測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

測(cè)控電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目開關(guān)式全波相敏檢波電路設(shè)計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源老師布置指導(dǎo)教師 主要內(nèi)容（參數(shù)）利用THZTL-1測(cè)控試驗(yàn)箱設(shè)計(jì)開關(guān)式全波相敏全波檢波電路，實(shí)現(xiàn)以下功能：1可以經(jīng)此電路得到一個(gè)調(diào)幅波；2對(duì)這個(gè)調(diào)幅波進(jìn)行解調(diào)；3對(duì)這個(gè)波形進(jìn)行開關(guān)式全波整流再經(jīng)低通濾波后進(jìn)行放大輸出；4可以對(duì)波形進(jìn)行顯示和保存。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及 元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：對(duì)單元電路進(jìn)行分個(gè)實(shí)驗(yàn)，看其是否可行。第7-8天：對(duì)綜合設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅合理。主要參考資料1 張國(guó)雄，李醒飛測(cè)控電路M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20112 THZTL-1測(cè)控電路綜合試驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 引言42 總體方案設(shè)計(jì)43各部分電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)53.1 U15信號(hào)產(chǎn)生單元53.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器53.3 U5調(diào)幅單元與解調(diào)單元63.4 U11精密全波整流單元93.5 U10開關(guān)電容濾波器單元113.6同向比例放大器164 系統(tǒng)整流及檢波整體設(shè)計(jì)184.1 信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出184.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出184.3 U5調(diào)幅單元的輸出194.4 U11精密全波整流單元194.5 U10開關(guān)電容濾波器單元194.6同向比例放大器的輸出215系統(tǒng)調(diào)試及總結(jié)22參考文獻(xiàn)221引言此次設(shè)計(jì)用測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的開關(guān)式相敏檢波電路，本方案以開關(guān)式全波檢波電路，與低通濾波器、放大電路等構(gòu)成開關(guān)式相敏檢波電路，利用了信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)產(chǎn)生，調(diào)幅調(diào)制單元的調(diào)幅，開關(guān)式全波整流電路的整流、開關(guān)電容低通濾波器的濾波、放大電路放大、示波器觀察等。它的功能實(shí)現(xiàn)波形的幅度調(diào)制，全波整流，濾波，放大，解調(diào)等。 2 總體方案設(shè)計(jì)圖2-1 總體電路設(shè)計(jì)框圖總體程序設(shè)計(jì)圖為如圖2-1所示。U15信號(hào)發(fā)生器：調(diào)節(jié)電位器1,2可以產(chǎn)生一個(gè)需要頻率和幅值的正弦信號(hào)作為調(diào)制波。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：用于輸出一個(gè)頻率和幅值可調(diào)的正弦波或矩形波或三角波波作為載波。U5調(diào)幅單元電路：對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。