相敏检波器解读
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在化学、物理、生物、医学、天文、通信及电子技术等 领域中都涉及到对微弱信号的检测。为了提高测量准确度 , 就得设法抑制噪声 , 对被噪声覆盖的弱信息进行提取、测量。 对于微弱的频域信号, 较为理想的检测方法就是相关检测。 相关检测系统原理框图如下图所示。
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3.7.1 相敏检波器概述
1、系统工作原理 信号通道把输入的被测信号选频放大 ( 初步滤除噪声 ) 后, 输给相敏检波器的一端; 参考通道在参考信号的触发下 , 输出相位可调的、与输 入信号同频的占空比1∶1的方波; 相敏检波器比较两路信号后输出直流信号; 直流放大器经低通滤波和进一步放大后输出直流信号 , 其幅度与两路输入信号幅度和它们的相位差成比例。 相敏检波器是相关检测的核心部件 , 它决定了测试系统 的准确度以及弱信号检测水平。
三 相敏检波 2.以交流信号为参考信号接AC
（1）条件
相敏检波输入Vi为交流信号； AC参考信号VAC为Vi或与之有相位差的交流信号 若Vi 和VAC同相，则相敏检波模块输出为正极性的整流 信号；经低通滤波器接直流电压表可以指示正极性的 最大值。 反之则输出负极性的整流波形，经低通滤波器接直流 电压表可以指示负极性的最大值。 该模块的旋钮可以使整流效果在半波和全波整流之间 转变，即输出直流电压可以逐步从半波整流值增大到 全波整流值。 返回首页
一个输出端口 一个相位差调节旋钮
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3.7.1 相敏检波器概述
二 低通滤波器
通过低频信号，抑制高频信号
一个输入端口
一个输出端口
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3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波
检波
VI：信号输入端； AC：交流参考信号输入端； DC ：直流参考信号输入端；
VO：信号输出端
模块三 传感器原理及检测实训
相敏检波器
浙江经济职业技术学院
徐文
3.7相敏检波器
3.7.1 相敏检波器概述
3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用：零电 压比较器
3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用：电 子开关 3.7.4 相敏检波器实验电路分析
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3.7.1 相敏检波器概述
用途： 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等 技术领域，以及波形产生及变换等场合 。
运放工作在开环状态或引入正反馈。
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3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用： 零电压比较器
理想运放工作在饱和区的特点： 1. 输出只有两种可能 +Uo (sat) 或–Uo (sat) 当 u+> u－ 时， uo = + Uo (sat) u+< u－ 时， uo = – Uo (sat) 不存在 “虚短”现象 2. i+= i－ 0 仍存在“虚断”现象 uo 电压传输特性 +Uo(sat) 饱和区
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3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波
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3.以调幅波的载波为交流参考信号
以交流信号为参考信号的特殊情况； 条件
相敏检波模块的输入为调幅波； 参考信号为调幅波的载波； 在调制信号的正半周，调幅波与载波同相；在负 半周，调幅波与载波反相。
输出效果
在调制信号的正半周，输出正极性的半波~全波整流 信号。 在调制信号的负半周，输出负极性的半波~全波整流 信号。
栅极，用G 或g表示 源极，用S或s表示 漏极，用 D或d表示
N型导电沟道 符号
P P型区 型区 # 符号中的箭头方向表示什么？ 返回首页
3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用： 电子开关
一、结型场效应管的结构及工作原理
D N 型 P 沟 道 D G G S S (a ) S (b ) D P 型 N N 沟 道 D
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3.7.1 相敏检波器概述
2、系统的作用 抑制噪声; 实现对正弦信号或调幅信号进行幅值和相位的检测。
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3.7.1 相敏检波器概述
3、实验系统的构成 移相器、相敏检波器电路模块的面板布局如图所示：
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3.7.1 相敏检波器概述
一 移相器
改变输入信号的相位并输出。
一个输入端口
D两侧的两个端子用来观察参考信号在电 路内部被转换成矩形波的情况。
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3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波 1.以直流电压为参考信号接DC
输出效果
当参考电压为正时，相敏检波器的输入与输出 信号同相；
当参考电压为负时，相敏检波器输入与输出信 号反相。
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3.7.1 相敏检波器概述
（2）输出效果
3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波
（3）用途
将交流信号转换成直流用直流电压表获取其量 值信息。适用于传感器测量系统中没有设置交 流测量功能模块的情况。 直流电压表的正负可以反映输入电压和参考电 压的相位关系。适用于传感器测量中其可动部 分从中间点向两侧移动不同方向对应反相相位 信号的情况。
–Uo(sat)
O
–Uo(sat)
电压传输特性
3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用： 电子开关
结 型 场 效 应 管 (JunctionFieldEffectTransistor) 简 称JFET，有N沟道JFET和P沟道JFET之分。
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3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用： 电子开关
G
P
G S
图3.7.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号 (a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET 返回首页
3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波 （1）载波 （2）调制信号 （3）调幅波 （4）相敏检波输出
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3.以调幅波的载波为交流参考信号
（5）低通滤波器输出
3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用： 零电压比较器
电压比较器的功能： 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大 小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电 平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来 判断输入信号的 大小和极性。
O
