-移相器与相敏检波器实验报告

1、-移相器与相敏检波器实验报告 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运

2、 行 的 透 明 度一、移相器与相敏检波器实验 【实验目的】 1. 理解移相器和相敏检波器的工作原理。 2. 学习传感器实验仪和交流毫伏表的使用。 3. 学习用双踪示波器测量相移的方法。 【 实验原理】 1. 移相器的工作原理 移相器是由电阻、电抗元件、非线性元件和有源器件等构成的一种电路，当正弦信号经过移相器时其相位会发生改变。理想的移相器在调整电路参数时，可使通过信号的相位在° ° 360 0 之间连续变化，而不改变信号的幅度，即信号可不失真地通过，只是相位发生了变化，图 1 为移相器的工作原理，其中相角 j 为经过移相器所获得的。 2. 相敏检波器的工作原理 相敏检波

3、器是一种根据信号的相位来提取有用信号的处理电路，在外部同频控制信号作用下，用控制信号来截取输入信号，相敏检波器输出的直流分量为反映输入信号与控制信号相位差的直流电压，经低通滤波器 lpf 滤除高频分量后得 到直流输出信号 e ；相敏检波器的组成框图见图 2。 设控制信号表达式为： ïîïíì< <£ £=t ttttu2021 1" 设输入信号为： ) sin( j w + = t u u ，输入信号与控制信号在时域中的关系见图 3。 t u u i w sin = ) sin( j w + = t u

4、 u o 图 1 移相器工作原理 控制信号"u 输入信号 u 输出信号 e 图 2 相敏检波器的组成框图 相敏检波器 低通滤波器 lpf 移相器 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过

5、程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度用控制信号截取输入信号后得到： "0u u u × = ，对0u 积分并在一个周期内取平均得： 2 /02 /02 /0) cos( ) ( ) sin( ) sin(1tt tttut d ttudt t ute j wwj w j wwj w + - = + + = + =ò ò jpj j p j ppj j ppcos cos sin sin cos cos2 cos ) cos(2u u u= - -

6、 - = - + - = 由式可以看出，相敏检波器经低通滤波器输出一个反映输入信号相位差的直流电压，当 0 = j 时，即输入信号与控制信号同相时pue = ，当 ° =90 j ，即输入信号与控制信号正交时， 0 = e 。 利用相敏检波器可以消除信号中干扰噪声的影响。设输入信号中包含有噪声信号nu 和有用信号su ，即：n su u u + = ，则：n c s c cu u u u u u u + = × =0，对0u 积分并在一个周期内取平均得： dt t u utdt t u utetn n cts s c ò ò+ + + =0 0) sin

7、(1) sin(1j w j w ) cos( ) cos( 1c n n c s su u j j j jp- + - = 通过移相器调节控制信号cu 的相位，使噪声信号与控制信号相差 90相角，此时：o90 = -c nj j ，则： ) cos(c ssue j jp- = ，即相敏检波器的输出仅含有有用信号su 分量，噪声信号被剔除。因此，相敏检波器广泛用于通信领域和无损检测领域等用于有用信号的甄别。 【 实验仪器和装置】 传感器实验仪、双踪示波器、交流毫伏表。 【实验内容】 u 0t 0 t "u 1 0 2 / t t t 图 3 输入信号 u 与控制信号"u

8、接通传感器实验仪、双踪示波器和交流毫伏表电源，预热 10 分钟。 1. 移相器 相移量的测量： ： 在传感器实验仪上找到音频振荡器、移相器模块，将音频振荡器的输出端 ° 0 接到移相器的输入端，地线用导线连接。双踪示波器的 ch1、ch2 选定 ac 输入，探头衰减比 1：1， 触发源模式 mode 拨到"daul'，显示方式 alt/chop 置"alt'。ch1 接音频振荡器输出端，ch2 接移相器输出端。交流毫伏表的 l.ch 接音频振荡器输出端，r.ch 接移相器输出端。 调整音频振荡器的频率旋钮，用示波器观察振荡波形的周期为 200us，

9、此时输出频率为5khz；调整音频振荡器的输出幅度旋钮至输出幅度为 5v（用交流毫伏表测量，注意：红表笔接测量端，黑表笔接地，根据信号幅度合理选择量程）。保持音频振荡器输出信号幅度 5v有效值不变，调整移相器移相旋钮，在示波器屏幕上观察 ch1、ch2 通道信号之间的相位变化。调整扫描速率"time/div'和水平位移旋钮"position'，使得 ch1 音频振荡器波型的过零点处于示波器屏幕某一条垂直分度线上，则 ch2 移相器输出信号波型的过零点相对于 ch1 在时间轴上的分度差 div d 即代表两通道信号之间的相位差，通过分度差可计算出时间偏差： )

10、/ ( div time div t ´ d ± = d ，注意观察 ch2 波形相对于 ch1 波形是超前还是滞后，如果 ch2 超前 ch1，则 t d 为正值，如果 ch2 滞后 ch1，则 t d 为负值，根据t d 可计算出相移量： ° ´d= 360ttj 。 2. 移相器输出幅度与 相移量关系的测量： 保持音频振荡器输出信号幅度 v 0 =5v 有效值不变，输出频率为 f=5khz，调整示波器扫描速率"time/div'为 10us，调整移相器移相旋钮使得 t d 分别为 24us、16us、8us、0us、-8us、-1

