多相正弦振荡器电路.docx

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1、多相正弦振荡器电路多相正弦振荡器电路通信11队刘亚灿李雷袁牧村2012/7/82012/7/8摘要多相正弦振荡器是一种产生多个等幅、等相差正弦信号的电路，在通信、信号处理、功率电子等领域有着广泛的应用前景。本设计采用了基于运算放大器的一阶全通网络，实现了振荡频率为10kHz，相位差为120度的三相正弦信号输出，并配合MCU进行相位和频率跟踪。关键词：多相正弦振荡器运算放大器全通网络相位跟踪Multiphasesinusoidaloscillatorisakindofcircuittoproducem

2、ultiplesinesignalswhichareequalinamplitudeandphasedifference.Thathashasextensiveapplicationsincommunicationandpowerelectronicfields.ThedesignbasedontheUSESofoperationalamplifiersfirstorderallthenetwork,realizetheoscillationfrequencyfor10kHz,phasediffer

3、encefor120degreesofthreesinesignaloutput,andcooperatewithMCUforphaseandfrequencytracking.Keyword:Multiphasesinusoidaloscillator;Operationalamplifier;All-passnetwork;Phasetracking一、方案论证1.多相振荡器方案论证多相振荡器有以下两种方案制作。1.文氏桥振荡后通过移相网络后得到三相交流电。2.通过三级移相网络自激得到。1.通过

4、文氏桥振荡后通过移相网络得到三相正弦信号此方案通过经典的文氏桥震荡得到10KHz的正弦信号，在将信号通过三个相同的120°移相网络得到同幅同频的三相交流信号。其优点是电路稳定，技术成熟，不易产生高频谐波分量。三个相位的产生相对独立。但是由于移相的精度无法保证，所以误差会随着级联逐级叠加，且无法修正。2.通过三级移相网络得到三相正弦信号此方案通过三个针对10KHz正弦信号设计的120°全通滤波器组成一个回环。电路上电后10KHz正弦分量通过系统一次正好相移360°即形成了正反馈自激震荡。而其余频率部分

5、由于相依不匹配则被衰减。可以得出，电路稳定后只会有10KHz正弦波以及其高频谐波分量存在。此时，每一级输出一相正弦波，且同频同幅，相位相差120°。此方法可以保证相差的精确控制以及平路绿的稳定。对于高频谐波，若在系统中加入低通滤波器，则可有效抑制高频分量，得到所需三相正弦单频信号。由于本题对于相位的准确度要求高，固采用方案2.通过三级移相网络得到三相正弦信号。2.相位跟踪方案设计相位跟踪可以采用以下两种方法：1.AD转换器采样跟踪幅值，查表输出相应值。2.用比较器捕捉特定的时间点，作为输出的起始位置

6、，单片机查表自行输出并通过对时间点的捕获不断修正输出相位。1.AD采样跟踪输出此方法可以做到精确地，实时的跟踪波形以及频率。但是受到本次题目DA形式以及单片机速度和AD速度的限制，此方法实现困难很大，对后级滤波器要求很高。2.时间点捕获输出起始点此方法对单片机性能的要求低，容易实现。但是由于查表输出的频率是固定的，不能用来跟踪频率抖动较大的信号。由于题目要求使用的单片机性能无法达到AD采样跟踪所需的性能，且本题中被跟踪频率基本稳定不变，所以采用第二种方式，时间点捕获输出起始点实现相位的跟踪。一、硬件

7、系统设计1.三相振荡器模块设计（1）移相网络如图2-1-1所示：图2-1-1上图中一阶全通网络的电压传递函数可以表示为：，式中，是网络时间常数，该网络在全频域有单位增益，其相移为：经计算可得，若振荡频率为10KHz，要使每次相移为120°，则取，，此时。使用三个一阶全通网络组成一个移相网络，总相移为360。（2）起振和稳幅电路：自激振荡电路的起振条件为电压增益，当时，电路稳定运行，相移始终保持为。使用下图作为起振电路如图2-1-2所示：图2-1-2当电路信号幅度较小时，二极管截止，环路电压增益，经过

8、一定时间后，信号幅度达到二极管导通电压，此时，二极管的导通电阻近似于1，环路增益。（3）低通滤波：由于全通网络会产生多频率振荡的问题。原因是n阶全通网络产生的相移为：每次相移为时，均满足相位条件，可形成稳定的振荡。为了去除高次谐波振荡的影响，在环路中加入一级低通滤波器。如图2-1-3所示图2-1-31.相位捕获模块设计1.比较器设计使用由LM311组成的过零比较电路如图2-2-1所示。图2-2-1LM311输入幅度为10V的方波信号，考虑到Launchpad的性能问题