Фазосдвигающие цепи. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Фазосдвигающие цепи. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

ВикиЧтение

OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
Кеоун Дж.

Содержание

Фазосдвигающие цепи

Простая фазосдвигающая цепь, использующая только конденсаторы и резисторы, показана на рис. 2.21. Это мостовая Т-образная схема со следующими параметрами элементов: С₁=С₂=10 нФ; R₁=200 Ом; R₂=250 Ом; R_L=100 Ом и R=1 Ом (резистивный датчик тока). С помощью PSpice-анализа можно определить фазосдвигающие свойства этой цепи. Определите, при какой частоте фазовый сдвиг тока относительно входного напряжения максимален и какова его величина в этой точке. Подберите эмпирически диапазон частот для такого анализа.

Рис. 2.21. Фазосдвигающая цепь

Входной файл имеет вид:

Phase-Shift Network

V 1 0 AC 12V

R 1 1А 1

R1 1A 3 200

R2 2 0 250

RL 3 0 100

C1 1A 2 10nF

C2 2 3 10nF

.AC LIN 501 5kHz 500kHz

.PROBE 

.END

Проведите анализ на PSpice, затем получите график IP(R), используя линейную шкалу частот в диапазоне от 5 до 500 кГц. Легко установить, что максимальный сдвиг фазы немного меньше 30° и приходится на частоту около 300 кГц. Воспользовавшись режимом курсора, получим более точные значения: максимальный сдвиг фазы 29,67° при f=281,4 кГц.

Не выходя из Probe, получите график IP(RL). Он непосредственно покажет сдвиг фазы в Т-образной схеме. Найдите частоту, при которой схема имеет нулевой сдвиг фазы. Обратите внимание, что это происходит при частоте менее 50 кГц.

С учетом этого измените входной файл, установив диапазон частот от 5 до 50 кГц. Выполните анализ снова и определите частоту для нулевого сдвига фазы с помощью графика IP(RL). Воспользовавшись курсором, убедитесь, что f=29,32 кГц. Ваш график должен быть похож на приведенный на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Частотные характеристики фазосдвигающей цепи

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Цепи с источниками тока и напряжения

Цепи с источниками тока и напряжения Цепи, включающие источники тока и напряжения, могут быть рассчитаны при применении метода наложения. Если цепи не слишком сложны, этот метод дает простое и вполне приемлемое решение. На рис. 1.19 приведена цепь, содержащая источник

Непланарные цепи

Непланарные цепи Если схемы непланарны, их нельзя изобразить в двухмерном пространстве без пересечения линий, соединяющих узлы.

Такова схема на рис. 1.37, которая содержит источник напряжения и восемь резисторов, то есть всего девять элементов. Из используемых методов

Параллельные резонансные цепи

Параллельные резонансные цепи Уравнения для анализа параллельной резонансной цепи значительно сложнее уравнений для последовательного колебательного контура. Можно найти полное описание этих уравнений в учебниках. Однако моделирование на PSpice позволяет легко

Цепи заряда конденсаторов

Цепи заряда конденсаторов Схема на рис. 6.19 содержит конденсатор в одной ветви и катушку индуктивности в другой. Источник напряжения подключается, чтобы зарядить конденсатор, затем он закорачивается. Рис. 6.19. Схема с индуктивной и емкостной ветвямиПрежде чем выполнять

LС-цепи при размыкании ключа

LС-цепи при размыкании ключа Другая схема, в которой источник напряжения исключается из цепи при t=0, показана на рис. 6.22. Перед проведением анализа на PSpice найдем начальные условия. Имеется напряжение постоянного тока Vs=6 В, приложенное к схеме при t<0. При этом условии

Цепи с источником тока

Цепи с источником тока На рис. 6.26 показана схема с источником тока, обеспечивающим установившееся значение в ЗА при t<0. В момент t=0 ток становится равным 0. Прежде чем приступить к анализу на PSpice, определим начальные условия для L и С. До момента t=0 ток через R=3 А, в то время

