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

为放大系数），记入表2并在直角坐标系上画出e???曲线。

【数据记录与数据处理】

示波器扫描速率time/div= 200 us，振荡频率f= 5 khz，振荡器幅度 v0 = 5 v 表1 移相器输出幅度与相移量关系的测量

表1（续）移相器输出幅度与相移量关系的测量

下图为查阅到的参考线。

曲线分析：从图中可以看出，角度在-120到-90时，直流电压几乎不变，角度小于-90

电压突然增大，然后保持不变（这里因为实验精度问题不能体现）。当角度为正值时，电压随

着角度的增大迅速减小，但有一个电压在角度增大时也有迅速增大的趋势，由于测量数据较

少，篇二：实验报告移相

实验四移相实验

一、实验目的

了解移相电路的原理和应用。二、实验仪器

移相器、信号源、示波器（自备）三、实验原理

由运算放大器构成的移相器原理图如下图所示：

图4-1 移相器原理图

通过调节rw，改变rc充放电时间常数，从而改变信号的相位。四、实验步骤

1．将“信号源”的u s100幅值调节为6v，频率调节电位器逆时针旋到底，将u s100 与

“移相器”输入端相连接。

2．打开“直流电源”开关，“移相器”的输入端与输出端分别接示波器的两个通道，调

整示波器，观察两路波形。

3．调节“移相器”的相位调节电位器，观察两路波形的相位差。 4．实验结束后，关

闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告

根据实验现象，对照移相器原理图分析其工作原理。（1）当两波形的相位差最大时：

（2）当两波形的相位差最小时：

六、注意事项

实验过程中正弦信号通过移相器后波形局部有失真，这并非仪器故障。

实验五相敏检波实验

一、实验目的

了解相敏检波电路的原理和应用。二、实验仪器

移相器、相敏检波器、低通滤波器、信号源、示波器（自备）、电压温度频率表

三、实验原理

开关相敏检波器原理图如图5-1所示，示意图如图5-2所示：

图5-1 检波器原理图

图5-2 检波器示意图

图5-1中ui为输入信号端，ac为交流参考电压输入端，uo为检波信号输出端，dc为直

流参考电压输入端。

当ac、dc端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使、处于开或关的状态，从而把

ui端输入的正弦信号转换成全波整流信号。

输入端信号与ac参考输入端信号频率相同，相位不同时，检波输出的波形也不相同。当

两者相位相同时，输出为正半周的全波信号，反之，输出为负半周的全波信号。四、实验步

骤

1．打开“直流电源”开关，将“信号源”u s1 0输出调节为1khz，vp-p＝8v的正弦

信号（用示波器检测），然后接到“相敏检波器”输入端ui。

2．将直流稳压电源的波段开关打到“±4v”处，然后将“u+”“gnd1”接“相敏检波器”

的“dc”“gnd”。

3．示波器两通道分别接“相敏检波器”输入端ui、输出端uo，观察输入、

输出波形的相位关系和幅值关系。

4．改变dc端参考电压的极性（将直流稳压电源处的“u-”接到相敏检波

器的“dc”端），观察输入、输出波形的相位和幅值关系。

5．由以上可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，

输入与输出反相。

6．去掉dc端连线，将信号源u s1 0接到“移相器”输入端ui，“移相器”的输出端

接到“相敏检波器”的ac端，同时将信号源u s1 00 输出接到“相敏检波器”的输入端ui。

7．

用示波器两通道观察

、的波形。可以看出，“相敏检波器”中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，

使相敏检波器中的电子开关能正常工作。

8．将“相敏检波器”的输出端与“低通滤波器”的输入端连接，如图5-4 （图5-3为低通滤波器的原理图），“低通滤波器”输出端接电压温度频率表（选择u）。

9．示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端。 10．调节移相器“相位调节”

电位器，使电压表显示最大。

11．调节信号源u s1 0幅度调节电位器，测出“相敏检波器”的输入vp-p 值与输出直流电压uo的关系，将实验数据填入下表。

12．将“相敏检波器”的输入信号ui从u s1 00转接到u s1 1800。得出“相敏检波

器”的输入信号vp-p值与输出直流电压uo1的关系，并填入下表。

13．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

示意图 (转载于:移相器实验报告)

