移相电路设计与分析(附件)【字数：8516】
摘 要移相电路在电子电路中应用十分广泛，我们可以通过改变电阻或者电容的大小来改变输出电压移相电路的相位。本课题开展可控移相电路的设计和仿真，在明确课题目标情况下，以RC有源移相电路为基础设计了一个模拟移相电路。我们要得出一款可以改变相位的移相电路，移相范围在0-180度。从理论上进行分析移相原理，并用proteus仿真软件进行电路功能和性能仿真，达到能精确控制移相的大小。一般来说我们在输入正弦信号激励下，产生频率特性，频率特性是响应与激励、频率的关系。本次课题设计的模拟移相电路，使用正弦输入信号，得出的超前和滞后相移。按照任务的要求，我们可以输入频率f为10kHz的信号，移相的范围在0-180°，也可以输入不同频率信号，我们的电路中使用RC阻容的移相网络和电压跟随器，放大网络以及TL084集成运放组合而成的移相电路，并对移相电路进行仿真测试。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本课题的内容 3
第二章 RC移相电路的基本理论 4
2.1RC移相电路的基本原理 4
2.2RC有源移相电路的基本原理 5
2.3本章小结 8
第三章 RC有源移相电路的仿真与设计 9
3.1介绍proteus仿真工具 9
3.2 设计电路 9
3.3移相电路的仿真与测试 10
3.3.1对一级运放仿真测试 10
3.3.2对二级运放进行仿真测试 11
3.3.3 对三级运放进行仿真 13
3.4本章小结 17
结束语 18
致 谢 19
附 录 21
附录A电路设计原理图 21
附录B仿真结果图 22
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
在物理学家麦斯威尔预言电磁波的存在以来，电磁波的理论研究和实际应用被人们不断重视并投入了大量的时间和精力，电话等无线电就是通过电磁波而发明的，由于这一发明改变了大家原有的生活习惯和生活方式，让人们的交流更加方便。它在通讯中的占有重要地位，但是从 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
人类对电磁波的不断探索中，电磁波的潜力慢慢地被发挥出来，在军事上的卫星、导弹，在医学上的电磁治疗等等都被一一的应用起来。随着电磁波的使用范围越来越广，促使人类社会得到了进一步的发展。雷达也是电磁波的一个重要应用，早在以前，雷达就通过对空间的扫描就被应用在了第二次的世界大战之中，但是那是的雷达使用十分受限，扫描的空间和扫描的频率都比较低，所以在战场上并不能被广泛使用。
移相器通常运用在雷达、通讯、微波和测量的系统等各个方面，但是最重要的应用还是在相控阵雷达以及天线系统。就现今而言，各个领域的发展和需求，促使相位器在新形势下产生新要求，比如需要提高测量的准确度以及提高识别能力。我们的课题来自于卫星导航、航天技术以及军事方面等的需要存在两个相同频率的信号之前产生的相位差，我们设计了一个移相网络。
通常，种类不同的移相器是按照定义方法来定义的。移相器由于控制方法的不同，又分成模拟移相器和数字移相器，数字移相器产生的相移可以用数字来控制电路从而在一定的范围内取一些值，但模拟移相器的可以以自己为中心的大范围扫描，使其精确度更高，因此，在一些要求很高的场合下都使用模拟移相器。而模拟移相器是通过改变电压或者电容来改变相位的，所以我们设计了模拟移相器。影响模拟移相器的性能有：频带宽、相移改变量、输入功耗、相位差、功率等。
