移相器與相敏檢波器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四移相器與相敏檢波器實(shí)驗(yàn)班級(jí):姓名:同組者:【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? .理解移相器和相敏檢波器的工作原理.2 .學(xué)習(xí)傳感器實(shí)驗(yàn)儀和交流毫伏表的使用.3 .學(xué)習(xí)用雙蹤示波器測(cè)量相移的方法.【實(shí)驗(yàn)原理】1 .移相器的工作原理移相器是由電阻、電抗元件、非線性元件和有源器件等構(gòu)成的一種電路,當(dāng)正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)移相器時(shí)其相位會(huì)發(fā)生改變.理想的移相器在調(diào)整電路參數(shù)時(shí),可使通過(guò)信號(hào)的相位在0360之間連續(xù)變化,而不改變信號(hào)的幅度,即信號(hào)可不失真地通過(guò),只是相位發(fā)生了變化,圖6-1為移相器的工作原理,其中相角為經(jīng)過(guò)移相器所獲得的.UiUsintuoUsin(t)移相器.圖6-1移相器工作原理2 .相敏檢波器的工作原理相

2、敏檢波器是一種根據(jù)信號(hào)的相位來(lái)提取有用信號(hào)的處理電路,在外部同頻限制信號(hào)作用下,用限制信號(hào)來(lái)截取輸入信號(hào),相敏檢波器輸出的直流分量為反映輸入信號(hào)與限制信號(hào)相位差的直流電壓,經(jīng)低通濾波器LPF濾除高頻分量后得到直流輸出信號(hào)E;相敏檢波器的組成框圖見圖6-2.限制信號(hào)U0設(shè)輸入信號(hào)為：uUsin(t),輸入信號(hào)與限制信號(hào)在時(shí)域中的關(guān)系見圖6-3.用限制信號(hào)截取輸入信號(hào)后得到：u0uu',對(duì)u0積分并在一個(gè)周期內(nèi)取平均得:信號(hào)正交時(shí),E0.利用相敏檢波器可以消除信號(hào)中干擾噪聲的影響.設(shè)輸入信號(hào)中包含有噪聲信號(hào)un和設(shè)限制信號(hào)表達(dá)式為:2u'0-tT2T/2T/2E-Usin(t)dt

3、sin(t)d(t)cos(t)-/2T0T0T(6-1)UUUcos()coscoscossinsincoscos22由式(6-1)可以看出,相敏檢波器經(jīng)低通濾波器輸出一個(gè)反映輸入信號(hào)相位差的直流有用信號(hào)us,即：uusun,那么：u0uucucusu/n,對(duì)u0積分并在一個(gè)周期內(nèi)1T取平均得：E1ucUssin(T01T一,口ts)dtucUnsin(tn)dtT0通過(guò)移相器調(diào)節(jié)限制信號(hào)uc的相位,使噪聲信號(hào)與限制信號(hào)相差90.相角,此時(shí):cos(srUsnc90,那么：E一c),即相敏檢波器的輸出僅含有有用信號(hào)1分量,EU,當(dāng)90,即輸入信號(hào)與限制1r/、Uscos(sc)Uncos(n

4、c)0時(shí),即輸入信號(hào)與限制信號(hào)同相時(shí)utu1T/2Tt0t0圖6-3輸入信號(hào)u與限制信號(hào)u噪聲信號(hào)被剔除.因此,相敏檢波器廣泛用于通信領(lǐng)域和無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域等用于有用信號(hào)的甄別.【實(shí)驗(yàn)儀器和裝置】傳感器實(shí)驗(yàn)儀、雙蹤示波器、交流毫伏表.【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】接通傳感器實(shí)驗(yàn)儀、雙蹤示波器和交流毫伏表電源,預(yù)熱10分鐘.1 .移相器相移量的測(cè)量：在傳感器實(shí)驗(yàn)儀上找到音頻振蕩器、移相器模塊,將音頻振蕩器的輸出端0接到移相器的輸入端,地線用導(dǎo)線連接.雙蹤示波器的CH1、CH2選定AC輸入,探頭衰減比1:1,觸發(fā)源模式MODE撥到“DAUL,顯示方式ALT/CHOP置“ALT.CH1接音頻振蕩器輸出端,CH2接移相器輸

5、出端.交流毫伏表的L.CH接音頻振蕩器輸出端,R.CH接移相器輸出端.調(diào)整音頻振蕩器的頻率旋鈕,用示波器觀察振蕩波形的周期為200us,此時(shí)輸出頻率為5KHz;調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度旋鈕至輸出幅度為5V(用交流毫伏表測(cè)量,注意：紅表筆接測(cè)量端,黑表筆接地,根據(jù)信號(hào)幅度合理選擇量程).保持音頻振蕩器輸出信號(hào)幅度5V有效值不變,調(diào)整移相器移相旋鈕,在示波器屏幕上觀察CH1、CH2通道信號(hào)之間的相位變化.調(diào)整掃描速率“TIME/DIV和水平位移旋鈕"POSITION,使得CH1音頻振蕩器波型的過(guò)零點(diǎn)處于示波器屏幕某一條垂直分度線上,那么CH2移相器輸出信號(hào)波型的過(guò)零點(diǎn)相對(duì)于CH1在時(shí)間軸

