1、中山大學物理學院、東校區實驗中心編制傳感器設計基礎實驗實驗報告三、實驗數據記錄與處理1、實驗部分四相敏檢波器實驗(1)根據圖4a進行連線：相敏檢波器音頻振蕩器ooodcji-tl直流恒壓源圖4a觀察輸入與輸出波的相位和幅值關系:gnd示波器m 際;0.000smeasurepfc-ffc6現理也pjt-pjrch1發現輸入和輸出的波形同相并且幅值相等。改變參考電壓的極性(除去直流包壓源+2v輸出端與相敏檢波器參考輸入端 dc的連 線，把直流包壓源的-2v輸出接至相敏檢波器的參考輸入端 dq,觀察輸入和輸出波形 的相位和幅值關系：發現輸入和輸出的波形反相，并且幅值相等。結論：當參考電壓為正時，輸

2、入和輸出同相；當參考電壓為負時，輸入和輸出反相 此電路的放大倍數為1。(2)根據圖4b重新接線，在電路中加入低通濾波器v音頻振蕩器pageofgnd相救檢波器 示波器 低通濾波器 萬用表觀察vi與vo的波形如下:measurepk-pk2j8vpk-pfc 2.t8vpk-pk72.7bv前1 7 一54所i爐500mv ch2 500mv m 100ns vertical poshton 0.36 diw c1&0mv> .匚可以看出，vi與vo同相且幅值相等。調整音頻振蕩器的輸出幅度 vip-p,同時記錄萬用表的讀數 vo：vi p-p /vvo/mv1.0223.01.22

3、28.71.4233.11.6238.31.8244.52.0249.02.2254.62.4259.52.6264.52.8270.23.0275.4作出vo-vi p-p曲線如下:可以看出，vo與vip-p呈線性關系，即當音頻振蕩器的輸出幅度變大時，萬用表的 示數隨之線性增加。圖像曲線的斜率大約為 26.2 (mvm(3)根據圖4c重新接線，在電路中加入移相器音頻振蕩器開啟恒壓源，轉動移相器上的移相電位器，觀察示波器上顯示的波形及萬用表上的 讀數，使得輸出最大。經過調整移相電位器，發現萬用表示數最大值為 -0.568v,極性為負。此時波形圖如下所示：發現加入移相器后，vo的幅值會隨移相電位

4、器的調整而發生改變。且 vo在示波器 上的圖像不再是完全的正弦波，其頂端變尖，類似于三角波。移相電位器調整時，vo圖像會隨之傾斜。當輸出最大時，圖像的頂端正好處于中間位置（通過圖像也發現確實 只有當相敏檢波器的vo的波形頂端處于正中時，才能使 vo的幅值最大，即輸出最大）.調整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄萬用表的示數，數據如下所示:vi p-p /vvo/v1-0.1671.96-0.3493-0.5373.96-0.7174.92-0.8965.96-1.0946.96-1.2878-1.4798.96-1.64610-1.83411-2.04012-2.18813-2.379作出vo-v

5、ip-p曲線圖如下所示:發現萬用表的讀數vo與vi呈線性關系，當音頻振蕩器的輸出 vi變大時，vo隨之 線性減小。曲線斜率約為-0.184 (v/v)o同時通過4b實驗的結果推斷，示波器的示數， 即低通濾波器的輸出幅值，與示波器的輸出幅值，即低通濾波器的輸入幅值呈線性關系。2、實驗部分八 差動變壓器(互感式)的性能按圖8進行接線，觀察ch磁形，并調節鐵芯上下的位置使得 ch2的波形幅度為最 小。音頻振蕩器lvch1gndli差動式loloch2示波器tlgnd轉動測微頭，使示波器上的波形輸出幅度為最小，記下測微頭上的刻度值為7.865mm示波器圖像如下所示：可以看出，此時的ch1與ch2的信號