现今微波移相器的应用很广泛，微波电控器件运用可以调节参数的材料和器件组成可改变微波信号幅度或者相位的器件。这些材料和器件主要有半导体二极管和铁氧体材料，比如PIN管、变容管和肖特基管等等。PIN管有正方向特性，反向偏置时可以等效为开路，正向偏置时可以等效为可变电阻，偏置电压越大，其阻值越小。PIN管衰减器正是利用了改特性进行工作的，PIN管反偏时衰减器相当于滤波器，可以设计成几乎没有衰减，当PIN管正偏时，我们可以通过该变偏压来改变衰减器，因为衰减器是一个电阻衰减器。如果它在工作系统有出现严重的负荷状态、而且负荷状态不断加重，这时就要采取电压紧急的态势对工作的状态进行观察，找出这种支撑负荷状态的临界点在什么位置。负荷状态在急剧的加重是，查看这时的电源是怎样去减轻负荷量的，这时能要去找到评估的关键点能在运行模式的调峰之中寻找。在主力调峰电源和负荷中心间，每一个联络线在潮流上十分接近限值方向，一般在步骤上都会存在不同，在线路潮流急剧增加的情况下，一些不稳定的联络线可能会优先跳闸，我们对这些不稳定的联络线要时时的进行关注， 如果不对其进行关注，那么在跳闸时，它会引起一系列连锁反应，使其他部分也出现跳闸现象，这时就很有可能导致系统瘫痪。
1.2国内外研究现状
在20世纪50年代，移相器的精度都非常不准确，直到可调移相器的出现才使之变得精准。20世纪50年代末，出现了一种铁氧体移相器，它作用在使用相控阵扫描方面。紧接着，60年代中，PIN移相器的出现，使电路往小型化方向发展，但是PIN管移相器体积较大，所以小型化只能通过缩小电路的，然后使微带挖曲折叠来实现，因此这是很有限的[1]。在80年代，电子科技有了很大的进步以及微波等技术的完善，还有各个领域的发展需要使移相器不断的改变和进化。出现有源移相器和时延移相器等类型不一的移相器[2]。20世纪90年代，四位MMIC数字移相器在国外被研究出来[3]，2000年一款五位GaAs数字移相器也被报道了出来，它们的尺寸和面积都变得很小；与半导体材料进行比较，拥有性能高、功耗小、成本低等优势[4]。在国内，由于对MMIC与MEMS研究的时间晚，没有相关技术的保障，并且花费高，以及各方面的不成熟，所以直到2003年才研发出了第一款移相器，X波段五位MMIC数字式的移相器[5]，接着2013年的Ka波段四位MEMS移相器，此外技术和工艺才开始逐渐成熟起来[6]。
在当今社会，科学技术的不断创新和进步，许多新兴材料和先进的工艺在不断涌现，相移器也随着发展趋势在不断的进化，从原来的高成本，变成现在的低成本；从原来的性能差，变成现在的高性能；电路也变得越来越小，形成如今的小型化、高性能、低成本的新兴移相器[7]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本课题的内容 3
第二章 RC移相电路的基本理论 4
2.1RC移相电路的基本原理 4
2.2RC有源移相电路的基本原理 5
2.3本章小结 8
第三章 RC有源移相电路的仿真与设计 9
3.1介绍proteus仿真工具 9
3.2 设计电路 9
3.3移相电路的仿真与测试 10
3.3.1对一级运放仿真测试 10
3.3.2对二级运放进行仿真测试 11
3.3.3 对三级运放进行仿真 13
3.4本章小结 17
结束语 18
致 谢 19
附 录 21
附录A电路设计原理图 21
附录B仿真结果图 22
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
在物理学家麦斯威尔预言电磁波的存在以来，电磁波的理论研究和实际应用被人们不断重视并投入了大量的时间和精力，电话等无线电就是通过电磁波而发明的，由于这一发明改变了大家原有的生活习惯和生活方式，让人们的交流更加方便。它在通讯中的占有重要地位，但是从 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
人类对电磁波的不断探索中，电磁波的潜力慢慢地被发挥出来，在军事上的卫星、导弹，在医学上的电磁治疗等等都被一一的应用起来。随着电磁波的使用范围越来越广，促使人类社会得到了进一步的发展。雷达也是电磁波的一个重要应用，早在以前，雷达就通过对空间的扫描就被应用在了第二次的世界大战之中，但是那是的雷达使用十分受限，扫描的空间和扫描的频率都比较低，所以在战场上并不能被广泛使用。
