移相器与相敏检波器4

1、 补充实验补充实验 移相器与相敏检波器移相器与相敏检波器 实验知识准备实验知识准备1 1做本实验时应具备的知识点：做本实验时应具备的知识点：2 2做本实验时所用到的仪器：做本实验时所用到的仪器：i. 相敏检波器、移相器实验模块、相敏检波器、移相器实验模块、ii. 双踪示波器双踪示波器iii.传感器综合实验平台传感器综合实验平台(音频信号源、直流电音频信号源、直流电源、电压源、电压/频率表频率表) i.i.什么是相敏检波器什么是相敏检波器? ? ii. ii.相敏检波器在传感器处理电路中的作用相敏检波器在传感器处理电路中的作用? ? iii. iii.移相器在传感器处理电路中的作用。移相器在传感

2、器处理电路中的作用。 注意1 1熟悉由运算放大器构成移相电路的组成与工作原理。熟悉由运算放大器构成移相电路的组成与工作原理。4.4.熟悉相敏检波器在检测技术中的运用。熟悉相敏检波器在检测技术中的运用。2.2.熟悉相敏检波器的工作原理及其使用方法。熟悉相敏检波器的工作原理及其使用方法。3 3观测移相电路的功能及其使用方法。观测移相电路的功能及其使用方法。 通过本次实验了解并掌握感测技术中常用的通过本次实验了解并掌握感测技术中常用的信号处理电路的组成与功能信号处理电路的组成与功能. .5.5.进一步熟悉并掌握常用电子测量仪器的运用。进一步熟悉并掌握常用电子测量仪器的运用。一、一、实验目的实验目的二

3、、实验内容二、实验内容1.移相器的功能检测移相器的功能检测2.2.移相器的频率特性检测移相器的频率特性检测3.3.移相器的李沙育图形观测移相器的李沙育图形观测4.4.相敏检波器的直流控制功能检测。相敏检波器的直流控制功能检测。 5.5.相敏检波器的交流控制功能检测相敏检波器的交流控制功能检测6.6.相敏检波器检幅特性测量相敏检波器检幅特性测量7.7.相敏检波器的鉴相特性相敏检波器的鉴相特性四、实验应会技能四、实验应会技能1 1、熟悉并掌握实验用移相器、相敏检波器模块、熟悉并掌握实验用移相器、相敏检波器模块移相器、相敏检波器电路模块的面板布局如图所示：移相器、相敏检波器电路模块的面板布局如图所示

4、：三、实验应知知识三、实验应知知识1.1.移相器的电路组成移相器的电路组成实验仪中的移相器电路原理图与面板布局图如图所示实验仪中的移相器电路原理图与面板布局图如图所示 移相器由两级运算放大器构成，其中，运算放大器A1与移相网络R1、R2、W1、C1构成微分电路,实现超前移相器。 运算放大器A2与移相网络R4、R5、W2、C2构成积分电路,实现滞后移相器。改变W1与W2的大小，可以改变输出信号的相位。（实际电路模块中仅设有W1）。三、实验应知知识三、实验应知知识2.2.相敏检波器的电路组成相敏检波器的电路组成 能够鉴别调制信号的相位，同时还具有选频能力的电子电路能够鉴别调制信号的相位，同时还具有

5、选频能力的电子电路, ,称为相敏检波器称为相敏检波器. .实验仪中的实验仪中的相敏检波器相敏检波器电路组成与面板布局如图所示电路组成与面板布局如图所示: : 相敏检波器模块主要由三部分组成：一是由运算放大器相敏检波器模块主要由三部分组成：一是由运算放大器A1A1构成的整形电路部分，用于构成的整形电路部分，用于对参考信号的处理；二是由场效应管构成的电子开关电路部分，控制相敏检波器；三是对参考信号的处理；二是由场效应管构成的电子开关电路部分，控制相敏检波器；三是由运算放大器由运算放大器A2A2构成的相敏检波器部分。当（构成的相敏检波器部分。当（2 2）端的控制电压为高电平时，二极管）端的控制电压为

6、高电平时，二极管D D截截止，开关管栅极止，开关管栅极G G为低电平，为低电平，BGBG截止，相当开关断开。此时，相敏检波器为反相运算放截止，相当开关断开。此时，相敏检波器为反相运算放大器，输入与输出信号反相。当（大器，输入与输出信号反相。当（2 2）端的控制电压为低电平时，二极管）端的控制电压为低电平时，二极管D D导通，开关管导通，开关管栅极栅极G G为高电平，为高电平，BGBG导通，相当开关接通。此时，相敏检波器为同相运算放大器，输入导通，相当开关接通。此时，相敏检波器为同相运算放大器，输入与输出信号同相。与输出信号同相。三、实验应知知识三、实验应知知识3.3.示波器线性扫描法的相位测量

