相位差检测电路
相敏整流电路的工作原理
相敏整流电路的工作原理一、概述相敏整流电路是一种基于相位差的电路,用于将交流信号转换为直流信号。
它由一个相敏检测器和一个整流器组成。
本文将详细介绍相敏整流电路的工作原理。
二、相敏检测器1. 原理相敏检测器是一种基于比较两个信号的相位差的电路。
它由一个正弦波参考信号和一个待检测信号组成。
通过比较两个信号的相位差,可以得到一个输出电压,该输出电压与待检测信号的幅值成正比。
2. 实现方式常见的实现方式有环路检测器和平衡调制器两种。
环路检测器是一种基于环形运算放大器(OTA)的电路,其输入为正弦波参考信号和待检测信号。
OTA将两个输入进行差分运算,并输出一个高频振荡信号。
经过滤波后,得到一个与待检测信号幅值成正比的直流输出电压。
平衡调制器是一种基于二极管桥式调制器的电路,其输入为正弦波参考信号和待检测信号。
经过二极管桥式调制后,得到一个与待检测信号幅值成正比的直流输出电压。
三、整流器1. 原理整流器是一种将交流信号转换为直流信号的电路。
常见的实现方式有半波整流和全波整流两种。
半波整流是一种将交流信号的负半周截去,只保留正半周的电路。
它由一个二极管和一个负载组成。
当输入信号为正半周时,二极管导通,输出电压为输入信号幅值;当输入信号为负半周时,二极管截止,输出电压为0。
全波整流是一种将交流信号的正半周和负半周分别转换为正向直流信号的电路。
它由两个二极管和一个负载组成。
当输入信号为正半周时,D1导通,输出电压为输入信号幅值;当输入信号为负半周时,D2导通,输出电压同样为输入信号幅值。
四、相敏整流电路1. 原理相敏整流电路是一种将交流信号转换为直流信号的高精度电路。
它由一个相敏检测器和一个整流器组成。
相敏检测器用于提取待检测交流信号的幅值,整流器用于将幅值转换为直流信号。
2. 工作过程首先,待检测交流信号和正弦波参考信号输入相敏检测器。
相敏检测器通过比较两个信号的相位差,得到一个输出电压,该输出电压与待检测信号的幅值成正比。
相位差测量电路的设计
Abs t r a c t
Th e t r adi t i on a l m u l t i -ph as e me t e r n ee d t o f i l m a s ma l l s c al e i n t egr a t e d ci r cu i t s , n o t on l y t he ac cu r a c y of ph a s e di fer — e n ce mea s ur emen t c i r cu i t co m pl e xi t y i s n ot h i gh , an d t h e n ar r o w r an ge of f r equ en ci e s u s ed, S O i n pr a c t i c e t h er e ar e dr a w—
时 刻 和终 了 时刻 的准 确 性 上 存 在 有 问 题 。 主 要表 现在 : 定 时 器 从 应 该 开始 计 时到 实 际开 始 计 时 存 在 有 时 间差 ,即 出 现 了计 时 延
图 2 带 通滤 波器
2 . 2 信 号 比较 环 节 信 号 经过 带通 滤 波 器 滤 掉 高 频 干 扰 和 低 频 漂 移 信 号 并 进 行
1 3 2 相 位 差源自测 量 电 路 的 设 计 相位差测量 电路的设计
De s i gn o f Ci r c u i t i n Ph a s e Di f f e r e n c e Me a s u r e me n t
刘龙 飞 王根 岭 肖培 如 ( 浙江理工大学信息电子学院, 浙江 杭州 3 1 0 0 1 8 )
摘 要
传 统 的相 位 差 测 量仪 需要 采 用 多片 中 小规 模 集成 电路 , 不 仅 电路 复 杂 , 测 量 相 位 差 的精 度 不 高 , 而且 使 用 的 频 率 范 围
