基于差放的相位差测量电路的设计及仿真

统 ．它用 软 件 的方 法虚 拟 电子 与 电工元 器 件 以及 电子 同工 作 的测量 电路 。本 电路具 体 由波 特 图示仪 、信号 与 电工 仪器 和仪 表 ．通过 软 件将 元器 件 和仪 器集 合 为 源 、 测量 电路 和被测 电路 组 成 。 波特 图示 仪可 用来 测量
体。 可实 现计 算机仿 真 设计 和 虚拟 实验 ． 泛应 用 于 电路 或 系统 的幅频 特性 与 相频 特性 ．类 似于频 率 特性 广 基础 电类 实 验教 学 中。 多 年的教 学过 程 中 ， 软件 也 测 试仪 ， 于其 本 身 没有 信 号 源 ， 在 该 由 因此 ， 使用 时需 在 在
资 助 项 目 ：０ １年 度 盐 城 工 学 院校 科 研 项 目（ Ｙ ０ １３ ） ２１ ＸＫ ２ １０ ６ 。
２ ０
福ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
建 电
脑
２ １ 年 第 ９期 ０１
个 大 阻值 电位 器 ，各个 器 件运 用 得 当 ， 各尽 其 职 ” 整 “ 。 个 电路 精 简 、 巧妙 。
１ 电 路 设 计 原 理 ２
常用 的相 位差 处 理方 法圆 。
伊 一 ９ 一幻： —ｘ３ 。 竺 ６ ： 。 — ６ 。 ｏ ｏ
Ｔ
（） １ ，
从 上 面的求 解 过 程 可知 ． ｌ中 的读数 指针 Ｔ 图 ｌ和 １ ２都 需要 依 靠 鼠标 的人 为 移 动得 以定 位 ． 因此 其 精准
性 不 高 （ｏ Ｈ １ ｋ ｚ时 ， ｌ 法 间 接 测量 计 算 结 果 为 图 方 ＿ ３８ ９ ， 理 论 结果 比较 误差 为 １ ４ ￣ 而文 中提 供 ７ 。 ￣与 ７ ． ８ ７
． 很 近 的时候 。 量 的效果 很 不理 想 ， 测 这是 增大 误 差 的一 １１电路 组成 个重 要 原 因 ：其 次是 测 得 的结果 还需 经 过相 关公 式 间 接 计 算而 得 ． 过 程 显得 繁 琐 。 其 这显 然 不 符合 Ｍｕ ｉ ｍ ｈｓ ｉ
如 图 ４和 图 ５左 图所 示 ．将 读 数 指 针 １定 位 到
１０ Ｈ ０ ｋ ｚ时 ，经相 位 差 测量 电路后 出现 约 为 ００ ３ ． ．７ ￣ 小
于 ０１ ； 定 位 到 １ ｋ ｚ时 ． 现 的 误 差 约 为 ００ ７ ￣ ．。 当 ０Ｈ 出 ． ３ ０ 电路 中 Ｒ 和 Ｒ 为 电位器 ， 作用 是 对输 入 信号 进 （ 处 图中未 显示 ， 实 际 已测 量 ） 小于 ００ ￣ ， ２ 其 此 但 ， ．１。当把 读 行 一 定 比例 的线 性 缩 小 （ 其 缩 小 比例 为 Ｍ） 因为 需 书 指 针 ２定 位 到 １误 差 时 ．可 测量 的最 大频 率 为 １ 设 ． ｏ ． 要 考虑 到 后续 运放 对最 大输 入 信 号大 小 的 限制 ．必 须 ３ ＭＨｚ ７ 。也 即呈 现频 率越 大 ． 误差 就越 大 的规律 左 图 将 大 的输 入 信号 经 过一 定 的处 理才 方便 使 用 ． 以 Ｒｌ 是 将 单 个 运 放 的 Ｕ ｉ Ｇ ｉ ａ ｄ ｉｔ 设 置 为 所 ｎｔ ａｎ Ｂ ｎ ｗ ｄｈ ｙ— 和 Ｒ ２保 证 了后 续 电路 的正 常运 行 在 实 际使 用 时必 ２ ０ ０ ＭＨｚ 时所 得 结果 ，但 设 置 为软件 默认 ＩＯ ｚ ． Ｏ ＭＨ 时
一
尽 显 了仪 器 仪 表 众 多 、 方 便 快 捷 等 多 个 特 点 。但 是 被溺 电路 的输 入端 日接 入一 个 交 流信号 源 或者 函数 信 Ｎｕｔ ｉ ｌｓ ｉ ｍ没 有 直接 测 量 电 压楣 位 差 的仪表 可 用 （ 件 号 发生器 ．即波特 图示 仪是 在 既定 频 率下 以扫 描信 号 软 有 直接 显示 比较 两个 电位 的电位 差 的仪 器 ．也 即波 特 源 （ 其初 相 位 为 ｏ ） 设 ｏ为参 考 ， 量某 一信 号 与其 之 间 测
２１ ０ １年第 ９期
福
建
电
脑
１ ９
基 于差放 的相位差 测量 电路 的设计及仿真
许 志 华
（盐城 工 学院 江苏 盐城 ２４ ５ ２ ０ １）
【 摘 要 】 为 了补 充 Ｍｕｔｉ 中没有 仪 器仪 表 可供 直接 测 量 电压相 位 差 的不足 ，设计 了基 于差 放 电 ： ｌｓ ｉｍ 路 的相位 差 直接 测量 电路 。详 细介 绍 了 电路 组 成和设 计 原理 ， 同时 ， 通过 该软 件仿 真 ， 对相 位差 电路 自身和 被 测 电路 中相 关参数 的误 差进 行 了详 细分 析 和说 明 ， 结果表 明该 电路 可 实现 既 定误 差 范 围的 测量 ， 具备 频 率 范 霉宽 、 量精 度 高的 特点 ， 测 满足 一般 电子 电路 的设 计 与仿 真 需要 。
图示 仪脚 。 须借 助 双 踪 示 波器 将 所 需要 比较 的两 个 的相 位之 差 的鼹 ）必 。其 测 量框 图 如图 ２ 。 电压波 形 显 示 出来 ， 后 测量 两 者 的时 间 差 Ａ ， 根 然 Ｔ再
据 已知 的正 弦 信 号 周 期 Ｔ得 以 间 接求 得 相 位 差 ‘， ｐ 其 测 量 图形 如 图 ｌ 求解 公 式如 式 （ ） ， １ 。其 实这 也 是 一 种
图 ２ 相 位 差 测 量 框 图
、 方 法 误 差 仅 为 ００ ９ ） 特别 是 对 相 位 差 小 ， ． ￣， ０ 即两 波 形 １ 相 位 差 测 量 电 路
软 件 的便捷 使用 风 格 。
图 ３ 相 位 差 测 量 电路 的组 成
圈
双踪示波器测量相位 差图
相位 差测 量 电路 主 要 由 电压 比例 调节 电路 、电压 跟 随 电路 和 核心部 分 差动 放 大 电路 三部 分组成 ．如 图 ３所示 。主要 器件 有 三个运 放 ． 四个 较 大线性 电阻 和两
【 关键词】 ：设计与仿真； 相位差测量； 误差分析
Ｏ、 言 引
有 鉴 于此 ， 为在 Ｍｕｔ ｉ 中方便 测 量 相 位差 ． 文 ｌｓ ｉｍ 本 Ｍｕｔ ｉ 是 美 国 Ｎ 公 司的一 套 完整 的设 计 工具 系 设计 了基 于差 动放 大 电路 和软 件 自带 波 特 图示 仪 相协 ｌｓ ｉｍ Ｉ