7、：（泰克示波器线性扫描法的相位测量：（泰克10021002示波器）示波器） =X（cm）/TX)cm)360 四、实验应会技能四、实验应会技能一一. .移相器的功能检测移相器的功能检测 关闭仪器总电源，按图连接实验线关闭仪器总电源，按图连接实验线路。路。将将音频振荡器输出的标准信号音频振荡器输出的标准信号2KHZ/2Vp-p 2KHZ/2Vp-p 由由“0 0度或度或180180度度” ” 端口输端口输出，加入移相器的输入端出，加入移相器的输入端(Vi)(Vi)。并用示。并用示波器的波器的“CH1”CH1”通道检测输入信号。通道检测输入信号。 开启电源，用示波器的开启电源，用示波器的“CH2”

8、CH2”通道观察移相器的输出端通道观察移相器的输出端(Vo)(Vo)的输出信号波的输出信号波形。形。旋转移相器旋钮置最小（逆时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出旋转移相器旋钮置最小（逆时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。 旋转移相器旋钮置最大（顺时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出旋转移相器旋钮置最大（顺时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。 根据实验结果，说明本移相器的最大

9、移相角度是多少？最小呢？根据实验结果，说明本移相器的最大移相角度是多少？最小呢？四、实验应会技能四、实验应会技能二二. .移相器的频率特性检测移相器的频率特性检测 关闭仪器总电源，按图连接实验线路。关闭仪器总电源，按图连接实验线路。将将音频振荡器输出的标准信号音频振荡器输出的标准信号2KHZ/2Vp-p 2KHZ/2Vp-p 由由“0 0度或度或180180度度” ” 端口输出，加入移相器端口输出，加入移相器的输入端（的输入端（Vi)Vi)。并用示波器的。并用示波器的“CH1”CH1”通道通道检测输入信号。检测输入信号。 开启电源，用示波器的开启电源，用示波器的“CH2”CH2”通道观察移相器

10、的输出端通道观察移相器的输出端(Vo)(Vo)的输出信号波形。的输出信号波形。 分别将实验仪中的音频振荡器输出的标准信号分别将实验仪中的音频振荡器输出的标准信号“0 0度或度或180180度度”改为改为1KHZ/2Vp-p1KHZ/2Vp-p、4KHZ/2Vp-p4KHZ/2Vp-p，按实验，按实验1 1步骤中的步骤中的完成实验。完成实验。 旋转移相器旋钮置最小（逆时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号。并旋转移相器旋钮置最小（逆时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。 旋转移相器旋钮置最大（

11、顺时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号。并旋转移相器旋钮置最大（顺时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。 根据实验的数据结果，说明移相器对不同频率的相移有何区别？得出你根据实验的数据结果，说明移相器对不同频率的相移有何区别？得出你的结论。的结论。四、实验应会技能四、实验应会技能三三. .移相器的李沙育图形观测移相器的李沙育图形观测 保持电路连接不变。保持电路连接不变。用用音频振荡器输出标准信号音频振荡器输出标准信号2KHZ/2Vp-p 2KHZ/2Vp-p 由由“0 0度或度或180180

12、度度” ” 端口输端口输出，加入移相器的输入端（出，加入移相器的输入端（Vi)Vi)。 开启电源。将移相器旋钮置最小，用示波器的开启电源。将移相器旋钮置最小，用示波器的“CH2”CH2”通道观察移相器的输出端通道观察移相器的输出端(Vo)(Vo)的输出信号波形。的输出信号波形。 按示波器（泰克按示波器（泰克10021002）面板上的）面板上的“DISPLSY”DISPLSY”功能键，再用菜单功能键，再用菜单“格式格式”功能键选功能键选“XY”XY”即可显示李沙育图形，记录实验结果。即可显示李沙育图形，记录实验结果。 将将移相器旋钮置最大（顺时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号的李沙移

13、相器旋钮置最大（顺时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出信号的李沙育图形。尔后，旋转移相器旋钮，用示波器显示的李沙育图形完成下图填空育图形。尔后，旋转移相器旋钮，用示波器显示的李沙育图形完成下图填空 四、实验应会技能四、实验应会技能四、相敏检波器的直流控制功能检测四、相敏检波器的直流控制功能检测 按图的实验电路接线。将音频信号按图的实验电路接线。将音频信号4KHZ/2V p-p4KHZ/2V p-p（0 0度）信号，模拟待检测信度）信号，模拟待检测信号，加入相敏检波器的输入端号，加入相敏检波器的输入端(Vi)(Vi)。 将直流电压将直流电压+2V+2V加入相敏检波器的参考加入相敏检波器的参

