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1、移相器、相敏检波器实验一、实验目的:了解移相器、相敏检波器的工作原理。二、基本原理:1、 移相器工作原理:图71为移相器电路原理图与实验模板上的面板图。图中,IC-1、R1、R2、R3、C1 图71 移相器原理图与模板上的面板图构成一阶移相器(超前),在R2=R1的条件下,可证明其幅频特性和相频特性分别表示为: KF1(j)=Vi/V1=-(1-jR3C1)/(1+jR3C1) KF1()=1F1()=-2tg-1R3C1其中: =2f,f为输入信号频率。同理由IC-2,R4,R5,Rw,C3构成另一个一阶移相器(滞后),在R5=R4条件下的特性为:KF2(j)=Vo/V1=-(1-jRwC3
2、)/(1+jRwC3) KF2()=1F2()=-2tg-1RwC3由此可见,根据幅频特性公式,移相前后的信号幅值相等。根据相频特性公式,相移角度的大小和信号频率f及电路中阻容元件的数值有关。显然,当移相电位器Rw=0,上式中F2=0,因此F1决定了图71所示的二阶移相器的初始移相角:即F=F1=-2tg-12fR3C1若调整移相电位器Rw,则相应的移相范围为:F=F1-F2=-2tg-12fR3C1+2tg-12fRwC3已知R3=10k,C1=6800p,Rw=10k,C3=0.022F,如果输入信号频率f一旦确定,即可计算出图71所示二阶移相器的初始移相角和移相范围。2、相敏检波器工作原
3、理:图72为相敏检波器(开关式)原理图与实验模板上的面板图。图中,AC为交流参考电压输入端,DC为直流参考电压输入端,Vi端为检波信号输入端,Vo端为检波输出端。图72 相敏检波器原理图与模板上的面板图原理图中各元器件的作用:C5-1交流耦合电容并隔离直流;IC5-1反相过零比较器,将参考电压正弦波转换成矩形波(开关波+14V -14V);D5-1二极管箝位得到合适的开关波形V70V(0 -14V);Q5-1是结型场效应管,工作在开、关状态;IC5-2工作在倒相器、跟随器状态;R5-6限流电阻起保护集成块作用。关键点:Q5-1是由参考电压V7矩形波控制的开关电路。当V70V时,Q5-1导通,使
4、IC5-2同相输入5端接地成为倒相器,即V3-V1;当V70V时,Q5-1截止(相当于断开),IC5-2成为跟随器,即V3V1。相敏检波器具有鉴相特性,输出波形V3的变化由检波信号V1与参考电压波形V2之间的相位决定。下图73为相敏检波器的工作时序图。图73相敏检波器工作时序图三、需用器件与单元:主机箱中的2V10V(步进可调)直流稳压电源、15V直流稳压电源、音频振荡器;移相器/相敏检波器/低通滤波器实验模板;双踪示波器(自备)。四、实验步骤:(一)移相器实验1、 调节音频振荡器的幅度为最小(幅度旋钮逆时针轻轻转到底),按图74示意接线,检查接线无误后,合上主机箱电源开关,调节音频振荡器的频
5、率(用示波器测量)为=1kHz,幅度适中(2VVp-p8V)。图74移相器实验接线图2、正确选择双线(双踪)示波器的“触发”方式及其它设置(提示:触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV 在0.1mS10S范围内选择、触发方式选择AUTO 。垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方式选择交流耦合AC、灵敏度VOLTS/DIV在1V5V范围内选择),调节移相器模板上的移相电位器(旋钮),用示波器测量波形的相角变化。3、调节移相器的移相电位器(逆时针到底0k顺时针到底10k变化范围),用示波器可测定移相器的初始移相角(=1)和移相范围。4、改变输入信号频率为=9kHz,再次测试相
6、应的和。测试完毕关闭主电源。(二)相敏检波器实验1、调节音频振荡器的幅度为最小(幅度旋钮逆时针轻轻转到底),将2V10V可调电源调节到2V档。按图75示意接线,检查接线无误后合上主机箱电源开关,调节音频振荡器频率f=5kHz,峰峰值Vp-p=5V(用示波器测量);结合相敏检波器工作原理,分析观察相敏检波器的输入、输出波形关系(跟随关系,波形相同)。提示:示波器设置除与(一)移相器实验2中的垂直输入耦合方式选择直流耦合DC外,其它设置都相同;但当CH1、CH2输入对地短接时,将二者光迹线移动到显示屏中间(居中)后再进行测量波形。图75相敏检波器跟随、倒相实验接线示意图2、将相敏检波器的DC参考电
7、压改接到-2V(-Vout),调节相敏检波器的电位器钮使示波器显示的两个波形幅值相等(相敏检波器电路已调整完毕,以后不要触碰这个电位器钮),观察相敏检波器的输入、输出波形关系(倒相作用,反相波形)。关闭电源。3、按图76示意图接线,合上主机箱电源,调节移相电位器钮(相敏检波器电路上一步已调好不要动),结合相敏检波器的工作原理,分析观察相敏检波器的输入、输出波形关系。注:一般要求相敏检波器工作状态Vi检波信号与参考电压AC相位处于同相或反相。图76相敏检波器检波实验接线示意图4、将相敏检波器的AC参考电压改接到180,调节移相电位器,观察相敏检波器的输入、输出波形关系。关闭电源。五、思考题:通过移相器、相敏检波器的实验是否对二者的工作原理有了更深入的理解。作出相敏检波器的工作时序波形,能理解相敏检波器同时具有鉴幅、鉴相特性吗?