模拟移相电路的设计
摘要
目前，随着航空、航天技术的发展以及军事上的需要，对相位的测量提出了一些新的要求，如更高的测量精度及更高的分辨能力。测量相位中最重要的部件之一就是移相器。另外，移相器是相控阵雷达中的关键部件，其性能的优劣直接影响相控雷达系统的性能。本次课题源于航空、航天技术的发展以及军事上的需要及地面雷达接收系统的需要，设计了一个模拟移相网络。
本文设计的模拟移相网络的基本要求是：一路输入信号经过模拟移相电路输出两路信号：一路是原信号经过电压跟随器输出的信号，另外一路是经过移相网络输出的信号（要求是在不同频率下输出相位连续可调的信号）。
按任务要求，在输入信号频率为5kHz、50kHz、、100kHz上，设计相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压幅度为5V。我们总体讨论了设计方案，使用RC阻容移相网络以及集成运放、电压跟随器等元器件设计模拟移相网络。并且提出了改进移相器性能的措施，对移相器部件进行仿真测试。
关键词：模拟移相器RC阻容移相网络集成运放电压跟随器
目录第一章引言
1.1课题研究背景
1.2模拟移相器的发展状况
1.3本课题的主要内容
第二章移相网络的基本原理
2.1基本移相原理
2.2移相网络的方案选取
2.3移相网络的性能指标
2.4移相网络的参数设计
第三章模拟移相网络的仿真优化
3.1Multisim仿真软件的介绍
3.2在Multisim环境下的仿真结果
第四章结论
第五章附图
第一章引言
1.1课题研究背景
电磁波在传输时，不仅幅度会发生变化，同时相位也要发生变化。衰减和
相移是代表同一复参数的幅度和相角的变化。但是由于历史发展的原因，衰减
测量的重要性较早的被人们认识并解决，所以常把衰减作为一个单项指标和测
量任务来看待。从上个世纪六十年代开始，随着对人造卫星、洲际导弹、航天
飞机等各种飞行器及对其他的目标进行监控的需求日益增强，并且为了在复杂
的环境中提取更多的信息，出现了控阵天线及加速器等较新技术，相移的测量（即相位测量）则迟至了这些新技术出现时才被重视。
移相器一般用于雷达系统、通讯系统、微波仪器和测量系统等方面，其中，最主要的是用于相控阵雷达和智能天线系统中。目前，随着航空、航天技术的
发展以及军事上的需要，对相位的测量提出了一些新要求如更高的测量精度及
更高的分辨能力。本次课题源于航空、航天技术的发展以及军事上的需要及地
面雷达接收系统需要存在相位差的两个同频信号，我们设计了一个移相网络。
一般地说，依据不同的定义方法移相器可分为不同的种类。根据控制方式的不同，移相器可分为模拟式移相器和数字式移相器。数字移相器相移量只能在一定范围内取某些特定值，数字移相器虽然可以用数字控制电路，与外电路的接口比较容易，但是模拟移相器可以实现360度范围内的无极扫描，有更高的移相精度，它多用在系统相位自动调整的场合和移相精度要求特别高的场合。而模拟式移相器是一种电压控制连续线性移相的微波器件移相器，它可以实现相位线性连续的变化。所以我们这里只设计模拟式移相器。它的技术指标主要有：工作频带、相移量、相移精度、插入损耗、插入损耗波动、电压驻波比、功率容量、移相器开关时间等。
当前微波移相器广泛应用，微波电控器件利用参数可电调的材料和器件组成的控制微波信号幅度或相位的器件。可电调的材料和器件主要有半导体二极管(如PIN管﹑变容管和肖特基管等)和铁氧体材料。控制信号幅度的器件有衰减器﹑调幅器﹑开关器和限幅器等﹔控制信号相位的有移相器和调相器等。PIN管具有不同的正反向特性﹐当它被反向偏置时可等效为小电容而近似开路﹐而在正向偏置时则可等效为可变电阻﹐若偏压增大﹐其阻值则减小。PIN管衰减器就是
利用这一特性工作的﹐从它的等效电路可见﹐当PIN管反偏置时﹐衰减器即相当于滤波器﹐可设计成几乎没有衰减﹐而PIN管正偏置时﹐衰减器为一电阻衰减器﹐改变偏压即可改变衰减。但是它在当系统负荷较重、并且有持续快速攀升趋势时，需要进行电压紧急态势分，注视运行工况将可能通过何种途径逼近电网负荷供应能力的临界点。负荷在高位快速攀升时，电源如何分担负荷增量，可以从运行模式的调峰特征去寻找预估线索。主力调峰电源与负荷中心之间，各联络线在潮流上涨逼近限值方面，往往步调上有差异，线路潮流骤增时，对可能首先跳闸的联络线，应该给予特殊的关注，因为其保护跳闸势必引起功率转移，使其它联络线相继跳闸，产生恶性连锁反应，可能导致系统瘫痪。
而阻容移相电路中，由于级间耦合电容的隔直流作用，使各级静态工作点彼此独立；一般级间耦合电容值比较小，对中频高频信号可视为短路，即能有效地传输交流信号，并且体积小，易集成，易操作。因此，我选用阻容移相电路设计模拟移相电路。
1.2 模拟移相器的发展状况
在20世纪50年代电可调移相器出现之前，所有的移相器都是机械的，非常不准确。到了50年代出现了用于相控阵扫描的铁氧体移相器。20世纪60年代中期，采用PIN二极管作为开关元件的移相器。80年代后随着微电子工艺技术的提高及各种微波毫米波系统分析手段的完善，还有相控阵雷达，通信，导弹制导，武器发展的需要，促进了移相器的发展，才出现了几种其他类型的移相器，其中有有源移相器和静磁波时延移相器。九十年代，随着集成电路的发展，国外开展MMIC 移相器的研究，MMIC移相器使用了90度混合耦合器直通端、耦合端与低损耗的电抗网络相接。混合耦合器另两端便形成了电路的输入和输出端。国外的研究较早，设备先进，工艺成熟，并有单片移相器的相关研究。国内也出现了微波、毫米波集成的电路，工作频率较高，带宽较宽，但是缺点是移相开关的速度较慢。
随着新材料和新工艺的不断出现，移相器将朝着高性能、小型化，低成本的方向发展。
1.3本课题的主要内容
整个系统主要研究硬件设计，设计模拟移相的简单电路，一路输入信号经过模拟移相电路输出两路信号：一路是原信号经过电压跟随器输出的信号，另外一
路是经过超前、滞后移相网络之后的信号（要求是不同频率下相位连续可调的信号）。要求输入信号频率5kHz 、50kHz 、、100kHz ；相移范围–600~600； 输出电压幅度5V 。并在Multisim 软件中仿真演示相位变化结果。
根据以上所述可以用一个移相器模型来表示，如下图：
图A.模拟移相电路模型
当Control 不发生改变时，理想的移相器应该是一个线性时不变系统，所以对任意的输入信号，时延应该是常数，即对任意的输入频率
，相位与频率成
线性关系。这对移相器工作在窄带条件下时比较容易实现，而宽带移相器中却不好实现。对于模拟移相器而言，其控制端Control 可以连续变化，从而实现对相移量的连续控制。
其中Control 采用对于Ur 和Uc 合成的相位变化的RC 阻容耦合，集成运放，电压跟随器等元器件设计出一个移相网络。
图B Control 流程框图 元器件的选取依据技术指标及相关关系选取参数。
输入电压
RC 阻容移相网络 RC 阻容移相网络
电压跟随器
电压跟随器
移相电位器
电压跟随器
电压跟随
器
输出电压
另外，设计的移相网络系统与理想系统的测试结果必然会有差别，但这不影响移相电路的工作。
第二章移相网络的基本原理
在一些试验研究中有时需要存在相位差的两个同频信号。移相器是控制信号相位变化的控制元件，所以人们通常采用移相网络来实现。由于模拟移相器可以实现360度范围内的无极扫描，有更高的移相精度，它多用在系统相位自动调整的场合和移相精度要求特别高的场合。而且模拟式移相器是一种电压控制连续线性移相的移相器，它可以实现相位线性连续的变化，所以我选定了此次课题设计一个模拟移相网络。
2.1基本移相原理
移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置，任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，这是早期模拟移相器的原理。移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。运用移相器规约敏感联络线的潮流，保障电压稳定性不因联络线连锁跳闸、相继退出而遭到破坏，可以明显提高电压稳定极限。其工作原理根据不同的构成而存在差异。如晶体管电路，可在输入端加入一个控制信号来控制移相大小；在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相；在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的。其中最简单的是我们选取的RC阻容移相电路，它是根据电阻R和电容C的分压相位不同，Ur和Uc合成的输出电压Uo 的相位随着Ur和Uc的变化而变化，从而产生相移。
