模电课程设计--三相正弦波振荡器

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1、 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、一、课题名称课题名称：频率为 1kHz 的三相正弦波振荡器 二、二、实验目的实验目的：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、三、任务与要求任务与要求：1、设计一个可产生三相正弦波的振荡

2、电路； 2、使用 multisim 仿真并获得波形。 四四、方案设想、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、方案比较五、方案比较： 方案一原理简单， 使用的电子元件少， 成本较低，

3、 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

4、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。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

5、.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 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

6、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，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