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи На рис. 8.1 показана блок-схема обычного контура обратной связи. Он включает суммирующее звено, в котором входной сигнал vi складывается с сигналом обратной связи vf. На самом деле это особый суммирующий узел, он инвертирует фазу сигнала обратной связи,

Изображение Т -образной цепи

Изображение Т-образной цепи Создайте схему, показанную на рис. 14.10 в Capture. Эта схема может быть выведена на печать с помощью методов, описанных в предыдущем разделе. Единственные необходимые компоненты VDC, R и 0/SOURCE (для земли). Чтобы создать рисунок в OrCAD Capture, выберите File, New

Цепи переменного тока

Цепи переменного тока Чтобы анализировать цепи переменного тока, которые мы рассматривали в главе 2 (синусоидальный ток в установившемся режиме), нам необходим источник питания VAC из библиотеки источников и компоненты R, L и С из библиотеки аналоговых компонентов.

15. Транзисторные цепи в Capture

15. Транзисторные цепи в Capture В главе 10 исследовалась модель PSpice для биполярного транзистора (BJT). В демонстрационной версии PSpice имеется шесть транзисторов BJT (Q2N2222, Q2N2907A, Q2N3904, Q2N3906, Q2N6052 и Q2N6059), три из которых npn-, а три других — pnp-транзисторы.

Чтобы показать некоторые из

14.2. Регулируемые цепи

14.2. Регулируемые цепи Регулирующие участки разного уровня обладают рядом недостатков. Главным из них является относительное запаздывание реакции системы на возбуждающий импульс. Улучшение временной реакции при сохранении регулирования возможно при применении

7.2.4. Оболочки безопасности и цепи Бернштайна

7.2.4. Оболочки безопасности и цепи Бернштайна Один из распространенных способов использования сценариев упаковщиков — это создание оболочек безопасности (security wrappers). Сценарий безопасности может вызывать программу-диспетчер (gatekeeper) для проверки мандата (credential), а затем в

7.2.4. Оболочки безопасности и цепи Бернштайна

7.2.4. Оболочки безопасности и цепи Бернштайна Один из распространенных способов использования сценариев упаковщиков — это создание оболочек безопасности (security wrappers). Сценарий безопасности может вызывать программу-диспетчер (gatekeeper) для проверки мандата (credential), а затем в

У15.6 Кольцевые списки и цепи

У15.6 Кольцевые списки и цепи Объясните, почему LIST нельзя использовать для создания кольцевых списков. (Подсказка: в этом вам может помочь изучение формальных утверждений, обсуждение которых вы найдете в начале следующей лекции.) Опишите класс CHAIN, который может служить

Фазосдвигающая цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Фазосдвигающая цепь обычно состоит из сопротивления R и емкости С.  [1]

Применение тиристора в телевизионном приемнике в качестве высоко-вольного ограничителя.  [2]

Фазосдвигающая цепь, описанная в разд.

 [3]

Фазосдвигающая цепь вырабатывает на выходе сигнал, фаза которого отличается от фазы входного сигнала. Поэтому такую схему полезно применять в тех случаях, когда требуется получить сдвиг сигнала по фазе, например в схеме управления тиристором.  [4]

Фазосдвигающая цепь приведена на рис. 10.13 а. Здесь вторичная обмотка LZ трансформатора имеет центральный вывод, что обеспечивает разность фаз 180 между напряжениями на верхнем и нижнем выводах. Дополнительная катушка индуктивности L, включенная последовательно с переменным резистором Rlt шунтирует вторичную обмотку трансформатора и позволяет осуществлять регулировку сдвига фазы.  [5]

Схема реактивной лампы.  [6]

