移相器與相敏檢波器4

1、 補充實驗補充實驗 移相器與相敏檢波器移相器與相敏檢波器 實驗知識準備實驗知識準備1 1做本實驗時應(yīng)具備的知識點：做本實驗時應(yīng)具備的知識點：2 2做本實驗時所用到的儀器：做本實驗時所用到的儀器：i. 相敏檢波器、移相器實驗?zāi)K、相敏檢波器、移相器實驗?zāi)K、ii. 雙蹤示波器雙蹤示波器iii.傳感器綜合實驗平臺傳感器綜合實驗平臺(音頻信號源、直流電音頻信號源、直流電源、電壓源、電壓/頻率表頻率表) i.i.什么是相敏檢波器什么是相敏檢波器? ? ii. ii.相敏檢波器在傳感器處理電路中的作用相敏檢波器在傳感器處理電路中的作用? ? iii. iii.移相器在傳感器處理電路中的作用。移相器在傳感

2、器處理電路中的作用。 注意1 1熟悉由運算放大器構(gòu)成移相電路的組成與工作原理。熟悉由運算放大器構(gòu)成移相電路的組成與工作原理。4.4.熟悉相敏檢波器在檢測技術(shù)中的運用。熟悉相敏檢波器在檢測技術(shù)中的運用。2.2.熟悉相敏檢波器的工作原理及其使用方法。熟悉相敏檢波器的工作原理及其使用方法。3 3觀測移相電路的功能及其使用方法。觀測移相電路的功能及其使用方法。 通過本次實驗了解并掌握感測技術(shù)中常用的通過本次實驗了解并掌握感測技術(shù)中常用的信號處理電路的組成與功能信號處理電路的組成與功能. .5.5.進一步熟悉并掌握常用電子測量儀器的運用。進一步熟悉并掌握常用電子測量儀器的運用。一、一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康亩?/p>

3、、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容1.移相器的功能檢測移相器的功能檢測2.2.移相器的頻率特性檢測移相器的頻率特性檢測3.3.移相器的李沙育圖形觀測移相器的李沙育圖形觀測4.4.相敏檢波器的直流控制功能檢測。相敏檢波器的直流控制功能檢測。 5.5.相敏檢波器的交流控制功能檢測相敏檢波器的交流控制功能檢測6.6.相敏檢波器檢幅特性測量相敏檢波器檢幅特性測量7.7.相敏檢波器的鑒相特性相敏檢波器的鑒相特性四、實驗應(yīng)會技能四、實驗應(yīng)會技能1 1、熟悉并掌握實驗用移相器、相敏檢波器模塊、熟悉并掌握實驗用移相器、相敏檢波器模塊移相器、相敏檢波器電路模塊的面板布局如圖所示：移相器、相敏檢波器電路模塊的面板布局如圖所示

4、：三、實驗應(yīng)知知識三、實驗應(yīng)知知識1.1.移相器的電路組成移相器的電路組成實驗儀中的移相器電路原理圖與面板布局圖如圖所示實驗儀中的移相器電路原理圖與面板布局圖如圖所示 移相器由兩級運算放大器構(gòu)成，其中，運算放大器A1與移相網(wǎng)絡(luò)R1、R2、W1、C1構(gòu)成微分電路,實現(xiàn)超前移相器。 運算放大器A2與移相網(wǎng)絡(luò)R4、R5、W2、C2構(gòu)成積分電路,實現(xiàn)滯后移相器。改變W1與W2的大小，可以改變輸出信號的相位。（實際電路模塊中僅設(shè)有W1）。三、實驗應(yīng)知知識三、實驗應(yīng)知知識2.2.相敏檢波器的電路組成相敏檢波器的電路組成 能夠鑒別調(diào)制信號的相位，同時還具有選頻能力的電子電路能夠鑒別調(diào)制信號的相位，同時還具有

5、選頻能力的電子電路, ,稱為相敏檢波器稱為相敏檢波器. .實驗儀中的實驗儀中的相敏檢波器相敏檢波器電路組成與面板布局如圖所示電路組成與面板布局如圖所示: : 相敏檢波器模塊主要由三部分組成：一是由運算放大器相敏檢波器模塊主要由三部分組成：一是由運算放大器A1A1構(gòu)成的整形電路部分，用于構(gòu)成的整形電路部分，用于對參考信號的處理；二是由場效應(yīng)管構(gòu)成的電子開關(guān)電路部分，控制相敏檢波器；三是對參考信號的處理；二是由場效應(yīng)管構(gòu)成的電子開關(guān)電路部分，控制相敏檢波器；三是由運算放大器由運算放大器A2A2構(gòu)成的相敏檢波器部分。當（構(gòu)成的相敏檢波器部分。當（2 2）端的控制電壓為高電平時，二極管）端的控制電壓為

