相位差检测

目录

一、题目要求 ........................................................ 错误!未定义书签。

二、方案设计与论证 ............................................ 错误!未定义书签。

移相电路 ......................... 错误!未定义书签。

检测电路 ......................... 错误!未定义书签。

显示电路 ......................... 错误!未定义书签。

三、结构框图等设计步骤................. 错误!未定义书签。

设计流程图........................ 错误!未定义书签。

电路图 ........................... 错误!未定义书签。

移相电路图................... 错误!未定义书签。

检测电路图................... 错误!未定义书签。

显示电路图................... 错误!未定义书签。

四、仿真结果及相关分析................. 错误!未定义书签。

移相效果 ......................... 错误!未定义书签。

相位差波形........................ 错误!未定义书签。

相位差度数........................ 错误!未定义书签。

五、误差分析........................... 错误!未定义书签。

误差分析 ......................... 错误!未定义书签。

六、总结与体会......................... 错误!未定义书签。

七、参考文献........................... 错误!未定义书签。

八、附录............................... 错误!未定义书签。

元器件清单........................ 错误!未定义书签。

一、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。

二、方案设计与论证

2.1移相电路

此次相位差检测电路的移相部分主要由RC移相电路构成，而RC移相电路主要利用了电容器的电流超前电压90度这一特性。

RC滞后移相电路是电阻器在前面，电容器在后面。输入信号从电阻器进入，输出信号是从电容器上输出。因为电容器要充电，所以电压要比电流滞后90度，等电容充满电后才有电压。输出电路是与电容器并联电压相等，所以输出电路的电压也滞后电流。RC超前移相电路是电容器在前面，电阻器在后面，电容器一样充电电压会滞后电流90度。

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。

2.2检测电路

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。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。

2.3 显示电路

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 01fN ︒==ϕ，则N f 3601

0︒

=ϕ 若取时标频率f 0=360Hz ，则 ）（︒==︒N N 3601

1360ϕ

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。

=3600Hz，则每个计数脉冲表示°，可以提高测量准确度。

若取f

三、结构框图等设计步骤

3.1设计流程图

3.2电路图

3.2.2检测电路图

四、仿真结果及相关分析

4.1移相效果

4.2相位差波形

4.3相位差度数

五、误差分析