模电课程设计--三相正弦波振荡器

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1、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

2、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。

3、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

4、，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

5、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

6、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

7、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

8、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