康学福

（天水师范学院 工学院，甘肃 天水 741001）

RC移相电路的分析与仿真

康学福

（天水师范学院 工学院，甘肃 天水 741001）

移相是对输出波形相位的一种调整关系，其在通信、仪器仪表、甚至在导弹、雷达技术中广泛应用。同时两个同频率信号之间的移相，是电子行业继电保护领域中模拟、分析事故中的一个重要手段。本文从数学分析和EWB软件仿真两个方面入手，来讨论由RC组成的90o到-90o之间的移相电路。数学分析是从理论上讨论其实现的可能性，而软件仿真能够直观观察实验结果，利于提高结果的分析。

RC电路;EWB;仿真实验;移相;信号

在分析设计与交流电路的研究当中，通过由电器元件电阻、电感和电容组成的不同组合电路，改变输出正弦波信号与输入正弦信号的相位关系，可构成放大电路、选频电路和移相等电路[1]。利用移相的原理，可以制作校验各种有关相位的仪器仪表、继电保护装置的信号源，所以说移相电路有着广泛的实用价值。而由RC组成的电路在电工电子技术中的应用十分广泛，根据输入信号的不同类型，看输出信号是从电阻取得还是从电容取得，就可得到对应于不同的输出信号。从而能够实现移相、微分、积分和波形的转换等电路。

1 RC组成00到-900 的移相电路

一个RC的移相电路，是由一个电阻和一个电容串联而成，在输入信号源为交流信号的情况下，根据电路的不同参数，从而能够实现不同的偏移相位。其 到- 之间的相位偏移电路如图1所示。

根据电路的特点，输入以正弦交流信号为例。而正弦量的各种表示方法是分析与计算正弦交流电路的工具。用瞬时值关系来分析，可用三角函数来表示，设电流为[2]：

则电阻上的电压降为：

图1 00到-900 移相电路Fig. 1 00to -900 phase circuit

由（3）式可知，在电容中，电压比电流在相位上要滞后于 ，因此有：

图2 相量图Fig. 2 Phase diagram

由式（6）可得，取电阻和电容不同的参数值，就可以得到不同的偏移量。例如我们取电阻R=10 kΩ，电容C=5μF ，由式（6）通过计算可得a=-86.360。

2 RC组成00到-900 的移相电路仿真分析

有了数学分析的结果，取电阻和电容的参数与数学分析中的参数一样，利用电子工作平台EWB软件来仿真实验[4-8]，其仿真实验电路如图3所示。用波特图仪来测量相位的偏移量。如图3中所示，波特图仪的面板由两部分组成，左侧是波特图仪的观察窗口，右侧是波特图仪的控制面板。波特图仪的控制面板又分为Magnitude(幅值)选择、Phase(相位)选择、Vertical(纵轴)设置、Horizontal(横轴)设置、读数指针按钮、读数显示窗口几部分。其相频特性Φ( f )=Φ0( f )- Φ1( f )，它是以曲线形式出现在波特图仪的观察窗口，单击Phase(相位)按钮，显示电路的相频特性。当测量相频特性时，纵轴表示相位，刻度是线性刻度，单位是度。因此点击读数指针移动按钮，调节游标的水平位置为工频电的输入电压频率50 Hz，则垂直数值就是测量所得到输出与输入之间的相位差值，从图（3）中看出，其相位差值为 -86.360，和数学分析计算所得的结果一致。

图3 00到900 移相仿真电路Fig. 3 00 to 900 phase shifting circuit simulation

同理，可以取电阻和电容的不同参数，可得到不同偏移量的仿真电路图，从而能够得到不同相位差的移相电路。

3 RC组成00到+900 的移相电路

由（7）式可得，如果取电阻和电容元件的不同参数，我们就可以得到不同的正向偏移量的电路，在这里我们取元器件的参数电阻R=500Ω，电容C=5μF ，通过（7）式计算得到，β=51.870。