在R-C串联电路中，若输入电压是正弦波，则在电路中各处的电压、电流都是正弦波。从相量图可以看出，输出电压相位超前输入电压相位一个φ角，如果输入电压大小不变，则当改变电源频率f或电路参数R或C时，φ角都将改变，而且相位轨迹是一个半圆。同理可以分析出，以电容电压作为输出电压时，输出电压相位滞后输入电压相位一个φ角,同时改变电源频率f或电路参数R或C时，φ角也都将改变。
图B用相量图表示了简单串联电路中电阻和电容两端的电压U R、U C和输入电压U的关系，值得注意的是：相量法的适用范围是正弦信号的稳态响应，并且在R、C的值都已固定的情况下，由于X c的值是频率的函数，因此，同一电路对于不同频率正弦信号的相量图表示并不相同。在这里，同样的移相电路对不
同频率信号的移相角度是不会相同的，设计中一定要针对特定的频率进行。频率从低到高连续变化时，相移从+90°到-90°之间的一段范围内连续变化。
上图中所示的相位移动角度分别为φ1=arctg （-ωRC ）和φ2=arctg （1/ωRC ）。 我们要将RC 移相电路与运放电路、移相电位器联系起来组成有源的移相电路。下图就是个典型的可调移相电路，它实际上就是图1中两个移相电路的选择叠加：在图B 两个移相电路之后各自增加了一个电压跟随器，然后用一个电位器和一个加法器进行选择相加。
如下图所示：
由于级间耦合电容的隔直作用，使各级静态工作点彼此独立，电压是经过R 和C 的分压得到的。
结合图1中得出的结论，在得到电路的传递函数后，当w=2πf 时，我们可以直接用j ω代替原传递函数中的s ，这样就得到用相量形式表示的传递函数或称传递方程。然后有理化分母，并分析传递方程的实部和虚部，从而就可以得到移相的角度，具体的移相角度应该是
φ = tg-1[(传递方程虚部)/(传递方程实部
)]
C
u i
u o
u i
u o
U 图C. 简单的RC 移相
图1 典型的有源RC 移相电路
再结合具体的R 、C 等参数的设计从而来实现输入信号频率5kHz 、50kHz 、、100kHz ， 输出电压幅度5V 时，相位在–60度~60度之间连续线性变化。
2.2移相器的方案选取
根据模拟移相网络的设计要求及其基本原理，我们初步设计了一个模拟移相
网络的原理图，如上图：
这就基本确定了设计方案。
此次移相网络选用了以运放为核心构成的模拟电路，A1、A2、A3、A4处使用电压跟随器，就是输出电压与输入电压是相同的，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。
在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲,提高输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。电压跟随器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。
电压跟随器常用作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。 （1）两块RC 串联电路分别是超前网络和滞后网络，如下图：
A3 A1
RP2
R2
Ui
Uo
Ur
Ua
A2 A4 Ub
Uc
R3
RP3
相位计算如下：
超前网络的相位： φ1=arctg （-ωRC ）
同理，得出滞后网络的相位： φ2=arctg （1/ωRC ）
（2）在超前网络和滞后网络中使用的运放器是电压跟随器，分别取电阻和电容上
的电压，并隔离期前后两部分电路，使其前后两部分互相不产生影响（这里指不产生不良影响）。
（3）A3运放器是电压跟随器，输入的电压与输出的电压同相。
（4）A4运放器构成同相放大电路，其电压倍数放大，但是输入与输出的电压同相。
（5）电路中间的可变电阻RP1是移相电位器。
（6）最后A 、B 端输出时采用的电位器RP2、RP3是输出电压幅度调节电位器。
2.3移相网络的性能指标
移相器的性能指标主要有：工作频带、相移量、相位误差、插入损耗、插损波动、电压驻波比、功率容量等。但是我们现在设计的模拟移相网络主要考虑其中最主要的性能指标：工作频带、相移量等。
1.工作频带
图3 超前网络 图4 滞后网络
()()
RC
tg C R k RC j C R U U j H U U U k U U RC j RC j U i o o
i
ω?ωωωωωω1112
22222=
++=
===+=-
+
-+
由
移相器工作频带是指移相器的技术指标下降到允许界限时的频带范围。移相工作频带大多是窄带的。
2.相移量
移相器是双口网络。相移量是指不同控制状态下的输出信号相对于输入信号的相位差。
3.相位误差
设计的测试系统必然会跟理想状态产生一定的误差。
由于电路本身带有电容元器件，这些元器件本身的参数在不理想的频率下会引起误差，不能像我们认为计算的那样精确，导致实际设计的电路图结果与理想的有偏差。
在移相器的仿真过程中由于元器件的本身的误差，或者是在测试过程中示波器显示的相位移动的相位差都会影响整个移相网络的性能。但是不影响整个模拟移相网络的正常工作。
2.4移相网络的参数设计
在图2原理图中，A，B两端为两个同频率的正弦信号。相位差是指这两个正弦信号的相位差。在这两条RC电路中，电阻的分压频率、相位完全相同，电容的分压也是一样。并且我们还要考虑电压跟随器A1的电压跟随特性。
（1）在电路图中，由于Ua与Ui，Ub与Uo相位相同，所以Ua与Ub的相位差就是Uo与Ui的相位差。
当RP1的滑动触电分别位于上下两个端点时，Uo等于Ur、Uc的值，这时相位差为大于90度或者小于90度，在R为可变电阻时，随着划片的滑动相位连续变化。
（2）当相位在负-60度~+60度变化时，要满足Uc=1.732Ur，因为Ur=IR，Uc=I/wC，所以，1.732R=1/Wc。我们依此来确定R和C的取值。可以确定一个电阻或着电容的值，依此关系确定另外一个值的大小。
（3）可变电阻R2、R3可以调节电压幅度大小，来确定电压的幅值，实现输出电压幅值为5V。
（4）电压的幅值放大倍数是有运放器及移相电位器来实现的。这里我们的电路需要的频率较高，所以选择运放器的型号为LM324AD（362hz~102khz）,该运
放器带有真差动输入的四运算放大器，可以工作在低到3.0V或者高到32V的电源下，输出信号幅度可调。低偏置电流最大为100nA，且输入端有静电保护功能。该器件价格便宜。我们这里的输入电压为5V，正好选用LM324运放器。
当输入的正弦波在给定频率5khz、50khz和100khz下变化时，由于电容的容抗1/wC变化比率为20倍，其中5khz和50khz变化率达到10倍，而50khz 到100khz变化率为2倍，所以我可以选用2个电容器，改变电阻的同时也改变电容，5khz的选用一个电容，其余的两个频率下选用同一个电容。此时，我选用一个单刀双掷开关控制电容的选取，并且保证在某一个电容值下，通过电位器来改变电阻R的取值。联合电阻R与电容C的取值，我制定了电容参数的选取表格，自主选取电容C的取值，来计算电阻R的取值，结果如下：
表1.电容参数的选择
由表1可以确定电阻R，根据C=1.732R此关系，可以选取电位器作为为可变电阻器10K欧姆。调节电位器可以取得需要的电阻。调节电位器可通过双刀三掷波段开关实现，同时选取电位器RP1=RP2=RP3=10K欧姆。为了保证运放器的电压放大倍数，保证输出电压的幅值，我选取R1=R2=10K欧姆。
因为A、B输出端的电压要求为5伏，所以我选取运放LM324的电源电压为5伏，此时正好符合Ua=Ui满足要求。输入的信号源采用正弦输入，输出端通过四踪示波器可以看出波形的变化。
由以上分析可以画出电路图（见附图）。
第三章模拟移相网络的仿真优化
3.1Multisim仿真软件的介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真
工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形
输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
我们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，通过Multisim和虚拟仪器技
术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim还可以实现单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。
NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。Multisim工作环境如下图：
图5.Multisim工作环境
界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。
1、菜单栏
菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。
菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如
Place，Simulation，Transfer以及Tool等。
2、工具栏
Multisim 2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。
顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation 工具栏。
1．Standard工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作，如下图所示：
2．Design工具栏作为设计工具栏是Multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：Component中的Multisim Master工具栏，Instrument工具栏。
（1）作为元器件（Component）工具栏中的一项，可以在Design工具栏中通过按钮来开关Multisim Master工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和Multisim元器件数据库中的分类相对应，通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从Multisim 的在线文档中获取。
这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮为例。通过这个按钮可以开关电源和信号源类的Sources工具。
4．Simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。
在NI Multisim软件中画出的电路图如附图。
3.2在Multisim环境下的仿真结果
（1）电路调试
根据移相网络的工作原理我们可以用按以下步骤调试设计出的电路。
A.对应输入信号的不同频率段，通过波段开关切换电容器，使其在为5khz 时选用10nf的电容，如电路图中开关J1、J3处于位置1，其他两个频率对应1nf 的电容，在电路图中开关J1、J3处于位置2。同时调节相应的可变电阻R1、R2、R3的值。
B.对于任意一个频率的正弦信号输入时，移相前Ui都要校准，如电路图中要调节电压跟随器UIC的可变电阻器的值。输入端要切换电容还要调节电位器选择合适的电阻值（这里包括所有的电位器）。尤其是R1的调节既要保证输出端电压相位差又要保证电压的幅值。
C．经过以上两步校正，移相网络可以正常使用了。
改变R1滑动触电的位置可以移相，并且达到-60度到+60度的相位移动，改变R7的值可以改变Ua;改变R6可以改变Ub。
移相网路的输入阻抗是两条串联RC电路的并联值。
（2）仿真结果
将信号源调为正弦波，输入信号频率为5kHz、50kHz、、100kHz，将四踪示波器的A、B端口分别接入电路图的A端（输入信号经过电压跟随器之后的输出的信号）和集成运放器A2的“+”端（经过滞后移相网络之后的输出的波形），运行此电路图。同时调节可变电阻器，观察波形，如图1所示：
图1 滞后网络输出的波形
图中红色线表示输入的信号经过电压跟随器后的波形；棕色的表示有相位滞后的电压输出波形。
将四踪示波器的A、B端口分别接入电路图的A端（输入信号经过电压跟随器之后的输出的信号）和集成运放器A1的“+”端（经过超前移相网络之后的输出的波形），运行此电路图。同时调节可变电阻器，观察波形，如图2所示：
图2 超前网络输出的波形
图中红色线表示输入的信号经过电压跟随器后的波形；蓝色表示有相位超前的电压的输出波形。
将四踪示波器的A、B端口分别接入电路图的A端（输入信号经过电压跟随器之后的输出的信号）和B端（经过移相网络之后的输出的波形），运行此电路图。同时调节可变电阻器，观察波形，如图3所示：
图3 输入端与输出端的波形（A和B端输出波形）图中红色线表示输入的信号经过电压跟随器后的波形；绿色的线表示最后输出的有相位移动从-60度到+60度的变化的波形。
将四踪示波器的A、B、C、D端口分别接入电路图的A端（输入信号经过电压跟随器之后的输出的信号）、B端（经过移相网络之后的输出的波形）和集成运放器A1的“+”端（经过超前移相网络之后的输出的波形）、集成运放器A2的“+”端（经过滞后移相网络之后的输出的波形），，运行此电路图。同时调节可变电阻器，观察波形，如图4所示：
图4 图1图2图3结合共同输出的波形图中红色线表示输入的信号经过电压跟随器后的波形；蓝色表示有相位超前的电压的输出波形；绿色的线表示最后输出的有相位移动从-60度到+60度的变化的波形；棕色的表示有相位滞后的电压输出波形。
第四章结论
本文设计的模拟移相网络能实现基本要求：一路输入信号经过模拟移相电路输出两路信号：一路是原信号经过电压跟随器输出的信号，另外一路是经过移相网络输出的信号（要求是在不同频率下输出相位连续可调的信号）。
（1）经校验可知，在以上设计达到了设计任务的要求，输入信号频率为5kHz时，在电容C为10nF时，调节可变电阻器在合适的值时，可以实现相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压可以调节到幅度为5V。输入信号频率为50kHz时，在电容C为1nF时，调节可变电阻器在合适的值时，可以实现相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压可以调节到幅度为5V。输入信号频率为100kHz时，在电容C为1nF时，调节可变电阻器在合适的值时，可以实现相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压可以调节到幅度为5V。分别使用示波器观察波形，在三个不同频率的要求下移相范
围均达标。
（2）根据以上设计移相网络的方法、原理，很容易设计出其他移相范围的电路图，比如改变参数可以设计-90度~+90度、加一级超前、滞后网络及射极跟随器、电压跟随器等元器件，可以设计180度范围的移相电路，以及0度~90度，0度~180度，-90度~0度，-180度~0度，更甚者0度~360度的移相网络。
第五章附图
结论
本文设计的模拟移相网络能实现基本要求：一路输入信号经过模拟移相电路输出两路信号：一路是原信号经过电压跟随器输出的信号，另外一路是经过移相网络输出的信号（要求是在不同频率下输出相位连续可调的信号）。
（1）经校验可知，在以上设计达到了设计任务的要求，输入信号频率为5kHz时，在电容C为10nF时，调节可变电阻器在合适的值时，可以实现相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压可以调节到幅度为5V。输入信号频率为50kHz时，在电容C为1nF时，调节可变电阻器在合适的值时，可以实现相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压可以调节到幅度为5V。输入信号频率为100kHz时，在电容C为1nF时，调节可变电阻器在合适的值时，可以实现相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压可以调节到幅度为5V。分别使用示波器观察波形，在三个不同频率的要求下移相范围均达标。
（2）根据以上设计移相网络的方法、原理，很容易设计出其他移相范围的电路图，比如改变参数可以设计-90度~+90度、加一级超前、滞后网络及射极跟随器、电压跟随器等元器件，可以设计180度范围的移相电路，以及0度~90度，0度~180度，-90度~0度，-180度~0度，更甚者0度~360度的移相网络。
实验一 单级阻容耦合放大器设计 一、设计任务书 1．已知条件 电源电压V cc =+12V,信号源U s =10mV,内阻R s =600Ω,负载R L =2k Ω。 2．主要技术指标 输入电阻R i >2k Ω,频率响应20Hz ～500kHz,输出电压U o ≥0.3V,输出电阻R O <5k Ω,电路工作稳定。 3．实验用仪器 双踪示波器一台，信号发生器一台，直流稳压电源一台，万用表一台。 二、电路设计 1．电路形式讨论 由于电压增益A V =U O /U S =30,采用一级放大电路即可，要求电路工作稳定，采用分压式电流负反馈偏置电路，输入电阻比较大和频率响应比较宽，引入一定的串联负反馈，电路如图。 2．具体电路设计 （1）静态工作点选择 I CQ =2mA,V BQ =3V （选择硅管） （2）晶体管的选择 78) (2 =+=L s i V R R R A β取100, U CEO >V CC =12V,I CM >2I CQ =4mA, P CM >I CQ V CC =24mW, f T >1.5βf H =75MHz 选择9014:U CEO >20V,I CM >100mA, P CM >300mW,f T >80MHz,Cb'c<2.5pF （3）元件参数的计算 R E =(V BQ -0.7)/I CQ ≈1.2k Ω I BQ =I CQ /β=20μA 则 Ω== k I V R BQ BQ B 15102，R B2=15k Ω Ω=-= k I V V R BQ BQ CC B 45101，取标称值47k Ω Ω≈++=k mA I mV r EQ be 6.1) (26) 1(300β, 取R F =10Ω.则Ω=++=k R r R F be i 16.2)1('β Ω==k R R R R i B B i 12.2////'21，取A V =40,