6、上白分度差DIV即代表兩通道信號(hào)之間的相位差,通過(guò)分度差可計(jì)算出時(shí)間偏差：TDIV(TIME/DIV),注意觀察CH2波形相對(duì)于CH1波形是超前還是滯后,如果CH2超前CH1,那么T為正值,如果CH2滯后CH1,那么T為負(fù)值,根據(jù)T可計(jì)算出相移量：360.T2 .移相器輸出幅度與相移量關(guān)系的測(cè)量：保持音頻振蕩器輸出信號(hào)幅度V0=5V有效值不變,輸出頻率為f=5KHz,調(diào)整示波器掃描速率“TIME/DIV為10us,調(diào)整移相器移相旋鈕使得T分別為24us、16us、8us、0us、-8us、-16us、-24us、-32us、-40us、-48us、-56us、-64us時(shí)測(cè)量移相器輸出信號(hào)的幅

7、度Vd,記錄入表6-1,計(jì)算出相移量360,在直角坐標(biāo)紙上畫出TVd曲線,確定理想相移范圍.3 .相敏檢波器實(shí)驗(yàn)：a在傳感器實(shí)驗(yàn)儀上找到音頻振蕩器、移相器、相敏檢波器模塊和直流電壓表,按圖6-4接線.將音頻振蕩器的輸出端0接到移相器的輸入端,地線用導(dǎo)線連接,移相器輸出接相敏檢波器的輸入端,音頻振蕩器的輸出端0接相敏檢波器的限制端,相敏檢波器的輸出端接直流電壓表正輸入端用直流電壓表代替低通濾波器LPF,直流電壓表選擇20V檔.雙蹤示波器的CH1、CH2選定AC輸入,探頭衰減比為1:1,觸發(fā)源模式MODE撥到“DAUL,顯示方式ALT/CHOP置“ALT.CH1接音頻振蕩器輸出端,CH2接移相器輸

8、出端.保持音頻振蕩器輸出信號(hào)幅度5V有效值不變,輸出頻率為5KHz,調(diào)整示波器掃描速率“TIME/DIV為10us,調(diào)整移相器移相旋鈕使得T分別為24us、20us、16us、12us、8us、4us、0us、-4us、-8us、-12us、-16us、-20us、-24us、-28us、-32us、-36us、-40us、-44us、-48us、-52us、-56us、-60us、-64us時(shí)記錄直流電壓表的測(cè)量數(shù)據(jù)E,記錄入表6-2,計(jì)算出相移量360,在直角坐標(biāo)紙上畫出E曲線.T圖6-4相敏檢波器實(shí)驗(yàn)裝置連接圖b根據(jù)式6-1計(jì)算相敏檢波器輸出直流分量:E幽cos空!&os(k=2

9、,k為放大系數(shù),記入表6-2并在直角坐標(biāo)紙上畫出E曲線.【數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】示波器掃描速率TIME/DIV=200us,振蕩頻率f=5KHz,振蕩器幅度V.=5V表6-1移相器輸出幅度與相移量關(guān)系的測(cè)量T/usT/usT,360/T移相器輸出幅度Vd/V2420043.24.881628.84.87814.44.92004.95-8-14.44.95-16-28.84.95-24-43.24.95-32-57.64.95-40-724.95-48-86.44.92-56-100.84.92-64-115.24.92曲線分析：從圖中可以看出,角度在-120到-90時(shí),直流電壓幾乎不變,角度小于

10、-90電壓忽然增大,然后保持不變.當(dāng)角度為正值時(shí),電壓隨著角度的增大迅速減小,但有一個(gè)電壓在角度增大時(shí)也有迅速增大的趨勢(shì),由于測(cè)量數(shù)據(jù)較少,沒有發(fā)現(xiàn)之后的規(guī)律.T/usT/usT,360/T電壓表讀數(shù)E/V檢波器輸出值e'/V2420043.22.341.4920363.602.621628.83.923.091221.64.163.48814.44.343.7947.24.423.95004.484.03-4-7.24.403.93-8-14.44.363.80-12-21.64.203.51-16-28.83.903.07-20-363.662.66-24-43.23.282.15

11、-28-50.42.881.65-32-57.62.401.16-36-64.81.940.74-40-721.360.38-44-79.20.850.14-48-86.40.280.02-52-93.6-0.340.02-56-100.8-0.840.14-60-108-1.420.40-64-115.2-1.980.76其中：E是直流電壓表測(cè)量數(shù)據(jù),單位：V,e是相敏檢波器輸出的直流分量計(jì)算值V.曲線分析：當(dāng)角度大于-90度時(shí),隨角度增加電壓以平滑曲線形式增大；當(dāng)角度小于-90,隨角度減小電壓逐漸增大.當(dāng)角度大于0時(shí),隨著角度的增大,電壓逐漸減小.總體形狀與正弦曲線相似,我想,如果測(cè)得數(shù)據(jù)足夠多,其變化規(guī)律就是正弦曲線,且具有周期性.【思考題】1 .如果移相器是非理想的,但知道Vd的函數(shù)關(guān)系,能否將其用于相敏檢波？為什么？答：移相器是由電阻、電抗元件、非線性元件和有源器件等構(gòu)成的一種電路,當(dāng)正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)移相器時(shí)其相位會(huì)發(fā)生改變.理想的移相器在調(diào)整