移相器通常运用在雷达、通讯、微波和测量的系统等各个方面，但是最重要的应用还是在相控阵雷达以及天线系统。就现今而言，各个领域的发展和需求，促使相位器在新形势下产生新要求，比如需要提高测量的准确度以及提高识别能力。我们的课题来自于卫星导航、航天技术以及军事方面等的需要存在两个相同频率的信号之前产生的相位差，我们设计了一个移相网络。
通常，种类不同的移相器是按照定义方法来定义的。移相器由于控制方法的不同，又分成模拟移相器和数字移相器，数字移相器产生的相移可以用数字来控制电路从而在一定的范围内取一些值，但模拟移相器的可以以自己为中心的大范围扫描，使其精确度更高，因此，在一些要求很高的场合下都使用模拟移相器。而模拟移相器是通过改变电压或者电容来改变相位的，所以我们设计了模拟移相器。影响模拟移相器的性能有：频带宽、相移改变量、输入功耗、相位差、功率等。
现今微波移相器的应用很广泛，微波电控器件运用可以调节参数的材料和器件组成可改变微波信号幅度或者相位的器件。这些材料和器件主要有半导体二极管和铁氧体材料，比如PIN管、变容管和肖特基管等等。PIN管有正方向特性，反向偏置时可以等效为开路，正向偏置时可以等效为可变电阻，偏置电压越大，其阻值越小。PIN管衰减器正是利用了改特性进行工作的，PIN管反偏时衰减器相当于滤波器，可以设计成几乎没有衰减，当PIN管正偏时，我们可以通过该变偏压来改变衰减器，因为衰减器是一个电阻衰减器。如果它在工作系统有出现严重的负荷状态、而且负荷状态不断加重，这时就要采取电压紧急的态势对工作的状态进行观察，找出这种支撑负荷状态的临界点在什么位置。负荷状态在急剧的加重是，查看这时的电源是怎样去减轻负荷量的，这时能要去找到评估的关键点能在运行模式的调峰之中寻找。在主力调峰电源和负荷中心间，每一个联络线在潮流上十分接近限值方向，一般在步骤上都会存在不同，在线路潮流急剧增加的情况下，一些不稳定的联络线可能会优先跳闸，我们对这些不稳定的联络线要时时的进行关注， 如果不对其进行关注，那么在跳闸时，它会引起一系列连锁反应，使其他部分也出现跳闸现象，这时就很有可能导致系统瘫痪。
1.2国内外研究现状
在20世纪50年代，移相器的精度都非常不准确，直到可调移相器的出现才使之变得精准。20世纪50年代末，出现了一种铁氧体移相器，它作用在使用相控阵扫描方面。紧接着，60年代中，PIN移相器的出现，使电路往小型化方向发展，但是PIN管移相器体积较大，所以小型化只能通过缩小电路的，然后使微带挖曲折叠来实现，因此这是很有限的[1]。在80年代，电子科技有了很大的进步以及微波等技术的完善，还有各个领域的发展需要使移相器不断的改变和进化。出现有源移相器和时延移相器等类型不一的移相器[2]。20世纪90年代，四位MMIC数字移相器在国外被研究出来[3]，2000年一款五位GaAs数字移相器也被报道了出来，它们的尺寸和面积都变得很小；与半导体材料进行比较，拥有性能高、功耗小、成本低等优势[4]。在国内，由于对MMIC与MEMS研究的时间晚，没有相关技术的保障，并且花费高，以及各方面的不成熟，所以直到2003年才研发出了第一款移相器，X波段五位MMIC数字式的移相器[5]，接着2013年的Ka波段四位MEMS移相器，此外技术和工艺才开始逐渐成熟起来[6]。
在当今社会，科学技术的不断创新和进步，许多新兴材料和先进的工艺在不断涌现，相移器也随着发展趋势在不断的进化，从原来的高成本，变成现在的低成本；从原来的性能差，变成现在的高性能；电路也变得越来越小，形成如今的小型化、高性能、低成本的新兴移相器[7]。
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