6、高電平時，二極管D D截截止，開關(guān)管柵極止，開關(guān)管柵極G G為低電平，為低電平，BGBG截止，相當開關(guān)斷開。此時，相敏檢波器為反相運算放截止，相當開關(guān)斷開。此時，相敏檢波器為反相運算放大器，輸入與輸出信號反相。當（大器，輸入與輸出信號反相。當（2 2）端的控制電壓為低電平時，二極管）端的控制電壓為低電平時，二極管D D導(dǎo)通，開關(guān)管導(dǎo)通，開關(guān)管柵極柵極G G為高電平，為高電平，BGBG導(dǎo)通，相當開關(guān)接通。此時，相敏檢波器為同相運算放大器，輸入導(dǎo)通，相當開關(guān)接通。此時，相敏檢波器為同相運算放大器，輸入與輸出信號同相。與輸出信號同相。三、實驗應(yīng)知知識三、實驗應(yīng)知知識3.3.示波器線性掃描法的相位測量

7、：（泰克示波器線性掃描法的相位測量：（泰克10021002示波器）示波器） =X（cm）/TX)cm)360 四、實驗應(yīng)會技能四、實驗應(yīng)會技能一一. .移相器的功能檢測移相器的功能檢測 關(guān)閉儀器總電源，按圖連接實驗線關(guān)閉儀器總電源，按圖連接實驗線路。路。將將音頻振蕩器輸出的標準信號音頻振蕩器輸出的標準信號2KHZ/2Vp-p 2KHZ/2Vp-p 由由“0 0度或度或180180度度” ” 端口輸端口輸出，加入移相器的輸入端出，加入移相器的輸入端(Vi)(Vi)。并用示。并用示波器的波器的“CH1”CH1”通道檢測輸入信號。通道檢測輸入信號。 開啟電源，用示波器的開啟電源，用示波器的“CH2”

8、CH2”通道觀察移相器的輸出端通道觀察移相器的輸出端(Vo)(Vo)的輸出信號波的輸出信號波形。形。旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最小（逆時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最小（逆時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號。并繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。信號。并繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。 旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最大（順時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最大（順時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號。并繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。信號。并繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。 根據(jù)實驗結(jié)果，說明本移相器的最大

9、移相角度是多少？最小呢？根據(jù)實驗結(jié)果，說明本移相器的最大移相角度是多少？最小呢？四、實驗應(yīng)會技能四、實驗應(yīng)會技能二二. .移相器的頻率特性檢測移相器的頻率特性檢測 關(guān)閉儀器總電源，按圖連接實驗線路。關(guān)閉儀器總電源，按圖連接實驗線路。將將音頻振蕩器輸出的標準信號音頻振蕩器輸出的標準信號2KHZ/2Vp-p 2KHZ/2Vp-p 由由“0 0度或度或180180度度” ” 端口輸出，加入移相器端口輸出，加入移相器的輸入端（的輸入端（Vi)Vi)。并用示波器的。并用示波器的“CH1”CH1”通道通道檢測輸入信號。檢測輸入信號。 開啟電源，用示波器的開啟電源，用示波器的“CH2”CH2”通道觀察移相器

10、的輸出端通道觀察移相器的輸出端(Vo)(Vo)的輸出信號波形。的輸出信號波形。 分別將實驗儀中的音頻振蕩器輸出的標準信號分別將實驗儀中的音頻振蕩器輸出的標準信號“0 0度或度或180180度度”改為改為1KHZ/2Vp-p1KHZ/2Vp-p、4KHZ/2Vp-p4KHZ/2Vp-p，按實驗，按實驗1 1步驟中的步驟中的完成實驗。完成實驗。 旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最?。鏁r針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號。并旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最?。鏁r針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號。并繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。 旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最大（