电路基础原理分析与计算交流电路中的相位差
电路基础原理分析与计算交流电路中的相位差在电路中,相位差是一个重要的概念,它指示了两个交流电信号之间的时间差或相对位置差。
对于交流电路的设计和分析来说,了解和计算相位差是非常重要的。
在交流电路中,相位差是指两个电压或电流波形之间的时间差。
我们知道,交流电是通过周期性的正弦波形表示的,每个周期的长度称为周期T。
相位差的计算方法是通过比较两个波形中的相同点(比如峰值、波峰、波谷等)之间的时间差来进行的。
在交流电路中,我们经常会用到相位差的概念来描述不同电路元件之间的关系。
例如,在串联电感电阻电路中,电感元件的电压与电阻元件的电压之间存在相位差。
而且,相位差不仅可以是正数,还可以是负数,取决于两个波形之间的相对位置。
当两个交流电信号的相位差为0时,两者的波形完全一致,表示它们在相同的时间点上达到最大或最小值。
当相位差为90度时,两个波形之间存在四分之一个周期的时间差。
当相位差为180度时,波形完全相反,一个达到最大值时另一个达到最小值。
当相位差为270度时,两个波形之间存在三分之二个周期的时间差。
在交流电路设计和分析中,我们经常需要计算电路中不同元件之间的相位差。
为了计算相位差,我们可以使用示波器或频谱分析仪等仪器来测量电路中不同信号的相对位置。
此外,我们还可以利用波形的峰值和波形的周期来计算相位差。
对于正弦波形,我们可以使用以下公式来计算相位差:相位差(度)= 时间差 / 周期 × 360其中,时间差是两个信号之间的时间差,周期是信号的一个完整周期的长度。
通过计算相位差,我们可以更好地理解电路中不同信号之间的关系。
在电路设计中,准确计算相位差可以帮助我们选择合适的元件和确定合适的参数,从而实现所需的功能和性能。
总的来说,相位差是交流电路中的一个重要概念,它指示了电路中不同信号之间的时间差或相对位置差。
在电路设计和分析中,准确计算相位差对于实现所需的功能和性能非常重要。
第6章相位差测量
u2 (t) U2m cos
滤波后的直流电压:
请思考:相位差刻度如何标定? U0 U 2m cos
第6章 相位差测量
二、相位差—电压转换式数字相位计
1.原理框图: 相位差 时间间隔 电压 数字式显示φ
?Φ
双稳 电路
1LSB=?
第6章 相位差测量
2.原理波形图
Φ
1LSB= Ug/360
T
U0 Ug T
± 7 × 10-9 / 闸门
9位/秒
7ns~7000s
20ns~7000s
0~360 °(精度 0.05 度)
0~1 × 1012
第6章 相位差测量
习题六
p.191 6.2 6.3 6.5
2
缺点:相移调节范围小,不同相移输出电压幅度不同
第6章 相位差测量
②一种改进的RC移相器
R Rc
uo与ui之间的相位差 00~-1800
第6章 相位差测量
SP3386型高精度通用计数器/相位计
频率范围
动态范围 测量精度 测频分辨率 测周范围 测时范围 相位测量 计数测量
通道 1 和通道 2
0.14mHz~150MHz
调节
电压表 或电流表 或示波器
抵消被测信号间的相位差
第6章 相位差测量
2.移相器 ①RC移相器 相位差00~-900
相位差00~900
(a)低通滤波器:如图(a)
输出电压与输入电压的相位差为 arctan[1/(RC)]
(b)高通滤波器:如图(b)
输出电压与输入电压的相位差为
arctan[1/(RC)]
u2 (t) U2m sin(t-)
U2m sin (t-T)
相位差检测电路