U22開關(guān)式全波相敏檢波電路：對(duì)Us雙邊帶調(diào)幅波的整流后的信號(hào)波形進(jìn)行開關(guān)相乘調(diào)制。U18移相電橋：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行移相。U10開關(guān)電容低通濾波器：對(duì)信號(hào)進(jìn)行二階低通，高通，帶通，帶阻，全通濾波。放大電路：把信號(hào)放大，使結(jié)果容易被處理及顯示觀察。示波器：對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行顯示和觀察。3 各部分電路設(shè)計(jì)3.1 U15信號(hào)產(chǎn)生單元 1打開實(shí)驗(yàn)箱上5V、12V直流電源。2把“U15信號(hào)產(chǎn)生單元”短路帽JP1,JP2撥到“VCC”方向，調(diào)節(jié)此單元的電位器（電位器RP2調(diào)節(jié)信號(hào)幅度，電位器RP1調(diào)節(jié)信號(hào)頻率），使之輸出頻率為1.3KHz、幅值為1Vp-p的正弦波信號(hào)（用示波器觀察其波形輸出）如圖3-1 調(diào)制信號(hào)波形圖。 圖3-1 調(diào)制信號(hào)波形圖3.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱上的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使之輸出頻率為20KHz左右、幅值為4.0VP-P的正弦波信號(hào)（用示波器觀察其波形輸出）圖3-2 載波信號(hào)波形圖圖3-2 載波信號(hào)波形圖3.3 U5調(diào)幅單元與解調(diào)單元圖3-3 調(diào)幅單元與解調(diào)單元實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3-3所示。 調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的幅度，使高頻載波信號(hào)的振幅按調(diào)制信號(hào)變化。而檢波則是從調(diào)幅波中取出低頻信號(hào)。振幅調(diào)制信號(hào)按其不同頻譜結(jié)構(gòu)分為普通調(diào)幅（AM）信號(hào)，抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）信號(hào)，單邊帶調(diào)制（SSB）信號(hào)。此實(shí)驗(yàn)主要涉及普通調(diào)幅（AM）及檢波原理。1調(diào)幅波的觀察（1）把“U15信號(hào)產(chǎn)生單元”短路帽JP1,JP2撥到“VCC”方向，調(diào)節(jié)此單元的電位器（電位器RP2調(diào)節(jié)信號(hào)幅度，電位器RP1調(diào)節(jié)信號(hào)頻率），使之輸出頻率為1.3KHz、幅值為1Vp-p的正弦波信號(hào)，接入“U5調(diào)幅單元”的調(diào)制波輸入端。 圖3-4 調(diào)制波（2）調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱低的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使之輸出頻率為100KHz、幅值為4.0Vp-p的正弦波信號(hào)，接入“U5調(diào)幅單元”的載波輸入端。在示波器上觀測(cè)到圖3-4所示的載波。圖3-4 載波（3）“U5調(diào)幅單元”的輸出端接入示波器CH1，調(diào)節(jié)“U5調(diào)幅單元”的電位器W，在示波器上觀測(cè)到圖3-5所示的普通調(diào)幅（AM）波。圖3-5 普通調(diào)幅（AM）波2解調(diào)波的觀察 （1） 在保持調(diào)幅波的基礎(chǔ)上，將“U5調(diào)幅單元”的輸出端接入“U6解調(diào)單元”的調(diào)幅波輸 入端，把輸入“U5調(diào)幅單元”的載波信號(hào)接入“U6解調(diào)單元”載波輸入端。 （2）“U6解調(diào)單元”的輸出端接入示波器的CH2，調(diào)節(jié)“U6解調(diào)單元”的電位器W1，觀測(cè)到圖3-6所示的普通解調(diào)波。 圖3-6 普通解調(diào)波3.4 U18移相器單元實(shí)驗(yàn)電路圖如圖7-1所示。