Если фазосдвигающая цепь создает сдвиг 90, то реактивная составляющая проводимости, создаваемой лампой, будет равна jaRC / S. На высоких частотах необходимо учитывать междуэлектродные емкости лампы. В основном эти емкости увеличивают активную составляющую создаваемой лампой проводимости, присоединяемой к контуру гетеродина.  [7]

Расчет фазосдвигающих цепей основывается, главным образом, на использовании традиционных методов теоретической электротехники, таких, например, как метод контурных токов.  [8]

Свойства фазосдвигающей цепи реализуются при высоком входном сопротивлении первого каскада и малом выходном сопротивлении второго каскада. Для этой цели первый каскад выполняют на полевом транзисторе. Для стабилизации амплитуды колебаний в генератор введена ООС на нелинейных элементах ( терморезисторах, лампах накаливания), сояротивление которых зависит от проходящего тока. Регулирование рабочей частоты осуществляется изменением параметров двух элементов фазирующей цепи, поэтому в схеме используют сдвоенные переменные резисторы или сдвоенные конденсаторы переменной емкости.  [9]

Параметры низкочастотных фазосдвигающих цепей определяются в такой последовательности.  [10]

Схема /. С-генератора с фазосдвигающей цепью.  [11]

Подбирая параметры фазосдвигающей цепи таким образом, чтобы на некоторой частоте / 0 фазовый сдвиг был равен я, можно получить на этой частоте незатухающие колебания, близкие к гармоническим. Вариант схемы такого С-ген. С-генераторе с мостом Вина), которая нужным образом изменяет коэффициент усиления усилителя и позволяет получать гармонические колебания.  [12]

Сопротивления всех элементов фазосдвигающей цепи рис. 2.32, а равны между собой.  [13]

Параметры элементов низкочастотных фазосдвигающих цепей, скорректированные при наладке преобразователя, несколько отличаются от расчетных.  [14]

Расчет генератора на фазосдвигающей цепи С-параллель проводится в том же порядке, что и для генератора с фазосдвигающей цепью — параллель.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Независимый от частоты фазовращатель — Circuit Cellar

Фазовращатели важны для различных приложений цифровой и аналоговой связи.

Традиционные фазовращатели предназначены для работы только на одной частоте, что требует громоздких методов поддержания фазы для большого диапазона частот. В этой статье Нишант представляет реализацию частотно-независимого фазовращателя. Он способен уменьшить влияние частоты на фазу и сделать систему независимой от частоты в диапазоне от 4 кГц до 7 кГц.

Цифровая и аналоговая связь требует большого количества угловых изменений, которые постоянны в большом диапазоне частот. Некоторые примеры, такие как фильтры с одной боковой полосой (SSB), требуют точных сдвигов на 90 градусов для модуляции, а также для демодуляции. Традиционные фазовращатели были разработаны с использованием всех проходных фильтров и нескольких RC-цепей и работали только на одной частоте. Небольшое отклонение частоты приводит к резкому изменению фазы, что может исказить модулированный сигнал и, в свою очередь, привести к потере информации. Для решения этой проблемы требуются эффективные методы поддержания фазы в широком диапазоне частот.

В этой статье представлена ​​реализация частотно-независимого фазовращателя с использованием основных строительных блоков аналоговых схем, таких как операционные усилители, JFET и пассивные устройства. Как упоминалось ранее, традиционные фазовращатели разработаны с использованием всепроходного фильтра со сдвигом фазы от 0 до 180 градусов для заданной частоты. Небольшое изменение частоты приведет к резкому изменению фазы. Эта переменная фаза может быть проблематичной в некоторых критически важных приложениях, связанных со связью, и может сделать систему очень зависимой от частоты. Здесь мы упрощаем систему, чтобы уменьшить влияние частоты на фазу и сделать систему независимой от частоты в диапазоне от 4 кГц до 7 кГц.

НЕКОТОРАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Были проведены исследования по созданию эффективных фазовращателей, не зависящих от частоты. Некоторые исследователи построили их с помощью программируемых плавающих резисторов. Этот подход к проектированию основан на простом фазовращателе на операционном усилителе с программируемым плавающим резистором и программируемым конденсатором. Фазовый сдвиг можно изменять с помощью программируемого резистора. Компенсация изменения частоты достигается с помощью программируемого конденсатора. На рис. 1 показана схема этой реализации.

Рисунок 1
Здесь показана реализация частотно-независимого фазовращателя с использованием программируемого резистора.

Другой метод создания частотно-независимых фазовращателей включает преобразование входного сигнала с помощью преобразователя частоты в напряжение (FVC) и использование полученного напряжения для управления резистором управления напряжением (VCR). Здесь видеомагнитофон реализован с использованием JFET и генератора, управляемого напряжением (VCO). На рис. 2 показана блок-схема этой цепи.

Рисунок 2
Это частотно-независимый фазовращатель, использующий преобразователь частоты в напряжение [1].

Те две конструкции, которые мы описали до сих пор, являются дорогостоящими технологиями и требуют для своей работы микросхем со специальными функциями. Кроме того, они дают результаты, которые не являются точными на 100% для заданного диапазона частот. Тот же подход был использован для использования схемы на основе переменного резистора, чтобы сделать фазовращатель независимым от частоты. Он использует свойства JFET для работы в качестве переменного резистора.

Есть причина, по которой все пропускающие фильтры обычно используются для создания фазовращателей. Характеристики полнопроходного фильтра таковы, что его величина не зависит от частоты, но фазовый сдвиг меняется с частотой. Но главный недостаток такой схемы в том, что компоненты схемы надо подбирать под конкретную частоту. Если мы изменим частоту, фазовый сдвиг изменится. Таким образом, чтобы сделать схему независимой от частоты, мы можем изменять компонент полнопроходного фильтра в зависимости от частоты входного напряжения. В этой предложенной схеме я заменил резистор в фильтре на JFET с регулируемым напряжением затвора. Используя правильную обратную связь, напряжение затвора JFET изменяется таким образом, что его сопротивление сток-исток устанавливается на правильное значение в соответствии с входной частотой и, таким образом, достигается требуемый фазовый сдвиг. На рис. 3 показана простая блок-схема этой системы.

— РЕКЛАМА—

—Реклама здесь—

Рисунок 3
Независимый от частоты фазовращатель

Для обратной связи сначала определяется фазовый выходной сигнал всепроходного фильтра, который дает выход постоянного тока, соответствующий фазовому выходу. Теперь это напряжение сравнивается с опорным напряжением с помощью дифференциального усилителя. Выход дифференциального усилителя возвращается к напряжению затвора JFET. Таким образом, если фазовый выходной сигнал всепроходного фильтра высок, он будет давать более высокое постоянное напряжение. И напряжение обратной связи затвора JFET увеличится, так что сопротивление уменьшится, а фаза всепроходного фильтра уменьшится до желаемого значения.

КОНСТРУКЦИЯ СХЕМЫ
Теперь давайте рассмотрим каждый элемент и критерии схемы.

Всепроходной фильтр:  Всепроходной фильтр — это фильтр, амплитудная характеристика которого фиксирована, а фазовая характеристика зависит от частоты. На рис. 4 показана принципиальная схема всепроходного фильтра.

Рисунок 4
Всепроходной фильтр

Генератор управляющих сигналов:  Сначала мы генерируем два импульса переключения: один получен из фильтра, а другой сдвинут по фазе на 180 градусов. Затем мы отправляем ввод в буфер. Это связано с тем, что подача его непосредственно на компаратор может привести к нагрузке на вход. Выход буфера поступает на компаратор, а затем этот выход инвертируется с помощью инвертора.