6、波形同相，近似為正弦波。旋動測微頭，用示波器讀出差動變壓器輸出端峰峰值， 根據所得數據計算靈敏度ss=a u/ax,作出u-x關系曲線。u-x實驗數據如下所示：ucp-p(mv)x(mm)32.87.865947.3651546.8652066.36512605.865p 3125.365 13644.8654124.365 4603.8655043.3655502.8655962.3656401.8651u-x曲線如下所示曲線斜率的變化比較微小，但可以看出在 x<5mm寸，曲線維寸i線性，在x>5mmj部 分，曲線的斜率的絕對值有所增大，呈現出非線性。計算靈敏度s：s=a u/a

7、x=-91.2 (v/m)700四、實驗分析與總結1、實驗部分四相敏檢波器實驗(1)相敏檢波器、濾波器工作原理相敏檢波電路是具有鑒別調制信號相位和選頻能力的檢波電路。相敏檢波電路的選頻特性是指它對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。以參考信號為基波，所有偶次諧波在載波信號的一個周期內平均輸出為零，即它有抑制偶次諧 波的功能。對于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號的幅值相應衰減為基波的1/ n,即信 號的傳遞系數隨諧波次數增高而衰減，對高次諧波有一定抑制作用。相敏檢波器原理示意圖如下所示：相敏檢波器模塊主要由三部分組成：一是由運算放大器a1 (左下方)構成的整形電路部分，用于對參考信號的處理（

8、參考信號若是直流則通過dc輸入，若是交流則通過vr輸入）；二是由場效應管構成的電子開關電路部分，控制相敏檢波器；三是由運算 放大器a2 （右上方）構成的相敏檢波器部分，輸入電路采用了一個電壓跟隨器消除對 輸入信號源的影響。當（2）端的控制電壓為高電平時，二極管 d截止，開關管柵極g 為低電平，bg截止，相當開關斷開。此時，相敏檢波器為反相運算放大器，輸入與輸 出信號反相。當（2）端的控制電壓為低電平時，二極管 d導通，開關管柵極g為高電 平，bg導通，相當開關接通。此時，相敏檢波器為同相運算放大器，輸入與輸出信號 相同。相敏檢波電路（與濾波器配合）可以將調幅波還原成原信號波形，起解調作用；并具

9、 有鑒別信號相位的能力。調制與解調過程:*1 *wwwwvwa _ * 威波調制信號放大后的調幅波相敏檢波后的波形濾波后的波形由相敏檢波器與濾波器的工作原理，可以解釋實驗 4a與4b中的現象：實驗4a與4b的參考電壓均為直流恒壓。當（2）端的控制電壓為高電平時，二極管 d截止，開關管柵極 g為低電平，bg 截止，相當開關斷開。此時，相敏檢波器為反相運算放大器，輸入與輸出信號反相。當（2）端的控制電壓為低電平時，二極管 d導通，開關管柵極g為高電平，bg導通， 相當開關接通。此時，相敏檢波器為同相運算放大器，輸入與輸出信號相同，放大倍數均為1。當相敏檢波器與低通濾波器結合在電路中時，相敏檢波器在

10、參考電壓的影響下，對輸入信號進行調制，接著經過低通濾波器濾除高頻分量。因此低通濾波器的輸出vo與相敏檢波器的輸入vi呈線性關系。(2)移相器工作原理移相器是能夠對波的相位進行調整的一種裝置。 任何傳輸介質對在其中傳導的波動 都會引入相移移相器是由電阻、電抗元件、非線性元件和有源器件等構成的一種電路，當正弦信號通過移相器時其相位會發生改變。理想的移相器在使信號通過時其相位可在 0-360度之間連續變化而不改變信號幅度大小,因此信號可不失真地通過。移相器由兩級運算放大器構成，其中，運算放大器 a1與移相網絡r1、r2、w1、 c1構成微分電路，實現超前移相器。運算放大器 a2與移相網絡r4、r5、