课程设计报告课程电子测量与虚拟仪器题目相位差检测电路系别物理与电子工程学院年级08级专业电子科学与技术班级08电科(3)班学号0502083(02 14 23 24)学生姓名崔雪飞陈祥刘刚李从辉指导教师徐健职称讲师设计时间2011-4-25~2011-4-29目录第一章绪论 (2)第二章题目及设计要求 (3)2.1题目要求 (3)2.2设计要求 (3)第三章方案设计与论证 (4)3.1移相电路设计 (4)3.2检测电路设计 (4)3.3显示电路设计 (5)第四章结构框图等设计步骤 (6)4.1设计流程图 (6)4.2模块分析 (7)4.2.1 移相电路 (7)4.2.2 检测电路 (7)4.2.3 显示电路 (8)4.3结果显示 (9)4.4总电路图 (11)第五章误差分析 (12)第六章总结体会 (13)第七章参考文献 (14)附录 (15)第一章绪论随着电子技术和计算机技术的发展,电子设计自动化(E-DA) 技术使得电子电路设计人员在计算机上能完成各种电路的设计,性能分析和有关参数的测试等大量的工作。
Multi-sim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本,是一个专门用于仿真与设计的工具软件,它丰富的元件库中提供数千种电路元件,随时可以调用;它提供了多种测试仪器仪表,可方便的对电路参数进行测试和分析。
移相器在新一代移动通信、电子战、有源相控阵和智能天线等系统中获得广泛的应用。
移相器在电子系统中的主要作用是调整系统接收 /发射时电路中的信号相位。
本文将介绍用Multisim软件的部分集成电路和控制部件等各种元件来完成移相电路的设计和仿真。
使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。
相位差测量电路设计
本科毕业设计( 2015届)题目:相位差测量电路的设计学院:机电工程学院专业:自动化学生姓名:学号:指导教师:职称(学位):讲师合作导师:职称(学位):完成时间:2015 年 5 月 28日成绩:黄山学院教务处制原创性声明兹呈交的设计作品,是本人在指导老师指导下独立完成的成果。
本人在设计中参考的其他个人或集体的成果,均在设计作品文字说明中以明确方式标明。
本人依法享有和承担由此设计作品而产生的权利和责任。
声明人(签名):年月日目录摘要.................................................................................................错误!未定义书签。
英文摘要.ﻩ错误!未定义书签。
1 绪论ﻩ11.1研究背景及意义ﻩ错误!未定义书签。
1.2 发展现状和发展趋势ﻩ错误!未定义书签。
1.2.1国外发展状况........................................................错误!未定义书签。
1.2.2 国内发展状况ﻩ错误!未定义书签。
1.2.3 发展趋势........................................................................错误!未定义书签。
2 相位差测量的基本原理.............................................................错误!未定义书签。
2.1 相位的基本概念.............................................................错误!未定义书签。
2.2相位差测量原理ﻩ错误!未定义书签。
2.3 电路设计原理...................................................................错误!未定义书签。
实验二相位差测量
实验二相位差测量一、实验目的1、掌握将相位差转换为电压的原理。
2、掌握脉冲电压的脉宽与电压平均值成正比的原理。
3、掌握磁电系仪表的基本读数是电流(电压)的平均值。
4、了解硬件电路的设计方法和基本的硬件调试方法。