Детектор фазового сдвига:  Во-первых, у нас есть буфер от полнопроходного фильтра. Построен мультиплексор с двумя входами, по сути, как структура с четырьмя переключателями. Один из входов мультиплексора — это выход буфера, а другой — инвертированный сигнал этого выхода. Управление переключателями осуществляется с помощью сигналов переключения, полученных из входного импульса, так что, когда на входе высокий уровень, выходной сигнал фазовращателя будет проходить. Когда вход отрицательный, его инвертированная версия пройдет.

Затем у нас есть фильтр нижних частот, который усредняет два сигнала. Здесь переключатели расположены таким образом, что они видят либо землю, либо виртуальную землю, так что напряжение на переключателе не меняется. Таким образом, сопротивление ключей во включенном состоянии не меняется при изменении входного напряжения. Кроме того, в этой архитектуре переключатели не зависят от входного напряжения. Если бы мы поменяли местами последовательное и параллельное положение переключателя, в получившейся схеме возникла бы проблема, из-за которой напряжение смещения было бы умножено на огромный коэффициент усиления, что привело бы к насыщению усилителя. Имея это в виду, мы можем сделать вывод, что это оптимальная схема коммутации для мультиплексора.

Теперь нам нужно спроектировать различные фазовые сдвиги. Из Рисунок 5 видно, что выход детектора фазового сдвига должен быть 0 В для 90 градусов, а для других фаз требуются другие значения V _ref . Теперь у нас есть разностный усилитель, один вход которого является выходом фазового детектора, а другой заземлен в качестве эталона 0 В для 90 градусов и конечных значений для других фаз.

Рисунок 5
Здесь показаны фазовые сдвиги для частотно-независимого фазовращателя.

JFET можно использовать как переменный резистор. Видеомагнитофон можно определить как переменный резистор с тремя выводами, в котором значение сопротивления между двумя выводами управляется потенциалом напряжения, приложенным к третьему. На Рисунке 6 показана полная принципиальная схема.

Рисунок 6
Полная принципиальная схема

ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ
Для усилителя всепроходного фильтра были выбраны стандартные значения сопротивления 10 кОм. Конденсатор 0,1 мкФ подключен к фильтру. Обратите внимание, что здесь можно использовать керамический конденсатор вместо электролитического типа, потому что электролитический конденсатор имеет меньший допуск. Компонент JFET BFW10 был выбран потому, что его сопротивление в открытом состоянии составляет около 150 Ом (типовое значение). Эта конструкция предназначена для диапазона частот 4 кГц-8 кГц. Из теории мы знаем, что для 9фазовый сдвиг 0 градусов, ωRC=1. Итак, емкость (C)=0,1 мкФ, частота (f)=10 кГц и необходимое сопротивление 159 Ом. При f=20 кГц требуемое сопротивление составляет 79 Ом, которое можно получить из выбранного JFET. Я выбрал BFW10, а не BFW11, потому что напряжение отсечки BFW10 составляет -6 В, а для BFW11 -2 В. JFET BFW10 и BFW11 доступны от нескольких производителей.

— РЕКЛАМА—

—Реклама здесь—

В секции фазового детектора значения сопротивления выбраны равными 10 кОм каждое, за исключением последней стадии, где оно сохраняется на уровне 100 кОм. Используются переключатели Texas Instruments (TI) CD4016. Здесь мы также могли бы использовать TI CD4066 в мультиплексорных операциях. Для емкости фильтра нижних частот я выбрал 0,1 мкФ. Значение этого конденсатора было выбрано в соответствии с минимальной частотой, которую мы хотим подавить. Здесь сопротивление составляет 100 кОм, поэтому постоянная времени RC составляет 1/100, что позволяет нам отбрасывать все частоты почти до 20 Гц.

В секции генератора сигналов управления я использовал 741 операционный усилитель в качестве компараторов. И после этого я использовал 74C04 в качестве моего инвертора CMOS, потому что он имеет то преимущество, что он совместим с CMOS и может работать с источником питания, отличным от 5 В. Источник питания может быть либо встроен в систему, либо система может получать внешнее питание от источника ±9 В.