可程控移相电路设计 根据下图所示的电路原理框图，自行设计一可程控移相电路，要求最小移相角度不大于1o。(输入信号：正弦波，1kHz,V P-P=2V) (一)查阅A/D转换芯片TLC5510、随机存贮器6264、D/A转换芯片DAC0832的应用资料。 (二)查阅有关模拟信号移相电路的相关资料。 (三)自行设计实现本实验项目要求的实验电路图。 (四)自拟实验步骤和实验表格，测试所设计电路是否达到实验要求。 控制信号时序图（大概）
８位高速A/D转换器TLC5510的应用 摘要：TLC5510是美国德州仪器（TI）公司生产的８位半闪速结构模数转换器，它采用CMOS 工艺制造，可提供最小２０Msps的采样率。可广泛用于数字ＴＶ、医学图像、视频会议、高速数据转换以及ＱＡＭ解调器等方面。文中介绍了TLC5510的性能指标、引脚功能、内部结构和操作时序，给出了TLC5510的应用线路设计和参考电压的配置方法。 关键词：高速ＡＤ转换；数据采集；TLC5510 １概述 ＴＬＣ５５１０是美国ＴＩ公司生产的新型模数转换器件（ＡＤＣ），它是一种采用ＣＭＯＳ工艺制造的８位高阻抗并行Ａ／Ｄ芯片，能提供的最小采样率为２０ＭＳＰＳ。由于ＴＬＣ５５１０采用了半闪速结构及ＣＭＯＳ工艺，因而大大减少了器件中比较器的数量，而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。在推荐工作条件下，ＴＬＣ５５１０的功耗仅为１３０ｍＷ。由于ＴＬＣ５５１０不仅具有高速的Ａ／Ｄ转换功能，而且还带有内部采样保持电路，从而大大简化了外围电路的设计；同时，由于其内部带有了标准分压电阻，因而可以
从＋５Ｖ的电源获得２Ｖ满刻度的基准电压。ＴＬＣ５５１０可应用于数字ＴＶ、医学图像、视频会议、高速数据转换以及ＱＡＭ解调器等方面。 ２内部结构、引脚说明及工作原理 ２．１ＴＬＣ５５１０的引脚说明 ＴＬＣ５５１０为２４引脚、ＰＳＯＰ表贴封装形式（ＮＳ）。其引脚排列如图１所示。各引脚功能如下： ＡＧＮＤ：模拟信号地； ＡＮＡＬＯＧＩＮ：模拟信号输入端； ＣＬＫ：时钟输入端； ＤＧＮＤ：数字信号地； Ｄ１～Ｄ８：数据输出端口。Ｄ１为数据最低位，Ｄ８为最高位； ＯＥ：输出使能端。当ＯＥ为低时，Ｄ１～Ｄ８数据有效，当ＯＥ为高时，Ｄ１～Ｄ８为高阻抗； ＶＤＤＡ：模拟电路工作电源； ＶＤＤＤ：数字电路工作电源； ＲＥＦＴＳ：内部参考电压引出端之一，当使用内部电压分压器产生额定的２Ｖ基准电压时，此端短路至ＲＥＦＴ端； ＲＥＦＴ：参考电压引出端之二； ＲＥＦＢ：参考电压引出端之三； ＲＥＦＢＳ：内部参考电压引出端之四，当使用内部电压基准器产生额定的２Ｖ基准电压时，此端短路至ＲＥＦＢ端。
编号：SY-AQ-07677 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 本质安全型电气设备防爆原理Explosion proof principle of intrinsically safe electrical equipment
本质安全型电气设备防爆原理 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 本质安全型电气设备的防爆原理是：通过限制电气设备电路的各种参数，或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆，这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型（以下简称本安型）。采用本安电路的电气设备称为本质安全型电气设备。由于本安型电气设备的电路本身就是安全的，所产生的火花、电弧和热能都不能引燃周围环境爆炸性混合物，因此本安型电气设备不需要专门的防爆外壳，这样就可以缩小设备的体积和重量，简化设备的结构。同时，本安型电气设备的传输线可以用胶质线和裸线，可以节省大量电缆。因此，本安型电气设备具有安全可靠、结构简单、体积小、重量轻、造价低、制造维修方便等优点，是一种比较理想的防爆电气设备。但由于本安型电气设
模拟移相电路的设计 摘要 目前，随着航空、航天技术的发展以及军事上的需要，对相位的测量提出了一些新的要求，如更高的测量精度及更高的分辨能力。测量相位中最重要的部件之一就是移相器。另外，移相器是相控阵雷达中的关键部件，其性能的优劣直接影响相控雷达系统的性能。本次课题源于航空、航天技术的发展以及军事上的需要及地面雷达接收系统的需要，设计了一个模拟移相网络。 本文设计的模拟移相网络的基本要求是：一路输入信号经过模拟移相电路输出两路信号：一路是原信号经过电压跟随器输出的信号，另外一路是经过移相网络输出的信号（要求是在不同频率下输出相位连续可调的信号）。 按任务要求，在输入信号频率为5kHz、50kHz、、100kHz上，设计相移范围从–60度到+60度连续变化，并且输出电压幅度为5V。我们总体讨论了设计方案，使用RC阻容移相网络以及集成运放、电压跟随器等元器件设计模拟移相网络。并且提出了改进移相器性能的措施，对移相器部件进行仿真测试。 关键词：模拟移相器RC阻容移相网络集成运放电压跟随器
目录第一章引言 1.1课题研究背景 1.2模拟移相器的发展状况 1.3本课题的主要内容 第二章移相网络的基本原理 2.1基本移相原理 2.2移相网络的方案选取 2.3移相网络的性能指标 2.4移相网络的参数设计 第三章模拟移相网络的仿真优化 3.1Multisim仿真软件的介绍 3.2在Multisim环境下的仿真结果 第四章结论 第五章附图
第一章引言 1.1课题研究背景 电磁波在传输时，不仅幅度会发生变化，同时相位也要发生变化。衰减和 相移是代表同一复参数的幅度和相角的变化。但是由于历史发展的原因，衰减 测量的重要性较早的被人们认识并解决，所以常把衰减作为一个单项指标和测 量任务来看待。从上个世纪六十年代开始，随着对人造卫星、洲际导弹、航天 飞机等各种飞行器及对其他的目标进行监控的需求日益增强，并且为了在复杂 的环境中提取更多的信息，出现了控阵天线及加速器等较新技术，相移的测量（即相位测量）则迟至了这些新技术出现时才被重视。 移相器一般用于雷达系统、通讯系统、微波仪器和测量系统等方面，其中，最主要的是用于相控阵雷达和智能天线系统中。目前，随着航空、航天技术的 发展以及军事上的需要，对相位的测量提出了一些新要求如更高的测量精度及 更高的分辨能力。本次课题源于航空、航天技术的发展以及军事上的需要及地 面雷达接收系统需要存在相位差的两个同频信号，我们设计了一个移相网络。 一般地说，依据不同的定义方法移相器可分为不同的种类。根据控制方式的不同，移相器可分为模拟式移相器和数字式移相器。数字移相器相移量只能在一定范围内取某些特定值，数字移相器虽然可以用数字控制电路，与外电路的接口比较容易，但是模拟移相器可以实现360度范围内的无极扫描，有更高的移相精度，它多用在系统相位自动调整的场合和移相精度要求特别高的场合。而模拟式移相器是一种电压控制连续线性移相的微波器件移相器，它可以实现相位线性连续的变化。所以我们这里只设计模拟式移相器。它的技术指标主要有：工作频带、相移量、相移精度、插入损耗、插入损耗波动、电压驻波比、功率容量、移相器开关时间等。 当前微波移相器广泛应用，微波电控器件利用参数可电调的材料和器件组成的控制微波信号幅度或相位的器件。可电调的材料和器件主要有半导体二极管(如PIN管﹑变容管和肖特基管等)和铁氧体材料。控制信号幅度的器件有衰减器﹑调幅器﹑开关器和限幅器等﹔控制信号相位的有移相器和调相器等。PIN管具有不同的正反向特性﹐当它被反向偏置时可等效为小电容而近似开路﹐而在正向偏置时则可等效为可变电阻﹐若偏压增大﹐其阻值则减小。PIN管衰减器就是