11、順時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號。并旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕置最大（順時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號。并繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。繪出兩信號的電波形，計算出兩信號的相位差。 根據(jù)實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果，說明移相器對不同頻率的相移有何區(qū)別？得出你根據(jù)實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果，說明移相器對不同頻率的相移有何區(qū)別？得出你的結(jié)論。的結(jié)論。四、實驗應(yīng)會技能四、實驗應(yīng)會技能三三. .移相器的李沙育圖形觀測移相器的李沙育圖形觀測 保持電路連接不變。保持電路連接不變。用用音頻振蕩器輸出標準信號音頻振蕩器輸出標準信號2KHZ/2Vp-p 2KHZ/2Vp-p 由由“0 0度或度或180180

12、度度” ” 端口輸端口輸出，加入移相器的輸入端（出，加入移相器的輸入端（Vi)Vi)。 開啟電源。將移相器旋鈕置最小，用示波器的開啟電源。將移相器旋鈕置最小，用示波器的“CH2”CH2”通道觀察移相器的輸出端通道觀察移相器的輸出端(Vo)(Vo)的輸出信號波形。的輸出信號波形。 按示波器（泰克按示波器（泰克10021002）面板上的）面板上的“DISPLSY”DISPLSY”功能鍵，再用菜單功能鍵，再用菜單“格式格式”功能鍵選功能鍵選“XY”XY”即可顯示李沙育圖形，記錄實驗結(jié)果。即可顯示李沙育圖形，記錄實驗結(jié)果。 將將移相器旋鈕置最大（順時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號的李沙移

13、相器旋鈕置最大（順時針到底），用示波器檢測此時輸入信號與輸出信號的李沙育圖形。爾后，旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕，用示波器顯示的李沙育圖形完成下圖填空育圖形。爾后，旋轉(zhuǎn)移相器旋鈕，用示波器顯示的李沙育圖形完成下圖填空 四、實驗應(yīng)會技能四、實驗應(yīng)會技能四、相敏檢波器的直流控制功能檢測四、相敏檢波器的直流控制功能檢測 按圖的實驗電路接線。將音頻信號按圖的實驗電路接線。將音頻信號4KHZ/2V p-p4KHZ/2V p-p（0 0度）信號，模擬待檢測信度）信號，模擬待檢測信號，加入相敏檢波器的輸入端號，加入相敏檢波器的輸入端(Vi)(Vi)。 將直流電壓將直流電壓+2V+2V加入相敏檢波器的參考加入相敏檢波器的參

14、考( (控控制制) )電壓輸入端電壓輸入端(DC)(DC)。 開啟電源開啟電源 , ,用示波器觀測相敏檢波器輸入用示波器觀測相敏檢波器輸入/ /輸出信號的相位與幅值關(guān)系。繪出波形圖。輸出信號的相位與幅值關(guān)系。繪出波形圖。 改變直流參考端改變直流參考端(DC)(DC)的電壓為的電壓為2V2V時，用示波器的時，用示波器的“CH1CH1、CH2”CH2”通道，同時通道，同時觀測相敏檢波器輸入觀測相敏檢波器輸入/ /輸出信號的相位與幅值關(guān)系，繪出波形圖。輸出信號的相位與幅值關(guān)系，繪出波形圖。 通過以上實驗結(jié)果，由此得出結(jié)論：當參考電壓為正時，輸通過以上實驗結(jié)果，由此得出結(jié)論：當參考電壓為正時，輸入與輸

15、出信號入與輸出信號 相，當參考電壓為負時，輸入與輸出信號相，當參考電壓為負時，輸入與輸出信號 相。此電路的放大倍數(shù)為相。此電路的放大倍數(shù)為 倍。倍。 四、實驗應(yīng)會技能四、實驗應(yīng)會技能五相敏檢波器的交流控制功能檢測五相敏檢波器的交流控制功能檢測 按圖連接實驗電路與準備信號源按圖連接實驗電路與準備信號源, ,組成一個測量電路組成一個測量電路. . 開啟電源，用示波器的開啟電源，用示波器的“CH1CH1、CH2”CH2”通道分別接相敏檢波器的輸入通道分別接相敏檢波器的輸入端端(Vi)(Vi)和輸出端和輸出端V(oV(o) )，同時觀測相敏，同時觀測相敏檢波器輸入信號與輸出信號的相位與檢波器輸入信號與

