相敏檢波電路工作原理及工作過程

相敏檢波器有兩種：一種由變壓器和二極管橋組成，這種電路體積大，穩(wěn)定性差;另一種則由模擬乘法器構成，性能上得到了很大提高，但價格高，調試麻煩。為此，在研制大氣電場儀的過程中，根據大氣電場儀探頭的結構特點和大氣電場測試中對檢波器的要求，利用光電開關、四通道模擬開關和運放組合設計一種結構簡單，性能穩(wěn)定的相敏檢波器。同時，為了對電場信號的極性進行有效可靠的鑒別，根據相敏檢波理論，將通過調整光電開關的設置位置，保證感應電壓信號與同步脈沖信號同相，以獲得最大整流輸出，從而準確辨別被測電場極性。

1、什么是相敏檢波電路？

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。

2、為什么要采用相敏檢波？

包絡檢波有兩個問題：一是解調的主要過程是對調幅信號進行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調制信號的相位。第二，包絡檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號的能力。對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流，以恢復調制信號，這就是說它不具有鑒別信號的能力。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。

3、相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能與電路構成上最主要的區(qū)別是什么？

相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能上的主要區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調制信號相位，從而判別被測量變化的方向，同時相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結構上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調的調幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。

4、相敏檢波電路與調幅電路在結構上有哪些相似之處？它們又有哪些區(qū)別？

將調制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊帶調幅信號us，將雙邊帶調幅信號us再乘以載波信號，經低通濾波后就可以得到調制信號ux。這就是相敏檢波電路在結構上與調制電路相似的原因。

二者主要區(qū)別是調幅電路實現低頻調制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調幅信號；而相敏檢波器實現高頻調幅信號與高頻載波信號相乘，經濾波后輸出低頻解調信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結構和參數不同。

相敏檢波電路工作原理

假如電場儀探頭處于正電場中，探頭的感應電壓信號V1（t）和同步信號VC（t）分別經圖3的檢波器輸入。

當V1（t）為負半周，VC（t）為低電平時，A點電壓為負半周，B點電壓為正半周，MC14066BCP中的模擬開關1與開關3斷開，模擬開關4導通，則O4引腳輸出為V2（t）的負半周，O3引腳輸出為高阻狀態(tài);當V1（t）為正半周，Vc（t）為高電平時，A點電壓為正半周，B點電壓為負半周， MC14066BCP中的模擬開關1與開關3導通，模擬開關4斷開，則O4引腳輸出為高阻狀態(tài)，O3引腳輸出為V2（t）的負半周。在整個信號周期T內，檢波輸出信號V2（t）始終為負半周，該輸出信號經反相濾波器濾波后，得到一正直流電壓信號V3（t），因此根據V3（t）的極性，可以得出被測電場為正電場，其工作波形如圖3（a）所示。

設在一個周期T內，動片旋轉的角度為φ，也即小葉片旋轉的角度為φ，則：

由于沒有考慮電感對I-V轉換電路的影響，在實際的操作中，應通過實驗在-φ/（2π）ωRC{ln［1+exp（-π/（ωRC））］/2）～φ/4之間尋找出初始角φ′的最佳值。同時，由于沒有考慮模擬開關的誤差，在大氣電場儀中還需要通過軟件進行校準和補償。

在電場儀設計中，根據式（5）可求得初始角φ′=33.23°，但實際選擇φ′=37°。圖4為被測電場在-600 V/m情況下，分別選取初始角φ′=0°和φ′=37°時，相敏檢波電路的兩組對比實驗波形。波形1為I-V轉換后的感應電壓信號，頻率為40 Hz，其幅值與被測電場的強度成正比;波形2為從模擬開關輸出的全波檢波信號即低通濾波器的輸入信號，該電壓信號的極性與被測電場的極性相反。通過觀察兩組實驗波形可發(fā)現，當初始角φ′=O°時，由于微弱感應電壓信號V1（t）與同步脈沖信號Vc（t）不同相，全波檢波后的波形仍為一交流信號，不具有單一方向，經低通濾波器后將被濾除掉，得不到平穩(wěn)的直流電壓信號，而當初始角φ′設置為37°時，全波檢波后為單一正方向脈動直流電壓信號，即保證了微弱感應電壓信號V1（t）與同步脈沖信號Vc（t）的同相。因此，經低通濾波器后輸出一負極性直流電壓信號，即可判斷出被測電場為負電場，從而實現了被測電場極性的準確鑒別。

多功能相敏檢波電路

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；并具有鑒別信號相位的能力。下面給出典型的二極管相敏檢波電路及其輸入輸出關系圖。它由四個特性相同的二極管D1～D4沿同一方向串聯成一個橋式回路，橋臂上有附加電阻，用于橋路平衡。四個端點分別接在變壓器A和B的次級線圈上，變壓器A的輸入為調幅波xm（t），B的輸入信號為載波y（t），uf為輸出。二極管的導通與截止完全由B的次級的輸出決定，因此要求B的次級的輸出大于A的次級輸出。