二、实验类型综合型三、实验仪器四、实验原理1、原理图图1 相位表原理图2、电路原理此电路可以检测-180--+180的相位差。
两路输入信号Y1、Y2经整形后成为两路与原信号同频率同相位的方波。
方波送入异或门CD4070,CD4070的输出是电压脉冲,脉冲宽度与输入信号的相位差绝对值成正比。
用磁电式仪表测CD4070的输出电压(根据磁电系仪表的原理,测量值为电压的平均值),测量值Uo与脉冲宽度成线性关系。
因此可得Uo与输入信号的相位差绝对值成正比。
输入信号的超前、滞后由LED显示,当Y1超前Y2时,LED1亮;当Y1滞后Y2时,LED2亮。
3、 相位差与时间差的关系4、 脉冲电压的平均值与脉宽成正比其中:a ——脉宽。
T ——脉冲电压周期。
U H ——脉冲电压高电平。
5、 磁电系电压表的读数是电压的平均值。
五、实验内容和要求1、内容和要求搭出相位差测量电路,并在具体电路上验证,调系数。
具体要求:掌握基本的硬件插接技术,布线必须正确、接触良好,其次要求布线合理、清晰、美观。
2、测量数据构造如图2所示的电路,信号发生器产生频率为100Hz 的正弦波,调节RC 参数可以改变Y1(电源电压)与Y2(电阻电压,与回路电流同相位)之间的相位差,记为0j 。
Y1和Y2作为相位表的输入信号,用磁电系电压表(或万用表测量)测量相位表的输出电压,当输出电压测出后,脉宽a 就可以算出来,a 算出来后,相位差也就可以算出来,记为1j ,比较0j 和1j 。
记录发光二极管(LED )的状态,用以确定两路正弦信号的相位关系(超前/滞后)。
图2 用相位表测量阻抗角3、硬件调试方法制作硬件时,若输出电压值或LED 的状态不正确,需调试硬件电路,找出错误并改正。
相位差测量电路设计
本科毕业设计( 2015 届 )题目:相位差测量电路的设计学院:机电工程学院专业:自动化学生姓名:学号:指导教师:职称(学位):讲师合作导师:职称(学位):完成时间:2015 年 5 月 28日成绩:黄山学院教务处制原创性声明兹呈交的设计作品,是本人在指导老师指导下独立完成的成果。
本人在设计中参考的其他个人或集体的成果,均在设计作品文字说明中以明确方式标明。
本人依法享有和承担由此设计作品而产生的权利和责任。
声明人(签名):年月日目录摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (2)1.1 研究背景及意义 (3)1.2 发展现状和发展趋势 (3)1.2.1 国外发展状况 (3)1.2.2 国内发展状况 (4)1.2.3 发展趋势 (5)2 相位差测量的基本原理 (5)2.1 相位的基本概念 (5)2.2 相位差测量原理 (5)2.3 电路设计原理 (6)3 设计与分析 (6)3.1 移相电路 (6)3.1.1 方案分析 (6)3.1.2 移相电路设计 (8)3.2 检测电路 (8)3.2.1 方案分析 (8)3.2.2 检测电路设计 (11)3.2.3 LM339特性分析 (12)3.2.4 双稳态触发器 (13)3.3 计数显示电路 (14)3.3.1 方案分析 (14)3.3.2 计数显示电路设计 (14)3.3.3 数码管工作原理 (15)4 仿真与调试 (16)5 实验分析 (18)总结 (19)参考文献 (20)致谢.................................................................................................错误!未定义书签。
附录 (21)相位差测量电路设计机电工程学院自动化专业指导老师:(讲师)摘要: 随着计算机以及电子技术的发展,相位差测量技术作为常用的信号测量技术,得到了快速发展,已经成为现代科学研究不可或缺的一部分。
RLC串联电路中电流与电源之间的相位差