移相电路总结（multisim10仿真）2012.7.2 原来是导师分配的一个小任务，由于书中没有现在的电路，故查找各方面资料，发现资料繁多，故自己把认为重要的地方写下来，如有不足之处请多多指正。 1、 移相器：能够对波的相位进行调整的仪器 2、 原理 接于电路中的电容和电感均有移相功能,电容的端电压落后于电流90度,电感的端电压超前于电流90度,这就是电容电感移相的结果; 先说电容移相,电容一通电,电路就给电容充电,一开始瞬间充电的电流为最大值,电压趋于0,随着电容充电量增加,电流渐而变小,电压渐而增加,至电容充电结束时,电容充电电流趋于0,电容端电压为电路的最大值,这样就完成了一个充电周期,如果取电容的端电压作为输出,即可得到一个滞后于电流90度的称移相电压; 电感因为有自感自动势总是阻碍电路中变量变化的特性,移相情形正好与电容相反,一接通电路,一个周期开始时电感端电压最大,电流最小,一个周期结束时,端电压最小,电流量大,得到的是一个电压超前90度的移相效果; 3、 基本原理 (1)、积分电路可用作移相电路 (2)RC 移相电路原理 其中第一个图 此时，R:0→∞ ,则φ： 其中第二个图 此时，R:0→∞ ,则φ： 而为了让输出电压有效值与输入电压有效值相等 C C u i u o R R u i u o φU R U C U I 图1 简单的RC 移相
1 U 2 U + _ R R c d +_a C C 图2 幅值相等 . ..2cb db U U U =- (111) 1 1111R j RC j C U U U j RC R R j C j C ωωωωω-=-=+++ 212 1()2arctan 1() RC U RC RC ωωω+= ∠-+ 其中 2211 2 1()1() RC U U U RC ωω+= =+ 22arctan()RC ?ω=- 4、 改进后的移相电路 一般将RC 与运放联系起来组成有源的移相电路。 u i u o R 1 C R R 2 u i u o R 1 C R R 2 图3 0~90°移相 图4 270°~360°移相
模拟电子技术课程设计任务书 一、课程设计的任务 通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。 二、课程设计的基本要求 1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。 2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。 3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。 4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。 5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。
三、课程设计任务 课题4 逻辑信号电平测试器的设计 （一）设计目的 1、学习逻辑信号电平测试器的设计方法； 2、掌握其各单元电路的设计与测试方法； 3、进一步熟悉电子线路系统的装调技术。 （二）设计要求和技术指标 在检修数字集成电路组成的设备时，经常需要使用万用表和示波器对电路中的故障部位的高低电平进行测量，以便分析故障原因。使用这些仪器能较准确地测出被测点信号电平的高低和被测信号的周期，但使用者必须一面用眼睛看着万用表的表盘或者示波器的屏幕，一面寻找测试点，因此使用起来很不方便。 本课题所设计的仪器采用声音来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平分别用不同声调的声音来表示，使用者无须分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。 1、技术指标： （1）测量范围：低电平<1V，高电平>3V； （2）用1.5KH Z的音响表示被测信号为高电平； （3）用500H Z的音响表示被测信号为低电平；
本质安全电路设计要求 发布时间：2009-8-26 16:21:16 阅读：935次 本质安全电路设计要求 本质安全型：是指电路、系统及设备在正常状态下和规定的故障状态下，产生的任何电火花或任何热效应都不能引起规定的爆炸混合物爆炸的电气设备。这个定义中的正常状态是指电气设备在设计规定条件下的正常工作（试验时在试验装置中产生的短路或断路视为正常状态）；故障状态是指在试电路，非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。这种设备的防爆原理，就是设法减小电路火花的能量及元件上的温度（其方法就是降低电源电压、减小电路电流，采用适当的电气元件及其参数），使其不能点燃矿井中爆炸混合物，达到防爆的目的。 由于这类设备产生的明火花不点燃爆炸性混合物，因此它的优点很多，体积小、重量轻，便于携带，而且安全程度高。 要使电路火花不点燃爆炸性混合物，那么这种电路就只能是弱电系统。因此，本质安全型电气系统和设备，主要是用于控制、通讯、信号、测量、和监视方面。 一、基本要求 本质安全电路应满足以下基本要求： 1．本安电路与非本安电路在同一隔爆外壳内布置时，最基本要求是分开布置。 为了保证本安型系统的安全，免受非本安系统的影响，要求分开布置是非常必要的。在产品设计和装配中，必须注意这个问题。然而，由于在隔爆外壳内空间和位置都受到了限制，所以分开布置也只能是相对的，不是绝对的。我们应该在有限的空间内合理布置，力求本安系统与非本安系统分开要符合GB3836.4-2000的要求。为了保证质量，除了外观检查外，还应把本安参数检查耐压试验列入产品出厂试验项目。一般，当本安系统与非本安系统在电路上有连接时，应采取隔离措施，并按标准进行耐压试验。其次，为了易于辨别，安全火花电路用的连接导线用蓝色，接线端子应有“i”标志。 2．本质安全设备的温度组别应按6.2和GB3836.1-2000中第5章规定，以避免热表面引起点燃。温度组别不适用于关联设备。 3．电气参数要求，系统或设备必须经过防爆检验单位检查和试验，证明它在正常状态和故障状态下的明火花不会点燃爆炸性混合物。 注：
【摘要】：正移相电路的应用很广,如闸流管控制点火时间;相敏整流或相敏放大电路中要求栅极和板极电压在初始时具有一定的相位关系;以及在自动控制或测量放大等电路中都需要移相电路.一般对移相电路的要求有四:第一,具有大的移相幅度;第二,输出电压相移变化时幅度不变或变化很小;第三,能给出一定的功率;第四,效率高.这四要求的主次视具体情况而定,如要求大功率输出时,以后两项要求为主;但在小功率输出时 以前两项要求为主.下面来介绍一种常见的移相电路(图1)的设计法,这电路的特点是在移相幅度很大时,输 出电压变化很小,且能输出一定的功率. 摘要：介绍了一种具有单脉冲和双脉冲模式，并具有缺相保护功能和三相全数字移相触发电路的设计方案，该移相触发电路的相移由输入直流电平连续调节，而输出脉冲则使用100～125kHz方波调制。文中阐述了电路的工作原理，并给出了部分模拟结果。 关键词：移相触发电路；A／D转换；缺相保护 1移相触发电路工作原理 整个电路按功能可分为A／D转换模块（9bit－A／D）、移相模块（phase＿shift）、脉冲产生模块（pulse＿gen）、缺相保护模块（portect）、时钟模块（clock）、输出模块（out）等六个模块。其电路原理框图如图1所示。 该电路在工作时，首先使正弦交流电压经过过零比较器以产生工频方波A并进入移相模块，同时将外部控制电压经过A／D转换的数字量也送入移相模块，然后由移相电路根据A ／D转换的结果和相对于工频方波的正负半周移动相应的角度后产生一窄脉冲PA（PA1、PA2）；再在PA的上升沿来触发脉 冲产生电路以在相同的位置产生要求的脉宽的脉冲GA（GA1、GA2）；此脉冲经过时钟电路调制后产生要求的输出OUT（OA1，OA2）。其工作波形如图2所示（移相150°，双窄脉冲模式）。
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解 2014-09-11 11:10 来源：电源网作者：铃铛 移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。 主电路分析 这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A。采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。电路结构简图如图1，VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T 为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。 图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图 其基本工作原理如下： 当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。 由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。 当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、