16、輸出信號的相位與幅值關(guān)系幅值關(guān)系. .再用再用”CH2”CH2”觀測附加觀測附加端口端口 與與 端的信號波形，端的信號波形，繪出波形圖。繪出波形圖。 將音頻信號將音頻信號180180度度/4KHz/2V p-p/4KHz/2V p-p信號加入相敏檢波器的交流控制端（信號加入相敏檢波器的交流控制端（Vi)Vi)。用示波器的用示波器的“CH1CH1、CH2”CH2”通道，同時觀測相敏檢波器輸入信號、輸出信號的通道，同時觀測相敏檢波器輸入信號、輸出信號的相位與幅值關(guān)系，爾后用相位與幅值關(guān)系，爾后用“CH2”CH2”通道觀測附加端口通道觀測附加端口 端與端與 端的信號波形，端的信號波形，繪出波形圖。繪

17、出波形圖。通過以上實驗結(jié)果，可以得出結(jié)論：相敏檢波器中的整形電路的作用是將通過以上實驗結(jié)果，可以得出結(jié)論：相敏檢波器中的整形電路的作用是將輸入的輸入的 波轉(zhuǎn)換變成波轉(zhuǎn)換變成 ，使相敏檢波器中的電子開關(guān)電路能正，使相敏檢波器中的電子開關(guān)電路能正常工作。常工作。六六. .相敏檢波器檢幅特性測量相敏檢波器檢幅特性測量 關(guān)閉儀器總電源，按圖連接實驗電路與準備信號源。關(guān)閉儀器總電源，按圖連接實驗電路與準備信號源。 將音頻信號將音頻信號0 0度度/4KHz/4KHz信號分別加入相敏檢波器的輸入端信號分別加入相敏檢波器的輸入端ViVi和交流參考電壓和交流參考電壓控制端控制端ACAC，即兩信號同相。按表，即兩

18、信號同相。按表1 1所給數(shù)據(jù)，改變音頻信號的輸入幅值所給數(shù)據(jù)，改變音頻信號的輸入幅值Vp-pVp-p，分別讀出電壓表顯示的輸出電壓數(shù)值，填入表分別讀出電壓表顯示的輸出電壓數(shù)值，填入表1 1中。中。輸入V P-P0.5V1V2V4V8V10V輸出V0 (V) 改變交流參考電壓控制端改變交流參考電壓控制端ACAC為為180180度，即使兩信號相位反相。按表度，即使兩信號相位反相。按表2 2所給所給數(shù)據(jù)，改變音頻信號的輸入幅值數(shù)據(jù)，改變音頻信號的輸入幅值Vp-pVp-p，分別讀出電壓表顯示的輸出電壓數(shù)值，分別讀出電壓表顯示的輸出電壓數(shù)值，填入表填入表2 2中。中。輸入V P-P0.5V1V2V4V8

19、V10V輸出V0 (V)通過以上實驗結(jié)果，可以看出：通過以上實驗結(jié)果，可以看出： 當相敏檢波器的輸入信號與開關(guān)信號當相敏檢波器的輸入信號與開關(guān)信號 相時，輸相時，輸出為出為 極性的極性的 波形，電壓表指示為波形，電壓表指示為 極性的電壓值。極性的電壓值。 當相敏檢波器的輸入信號與開關(guān)信號當相敏檢波器的輸入信號與開關(guān)信號 相時，輸相時，輸出為出為 極性的極性的 波形，電壓表指示為波形，電壓表指示為 極性的電壓值。極性的電壓值。七相敏檢波器的鑒相特性七相敏檢波器的鑒相特性 按圖連接實驗電路與準備信號源。將音頻振蕩器的按圖連接實驗電路與準備信號源。將音頻振蕩器的“激勵信號激勵信號”調(diào)到調(diào)到4KHz/4KHz/幅度（幅度（1Vp-p1Vp-p）適當?shù)奈恢?，不要過大，并保持音頻振蕩器輸出幅值不變。）適當?shù)奈恢?，不要過大，并保持音頻振蕩器輸出幅值不變。旋轉(zhuǎn)移相器的電位器旋鈕，改變參考電壓的相位為某一定值，用示波器觀察旋轉(zhuǎn)移相器的電位器旋鈕，改變參考電壓的相位為某一定值，用示波器觀察敏檢波器（敏檢波器（2)2)(6(6）端信號電壓波形，