用示波器测量RLC 串连电路中电流与电源电压之间的相位差一、实验原理描述任何一个正弦交流量,都可以由三个参数确定。
这三个参数是振幅、频率(或角频率或周期,它们之间的关系为f Tππω22==)以及相位。
例如 交变电动势 )cos()(e t E t e ϕω+=交变电压 )cos()(V t V t v ϕω+=交变电流 )cos()(i t I t i ϕω+=E 、V 、I 分别为交流电动势、电压和电流的峰值,ϕω+t 称为相位,ϕ称为初相位。
在交流电路中,电压、电流峰值(或有效值)之比,称为阻抗IV Z = 电压与电流之间的的初相位差称为电压与电流之间的相位差:i V ϕϕϕ-=对于RLC 串联电路,有如下三种情况:1)当ωωC L 1=时,0=ϕ,总电压与电流同相位,电路中阻抗最小,呈纯电阻,此时电路中电流达到最大值,称为串联谐振现象,谐振频率为LC f π210=2)当ωωC L 1-<0,电路呈电容性,0<ϕ,表示总电压的相位落后于电流的相位,随ω减小ϕ趋于2π-。
3)当ωωC L 1->0,电路呈电感性,0>ϕ,表示总电压的相位超前于电流的相位,随ω增大ϕ趋于2π 对于一个确定RLC 串联电路中,随着电源角频率ω的变化,电路的容抗和感抗会发生变化,即电路中电流与电源电压的相位会发生相应的变化。
电路中通过电阻的电流始终与其两端的电压同相位,因此我们可以用一个双棕示波器同时测量电源电压的和电阻两端的电压的相位,两相位之差即为电流与电源电压之间的相位差。
二、使用的基本元件及仪器信号源(正弦信号);电感(0.01H );电容(0.22uF );电阻箱;双棕示波器;导线;开关三、电路图四、数据记录及处理测量不同频率下电流与电源电压之间的相位差由测量可知当f=100kHz 时,电流与电源电压的相位差0=ϕ,即此时发生串联谐振现象,谐振频率为100kHz 。
误差分析:由RLC 串联电路的基本理论可知,谐振频率为:Hz LC f 10721==π测量偏差为:kHz f f f 70=-=∆相对误差为:%7%1000=⨯∆=f f Er 误差产生的可能原因有:1)示波器读数误差;2)电感、电容及电阻本身的标值存在一定的误差;3)信号源产生的正弦信号本身频率有一定的误差。
rc电路相位差xc
rc电路相位差xc
RC电路是由电阻和电容组成的电路。
在该电路中,电容充电和放电的过程会引起电路中电流和电压的变化。
这些变化会导致电路中电流和电压之间的相位差。
相位差是指在一个周期内,某个信号的波形相对于另一个信号的波形所滞后的时间。
在RC电路中,电压和电流之间的相位差被称为XC。
XC的大小取决于电路中的电容值和频率。
当频率增加时,XC的大小会减小。
这是因为电容器充电和放电所需的时间短,电流和电压之间的相位差也会减小。
在实际应用中,相位差是一个重要的参数。
它可以用来测量电路中电流和电压之间的关系,以及电路中不同元件之间的相互作用。
在设计和调试电路时,了解XC的大小和变化规律,可以帮助工程师优化电路性能,提高电路的稳定性和可靠性。
- 1 -。
相位测量芯片
相位测量芯片相位测量芯片是一种用于测量信号相位差的集成电路。
它通常被应用于无线通信、雷达、光电子等领域,用于实现相位同步、相位调节等功能。
相位测量芯片的工作原理是通过比较两个输入信号的相位差,并输出相应的数字量。
相位测量芯片通常由锁相环、模数转换器、数字信号处理器等组成。
其中,锁相环用于将输入信号与参考信号进行比较,从而得到相位差信息。
模数转换器将比较结果转换为数字信号,以便进一步处理。
数字信号处理器对数字信号进行滤波、调节等操作,最终输出所需的相位差信息。
相位测量芯片具有高准确性、高速度、低功耗等优点。
它可以在很短的时间内对信号进行相位测量,并输出相应的结果。
相位测量芯片还具有较大的测量范围和较高的测量精度,能够满足复杂的测量需求。