什么是本质安全型电气设备 本质安全型电气设备 本质安全型电气设备是由本质安全电路组成的电气设备。本质安全电路在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条件下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。全部电路都是本质安全电路的电气设备为单一式本质安全型电气设备，局部电路为本质安全电路的电气设备为复合式本质安全型电气设备，目前井下用得最多的复合式本质安全型电气设备是隔爆兼本质安全型电气设备。 在设备的电气系统中，与本质安全电路有电气连接并可能影响安全性能的那部分非本质安全电路的电气设备称为关联电气设备。关联电气设备可以是各类防爆型，也可以是矿用一般型，这取决于关联设备的使用场所。 本质安全型电气设备及关联设备，按使用场所和安全程度不同分为ia和ib两个等级。 ia等级电路在正常工作、一个故障和两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物。。即正常工作时，安全系数为2；一个故障时，安全系数为1．5；两个故障时，安全系数为1。 ib等级电路在正常工作和一个故障时，均不能点燃爆
炸性气体混合物。即正常工作时，安全系数为2；一个故障时，安全系数为1．5。 在持续存在爆炸性气体混合物的场所中应使用ia等级的防爆电气设备，如煤矿瓦斯抽放管路。煤矿井下一般场所使用ib等级的防爆电气设备。 本质安全型电气设备的重要环节是本质安全电源，本质安全电源有两种基本类型：独立电源和外接电源。- 独立电源最常用的是干电池和蓄电池，干电池和蓄电池必须接人限流电阻，限流电阻可采用金属膜电阻、线绕被覆层电阻。 电池或蓄电池与限流电阻胶封为一体构成本安组件，并具有防止电池或蓄电池直接短路的措施，并置于 IP54防护外壳或隔爆外壳中。 外接电源大多数从动力电源引入，经整流供电，都设计成隔爆兼本质安全型。本质安全电路必须设有过流、过压和短路保护电路。各种保护电路必须是双重化，即使一组损坏另一组保护电路仍起保护作用。144 本质安全型电气设备的防爆性能，不仅取决于电路的电气参数，而且要有结构上的保证，除了防止电火花的引爆以外，还须防止设备的表面温度、外壳的静电火花及摩擦火花的引爆。
正弦波放大电路与移相电路设计 一、性能指标： 输入为双极性信号，幅值不大于200mV的正弦波； 频率分别为10KHz-50KHz、100KHz-3MHz； 增益20db-40db可调，输出电压为幅值0-5V； 输入输出电阻:50欧姆 对10k、30k和50k信号可进行相位调整。 二、器件选型 集成运放：THS3091、OPA300、VCA810 场效应管：2N3686 三、电路模块 1.正弦波放大电路 2.实现增益步进可调 3.0～360°可调移相电路设计 四、电路设计 1.正弦波放大电路： 由于题目要求电路既能在低频（10KHz-50KHz）进行信号放大、又要在高频（100KHz-3MHz）可以进行信号放大，可选用增益带宽积较大的两类常用高速运放——THS3091、OPA300。通过multisim 模拟放大波形输出，发现OPA300在低频段的波形失真严重、高频段表现很好；而THS3091无论在低频还是高频，放大性能都较好，所以本文选用运放THS3091。
（1）下图为OPA300在输入频率为50kHz和50MHz下的放大性能 (50kHz) (50MHz) （21）下图为THS3091在输入频率为50kHz和50MHz下的放大性能 (50kHz) (50MHz) 2.实现增益步进可调电路 1中的电路用滑动变阻器实现增益可调，效果比较粗糙，方法比较老旧，不能做到精确调控。 为实现增益步进可调，最笨的方法是采用多个上述的电流反馈放大器级联，用电阻网络选通的方式来实现增益可调，但此法麻烦不说，还不稳定。
这里，我们选用压控增益放大器：TI 的VCA810在±40dB 的增益可调范围内拥有35MHz 的带宽，满足题目的指标要求。 电压控制增益可变放大器： 该放大器的3dB 带宽 为25MHz ，满足本题要求。C V 从-2V 调整到0V 可实现对输入信号的（-40dB ）到（40dB ）可调，其增益表达式为： )1(40)(+-=C dB V G 3.移相电路设计 (1)0～360°可调移相电路设计 利用两级移相放大器可以组成0～360°可调移相电路。0～360°可调移相电路如图所示。图中Q1和Q2是0～180°相移放大器，两级移相放大器可以完成0～360°。Q3是缓冲放大器。调节电位器RP1和RP2，可以使输入信号产生移相。
工程师常用模拟电路设计、计算、仿真及制作 湖北民族大学杨庆 概述 模拟电路是电子技术类工程师必须熟练掌握的课程，在模拟电路中有许多基本电路是工程师们在设计电子系统必不可少的。例如，几乎绝大部分的电子系统都需要将交流电源变为直流电源，供电子系统使用，因此整流、滤波、稳压等模拟电路就成为电子工程师必须熟练掌握的电路。又如，各种传感器采集的信号通常都非常微弱，必须放大到一定程度，才能利用计算机处理，因此各种放大电路也就是工程师们必须熟练掌握的电路。但是在实际工作中，模拟电路往往并没有引起工程师们的足够重视。有鉴于此，本书将模拟电路中的常用电路的设计、计算、仿真及制作做一个归纳，供工程师及电子爱好者参考。 第一章二极管及其应用电路 1.1整流二极管及其应用电路 1.1.1二极管半波整流及电容滤波电路 1）二极管半波整流电路 最简单的二极管整流电路是二极管半波整流电路，其电路原理如图1.1所示。半波整流电路的计算参数主要有如下： V L=0.45V1 V D=V1 I L=V L/R L=0.45V1/R L 2）二极管半波整流电容滤波电路 二极管半波整流电容滤波电路如图1.2所示。半波整流电容滤波电路的计算参数主要有如下： V L=0.6V2 V D=V2 I L=V L/R L=0.6V2/R L 半波整流电路由于其纹波太大，应用较少，但在对电压要求不高时，由于其电路简单，仍然有一些应用，特别在输入交流电压的频率较高时，应用不少。 电路图1.1和电路图1.2仿真如图1.3及1.4所示。
D1 RL V1XSC1 A B Ext Trig + +_ _+_ 二极管半波整流电路简单，只要二极管极性注意不接反就行。 1.1.2二极管全波整流电路 1）二极管全波整流电路 常见的二极管全波整流电路如图1.5所示。全波整流电路的计算参数主要有如下： V L =0.9V 1 V D =2V 1 I L =V L /R L =0.9V 1/R L 全波整流电路需用一个双绕组变压器，通过二极管D1、D2将变压器次级电压V1整流变成两个同向的半波整流电压在RL 上合成为一个全波整流电压，其仿真波形图如图1.7所示。 2）二极管全波整流电容滤波电路 图1.1二极管半波整流电路图1.2二极管半波整流电容滤波电路 图1.3图1.1仿真输出电压波形图1.4图1.2仿真输出电压波形 图1.5全波整流电路
本质安全电路设计要求
本质安全电路设计要求 本质安全型：是指电路、系统及设备在正常状态下和规定的故障状态下，产生的任何电火花或任何热效应都不能引起规定的爆炸混合物爆炸的电气设备。这个定义中的正常状态是指电气设备在设计规定条件下的正常工作（试验时在试验装置中产生的短路或断路视为正常状态）；故障状态是指在试电路，非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。这种设备的防爆原理，就是设法减小电路火花的能量及元件上的温度（其方法就是降低电源电压、减小电路电流，采用适当的电气元件及其参数），使其不能点燃矿井中爆炸混合物，达到防爆的目的。 由于这类设备产生的明火花不点燃爆炸性混合物，因此它的优点很多，体积小、重量轻，便于携带，而且安全程度高。 要使电路火花不点燃爆炸性混合物，那么这种电路就只能是弱电系统。因此，本质安全型电气系统和设备，主要是用于控制、通讯、信号、测量、和监视方面。 一、基本要求 本质安全电路应满足以下基本要求： 1．本安电路与非本安电路在同一隔爆外壳内布置时，最基本要求是分开布置。 为了保证本安型系统的安全，免受非本安系统的影响，要求分开布置是非常必要的。在产品设计和装配中，必须注意这个问题。然而，由于在隔爆外壳内空间和位置都受到了限制，所以分开布置也只能是相对的，不是绝对的。我们应该在有限的空间内合理布置，力求本安系统与非本安系统分开要符合 GB3836.4-2000的要求。为了保证质量，除了外观检查外，还应把本安参数检查耐压试验列入产品出厂试验项目。一般，当本安系统与非本安系统在电路上有连接时，应采取隔离措施，并按标准进行耐压试验。其次，为了易于辨别，安全火花电路用的连接导线用蓝色，接线端子应有“i”标志。 2．本质安全设备的温度组别应按6.2和GB3836.1-2000中第5章规定，以避免热表面引起点燃。温度组别不适用于关联设备。
