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精确移相电路的设计举例(1)

冬至子 来源:硬件电路设计与研究 作者:scuzy 2023-10-13 10:24 次阅读

移相电路就是对输入信号(一般是正弦波)进行相位控制,而不改变其幅度,本推文以移相电路为例,展示模拟电路的反馈设计技巧与方法:

一、全通滤波器实现移相

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以上是两种移相电路 的原理,其输出幅度保持不变,移动的相位随R3和C而改变,在C和R3确定时其移相是arctan函数,非线性的,当WR3C较小时,近似线性arctan(x)=x,|x|<=0.5,仿真伯德特的相位如下:

图片

上图可见,在WR3C较小时,是线性相移,即确定最最高频率Wmax后可以反向计算R3C<=0.5/Wmax,确定线性相移应用的时间常数R3C。

二、反馈控制设计举例

现在需要设计一个电路,实现输入频率在一定范围内变化、输入信号的初始相位变化时,输出信号始终超前输入信号90°,而输出信号幅度保持与输入信号幅度相同。这该如何实现?

应用前述的全通滤波器,好像有希望实现,关键是要能调整C与R3,而且要刚好调整到对输入信号移相90°,这是问题的关键。我们把问题细分一下:

1)如何改变C或R3?

2)如何检测相位差?这其实就是要根据相位差来反馈控制C或R3的变化,可以采用interwetten与威廉的赔率体系 控制也可用数字控制方式。

先说1),改变C当然不能人去手动调节,要用电信号自动调节,首先想到的就是反向偏置的变容二极管,本推文我们不选择改变C,如果是改变R3那么如何做?当然不能用普通电位器了,我们还是需要能电控改变阻值的东东:

a)不少人可能首先想到的是数字电位器,这个有些问题:首先太复杂,意味着你要使用单片机,而且数字电位器都是离散电阻值,假设一步对应100欧姆,1.5khz时需要900欧姆,刚好合适,而1.525khz输入频率,如果需要923.56欧,就完了,因为一步对应100欧姆的数字电位器只有900欧姆、1000欧姆,没有923.56欧姆,会影响控制精度,所以数字电位器不是最佳方案。那么你非要使用数字电位器又该怎么办?那也不是没有办法,只是精度差一些:比如,你可以参考PWM控制的思路,在20次控制中,1000*(20-x)/20+900*x/20=923.56,计算出x次选择900欧,剩下(20-x)选择1000欧。

b)还有就是选择JFET管,工作在可变电阻区,这是非常好的方案,只是要控制JFET的工作电压和扩展JFET的线性,下个推文再详述

再说2),这里关键是需要一个鉴相器,来检测相位差,二极管鉴相器、二极管平衡环状鉴相器、乘法器....都可以做鉴相器,这里为了简单选择乘法器做鉴相器

先给出整体仿真电路和仿真实验结果:

图片

这个电路的基本思想:就是检测90°相位差,以此对R3形成反馈控制,最终实现输出严格超前输入90°的效果,很多貌似神奇的电路设计其实基本思想都很简单,都是围绕反馈做文章!

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