移相器实验报告

一、移相器与相敏检波器实验

【实验目的】

1. 理解移相器和相敏检波器的工作原理。

2. 学习传感器实验仪和交流毫伏表的使用。

3. 学习用双踪示波器测量相移的方法。

【实验原理】

1. 移相器的工作原理

移相器是由电阻、电抗元件、非线性元件和有源器件等构成的一种电路，当正弦信号经

过移相器时其相位会发生改变。理想的移相器在调整电路参数时，可使通过信号的相位

在

0?~360?之间连续变化，而不改变信号的幅度，即信号可不失真地通过，只是相位发生了变化，图1为移相器的工作原理，其中相角?为经过移相器所获得的。

2. 相敏检波器的工作原理

相敏检波器是一种根据信号的相位来提取有用信号的处理电路，在外部同频控制信号作

用下，用控制信号来截取输入信号，相敏检波器输出的直流分量为反映输入信号与控制

信号

相位差的直流电压，经低通滤波器lpf滤除高频分量后得

到直流输出信号e；相敏检波器的组成框图见图2。

t?10?t??2 设控制信号表达式为： u??t?0?t?t2? ?t??)，输入信号与控制信号在时域中的关系见图3。

设输入信号为：u?usin( 用控制信号截取输入信号后得到：u0?u?u，对u0积分并在一个周期内取平均得：

1t/2ue?usin(?t??)dt??t0?t

??t/20?t??)d(?t??)???sin(u/2

[cos(?t??)]t0?tuuu[cos(???)?cos?]??[cos?cos??sin?sin??cos?]?cos?2?2?? ①

由式①可以看出，相敏检波器经低通滤波器输出一个反映输入信号相位差的直流电压，

当??0时，即输入信号与控制信号同相时e?

交时，e?0。

利用相敏检波器可以消除信号中干扰噪声的影响。设输入信号中包含有噪声信号un和

有用信号us，即：u?us?un，则：u0?u?uc?ucus?ucun，对u0积分并在一个周期内1t1t

取平均得：e??ucussin(?t??s)dt??ucunsin(?t??n)dt t0t0 ?1u?，当??90?，即输入信号与控制信号正

?[uscos(?s??c)?uncos(?n??c)] 通过移相器调节控制信号uc的相位，使噪声信号与控制信号相差90°相角，此时：

则：e??n??c?90?，us

?cos(?s??c)，即相敏检波器的输出仅含有有用信号us分量，

噪声信号被剔除。因此，相敏检波器广泛用于通信领域和无损检测领域等用于有用信号

的甄

别。

【实验仪器和装置】

传感器实验仪、双踪示波器、交流毫伏表。

【实验内容】

接通传感器实验仪、双踪示波器和交流毫伏表电源，预热10分钟。

1. 移相器相移量的测量：

在传感器实验仪上找到音频振荡器、移相器模块，将音频振荡器的输出端0?接到移相

器的输入端，地线用导线连接。双踪示波器的ch1、ch2选定ac输入，探头衰减比1：1，

触发源模式mode拨到“daul”，显示方式alt/chop置“alt”。ch1接音频振荡器输

出端，ch2接移相器输出端。交流毫伏表的l.ch接音频振荡器输出端，r.ch接移相器输

出端。

调整音频振荡器的频率旋钮，用示波器观察振荡波形的周期为200us，此时输出频率为

5khz；调整音频振荡器的输出幅度旋钮至输出幅度为5v（用交流毫伏表测量，注意：红

表

笔接测量端，黑表笔接地，根据信号幅度合理选择量程）。保持音频振荡器输出信号幅度

5v

有效值不变，调整移相器移相旋钮，在示波器屏幕上观察ch1、ch2通道信号之间的相位

变化。调整扫描速率“time/div”和水平位移旋钮“position”，使得ch1音频振荡器波

型的过零点处于示波器屏幕某一条垂直分度线上，则ch2移相器输出信号波型的过零点

相

对于ch1在时间轴上的分度差?div即代表两通道信号之间的相位差，通过分度差可计算

出时间偏差：?t???div?(time/div)，注意观察ch2波形相对于ch1波形是超前

还是滞后，如果ch2超前ch1，则?t为正值，如果ch2滞后ch1，则?t为负值，根据

?t可计算出相移量：???t?360?。 t 2. 移相器输出幅度与相移量关系的测量：

保持音频振荡器输出信号幅度v0=5v有效值不变，输出频率为f=5khz，调整示波器扫

描速率“time/div”为10us，调整移相器移相旋钮使得?t分别为24us、16us、8us、0us、

-8us、-16us、-24us、-32us、-40us、-48us、-56us、-64us时测量移相器输出信号的

幅度

vd，记录入表1，计算出相移量??

理想相移范围。

3. 相敏检波器实验： ?t?360?，在直角坐标系上画出vd???曲线,确定t a）在传感器实验仪上找到音频振荡器、移相器、相敏检波器模块和直流电压表，按图

4接线。将音频振荡器的输出端0?接到移相器的输入端，地线用导线连接，移相器输出

接

相敏检波器的输入端，音频振荡器的输出端0?接相敏检波器的控制端，相敏检波器的输

出

端接直流电压表正输入端（用直流电压表代替低通滤波器lpf），直流电压表选择20v档。

双踪示波器的ch1、ch2选定ac输入，探头衰减比为1：1，触发源模式mode拨到“daul”，

显示方式alt/chop置“alt”。ch1接音频振荡器输出端，ch2接移相器输出端。保持音

频振荡器输出信号幅度5v有效值不变，输出频率为5khz，调整示波器扫描速率“time/div”

移相器为10us，调整移相器移相旋钮使得?t分别为24us、20 us 、16 us、12 us 、8 us、

4 us 、 0 us、-4 us 、-8 us、-12 us 、-16 us、-20 us 、-24 us、-28 us 、-32 us、

-36 us 、 -40 us、-44 us 、-48 us、-52 us 、-56 us、-60 us 、-64 us时记录直

流电

压表的测量数据e，记录入表2，计算出相移量???t?360?，在直角坐标纸上画出t e???曲线。

b）根据式①计算相敏检波器输出直流分量：e?ku ?cos??22vo

?cos?（k=2，k