电子测量.ppt

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1、6.4相位差转换为电压进行测量一、差接式相位检波电路图6.4-1(a)所示的鉴相电路具有较严格的电路对称：两个二极管特性应完全一致，变压器中心抽头准确，一般取。下面介绍这种鉴相电路的基本原理。图6.4-1差接式相位检波电路1/10uAE＝u2＋u1uEB＝u1＋(-u2)(b)φu1mu2m-u2muAEmuEBm(6.4-1)(6.4-2)设输入信号u1＝U1mSinωt，u2＝U2mSin(ωt－φ)，且U1m＞＞U2m。则有2/10由于，因而，所以忽略项，利用二项式定律展开再略去高次项得：(6.4-3)(6.

2、4-4)3/10由前述的定性分析，可知(6.4-5)(6.4-6)4/10因为R1=R2，故，又因为(6.4-8)R3和C3组成一低通滤波器，滤除角频率为ω的交流分量－u2(t)，得直流输出电压5/10所以F点电位(6.4-7)二、平衡式相位检波电路如图6.4-2所示。图中RL为负载电阻，滤波电容C对频率为ω信号短路，u1、u2的中点交流接地。图6.4-2平衡式相位检波器6/10ED←i1-i2←i3-i4则流过四个二极管的正向电流分别为设二极管上的电流电压参考方向关联，其伏安特性为二次函数，a0、a1、a2为常数

3、，即(6.4-10)7/10而流经输出端的电流(6.4-12)上式表明，输出电流只包含直流项和信号的二次谐波项。如果滤去高频分量，则输出电流中的直流项。(6.4-13)8/10图6.4-2所示电路，若两信号的频率不同，输出信号中也只有两输入信号的差频项和二次谐波项，而不存在输入信号频率分量。这一方面使输出端滤波容易，另一方面，可视其目的广泛用于混频、调制和鉴相。作为鉴相器时，通常取(T为信号周期)。这时可按差接式电路类似的方法作分析。当只考虑Dl、D3的检波作用时，它使电容器正向充电到uD1、uD3的振幅，类似于式

4、(6.4-5)，如图中所标示的电容电压参考方向，有(6.4-14)9/10当只考虑D2、D4的检波作用时，它使电容器反向充电到uD2、uD4的振幅，仍用图中电容上所标电压参考方向，类似于式(6.4-6)，有(6.4-15)共同考虑D1~D4的检波作用，可将式(6.4-14)、(6.4-15)代数和相加，得电容器上的电压，即相位检波器输出电压(6.4-16)10/106.5零示法测量相位差零示法又称比较法，其原理如图6.5-1所示。它是以一精密移相器相移值与被测相移值作比较来确定被测信号间相位差的。测量时，调节精密移

5、相器，使之抵消被测信号间原有的相位差使平衡指示器示零。由精密移相器表针指示可直读两被测信号间的相位差值。图6.5-1零示法测量相位差原理1/10在对测量精确度要求不高的低频范围相位差测量场合，精密移相器可以用简单的RC电路，如图6.5-2(a)、(b)所示。图6.5-2RC移相器(φ滞后)2/10iuRuCu1iφR→∞，φ→－90°0°≥φ≥－90°图6.5-2RC移相器(φ超前)3/10iuCu1iφuRθR→∞，φ→0°0°≤φ≤90°图6.5-3一种改进的RC移相器由于ic=iR=i，uc滞后uR90°，U

6、1m不变则U0m=U1m不变。4/10在右图中有iR→∞，φ→0；R→0，φ→180°。图6.5-3一种改进的RC移相器用晶体管倒相电路代替图(a)中的变压器体积小，重量轻,可使输入电压u0与ui的相位差在0°～－180°之间可调。5/10－＋Rc=ReR＞＞Rc(d)i6.6测量范围的扩展图6.6-1为外差法扩展相位差测量频率范围的原理框图。被测信号u1(t)和u2(t)分别加到两混频器Ⅰ和Ⅱ，与同一本地振荡信号混频，使其差频位于低频范围内，然后经放大后用低频相位计测量。图6.6-1外差法扩展相位差测量频率范围原

7、理框图6/10混频二极管的伏安特性为(6.6-2)式中为常数。对于混频器I，混频器二极管上的电压(6.6-3)简要的定量分析，设(6.6-1)7/10将式(6.6-3)代入式(6.6-2)得混频器I中电流上式中只有最后一项产生差频电流i1c，利用(6.6-4)展开得8/10对于混频器Ⅱ，混频器二极管上的电压(6.6-5)将式(6.6-5)代入式(6.6-2)采用与上类似地推导过程得流经混频器Ⅱ的差频电流(6.6-6)设混频器I、Ⅱ有相同的负载电阻R，因此两混频器输出电压的差频项分别为(6.6-7)(6.6-8)9/

8、10比较式(6.6-7)、(6.6-8)可知，两混频器输出的差频电压的相位差仍然为φ，因此用低频相位差计所测得的值就是被测高频信号的相位差。使用外差法扩展量程时应注意，因本振频率与信号频率很接近，防止它们之间以及两通道之间的相互影响是实际中的重要问题，应使电路各部分之间有良好的隔离。另外，此法扩展量程，对本振的频稳度要求高，这是因为本振很小的相对变化，当变换