经典的20个模拟电路原理及其电路图对模拟电路的掌握分为三个层次：初级层次：是熟练记住这二十个电路，清楚这二十个电路的作用。只要是电子爱好者，只要是学习自动化、电子等电控类专业的人士都应该且能够记住这二十个基本模拟电路。 中级层次：是能分析这二十个电路中的关键元器件的作用，每个元器件出现故障时电路的功能受到什么影响，测量时参数的变化规律，掌握对故障元器件的处理方法;定性分析电路信号的流向，相位变化;定性分析信号波形的变化过程;定性了解电路输入输出阻抗的大小，信号与阻抗的关系。有了这些电路知识，您极有可能成长为电子产品和工业控制设备的出色的维修维护技师。 高级层次:是能定量计算这二十个电路的输入输出阻抗、输出信号与输入信号的比值、电路中信号电流或电压与电路参数的关系、电路中信号的幅度与频率关系特性、相位与频率关系特性、电路中元器件参数的选择等。达到高级层次后，只要您愿意，受人尊敬的高薪职业--电子产品和工业控制设备的开发设计工程师将是您的首选职业。 一、桥式整流电路 1、二极管的单向导电性： 伏安特性曲线： 理想开关模型和恒压降模型： 2、桥式整流电流流向过程： 输入输出波形： 3、计算：Vo, Io,二极管反向电压。
二、电源滤波器 1、电源滤波的过程分析： 波形形成过程： 2、计算：滤波电容的容量和耐压值选择。 三、信号滤波器 1、信号滤波器的作用： 与电源滤波器的区别和相同点： 2、LC 串联和并联电路的阻抗计算，幅频关系和相频关系曲线。 3、画出通频带曲线。 计算谐振频率。
四、微分和积分电路 1、电路的作用，与滤波器的区别和相同点。 2、微分和积分电路电压变化过程分析，画出电压变化波形图。 3、计算：时间常数，电压变化方程，电阻和电容参数的选择。
文件编号：RHD-QB-K1052 （安全管理范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 本质安全型电气设备防爆原理示范文本
本质安全型电气设备防爆原理示范 文本 操作指导：该安全管理文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 本质安全型电气设备的防爆原理是：通过限制电气设备电路的各种参数，或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆，这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型（以下简称本安型）。采用本安电路的电气设备称为本质安全型电气设备。由于本安型电气设备的电路本身就是安全的，所产生的火花、电弧和热能都不能引燃周围环境爆炸
性混合物，因此本安型电气设备不需要专门的防爆外壳，这样就可以缩小设备的体积和重量，简化设备的结构。同时，本安型电气设备的传输线可以用胶质线和裸线，可以节省大量电缆。因此，本安型电气设备具有安全可靠、结构简单、体积小、重量轻、造价低、制造维修方便等优点，是一种比较理想的防爆电气设备。但由于本安型电气设备的最大输出功率为25W左右，因而使用范围受到了限制。目前本安型电气设备主要用于通讯、信号和控制系统，以及仪器，仪表等。 本质安全型电气设备分为单一式和复合式两种型式。单一式本安型电气设备是指电气设备的全部电路都是由本质安全电路组成的，如携带式仪表多为单一式。复合式本质安全型电气设备是指电气设备的部分电路是本质安全电路，另一部分是非本安电路，如调
第38卷第6期2010年12月 浙江工业大学学报 JO U RN A L OF ZHEJIA N G U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY V ol.38N o.6Dec.2010 收稿日期:2010-06-07 作者简介:刘国越(1960 ),女,山西榆次人,实验师,主要从事电子技术实验研究,E -mail:lgy@https://www.doczj.com/doc/0517453395.html,. 电压控制移相电路设计 刘国越,梅一珉 (浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032) 摘要:叙述了一种电压控制移相电路的设计方案.实现了控制相位不随信号频率而变的设计理念.电路主要由运算放大器、比较器、模拟开关和触发器组成.采用过零比较器把正弦信号转换为方波信号,利用单稳态电路实现频率/电压变换,由积分器和模拟开关产生斜率与信号频率成正比的锯齿波信号,输入控制电压通过比较器与锯齿波信号比较产生移相脉冲,由触发器输出移相方波,利用积分器转换成三角波,再通过三角波 正弦波转换电路得到移相正弦波信号输出.介绍了各单元电路的工作原理,并给出了具体电路和实验波形图.关键词:积分器;模拟开关;移相器 中图分类号:T M930.2 文献标识码:A 文章编号:1006-4303(2010)06-0679-04 Design of the voltage -controlled phase -shifting circuit LIU Guo -y ue,MEI Y-i min (College of Inform ation Engineering,Zhejaing University of Techn ology,H an gzhou 310032,Ch ina) Abstract:T his paper descr ibes a desig n o f vo ltag e controlled phase -shifting cir cuit.In this method,the control phase is not chang ed w ith the signal frequency.The circuit is mainly com posed of the operational amplifier s,co mparators,analog sw itches and tr ig gers.The Zero -cro ssing co mparator is used to convert sinusoidal sig nal to square w ave sig nal.The mo nostable circuit is used to convert the frequency to voltage .The saw tooth sig nal,in w hich the slope is pro por tional to the sig nal frequency,is gener ated by an integ rato r and an analog sw itch..The input control vo ltag e is com pared with the saw tooth signal in the co mparator and the palus of shifting phase is generated.The phase -shifting square w ave is output by trigg er.The integ rato r is used to convert the square w ave into a triang ular w ave,and phase -shifting sine w ave signal is output thro ug h the tr iangular w ave -sine conversion circuit.In this paper,The w o rking principle of each unit circuit is introduced.and the specified cir cuit and ex perimental w aveforms are given.Key words:integr ator;analog sw itch;phase shifter 在大学传感器原理实验教学中,现实验装置中的移相器电路大多采用RC 网络移相电路,当RC 参数确定时,其输入输出相位差值随信号频率而变[1-2],学生在配合相敏检波器电路做一些传感器频 率特性实验中需监视相位关系做相应调整,使用不方便.实验中最好选用一种相位与频率无关的移相器,我们对实验装置中移相器电路进行了改进性设计,可满足实验需求.