НАБЛЮДЕНИЯ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В своих наблюдениях я экспериментировал с разными частотами и фазами. Входное напряжение варьировалось от 500 мВ до 1 В, а 9Сдвиг фазы 0 градусов был получен в диапазоне частот 5кГц-8кГц. В Рисунок 7  все показания были захвачены. Здесь видно, что V _dc  линейно изменяется в зависимости от изменения фазы и V _ref . Кроме того, на графике показана постоянная фаза для 80, 90 и 100 градусов в диапазоне частот от 4 кГц до 7 кГц с небольшими вариациями в начале боковых полос.

Рисунок 7
Обратите внимание, что Vdc изменяется линейно при изменении фазы и Vref. Также обратите внимание на постоянную фазу для 80, 90 и 100 градусов в диапазоне частот 4кГц-7кГц, с небольшими вариациями начиная с боковых полос.

При увеличении частоты для сохранения того же фазового сдвига значение сопротивления должно уменьшаться. Из характеристик JFET мы видели, что его сопротивление уменьшается, если увеличивается напряжение на затворе. На рис. 7 наблюдается та же тенденция, если подать внешнее напряжение на JFET и попытаться получить требуемый фазовый сдвиг при изменении частоты. Рисунок 8  показывает работу фазовращателя на снимке экрана с осциллографа.

Рисунок 8
Снимок экрана XY-диаграммы цифрового запоминающего осциллографа (DSO)

Наш точный частотно-независимый фазовращатель был разработан для диапазона 4–8 кГц. Был получен допуск 5 градусов для диапазона частот 4кГц-8кГц. В этом проекте я полагался на накопленный опыт различных исследовательских работ, так что это принятие существующего подхода. Ссылки на эту статью в РЕСУРСЫ ниже включают несколько хороших исследовательских работ, которые помогут вам в дальнейшем продвижении этого проекта. Объем этого проекта может быть расширен за счет увеличения диапазона частот, в котором фаза постоянна.

Для более широкого охвата потребуется изучить дополнительные значения сопротивления и емкости. Мы можем увеличить диапазон линейности фазовращателя, используя различные конденсаторы разной емкости в разных частотных диапазонах. С помощью микроконтроллера (MCU) мы могли бы выбрать конденсатор в требуемом частотном диапазоне так, чтобы — в пределах этого диапазона — мы получили выходной сигнал со сдвигом по фазе на требуемую степень. MCU также можно использовать для управления опорным напряжением для увеличения диапазона.

РЕСУРСЫ

Ссылка:
[1] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3735/12/11/006/meta

https://www.researchgate.net/ публикация/4255446_Frequency_Independent_Phase_Shifter

Полевой транзистор как резистор, управляемый напряжением AN105, Siliconix 1997

Пассивный фазовращатель с переменной частотой, Flaarity Warren H

Texas Instruments | www.ti.com

ПУБЛИКУЕТСЯ В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR MAGAZINE • СЕНТЯБРЬ 2020 г. № 362 – Загрузить выпуск 9 в формате PDF0005

Будьте в курсе наших БЕСПЛАТНЫХ еженедельных информационных бюллетеней!	Не пропустите предстоящие выпуски Circuit Cellar. Подписка на журнал Circuit Cellar Примечание. Мы сделали выпуск Circuit Cellar за май 2020 г. бесплатным образцом. В нем вы найдете большое разнообразие статей и информации, иллюстрирующих типичный номер текущего журнала. — РЕКЛАМА — — Реклама здесь —
Хотите написать для Circuit Cellar ? Мы всегда принимаем статьи/сообщения от технического сообщества. Свяжитесь с нами и давайте обсудим ваши идеи.

Спонсор этой статьи

Нишант Миттал

Системный инженер | + постов

Нишант Миттал (Nishant Mittal) работает системным инженером в Хайдарабаде, Индия.