同时,相位测量芯片的集成度较高,可以减少外部元器件的使用,降低系统成本。
相位测量芯片在无线通信领域的应用十分广泛。
在无线通信中,各个信号之间的相位同步对于信号的传输和解调至关重要。
相位测量芯片可以通过测量信号之间的相位差,实现信号的同步和调节,提高信号传输的质量和稳定性。
同时,相位测量芯片还可以用于频率合成、自适应调节、自动跟踪等功能,进一步增强无线通信系统的性能。
除了无线通信领域,相位测量芯片还在雷达、光电子等领域得到广泛应用。
在雷达系统中,相位测量芯片可以用于测量目标与雷达之间的相对速度、距离等信息,从而实现目标的追踪和定位。
在光电子领域,相位测量芯片可以用于测量激光器的相位噪声、频率稳定性等参数,提高光学系统的性能。
相位测量芯片作为一种关键的电子元器件,对提高无线通信、雷达、光电子等系统的性能具有重要意义。
未来,相位测量芯片有望实现更高的测量精度、更低的功耗和更小的尺寸,以满足日益增长的应用需求。
相位测量芯片的发展将促进无线通信、雷达、光电子等领域的进一步发展,推动科技创新和社会进步。
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课程设计报告课程电子测量与虚拟仪器题目相位差检测电路系别物理与电子工程学院年级08级专业电子科学与技术班级08电科(3)班学号*******(02 14 23 24)学生姓名崔雪飞陈祥刘刚李从辉指导教师徐健职称讲师设计时间2011-4-25~2011-4-29目录第一章绪论 (2)第二章题目及设计要求 (3)2.1题目要求 (3)2.2设计要求 (3)第三章方案设计与论证 (4)3.1移相电路设计 (4)3.2检测电路设计 (4)3.3显示电路设计 (5)第四章结构框图等设计步骤 (6)4.1设计流程图 (6)4.2模块分析 (7)4.2.1 移相电路 (7)4.2.2 检测电路 (7)4.2.3 显示电路 (8)4.3结果显示 (9)4.4总电路图 (11)第五章误差分析 (12)第六章总结体会 (13)第七章参考文献 (14)附录 (15)第一章绪论随着电子技术和计算机技术的发展,电子设计自动化(E-DA) 技术使得电子电路设计人员在计算机上能完成各种电路的设计,性能分析和有关参数的测试等大量的工作。
Multi-sim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本,是一个专门用于仿真与设计的工具软件,它丰富的元件库中提供数千种电路元件,随时可以调用;它提供了多种测试仪器仪表,可方便的对电路参数进行测试和分析。
移相器在新一代移动通信、电子战、有源相控阵和智能天线等系统中获得广泛的应用。
移相器在电子系统中的主要作用是调整系统接收 /发射时电路中的信号相位。
本文将介绍用Multisim软件的部分集成电路和控制部件等各种元件来完成移相电路的设计和仿真。
使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术,可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面,如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。
测量相位差的方法很多,主要有:用示波器测量;把相位差转换为时间间隔,先测量出时间间隔,再换算为相位差;把相位差转换为电压,先测量出电压,再换算为相位差;与标准移相器进行比较的比较法(零示法)等。
在测量相位差中主要有四种方法,即用示波器测量相位差、相位差转换为时间间隔进行测量、相位差转换为电压进行测量、零示法测量相位差。
在此课程设计中主要用到的是相位差转换成计数脉冲数进行测量。
第二章题目及设计要求2.1 题目要求设计一个相位差检测电路,该电路可测试一个经过移相电路的信号(正弦波)移相后与原信号间存在的相位差,可由测试电路检测并显示。