14、考( (控控制制) )电压输入端电压输入端(DC)(DC)。 开启电源开启电源 , ,用示波器观测相敏检波器输入用示波器观测相敏检波器输入/ /输出信号的相位与幅值关系。绘出波形图。输出信号的相位与幅值关系。绘出波形图。 改变直流参考端改变直流参考端(DC)(DC)的电压为的电压为2V2V时，用示波器的时，用示波器的“CH1CH1、CH2”CH2”通道，同时通道，同时观测相敏检波器输入观测相敏检波器输入/ /输出信号的相位与幅值关系，绘出波形图。输出信号的相位与幅值关系，绘出波形图。 通过以上实验结果，由此得出结论：当参考电压为正时，输通过以上实验结果，由此得出结论：当参考电压为正时，输入与输

15、出信号入与输出信号 相，当参考电压为负时，输入与输出信号相，当参考电压为负时，输入与输出信号 相。此电路的放大倍数为相。此电路的放大倍数为 倍。倍。 四、实验应会技能四、实验应会技能五相敏检波器的交流控制功能检测五相敏检波器的交流控制功能检测 按图连接实验电路与准备信号源按图连接实验电路与准备信号源, ,组成一个测量电路组成一个测量电路. . 开启电源，用示波器的开启电源，用示波器的“CH1CH1、CH2”CH2”通道分别接相敏检波器的输入通道分别接相敏检波器的输入端端(Vi)(Vi)和输出端和输出端V(oV(o) )，同时观测相敏，同时观测相敏检波器输入信号与输出信号的相位与检波器输入信号与

16、输出信号的相位与幅值关系幅值关系. .再用再用”CH2”CH2”观测附加观测附加端口端口 与与 端的信号波形，端的信号波形，绘出波形图。绘出波形图。 将音频信号将音频信号180180度度/4KHz/2V p-p/4KHz/2V p-p信号加入相敏检波器的交流控制端（信号加入相敏检波器的交流控制端（Vi)Vi)。用示波器的用示波器的“CH1CH1、CH2”CH2”通道，同时观测相敏检波器输入信号、输出信号的通道，同时观测相敏检波器输入信号、输出信号的相位与幅值关系，尔后用相位与幅值关系，尔后用“CH2”CH2”通道观测附加端口通道观测附加端口 端与端与 端的信号波形，端的信号波形，绘出波形图。绘

17、出波形图。通过以上实验结果，可以得出结论：相敏检波器中的整形电路的作用是将通过以上实验结果，可以得出结论：相敏检波器中的整形电路的作用是将输入的输入的 波转换变成波转换变成 ，使相敏检波器中的电子开关电路能正，使相敏检波器中的电子开关电路能正常工作。常工作。六六. .相敏检波器检幅特性测量相敏检波器检幅特性测量 关闭仪器总电源，按图连接实验电路与准备信号源。关闭仪器总电源，按图连接实验电路与准备信号源。 将音频信号将音频信号0 0度度/4KHz/4KHz信号分别加入相敏检波器的输入端信号分别加入相敏检波器的输入端ViVi和交流参考电压和交流参考电压控制端控制端ACAC，即两信号同相。按表，即两

18、信号同相。按表1 1所给数据，改变音频信号的输入幅值所给数据，改变音频信号的输入幅值Vp-pVp-p，分别读出电压表显示的输出电压数值，填入表分别读出电压表显示的输出电压数值，填入表1 1中。中。输入V P-P0.5V1V2V4V8V10V输出V0 (V) 改变交流参考电压控制端改变交流参考电压控制端ACAC为为180180度，即使两信号相位反相。按表度，即使两信号相位反相。按表2 2所给所给数据，改变音频信号的输入幅值数据，改变音频信号的输入幅值Vp-pVp-p，分别读出电压表显示的输出电压数值，分别读出电压表显示的输出电压数值，填入表填入表2 2中。中。输入V P-P0.5V1V2V4V8

19、V10V输出V0 (V)通过以上实验结果，可以看出：通过以上实验结果，可以看出： 当相敏检波器的输入信号与开关信号当相敏检波器的输入信号与开关信号 相时，输相时，输出为出为 极性的极性的 波形，电压表指示为波形，电压表指示为 极性的电压值。极性的电压值。 当相敏检波器的输入信号与开关信号当相敏检波器的输入信号与开关信号 相时，输相时，输出为出为 极性的极性的 波形，电压表指示为波形，电压表指示为 极性的电压值。极性的电压值。七相敏检波器的鉴相特性七相敏检波器的鉴相特性 按图连接实验电路与准备信号源。将音频振荡器的按图连接实验电路与准备信号源。将音频振荡器的“激励信号激励信号”调到调到4KHz/4KHz/幅度（幅度（1Vp-p1Vp-p）适当的位置，不要过大，并保持音频振荡器输出幅值不变。）适当的位置，不要过大，并保持音频振荡器输出幅值不变。旋转移相器的电位器旋钮，改变参考电压的相位为某一定值，用示波器观察旋转移相器的电位器旋钮，改变参考电压的相位为某一定值，用示波器观察敏检波器（敏检波器（2)2)(6(6）端信号电压波形，