11、w2、c2構 成積分電路，實現滯后移相器。改變 w1和w2的大小，可以改變輸出信號的相位。移相電路示意圖如下所示。i 137門h由以上工作原理，可以解釋實驗 4c中的現象：移相器可以改變相敏檢波器控制電壓的信號相位， 而相敏檢波器可輸出反映輸入信 號與控制信號相位差的直流分量，經低通濾波器濾除高頻分量后得到直流輸出信號。當 輸入信號與控制電壓同相時，相敏檢波器輸出幅值最大，對應地，萬用表示數也最大。實驗中萬用表的示數為負，是由于輸入信號與開關信號之間的相位關系。輸入信號與開關信號圖像如下:輸入信號與開關信號反相，對應地，低通濾波器輸出電壓的極性為負。所以萬用表 的示數是負值。(3)思考題根據實

12、驗結果，可以知道相敏檢波器的作用是什么？移相器在實驗線路中的作用是什么？ 答：相敏檢波器是能夠鑒別調制信號的相位，同時還具有選頻能力的電子電路。實驗中 它的作用是根據輸入信號與參考信號的相位關系輸出不同大小的直流分量，即鑒別相 位。移相器的作用是改變參考信號的相位，使輸入信號與參考信號的相位關系發生改 變，從而觀察相敏檢波器對信號相位的鑒別作用。在完成第四步之后，將示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端v1和附加觀察端，觀察波形來回答相敏檢波器中的整形電路是將什么波轉換為什么波，相位如何？起什么作用？答：波形如下圖所示：可知，整形電路是將正弦波轉換為方波，相位關系為反相。作用是通過轉換為

13、方波，來控制二極管的導通或截止，進而控制場效應管的柵極電壓，進而控制相敏檢波器的電路部分的輸入方式是同相輸入或是反相輸入。measure5,727khzp*-pfc 13.1vvertical 時mtbon -ro國 divs <-m.0mv>pt-pk12. ivchi pk-m 13.1v當相敏檢波器的輸入信號與開關信號同相時，輸出什么極性的什么波，萬用表的讀數 是什么極性的最大值？答：輸出為正極性的全波整流信號，萬用表的讀數是正極性的最大值。2、實驗部分八 差動變壓器（互感式）的性能（1）差動變壓器（互感式）的工作原理差動變壓器是一種開磁路互感式傳感器。由于其具有兩個接成差動

14、結構二次線圈， 所以又稱為差動變壓器。當差動變壓器的一次線圈輸入了交變電源激勵時，其二次線圈就會產生感應電動 勢，由于兩個二次線圈做差動連接，所以總的輸出是兩線圈的感應電動勢的差。當鐵芯 移動時，磁場發生改變，輸出電動勢與鐵芯位移呈線性變換。差動變壓器式壓力傳感器的檢測和轉換過程是： 先將壓力的變化轉換為差動變壓器鐵芯的位移，然后通過差動變壓器將磁場變化轉換為電信號輸出。由以上原理可以解釋實驗八中的現象：輸出電動勢與鐵芯位移基本呈線性變換，并且線性區在 x<5mm,大于該位移時， 呈現出一定的非線性。并且由于一級線圈與二級線圈的磁場變化相同，所以 ch1與ch2的示波器圖像是 同相的，但幅值有差別。(2)思考題根據實驗結果，指出線性范圍答：線性范圍為x<5mm。當差動變壓器中磁棒的位置由上到下變化時， 雙蹤示波器觀察到的波形相位會發生怎 樣的變化?答：磁棒的位置由上到下變化時，波形相位會在 ch2幅值最小時由同相突變為反相圖像如下:造成該現象的原因：當差動變壓器的一次線圈輸入了交變電源激勵時，其二次線圈就會產生感應電動 勢，由于兩個二次線圈做差動連接，所以總的輸出是兩線圈的感應電動勢的差。當鐵芯