模电课程设计--三相正弦波振荡器.doc

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AuF1（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2k。f=1/(2RC*)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-度，要产生-60度的相角差，则根据=-arctanT。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：Gs=1-Ts1+Ts。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 =-2arctanT 。 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AF1（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2k。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A1；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-2n*arctanT，只要相移为360度的整数倍，都满足相位条件。解方程-2n*arctanT=-（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