移相电路原理及简单设计综述

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 ϕω=-
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
公式推导
()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
ωϕωωωωωω1
11222222=
⎪⎭
⎫
⎝⎛"++=
===+=-
+
-+
由 ()w R C
tg C R k RC
j U U j H U U
U k U U RC j U i o o
i
-=⎪⎭
⎫
⎝⎛"+-=
===+=-
+
-+
ϕωωωω2221111 由
以上移相电路分别包括了整个360°的四个象限，在应用时还要注意其应用频率和元件参数的关系，参数选得不同，移相的角度就会不同，一般说来，在靠近某移相电路的极限移相角度附近，其元器件的选择是十分困难的。

以上每个电路调节的范围都局限在90°以内，要使其调节的范围增大，可以采用图7和图8的电路。

图7图8电路的传递方程推导都比较麻烦，我们仅对图7电路进行了推导，并将推导的
u i
u o
R 1
C
R
R 2
u i u o
R 1
C R
R 2
图5 90°~180°移相 图6 180°~270°移相
u i
u o
R 1C
R
R 2
u i
u o
R 1R 2
C
R
图7 0~180°超前移相 图6 0~180°滞后移相
主要结果列出如下：
()()()(
)
(
)
2
222222222121k 1k 1C R RC j C R C R U U j H U U U U k U U R R R U U RC j RC j U i o O
i O i i
ωωωωωωω+--+=
==-=-+=+=-
+
-+
由
另外，可将各移相电路级联，组成0-360度移相电路。

5、 multisim10仿真
C1
10nF V110 Vrms
50 Hz 0°
XSC1
A
B C D G
T
31
R11MΩ
Key=A
55%
图9 RC 原理图及仿真结果
V1
10 Vrms 50 Hz
0°
C1
10nF
C210nF
XSC1
A
B
E x t T r i g ++
_
_
+_输出电压有效值与输入电压有效值相等R:0-无穷大 φ：0-（-180度）
R1
100kΩ
Key=A 50%
R2
100kΩ
Key=A
50%
3
2
1
图10 仅相移，幅值不变
U1A
LM358AD
3
2
4
81
C1
10nF
R3
100kΩ
Key=A
50%
V110 Vrms 50 Hz 0°
VCC
12V VEE -12V
XSC1
A
B C D G
T
R122kΩ
R210kΩ
4
VEE
VCC 20
36
图11 与运放组成的移相电路
6、 设计电路
要求：信号源1KHZ,幅值2V 的正弦波，相移要求在0-90度范围，幅值不变
依据：原理图8，取R1=R2=10k,C=10nf,当R=16k 时，相移角度约为90度，故选取电位器为20k,若电位选的足够大，此电路可达到180度相移。

U1A
LM358AD 3
2
4
8
1
R110kΩ
R210kΩ
C110nF
R
20kΩKey=A
20%VCC 12V VEE
-12V
V12 Vrms 1kHz 0°
XSC1
A
B C D G
T
41
VCC
VEE 0
5
2
0~180°滞后移相R1=R2 则Ui=Uo |H(jw)|=1
arctanφ=π-2arctan1/wRc 若wRC=1,则φ=90°
1kHz 信号，要求相移0度到90度
选定电容10nf,电位器20k （90度时16k ）
图12 电路图
图13 R=0欧时
图14 R=20k时
参考资料
(1)、对0---'360。

连续可调移相器的探讨河北省电力试验研究所刘润民1999年第6期河北电力技术（2）、RC移相式振荡器的研究张清枝(新乡学院机电工程学院，河南新乡453003) 第28卷第2期2009年3月许昌学院学报。