11、6us、-24us、-32us、-40us、-48us、-56us、-64us 时测量移相器输出信号的幅度dv ，记录入表 1，计算出相移量 ° ´d= 360ttj ，在直角坐标系上画出 j - -dv 曲线,确定理想相移范围。 3. 相敏检波器实验： a）在传感器实验仪上找到音频振荡器、移相器、相敏检波器模块和直流电压表，按图4 接线。将音频振荡器的输出端 ° 0 接到移相器的输入端，地线用导线连接，移相器输出接相敏检波器的输入端，音频振荡器的输出端 ° 0 接相敏检波器的控制端，相敏检波器的输出端接直流电压表正输入端（用直流电压表代替低通滤波器 l

12、pf），直流电压表选择 20v 档。双踪示波器的ch1、ch2选定ac输入，探头衰减比为1：1，触发源模式mode拨到"daul'， 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程

13、控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度显示方式 alt/chop 置"alt'。ch1 接音频振荡器输出端，ch2 接移相器输出端。保持音频振荡器输出信号幅度 5v 有效值不变，输出频率为 5khz，调整示波器扫描速率"time/div' 移相器 为 10us，调整移相器移相旋钮使得 t d 分别为 24us、20 us 、16 us、12 us 、8 us、4 us 、 0 us、-4 us 、-8 us、-12 us 、-16 us、-20 us 、-

14、24 us、-28 us 、-32 us、-36 us 、 -40 us、-44 us 、-48 us、-52 us 、-56 us、-60 us 、-64 us 时记录直流电压表的测量数据 e ，记录入表 2，计算出相移量 ° ´d= 360ttj ，在直角坐标纸上画出j - - e 曲线。 b）根据式计算相敏检波器输出直流分量： jpjpcos2 2cos" ov kue = = （k=2，k为放大系数），记入表 2 并在直角坐标系上画出 j - -"e 曲线。 【数据记录与数据处理】 示波器扫描速率 time/div= 200 us，振荡频率 f

15、= 5 khz，振荡器幅度 v 0 = 5 v 表 表 1 移相器输出幅度与 相移量关系的测量 us t / d us t / ° ´d= 360ttj ° / 移相器输出幅度 v v d / 24 200 43.2 4.9 16 28.8 4.8 8 14.4 4.8 0 0 4.8 -8 -14.4 4.9 表 表 1 （续） 移相器输出幅度与 相移量关系的测量 控制信号 相敏检波器 移相 图 4 相敏检波器实验装置连接图 音频振荡器 1f 2f 直流电压表 us t / d us t / ° ´d= 360ttj ° / 移相器

16、输出幅度 v v d / -16 200 -28.8 5.0 -24 -43.2 5.0 -32 -57.6 4.9 -40 -72 4.9 -48 -86.4 5.0 -56 -100.8 4.9 -64 -115.2 4.9 下图为查阅到的参考线。 曲线分析：从图中可以看出，角度在-120 到-90 时，直流电压几乎不变，角度小于-90 电压突然增大，然后保持不变（这里因为实验精度问题不能体现）。当角度为正值时，电压随着角度的增大迅速减小，但有一个电压在角度增大时也有迅速增大的趋势，由于测量数据较少， 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管

17、理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度 为 了 促 进 本 公 司 各 项 经 营 活 动 由 事 后 管 理 向 事 前 管 理 方 式 的 转 变 ， 强 化 生 产 经 营 全 过 程 控 制 ， 提 高 资 金 使 用 的 计 划 性 ， 特 制 定 本 管 理 办 法 ， 以 增 加 公 司 资 金 运 行 的 透 明 度没有发现之后的规律。 表 表 6-2 相敏检波器实验数据 us t / d us t / 

18、6; ´d= 360ttj ° / 电压表读数 v e/ 检波器输出值 v e /" 24 200 43.2 -2.6 3.1 20 36 -2.45 3.4 16 28.8 -2.05 3 12 21.6 -1.77 3.3 8 14.4 -1.29 3.1 4 7.2 -1.15 3.6 0 0 -0.77 3.7 -4 -7.2 -0.19 3.7 -8 -14.4 -0.16 3.8 -12 -21.6 0.35 3.6 -16 -28.8 1.19 3.6 -20 -36 1.26 3.8 -24 -43.2 1.75 3.6 -28 -50.4 2.3

19、1 3.3 -32 -57.6 2.75 3.5 -36 -64.8 3.05 3.1 -40 -72 3.44 2.9 -44 -79.2 3.78 2.8 -48 -86.4 4.19 2.7 -52 -93.6 4.26 2.6 -56 -100.8 4.41 2.5 -60 -108 4.37 2.5 -64 -115.2 4.29 2.3 其中：e 是直流电压表测量数据，单位：v，e 是相敏检波器输出的直流分量计算值, 单位：v。 下图为查阅到的参考线。 曲线分析：实验中当角度大于-100 度时，随角度增加电压以平滑曲线形式减小；当角度小于-100，随角度减小电压逐渐增大。总体形状与正弦曲线相似，我想，如果测得数据足够多，其变化规律就是正弦曲线，且具有周期性。参考线中当角度大于-90 度时，随角度增加电压以平滑曲线形式增大；当角度小于-90，随角度减小电压逐渐增大。当角度大于 0 时，随着角度的增大，电压逐渐减小。总体形状与正弦曲线相似，我想，如果测得数据足够多，其变化规