要求:1.设计移相电路;2.设计检测电路,可以使用MCU或者Labview;3.使用模拟式检测方法,将相位差信号转换成直流电压或者直流电流信号进行检测;4.要求分析系统最后的精度。
2.2 设计要求1.对电路做必要的理论分析2.对电路做必要的仿真和模拟,确认仿真结果是否正确3.对电路进行实物调试,对调试结构进行分析4.规范的设计报告(提供基本模版)第三章 方案设计与论证3.1 移相电路设计最简单的模拟电路移相是RC 移相和LC 移相,我们一般采用RC 移相电路。
图1用相量图表示了简单串联电路中电阻和电容两端的电压UR 、UC 和输入电压U 的关系,值得注意的是:相量法的适用范围是正弦信号的稳态响应,并且在R 、C 的值都已固定的情况下,由于Xc 的值是频率的函数,因此,同一电路对于不同频率正弦信号的相量图表示并不相同。
在这里,同样的移相电路对不同频率信号的移相角度是不会相同的,设计中一定要针对特定的频率进行。
我们一般将RC 与运放联系起来组成有源的移相电路,图2是个典型的可调移相电路,它实际上就是图1中两个移相电路的选择叠加:在图1两个移相电路之后各自增加了一个跟随器,然后用一个电位器和一个加法器进行选择相加。
由于输入信号经过RC 电路后,其幅值有一定的衰减,为了达到移相但不改变其幅值,我们在移相电路后追加了相应的放大器,以保证信号波形不变。
3.2 检测电路设计相位差的测量可以采用多种方法:一、将两个信号用模拟乘法器做乘法运算,得到的信号通过低通滤波器,将直流量分离出来,直流电压的大小反映了两个信号的相位差。
二、采用两个比较器对信号进行过零比较,然后测量出两个上升沿之间的时间间隔,用时间间隔除以周期再乘以360就可以得到相位差。
u u o u i u o U I 图3.1 简单的RC 移相一般高精度的相位差测量都是用第二种方法。
还有一种就是定性地观察,将两个信号接到双踪示波器的输入,得到李萨如图形,通过图形的形状可以判断相位差大概是是什么程度。
另外还可以将相位差转化直流电压或电流信号进行检测。
3.3 显示电路设计目前广泛使用的是直读式数字相位计,其原理是基于时间间隔测量法,通过相位-时间转换器,将相位差为ψ的两个信号(分别称参考信号和被测信号)转换成一定的时间间隔τ的起始和停止脉冲。
然后用电子计数器测量其时间间隔。
如果让电子计数器的时钟脉冲频率倍乘36*10n (n 为正整数),则显示值即为以度为单位的相位差值,其简单原理如图所示。
也可以用相位—频率转换器,把两信号之间的相位差变成频率,用电子计量器测量。
此外可采用相位-电压转换器,把相位转换为电压,用电压表测量。
以上是时间间隔测量基本的原理,其间隔时间为:T0N t =ϕ 式中,N 是在t ψ时间内计数脉冲的个数;T 0是时标信号周期。
360︒⨯=T t ϕϕ 360f 360T N f T N 00︒︒⨯=⨯=ϕ式中,f 为被测信号频率,f 0为时标信号频率。
若让计数器在1s 内连续计数,即1s 内有f 个门控信号,则其累计数为N 1=f*N.f N f 3600︒=ϕf 360N 01N *f ︒==ϕ,则N f 36010︒=ϕ 若取时标频率f 0=360Hz ,则 )(︒==N N 11360360ϕ 可见,计数器在1s 内脉冲的累计数就是以度为单位的两个被测信号的相位差。
若取f0=360KHz ,则每个计数脉冲表示千分之一度,可以提高测量准确度。
第四章结构框图等设计步骤4.1 设计流程图设计流程中的相位检测电路主要用到双D触发器,本设计使用数字式检测显示相位差。
图4.1 设计思路数字式相位差检测和显示的最大优点在于干扰小,工作稳定。
图4.2 给出了设计原理。
移相正弦波图4.2 设计原理4.2 模块分析4.2.1 移相电路本课题使用了两级RC移相器加一个电压跟随器做成了移相电路,使用电容滤波的方法。
