移相器與相敏檢波實驗

PAGEPAGE7中國石油大學(xué)傳感器實驗報告成績：班級：姓名：同組者：教師：移相器與相敏檢波器實驗【實驗?zāi)康摹?.理解移相器和相敏檢波器的工作原理。2.學(xué)習(xí)傳感器實驗儀和交流毫伏表的使用。3.學(xué)習(xí)用雙蹤示波器測量相移的方法?！緦嶒炘怼?.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)正弦信號經(jīng)過移相器時其相位會發(fā)生改變。理想的移相器在調(diào)整電路參數(shù)時，可使通過信號的相位在之間連續(xù)變化，而不改變信號的幅度，即信號可不失真地通過，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)過移相器所獲得的。移相器移相器圖6-1移相器工作原理2.相敏檢波器的工作原理相敏檢波器是一種根據(jù)信號的相位來提取有用信號的處理電路，在外部同頻控制信號作用下，用控制信號來截取輸入信號，相敏檢波器輸出的直流分量為反映輸入信號與控制信號相位差的直流電壓，經(jīng)低通濾波器LPF濾除高頻分量后得到直流輸出信號；相敏檢波器的組成框圖見圖6-2。相敏檢波器低通濾波器LPF控制信號相敏檢波器低通濾波器LPF輸入信號輸出信號圖6-2相敏檢波器的組成框圖設(shè)控制信號表達式為：設(shè)輸入信號為：，輸入信號與控制信號在時域中的關(guān)系見圖6-3。010圖6-3輸入信號與控制信號用控制信號截取輸入信號后得到：，對積分并在一個周期內(nèi)取平均得：（6-1）由式（6-1）可以看出，相敏檢波器經(jīng)低通濾波器輸出一個反映輸入信號相位差的直流電壓，當(dāng)時，即輸入信號與控制信號同相時，當(dāng)，即輸入信號與控制信號正交時，。利用相敏檢波器可以消除信號中干擾噪聲的影響。設(shè)輸入信號中包含有噪聲信號和有用信號，即：，則：，對積分并在一個周期內(nèi)取平均得：通過移相器調(diào)節(jié)控制信號的相位，使噪聲信號與控制信號相差90°相角，此時：，則：，即相敏檢波器的輸出僅含有有用信號分量，噪聲信號被剔除。因此，相敏檢波器廣泛用于通信領(lǐng)域和無損檢測領(lǐng)域等用于有用信號的甄別?！緦嶒炑b置】傳感器實驗儀、雙蹤示波器、交流毫伏表?！緦嶒瀮?nèi)容】接通傳感器實驗儀、雙蹤示波器和交流毫伏表電源，預(yù)熱10分鐘。1.移相器相移量的測量：在傳感器實驗儀上找到音頻振蕩器、移相器模塊，將音頻振蕩器的輸出端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（用交流毫伏表測量，注意：紅表筆接測量端，黑表筆接地，根據(jù)信號幅度合理選擇量程）。保持音頻振蕩器輸出信號幅度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零點處于示波器屏幕某一條垂直分度線上，則CH2移相器輸出信號波型的過零點相對于CH1在時間軸上的分度差即代表兩通道信號之間的相位差，通過分度差可計算出時間偏差：，注意觀察CH2波形相對于CH1波形是超前還是滯后，如果CH2超前CH1，則為正值，如果CH2滯后CH1，則為負值，根據(jù)可計算出相移量：。2.移相器輸出幅度與相移量關(guān)系的測量：保持音頻振蕩器輸出信號幅度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分別為24us、16us、8us、0us、-8us、-16us、-24us、-32us、-40us、-48us、-56us、-64us時測量移相器輸出信號的幅度，記錄入表6-1，計算出相移量，在直角坐標(biāo)紙上畫出曲線,確定理想相移范圍。3.相敏檢波器實驗：a）在傳感器實驗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接相敏檢波器的控制端，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接移相器輸出端。保持音頻振蕩器輸出信號幅度5V有效值不變，輸出頻率為5KHz，調(diào)整示波器掃描速率“TIME/DIV”音頻振蕩器直流電壓表音頻振蕩器直流電壓表控制信號相敏檢波器移相圖6-4相敏檢波器實驗裝置連接圖為10us，調(diào)整移相器移相旋鈕使得分別為24us、20us、16us、12us、8us、4us、0us、-4us、-8us、-12us、-16us、-20us、-24us、-28us、-32us、-36us、-40us、-44us、-48us、-52us、-56us、-60us、-64us時記錄直流電壓表的測量數(shù)據(jù)，記錄入表6-2，計算出相移量，在直角坐標(biāo)紙上畫出曲線。b）根據(jù)式（6-1）計算相敏檢波器輸出直流分量：（k=2，k為放大系數(shù)），記入表6-2并在直角坐標(biāo)紙上畫出曲線。【數(shù)據(jù)記錄及處理】3.1移相器輸出幅度與相移量關(guān)系的測量：示波器掃描速率TIME/DIV=20us，振蕩頻率=5KHz,振蕩器幅度V0=5V.由于所用移相器調(diào)節(jié)范圍的限制，實際所測的變化范圍為，記錄數(shù)據(jù)和計算結(jié)果如下表：表6-1移相器輸出幅度與相移量關(guān)系的測量移相器輸出幅度820014.44.95004.90-8-14.44.90-16-28.84.90-24-43.24.90-32-57.64.85-40-72.04.80-48-86.44.85-56-100.84.85-60-108.04.85根據(jù)表6-1的數(shù)據(jù)，可以作出Vd-Φ的關(guān)系曲線，如下圖：由圖可以看出：當(dāng)相移小于40°時，相移器輸出幅度變化范圍較大，理想相移范圍為-40°<Φ<0°，相移器輸出幅度比較穩(wěn)定，當(dāng)相移大于0°時，相移器輸出幅度有增大的趨勢。3.2相敏檢波器實驗：實際所測的變化范圍為，記錄數(shù)據(jù)和計算結(jié)果如下表：表6-2相敏檢波器實驗數(shù)據(jù)電壓表讀數(shù)檢波器輸出值1220021.63.19-4.16814.43.22-1.1747.23.252.74003.344.50-4-7.23.342.74-8-14.43.30-1.17-12-21.03.06-2.47-16-28.82.87-3.90-20-36.02.63-0.58-24-43.22.303.19-28-50.41.844.46-32-57.6-0.072.24-36-64.8-0.87-1.74根據(jù)表6-2的數(shù)據(jù)，作出E-Φ的關(guān)系曲線和E’-Φ的關(guān)系曲線，如下圖：【思考題】如果已知移相器是非理想的，但知道的函數(shù)關(guān)系，能否將其用于相敏檢波？為什么？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)正弦信號經(jīng)過移相器時其相位會發(fā)生改變。理想的移相器在調(diào)整電路參數(shù)時，可使通過信號的相位在0°-360°之間連續(xù)變化，而不改變信號的幅度，即信號可不失真的通過，只是相位發(fā)生了變化。如果已知移相器是非理想的，但知道Vd-Φ的函數(shù)關(guān)系，仍可用于相敏檢波。用Vd-Φ的函數(shù)關(guān)系對移相器進行相應(yīng)的調(diào)