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*******（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：

T

0N 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︒=ϕ

f 360N 01N *f ︒==ϕ，则N f 3601

0︒

=ϕ 若取时标频率f 0=360Hz ，则 ）（︒==N N 11360

360ϕ 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。