图4 00到900移相电路Fig. 4 00 to 900 phase circuit

4 RC组成00到+900 的移相电路仿真

在电子平台EWB的软件，创建电路图进行仿真实验，元件参数电压源为220V/50 Hz ，电阻R=500 Ω，电容C=5 μF，仿真实验电路如图5所示。在实验电路图的波特图仪中，调节游标水平位置到输出电源频率50 Hz，如图5所示，则垂直数据为偏移量，读数为 51.860，这与数学分析计算的数值基本一致。

在实际的应用的电路中，我们只要对电阻和电容元件的参数取不同的数值，或改变输入交流电源的频率，在输出端就能够得到相对于输入相位不同的交流信号，从而能够实现不同的相位偏移电路。

5 结束语

图5 00到+900移相仿真电路Fig. 5 00 to + 900phase shifting circuit simulation

电路的分析是电子设计中很重要一个环节，以数学作为工具是我们理论分析的重要的手段，而以电脑辅助设计进行电路仿真，能有效地节省了开发时间和成本。如果用硬件实验仪器对实际电路进行测试时，需要不断的调整电路元器件的参数，工作量大，且输入输出的显示信号不太稳定，分析结果比较困难。利用软件搭建电路和修改元器件参数相对于实际硬件来说要便捷很多，并且WEB方便的操作方式，直观的电路图和仿真分析结果显示形式，非常适合电工电子的仿真实验，对提高理论知识的理解和掌握，培养知识综合、知识应用、知识迁移的能力有很大的帮助，使电路分析变得灵活直观。

[1] Paul Horowitz. Winfield Hill.电子学[M].吴利民,余国文,等译.北京:电子工业出版社,2009.

[2]秦曾煌.电工学[M].7版上册.北京:高等教育出版社,2009.

[3]叶淬.电工电子技术[M].3版.北京:化学工业出版社，2009.

[4]齐晓华．基础物理实验中RC微积分电路的Multisim仿真[J].电子设计工程,2012,3(20):37-38.

QI Xiao-hua.Multisim simulation on RC calculus circuit in fundamental physics experiments[J].Electronic Design Engineering, 2012,3(20):37-38.

[5]腾香.RC电路正弦稳态特性的Multisim仿真分析[J].电子设计工程,2012,10(20):10-12.

TENG Xiang.Multisim simulation analysis of the RC circuit sinusoidal steady-state characteristics[J].Electronic Design Engineering, 2012,10(20):10-12.

[6]汪金山.正弦激励下的RC电路的暂态过程[J] .大学物理,1997,10（16）:24-25.

WANG Jin-shan.The tramsient process of RC circuit under sinusoidal excitation[J].College Physics, 1997,10(16):24-25.

[7]易洪刚,陈罡.RC电路瞬态过程电子仿真实验设计[J] .江西教育学院学报(综合),2003,6(24):11-13.

YI Hong-gang,CHEN Gang.The design of electronic imitate experiment for RC circuit transient course[J].Journal of Jiangxi Institute of Education (Comprehensive), 2003,6(24):11-13.

[8]李青云,傅和平,时永鹏.RC电路暂态过程数学模型的建立及在电子技术中的应用[J].济源职业技术学院学报,2007,2(6):21-24.

LI Qing-yun,FU He-ping,SHI Yong-peng.The mathematics model of the RC circuit transient process and its application in electrontechnology[J]. Joumal of Jiyuan Vocational and Technical College,2007,2(6):21-24.

Analysis and simulation of RC phase about shifter circuit

KANG Xue-fu
（Engineering College ,Tianshui Normal University, Tianshui 741001, China）

Phase shifter is a kind of relation adjustment of the output waveform phase, it is widely used in the communications, instrumentation, and even in the missile, radar technology. At the same time between two signals with same frequency shift, is an important means of accident simulation, analysis of relay protection in electronic industry.This article from two aspects of mathematical analysis and Simulation of EWB software, to discuss the phase shift circuit composed by RC from 900to-900. Mathematical analysis is to discuss the possibility of its realization from the theory,and the simulation software can directly observe the result of the experiment, it help to increase the analysis results.

RC circuit; EWB; simulation experiment；phase shift；signal

TN702

A

1674-6236(2014)14-0149-03

2013–10–25 稿件编号：201310188

康学福(1977—)，男，甘肃临洮人，硕士，讲师。研究方向：电子与控制系统。