自主设计型实验
移相器和衰减器的设计及验证
1.实验目的
1.了解移相器和衰减器的工作原理，特性及作用。
2.学会移相器的设计方法。
3.学会根据要求设计衰减器的方法。
4.将移相器和衰减器的各原件件理论值和实验值进行比较并分析原因。
2.总体设计方案或技术路线
1.移相器的设计
设计一个0至180度的移相电路，要求：
输出信号的幅度不变，相位可在0到180度之间自由变化。
2.衰减器的设计
设计一个0-30dB的衰减器，要求：
1.输出信号和输入信号的相位不变。
2.衰减器按10dB分挡。
3.验证设计方案
1.验证移相器，每隔一段间距取一个相位，计算出理论值；将电阻R设为理论值，观察示波器中信号的相位变化，与理论相位作比较，记录示波器图像及数据，分析结果。
2.验证衰减器，将电阻调成理论计算阻值，计算信号衰减量，与理论值作比较，看是否符合理论衰减量。
3.实验电路图
3.1移相器电路
c d
C
d +
-
++
-
-
图1 X形RC移相电路
图2实验电路
其中接信号发生器端, 接示波器端，为了方便变化R采用变阻箱 3.2衰减器电路
图3可调衰减器的理论电路
图4实际电路图
采用变阻箱代替多个电阻，简化实验电路图。
4. 仪器设备名称、型号
1.RIGOL示波器
2.TFG2000信号发生器
3.电感箱、电阻箱、电容箱
4.VC97万用表
5.交直流实验箱
5.理论分析或仿真分析结果
5.1移相器
线性时不变网络在正弦信号激励下，起响应电压、电流是与激励信号同频率的正弦量，影响与频率的关系，即为频率特性。它可用相量形式的网络函数来表示。在电气工程与电子工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得有一定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出）信号。这可通过调节电路原件参数来实现，通常是采用RC移相网络来实现的。
5.1.1实验原理
图5 相位90度到0
设输入正弦信号，其相量0110U U V =∠则输出信号电压：
112111U U U j C j RC
R
j C
ωωω=
⨯
=
++
其中输出电压有效值U 2为：
2U
输出电压的相位为：
21arctan
wRc
ϕ=∠ 由上两式可见，当信号源角频率一定时，输出电压的有效值与相位均随电路元件参数的变化而不同。
若电容C 为一定值，则有，如果R 从零至无穷大变化，相位从90度到零度变化。
图6相位0
到—90度
输入正弦信号电压0110U U V =∠，响应电压为：
()211
arctan wRC 1
jwc
U U R jwc
==-+
其中输出电压有效值2U 为：2U =
输出电压相位为：
2arctan wRC ϕ=∠-
同样，输出电压的大小及相位，在输入信号角频率一定时，它们随电路参数的不同而改变。 若电容C 值不变，R 从零至无穷大变化，则相位从0
0到0
90-变化。
5.1.2 X 型RC 移相电路
当希望得到输出电压的有效值与输入电压有效值相等，而相对输入电压又有一定相位差的输出电压时，通常是才采用X 型RC 移相电路（见图2）来实现。
2cb db -U U U =
11111-jw ==2arctan 111+jw jwC R RC jwC
U U U wRC RC R R jwc
-=-++
其中
211U U =
=
()22arctan w RC ϕ=-
结果说明，此X 型RC 移相电路的输出电压与输入电压大小相等，而当信号源角频率一定时，输出电压的相位可通过改变电路的元件参数来调节。
5.1.3 理论值计算
设电容C 值一定，如果电阻R 值从0到∞变化时，则从0至-180º变化，由上面公式可得：
①当R=0时，则02=ϕº,输出电压2U 与输入电压1U 同相位 ②当R=∞时，则1802-=ϕº，输出电压2U 与输入电压1U 相反。 ③当0< R <∞时，则2ϕ在与0º与-180º之间取值。
实验中，由式wRC arctan 22-∠=ϕ计算电阻R 的值，其中电容C 为0.01，1U =1V ，频率为50KHz 。可计算R ，有：
5.1.4 ORCAD 仿真 仿真电路图
图7 Or CAD仿真图
其中一组数据仿真结果
图8 R为某一值的图
当电阻R特别大时
图9 R值特别大时的仿真图
5.2衰减器
5.2.1实验原理
衰减器：是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。
仅适用于50欧阻抗衰减电路。
衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是：
1.调整电路中信号的大小；
2.改善阻抗匹配。
通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的二端口网络，它的特性阻抗、衰减量都是与频率无关的常数，相移等于零。
实际应用中，有固定衰减器和可变衰减两大类。
常用的固定衰减器有T型、P型、桥T型（以上为对称型）和倒L型（不对称型）等几种结构，其电路形式和计算公式如后。
式中，Rc为二端口网络的特性阻抗（对称时），即输入输出阻抗，Rc1和Rc2两侧特性阻抗，分别为非对称衰减器的输入输出阻抗；
N=10^(A/20)，为输入电压与输出电压之比，A为衰减的分贝数。
5.2.2可变衰减器
可变衰减器，一般是指特性阻抗值恒定的，而它的衰减值是可变的衰减器，由桥T型衰减器构成比较方便。
这种电路的优点是，电路中只有两个可变化部分，而且Rc为固定电阻，可以避免因旋钮换档时，由于旋钮触点接触不良而引起电路中断现象。
电路如图3所示，其中
本次试验为600，已知信号发生器输出内阻为50
5.2.3理论值计算
1.10dB挡
2.20dB挡
3.30dB挡
所以我们有如下表：