我们一般将RC与运放联系起来组成有源的移相电路,如图4.2.1所示,一级移相移动相位90度,两级移相180度,故本实验移相范围为0到180度。
图2.2.1 移相电路4.2.2 检测电路采用74LS74D触发器将两个输入信号转化为方波信号。
如图4.2.2所示,采用了两个D触发器,第一个触发器以源信号正弦波作为时钟信号,第二个触发器以移相后的信号作为时钟信号。
由于是边沿触发,故得到了相位差波形为正弦波。
图4.2.2 检测电路4.2.3 显示电路本设计使用的是数字检测和数码管显示被检测信号相位差,在设计中我们采用了计数器加锁存器方式来显示数字。
使用74HC192作为计数器,捕获单元实现信号的数据采集,接着以74HC373作为锁存器将相位差锁定,最后经过数据处理后通过共阴极数码管显示出来。
4.3 结果显示(1)如图 4.3.1 所示为Multisim仿真后得到的源信号和移相信号的波形图,源信号的频率为1KHz,移相信号频率也为1KHz,相位较源信号滞后。
图4.3.1 相位差波形图(2)相位差数字显示图4.3.2 数码管显示(3)硬件电路图4.3.3 硬件电路(4)示波器显示图4.3.4 示波器显示移相180度正弦波以及用于计数的方波图4.3.5 示波器显示移相90度正弦波以及用于计数的方波4.4 总电路图图4.4 总电路图第五章误差分析此次设计使用数字显示相位差度数,故使用的芯片较多,线路也相对来说复杂,但其结果精确,图像稳定。
(1)损耗和寄生效应测量相位差理论范围是0~180度,数码管显示值最大为999。
此次设计最大的特点是将两路信号通过74LS74双稳态触发器转换成一路脉冲信号,而脉冲信号的宽度为信号的相位差,理论上波形相位差对应方波高电平的占空比,但其实际电路由于电阻损耗和电容寄生效应是的电路实际产生的相位差并不准确。
(2)稳定性由于搭建的实际电路有很多干扰以及电路的寄生效应,使得输入示波器的波形产生不稳定,于是我们在源信号和一级移相和二级移相之后都加如了电压跟随以确保整个环节电压幅度稳定。
(3)显示度数为了使数字长久的显示在数码管,我们设计了一种基于锁相环倍(分)频的相位差测量仪,该仪器以锁相环倍(分)频电路为核心,实现了工频信号相位差的自动测量及数字显示,误差相对于模拟测量方式比较小。
(4)误差分析如下图给出了调节变阻器所得的相位检测数据,并给出了相对误差。
相对误差=(读数值–实际值)/ 实际值表5.1 误差分析第六章总结体会上学期我们学了电子测量这门课,其中有一章节就是专门介绍相位差检测,那时我们只知道示波器检测相位差使用的是李沙育图像法,所以一开始我们就想用这种方法,但是后来发现这种方法要使用的电路不是一般电路能够实现的,需要用到大量的芯片。
不过经过小组讨论我们知道,使用模拟和数字方法都能够检测相位差。
最后参考相关资料,再结合老师的指导,我们设计出用计数器捕获脉冲信号,实现数据采集,经过两级锁存器对数据进行锁存,最终通过数码管直接显示出来。
由于本科阶段时间有限,我们不能很好的更深入的学习电子测量这门课。
若想把它学好,自己要私下里多花点功夫,研究探索,并多多请教老师。
只有这样多问,多看书,多动手实践,自己的操作能力才能有所真正的提高,并能游刃有余。
平时只有理论知识学习,却缺少必须的动手机会,当然在实验课上,也锻炼了自己的动手能力。
可是,毕竟课上时间有限,不能深入的完成实验。
要把理论转化为实践是必须的,学生必须尽力为自己寻找一些实验,寻找动手的机会,课程设计为我们提供了这样的机会。
这次的课程设计中,我们最大的收获就是要善于发挥团队合作精神,小组之间分工明确,要敢于坚持自己的观点,多向老师同学请教,以完善设计方案。
我们也能够在设计过程中,认识到各自的不足,在以后的学习中要多加改进。
在课程设计中,大家自己独立思考,完成老师布置的题目,学习了很多东西,把自己所学用于实际,自己倍感有成就感。