令Ui輸入端的正弦信號(hào)為Um，則Uo=Um（2arctgRwC），其中為信號(hào)的角頻率，RW為電位器W的有效電阻值。因此當(dāng)改變電位器的阻值時(shí)，Uo將相對(duì)于Ui可以移相0180度，移相過程中，幅值Um不變。圖3-7 移相電橋?qū)嶒?yàn)電路圖1打開直流穩(wěn)壓電源12V電源開關(guān) 1 調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使之輸出fi=40KHz，4.0VP-P左右的正弦信號(hào)，接入“U18移相電橋單元”的輸入端Ui。2 3-8移相電橋單元的輸出 本單元的輸入端Ui和輸出端Uo分別接入示波器的CH1和CH2，調(diào)節(jié)電位器W，觀測(cè)“Uo”端波形的移相情況。如圖圖3-9移相圖形1， 圖3-10移相圖形2， 圖3-11移相圖形3 圖3-9移相圖形1 圖3-10移相圖形2 圖3-11移相圖形33.4 U22開關(guān)式全波相敏檢波單元 圖3-7 U22開關(guān)式全波相敏檢波單元1. 實(shí)驗(yàn)電路框圖如圖3-7 所示。Ui為高頻載波信號(hào)輸入端，R1，R2，N1構(gòu)成過零比較器，對(duì)高頻載波信號(hào)整形，N1輸出開關(guān)控制信號(hào)（方波），控制開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管的通斷。NS為雙邊帶調(diào)幅波輸入端，R3，R4、R5，N2構(gòu)成放大倍數(shù)受開關(guān)管Q控制的放大器，當(dāng)UC為高電平時(shí)，放大器的放大倍數(shù)為-1；當(dāng)UC為低電平時(shí)，放大器的放大倍數(shù)為+1。其對(duì)Us雙邊帶調(diào)幅波的整流后的信號(hào)波形如圖13-7所示。 2. 實(shí)驗(yàn)電路工作原理 將一個(gè)載波信號(hào)Vpp=3.34V頻率為20.5KHZ的正弦波加入到“開關(guān)式全波相敏檢波單元”的Ui端觀察Ui和Uc端的波形圖為。圖3-10 開關(guān)全波相敏檢波單元Ui和Uc端波形1） 將實(shí)驗(yàn)中雙邊帶調(diào)幅波整流后的信號(hào)送入U(xiǎn)s端觀察Uc和Uo端的波形圖如圖圖3-10 開關(guān)全波相敏檢波單元Us和Uc端波形2） 用示波器觀察Us端和Uo端的波形，如圖 3.5 U10開關(guān)電容濾波器單元1. 集成濾波器MF10芯片簡(jiǎn)介 圖3-11 開關(guān)電容濾波器實(shí)驗(yàn)電路圖集成濾波器MF10芯片內(nèi)部框圖及其引腳圖如圖3-11所示。 開關(guān)電容集成濾波器MF10是一種通用型開關(guān)電容濾波器集成電路，依外部接法不同，可實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻和全通等濾波特性。開關(guān)電容集成濾波器無需外接決定濾波頻率的電阻和電容，其濾波頻率僅由輸入時(shí)鐘頻率fclk決定，通常時(shí)鐘頻率頻率fclk應(yīng)高于信號(hào)頻率的50倍或100倍。其內(nèi)部集成了兩組MF5，兩個(gè)MF5既可分別構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的二階開關(guān)電容濾波器，又可級(jí)聯(lián)成四階開關(guān)電容濾波器。其內(nèi)部框圖及引腳圖如圖10-1所示，第4（17）腳為內(nèi)部運(yùn)放反相輸入端INVA(INVB)；第5（16）腳為求和輸入端SIA(SIB)；第1（20）腳為低通輸出端LPA(LPB)；第2（19）腳為帶通輸出端BPA(BPB)；第3（18）腳為帶阻/全通/高通輸出端N/AP/ HPA(N/AP/HPB)，第10（11）腳為時(shí)鐘輸入端CLKA(CLKB)；第12腳用于設(shè)定時(shí)鐘頻率fBclk 與濾波器的頻率f0的比值；當(dāng)?shù)?2腳接高電平時(shí) ，則 fclk/ f0=50 ；接地時(shí),fclk/ f0=100，只要在時(shí)鐘輸入端CLKA(CLKB)控制輸入的時(shí)鐘頻率，就可以改變?yōu)V波頻率，這 樣可以實(shí)現(xiàn)濾波頻率的數(shù)字控制。濾波器的Q值通過外接電阻設(shè)定。 2. 實(shí)驗(yàn)測(cè)試步驟（1）打開直流穩(wěn)壓電源5V電源開關(guān)。 （2）時(shí)鐘信號(hào)的觀察 把“U10 開關(guān)電容濾波器”單元的“時(shí)鐘信號(hào)”端接入示波器，觀察時(shí)鐘信號(hào)的波形如圖3-12時(shí)鐘信號(hào)波形圖所示。 圖3-12 時(shí)鐘信號(hào)波形圖 （3）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使之輸出頻率為1KHZ，幅值Vp-p=4KHZ的正弦信號(hào)，接入輸入端，輸出端接示波器，通過切換短路帽分別接成二階低通、高通、帶通、帶阻、全通濾波器，用示波器同時(shí)觀察輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形分別如圖3-13 低通濾波器輸出波形圖，圖3-14 1KHZ高通濾波器輸出波形圖，圖3-15 1KHZ帶通濾波器輸出波形圖，圖3-16 1KHZ 帶阻濾波器輸出波形圖及圖3-17 1KHZ 全通濾波器輸出波形圖所示。 圖3-13 1KHZ低通濾波器輸出波形圖 圖3-14 1KHZ高通濾波器輸出波形圖 圖3-15 1KHZ帶通濾波器輸出波形圖圖3-16 1KHZ帶阻濾波器輸出波形圖圖3-17 1KHZ 全通濾波器輸出波形圖（4） 改變輸入信號(hào)的頻率當(dāng)頻率為2KHZ時(shí)，通過切換短路帽分別接成二階低通、高通、帶通、帶阻、全通濾波器，用示波器同時(shí)觀察輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形分別如圖3-18 2KHZ低通濾波器輸出波形圖，圖3-19 2KHZ高通濾波器輸出波形圖，圖3-20 2KHZ帶通濾波器輸出波形圖，圖3-21 2KHZ 帶阻濾波器輸出波形圖及圖3-22 2KHZ 全通濾波器輸出波形圖所示。 圖3-18 2KHZ低通濾波器輸出波形圖 圖3-19 2KHZ高通濾波器輸出波形圖 圖3-20 2KHZ帶通濾波器輸出波形圖 圖3-21 2KHZ 帶阻濾波器輸出波形圖 圖3-22 2KHZ 全通濾波器輸出波形圖4 系統(tǒng)整流及檢波整體設(shè)計(jì)4.1 信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出頻率為1.3KHz、幅值為1Vp-p的正弦波信號(hào)，用示波器觀察其波形輸出如圖4-1調(diào)制波信號(hào)波形圖，接入“U5幅度調(diào)制單元”的調(diào)制波輸入端。 圖4-1 調(diào)制波信號(hào)波形圖4.2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出 頻率為20KHz左右（由于精密全波整流電路在高頻時(shí)嚴(yán)重失真，且載波信號(hào)頻率必須至少大于調(diào)制波頻率的10倍，因此，綜合考慮下，選擇載波信號(hào)頻率為20KHz）幅值為4.0VP-P的正弦波信號(hào)如圖4-2所示的載波信號(hào)波形圖，接入“U5調(diào)幅單元”的載波輸入端。 圖4-2 載波信號(hào)波形圖4.3 U5調(diào)幅單元的輸出U5調(diào)幅單元的輸出端接入示波器CH1，調(diào)節(jié)“U5調(diào)幅單元”的電位器W，在示波器上觀測(cè)到如圖圖4-3調(diào)幅波輸出波形圖所示的普通調(diào)幅（AM）波。 圖4-3 調(diào)幅波輸出波形圖4.4 移相器單元 把載波信號(hào)(正弦波)通過移相器的Ui端，觀察移相器輸出波形 圖4-4 移相器單元輸出波形圖4.5 U22開關(guān)式全波相敏檢波單元連接“U18移相器單元”的U0端與“U22開關(guān)式全波相敏檢波單元”（通過短路帽切換成低通濾波器）的“輸入”端，將“U5幅度調(diào)制單元”的“調(diào)幅波輸出”端接入“U22開關(guān)式全波相敏檢波單元”的Us端（即把雙邊帶調(diào)幅（DSB）波導(dǎo)入到開關(guān)式全波相敏檢波單元）。用虛擬示波器觀測(cè)U22U22開關(guān)式全波相敏檢波單元的輸出信號(hào) 圖4-5 U22開關(guān)式全波相敏檢波單元的輸出波形4.6 U10開關(guān)電容濾波器單元連接“U22開關(guān)式全波相敏檢波單元”的U0端與“U10開關(guān)電容濾波器單元”（通過短路帽切換成低通濾波器）的“輸入”端，用虛擬示波器同時(shí)觀測(cè)“U5幅度調(diào)制單元”的“調(diào)制信號(hào)輸入”端的調(diào)制波及“U10開關(guān)電容濾波器單元”的“輸出”端的解調(diào)信號(hào)。圖4-6 開