u +– u – –Uo(sat)
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3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用： 零电压比较器 返回首页
过零电压比较器
ui + uo –
O
+ ui
R1
+ UR R2 – –
+Uo(sat)
– + +
uo UR= 0 ui
ห้องสมุดไป่ตู้
t uo
+Uo(sat)
O
t 利用电压比较器 将正弦波变为方波
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3.7.1 相敏检波器概述
1、系统工作原理 信号通道把输入的被测信号选频放大 ( 初步滤除噪声 ) 后, 输给相敏检波器的一端; 参考通道在参考信号的触发下 , 输出相位可调的、与输 入信号同频的占空比1∶1的方波; 相敏检波器比较两路信号后输出直流信号; 直流放大器经低通滤波和进一步放大后输出直流信号 , 其幅度与两路输入信号幅度和它们的相位差成比例。 相敏检波器是相关检测的核心部件 , 它决定了测试系统 的准确度以及弱信号检测水平。
三 相敏检波 2.以交流信号为参考信号接AC
（1）条件
相敏检波输入Vi为交流信号； AC参考信号VAC为Vi或与之有相位差的交流信号 若Vi 和VAC同相，则相敏检波模块输出为正极性的整流 信号；经低通滤波器接直流电压表可以指示正极性的 最大值。 反之则输出负极性的整流波形，经低通滤波器接直流 电压表可以指示负极性的最大值。 该模块的旋钮可以使整流效果在半波和全波整流之间 转变，即输出直流电压可以逐步从半波整流值增大到 全波整流值。 返回首页
一个输出端口 一个相位差调节旋钮
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二 低通滤波器
通过低频信号，抑制高频信号
一个输入端口
一个输出端口
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三 相敏检波
检波
VI：信号输入端； AC：交流参考信号输入端； DC ：直流参考信号输入端；
VO：信号输出端
模块三 传感器原理及检测实训
相敏检波器
浙江经济职业技术学院
徐文
3.7相敏检波器
3.7.1 相敏检波器概述
3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用：零电 压比较器
3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用：电 子开关 3.7.4 相敏检波器实验电路分析
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用途： 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等 技术领域，以及波形产生及变换等场合 。
运放工作在开环状态或引入正反馈。
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3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用： 零电压比较器
理想运放工作在饱和区的特点： 1. 输出只有两种可能 +Uo (sat) 或–Uo (sat) 当 u+> u－ 时， uo = + Uo (sat) u+< u－ 时， uo = – Uo (sat) 不存在 “虚短”现象 2. i+= i－ 0 仍存在“虚断”现象 uo 电压传输特性 +Uo(sat) 饱和区
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三 相敏检波
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3.以调幅波的载波为交流参考信号
以交流信号为参考信号的特殊情况； 条件
相敏检波模块的输入为调幅波； 参考信号为调幅波的载波； 在调制信号的正半周，调幅波与载波同相；在负 半周，调幅波与载波反相。
输出效果
在调制信号的正半周，输出正极性的半波~全波整流 信号。 在调制信号的负半周，输出负极性的半波~全波整流 信号。
栅极，用G 或g表示 源极，用S或s表示 漏极，用 D或d表示
N型导电沟道 符号
P P型区 型区 # 符号中的箭头方向表示什么？ 返回首页
3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用： 电子开关
一、结型场效应管的结构及工作原理
D N 型 P 沟 道 D G G S S (a ) S (b ) D P 型 N N 沟 道 D
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2、系统的作用 抑制噪声; 实现对正弦信号或调幅信号进行幅值和相位的检测。
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3、实验系统的构成 移相器、相敏检波器电路模块的面板布局如图所示：
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一 移相器
改变输入信号的相位并输出。
一个输入端口
D两侧的两个端子用来观察参考信号在电 路内部被转换成矩形波的情况。
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三 相敏检波 1.以直流电压为参考信号接DC
输出效果
当参考电压为正时，相敏检波器的输入与输出 信号同相；
当参考电压为负时，相敏检波器输入与输出信 号反相。
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3.7.1 相敏检波器概述
（2）输出效果
3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波
（3）用途
将交流信号转换成直流用直流电压表获取其量 值信息。适用于传感器测量系统中没有设置交 流测量功能模块的情况。 直流电压表的正负可以反映输入电压和参考电 压的相位关系。适用于传感器测量中其可动部 分从中间点向两侧移动不同方向对应反相相位 信号的情况。
–Uo(sat)
O
–Uo(sat)
电压传输特性
3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用： 电子开关
结 型 场 效 应 管 (JunctionFieldEffectTransistor) 简 称JFET，有N沟道JFET和P沟道JFET之分。
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3.7.3 预备知识二——结型场效应管的应用： 电子开关
G
P
G S
图3.7.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号 (a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET 返回首页
3.7.1 相敏检波器概述
三 相敏检波 （1）载波 （2）调制信号 （3）调幅波 （4）相敏检波输出
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3.以调幅波的载波为交流参考信号
（5）低通滤波器输出
3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用： 零电压比较器
电压比较器的功能： 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大 小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电 平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来 判断输入信号的 大小和极性。
O
u +– u – –Uo(sat)
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3.7.2 预备知识一——运算放大器的应用： 零电压比较器 返回首页
过零电压比较器
ui + uo –
O
+ ui
R1
+ UR R2 – –
+Uo(sat)
– + +
uo UR= 0 ui
ห้องสมุดไป่ตู้
t uo
+Uo(sat)
O
t 利用电压比较器 将正弦波变为方波