种移相电路 的原理,其输出幅度保持不变,移动的相位随R3和C而改变,在C和R3确定时其移相是arctan函数,非线性的,当WR3C较小时,近似线性arctan(x)=x,|x|<=0.5,仿真伯德特的相位如下:

上图可见,在WR3C较小时,是线性相移,即确定最最高频率Wmax后可以反向计算R3C<=0.5/Wmax,确定线性相移应用的时间常数R3C。

二、反馈控制设计举例

现在需要设计一个电路,实现输入频率在一定范围内变化、输入信号的初始相位变化时,输出信号始终超前输入信号90°,而输出信号幅度保持与输入信号幅度相同。这该如何实现?

应用前述的全通滤波器,好像有希望实现,关键是要能调整C与R3,而且要刚好调整到对输入信号移相90°,这是问题的关键。我们把问题细分一下:

1)如何改变C或R3?

2)  如何检测相位差?这其实就是要根据相位差来反馈控制C或R3的变化,可以采用模拟控制也可用数字控制方式。

先说1),改变C当然不能人去手动调节,要用电信号自动调节,首先想到的就是反向偏置的变容二极管,本推文我们不选择改变C,如果是改变R3那么如何做?当然不能用普通电位器了

,我们还是需要能电控改变阻值的东东:

a)不少人可能首先想到的是数字电位器,这个有些问题:首先太复杂,意味着你要使用单片机,而且数字电位器都是离散电阻值,假设一步对应100欧姆,1.5khz时需要900欧姆,刚好合适,而1.525khz输入频率,如果需要923.56欧,就完了,因为一步对应100欧姆的数字电位器只有900欧姆、1000欧姆,没有923.56欧姆,会影响控制精度,所以数字电位器不是最佳方案。那么你非要使用数字电位器又该怎么办?那也不是没有办法,只是精度差一些:比如,你可以参考PWM控制的思路,在20次控制中,1000*(20-x)/20+900*x/20=923.56,计算出x次选择900欧,剩下(20-x)选择1000欧。

b)还有就是选择JFET管,工作在可变电阻区,这是非常好的方案,只是要控制JFET的工作电压和扩展JFET的线性,下面详述

再说2),这里关键是需要一个鉴相器,来检测相位差,二极管鉴相器、二极管平衡环状鉴相器、乘法器....都可以做鉴相器,这里为了简单选择乘法器做鉴相器

先给出整体仿真电路和仿真实验结果:

下面看看反馈跟踪控制电路,其由鉴相器和JFET可变电阻构成:

1)鉴相器这里采用的是乘法器,把输出信号Asin(wt+Po)与输入信号Asin(wt+P1)相乘,sina*sinb=-0.5[cos(a+b)-cos(a-b)],当两者差90°时结果只有cos2wt 二倍频分量,无直流分量,而非90°相位差时,会有一个直流分量0.5*cos(Po-P1), 推文中使用一个一阶RC取出直流分量,然后对直流分量进行积分,这个积分器是必须的,其作用就是如果误差没有消除就不断增强调节作用,此处如果换成放大器就没有持续调节作用了,其实这就是PID控制中的积分环节,目的就是消除最终的稳态误差!此电路只是临时起意设计的,参数还没有优化计算。

2)JFET可变电阻

jFET的输出电流ID与VGS(栅源电压)、VDS(漏源电压)关系如下,可以推导出其输出导纳gDS

现在如下图所示,通过R3/R2引入对Vds信号的反馈,目的是减小JFET输出电阻的非线性,造成非线性的原因从上图的gDS公式可见其还是Vds的函数,因此我们的做法还是负反馈!引入对Vds信号的负反馈来抑制Vds对ID的影响!

失真补偿以后,失真度降为0.022%,这改善非常明显, 记住善于应用负反馈者,如果模拟电路世界的天下一分为四,你已得其一!是不是有点当年诸葛大神的隆中对三分天下的意思?

这种JFET低失真可变电阻很有用,例如下图的低失真系数的正弦波振荡器:

红色区域左下角的1:1运放就是为了隔离R8/R9/VR对R4的负载效应; TL071也是反馈控制中的积分环节,目的一样是消除稳态误差;D2/D3构成主要的信号幅度信息提取网络,采用半波整流电路取出正半周信号,通过积分器其实就是半波整流输出信号的平均直流分量,该分量与正弦波的幅度成比例:

二极管半波整流虽然简单而且不精确,但是和积分器搭配却是很常见的信号幅度提取与反馈控制的手段!

『肆』 移相器设计电路

移相器设计电路的关键在于构建一个能够在指定范围内实现相位移动的电路,以下是一个90度移相电路的设计思路

  1. 电路功能

    • 设计一个具有平坦频率特性的移相电路,能够实现90度的相位移动,并且相位移动范围可在0~180度内变化。这可以通过调整电路中的元件值来实现。
  2. 电路工作原理

    • 基本工作原理与“具有平坦频率特性的±90度的移相电路”相似,但关键在于改变相位的极性,以实现90度的相位移动。
    • 通过调整电路中的电阻和电容的值,可以改变相位角φ。在特定条件下,可以通过改变RO的值来调整相位角φ在60~120度的范围内变化。
  3. 相位可变范围的计算

    • 使用公式φ=2TAN的1次方来计算相位角φ,其中RX为可变电阻,R0为固定电阻。
    • 当RX=RO时,相位角φ为90度。通过调整RX的值,可以改变相位角φ在指定范围内变化。
  4. 电阻值的选择

    • 根据所需的相位变化范围,选择合适的电阻值。例如,若要使相位角φ在60~120度范围内变化,可以选择一个固定电阻R0和一个可变电阻RX来构成电路。
    • 根据计算,RX的最小值RMIN应小于或等于R0乘以A,而RX的最大值RMAX应大于或等于R0乘以A。其中,A=TAN。
  5. 电容器的误差与可变电阻的范围

    • 考虑到实际电容器C0可能存在误差,因此可变电阻的可变范围应稍大一些,以确保电路能够在指定的相位变化范围内稳定工作。

通过上述设计思路,可以构建一个具有平坦频率特性的90度移相电路,并且相位移动范围可在0~180度内变化。在实际应用中,还需根据具体需求进行进一步的优化和调整。

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