11级《模拟电路课程设计》设计课题与要求 一、设计课题 设计课题１、直流稳压电源 （输入电压为220V，50Hz市电，输出为直流稳定电压）。 A：分立元件方式 技术要求：额定输出电压：12v，10-14v连续可调；额定输出电流１.５Ａ； 满载纹波峰峰值小于6０ｍｖ； 稳压系数Sv≤5×10-3； 主要测量内容：最大输出电流，纹波峰峰值，稳压系数，电压调整率。 Ｂ：集成稳压方式(不可使用可调三端器件) 技术要求：额定输出电流２Ａ； 额定输出电压：１２Ｖ，10-14V连续可调； 保护电路（过热、过流、过压）； 满载纹波峰峰值小于6０ｍｖ； 输出电阻不大于0.5Ω； 稳压系数Sv≤3×10-3； 主要测量内容：最大输出电流，输出电阻，纹波峰峰值，稳压系数，电压调整率。 设计课题２、音响放大器（简单音频通带放大电路）（输入语音信号－麦克风）注：功放电路原则上不使用功放集成电路。 技术要求：前置放大、功放：输入灵敏度不大于10mV rms,f L≤500Hz,f H≥10kHz； 有音量控制功能； 额定输出功率P O≥5Ｗ(测试频率：1kHz)； 负载：扬声器（８Ω、５Ｗ）。 主要测量内容：最大输出功率，输出电阻，输入灵敏度，f L，f H。 设计课题３、信号发生器 技术要求：产生三种波型（方波，三角波，正弦波） 频率范围：1k~１０ＫＨｚ； 输出内阻：不大于５０Ω； 负载５０Ω时输出电压不小于５Ｖ； （加功放时可使用集成功放电路１Ｗ） 主要测量内容：输出信号频率范围，输出电阻，输出功率。 二、要求 1、每位同学至少完成一个设计课题的原理图和参数设计、Proteus或Multisim软件仿真与作品Protel电路板制作，最终完成产品制作以及调试，提交一份课题的设计与测试报告（包括电子版和打印件），课题设计与设计报告的主要内容包括电路图、设计与计算过程、测试数据与分析等。 2、有能力的同学可以完成多个设计课题。 3、依据作品现场测试的指标评定课程成绩。
基于单片机控制的数字移相器设计 时间：2012-05-02 13:28:22来源：作者： 0概述 移相电路常用于同步检测器的数据处理中。目前资料上有很多移相电路，其实现方法多种多样，大致可分为模拟式和数字式移相器两类。模拟式移相器的电路较为复杂、线性差、测试精度低；数字式移相器大多以标准逻辑器件按传统数字系统设计方法设计而成，其缺点为功耗大、可靠性低。本文介绍的基于单片机控制的数字移相器，采用环形队列实现信号波形的任意相位移相，并且保持波形的幅度、频率不变。其测试精度高，失真度小。系统原理方框图如图1所示。 1系统硬件电路设计 本系统的硬件电路主要由输入信号倍频电路、AT89C51单片机、A/D转换器、D/A转换器、6116存储器及键盘/显示等电路构成。 1.1输入信号倍频电路 倍频电路由锁相环CC4046及双BCD同步加法计数器4518组成。4518作分频器用，实现720分频，其中，U3：A实现9分频，U2实现80分频。倍频电路中锁相环的输入信号是经过电压比较电路把工频信号变换成的方波信号。当分频器的输出信号(U2：A的6脚输出信号)与锁相环的输入信号fi相一致时，锁相环芯片U1锁存输出的信号频率为fo。假如输入信号频率fi=50Hz，则输出频率fo=36kHz。具体电路如图2所示。
该倍频信号的波形如图3所示，主要有两方面的用途，一是控制A/D转换的采样点数及采样的时间间隔(即一个周期采样720个点)。二是控制D/A输出数据的时间间隔，从 而达到输入信号频率与输出信号频率一致。 1.2单片机系统主电路 本电路主要由单片机AT89C51、键盘/显示电路、模数转换器A D574A、数模转换器DAC0832、6116存储器等构成，具体电路如图5所示(键盘/显示电路和6116存储器等图中未画出)。键盘主要用来实现移相的具体数值(度)的设置，功能键包括设置键、数字键(“↑”、“→”)、复位键、运行键等五个键，最多可置720个0(720×0.5度=360度)，因此可达到0～360度的相移。根据任意设定的相位数值，把相位及数据存储到队列(如图4所示)中的相应位置置0。显示用四位数码管实现，最低位为小数位，其余3位为整数位，可显示范围为0.5～360度。 A/D实现对波形数据(幅度)的采集、转换。A/D每采集一个点，就存入存储器的队列中。同样D/A借助单片机先从队列中读入一个数据，再由倍频信号fo来控制D/A输出数据的时间间隔，D/A的第一周期输出从“输出1”口输出，以后则从“输出2”口输出，对采集的720个数据循环输出，因此达到了移相的目的。 另外，因D/AC0832模/数芯片输出的波形存在毛刺，需要进行滤波，通过实验，在其输出端加一个1000p的电容就可以使这些毛剌基本消失，得到较平滑的波形。 2系统软件设计 整个系统软件的执行过程为：首先，通过键盘设置移相的数值，同时在显示器上显示出移相的度数；其次，启动A/D把转换结果存入队列，在A/D的转换过程中，D/A从队列中读出相应数据后D/A输出；第三，D/A不断循环输出，实现连续的移相后的工频信号。系统软件流程框图如图6所示。 3结束语 该数字移相器可对任意波形信号(如正弦波、三角 波、锯齿波、方波等波形)进行任意相位的移相，具有测量精度高、跟踪速度快的特点，根据设定要求移相后所获得的输出波形与输入信号波形的幅度、频率逼近，即输出移相后波形的失真度较小。 参考文献 1何立民著.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1990 2万心平，张厥盛，郑继禹著.锁相技术.西安：西安电子科技大学出版社，1989 2/2首页上一页12