五、实验报告

图5-3 低通滤波器原理图图5-4低通滤波器

根据实验所得的数据，作出相敏检波器输入—输出曲线（vp-p—vo、vo1），对照移相器、

相敏检波器原理图分析其工作原理。

（1)当相敏检波起的输入--输出曲线的vp-p--v0为+4v时，图为：

（2）当相敏检波器的输入--输出曲线的vp-p--v0为-4v时，图为：

（3）输入波形换成方波之后的输出波形为：

六、移相器，相敏检波器的工作原理

移相器：移相器主要是调节电压相位的装置。

相敏检波器：相敏检波器主要由施密特开关及运放组成的相敏检波电路.篇三：移相器的

设计与测试报告,最终完美破解版

攀枝花学院电路原理综合实验报告

移相器的设计与测试

学生姓名：学生学号：院（系）：

年级专业：指导教师：助理指导教师：

二〇一二年十二月

攀枝花学院电路原理实验

摘要

摘要

线性时不变网络在正弦信号激励下，其响应电压、电流是与激励信号同频率的正弦量，

响应与频率的关系，即为频率特性。它可用相量形式的网络函数来表示。在电气工程与电子

工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得有一定幅值、输出电压相对于输

入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出）信号。这可通过调节电路元件参数来

实现，通常是采用rc移相网络来实现的。

关键词移相位，设计，测试。

abstract when constant linear network in sine signal excitation voltage, current, the

response is with the same frequency excitation signal, the sine response and frequency

relations, namely for frequency characteristics. it is used phasor forms of network

function to said. in electrical engineering and electronics engineering, it is often

required in a sure frequency sine excitation signal functions under, obtains a certain

output voltage amplitude, relative to the input voltage phase difference within the

scope of certain and continuous tunable response (output) signals. this is achieved

by regulating circuit device parameters to realize, usually with rc phase shifting

network to realize...

keywords move phase，design，test。

目录

摘

要 ............................................................................. .. (i)

abstract ....................................................................... .................................................................... ii 第1章

方案设计与论

证 ............................................................................. ......................................... 5 1.1 rc串联电

路 ............................................................................. ..................................................... 5 1.2 x型rc移相电

路 ............................................................................. ............................................ 5 1.3方案比

较 ............................................................................. ........................................................... 6 第2章理论计

算 ............................................................................. ..................................................... 7 2.1工作原

理 ............................................................................. ........................................................... 7 2.2 电路参数设

计 ............................................................................. .................................................. 7 第3章原理电路设

计 ............................................................................. ............................................. 9 3.1 低端电路图设计

（-45） ........................................................................ ...................................... 9 3.2 高端电路图设计

（-180°）...................................................................... ..................................... 9 3.3 可调电路图设计（-45°～

-180°） ....................................................................... ....................... 10 第4章设计仿

真 ............................................................................. ................................................... 11 4.1 仿真软件使

用 ............................................................................. ................................................ 11 4.2 电路仿

真 ............................................................................. ........................................................ 11 4.2.1 可变电阻为0%

时 ............................................................................. ................................... 12 4.2.2 可变电阻为2%

时 ............................................................................. ................................... 13 4.2.3 可变电阻为6%

时 ............................................................................. ................................... 15 4.2.4 可变电阻为10%

时 ............................................................................. ................................. 17 4.2.5 可变电阻为100%

时 ............................................................................. ............................... 19 4.3 数据记

录 ............................................................................. ........................................................ 20 第5章结果分

析 ............................................................................. ................................................... 21 5.1 结论分

析 ............................................................................. ........................................................ 21 5.2 设计工作评

估 ............................................................................. ................................................ 21 5.3 体

会 ............................................................................. . (21)

第1章方案设计与论证

1.1 rc串联电路

图1.1所示所示rc串联电路，设输入正弦信号，其相量

u1?u1?00v，若

.

电容c为一定值，则有，如果r从零至无穷大变化，相位从900到00变化。

+?u

?u1

?u2

_

?u1 图1.1 rc串联电路及其相量图

另一种rc串联电路如图1.2所示。

?u1

?2

?u1

?u2 图1.2 rc串联电路及其相量图

同样，输出电压的大小及相位，在输入信号角频率一定时，它们随电路参数的不同而改

变。若电容c值不变，r从零至无穷大变化，则相位从00到?900变化。

1.2 x型rc移相电路

当希望得到输出电压的有效值与输入电压有效值相等，而相对输入电压又有一定相位差

的输出电压时，通常是采用图1.3（a）所示x型rc移相电路来实现。为方便分析，将原电

路改画成图1.3（b）所示电路。篇四：90度精密移相器实验报告

目录

第一章课程设计目的与要求 (2)

1.1、课程设计的基本目的 (2)

1.2、课程设计的基本要求 (2)

1.3 本实验设计目的与要求 (2)

第二章一些概念的简单介绍 (3)

2.1锁相环 (3)

2.2移相器 (3)

第三章实验设计过程 (4)

第四章实验电路设计 (6)

第五章实验心得 (9)

参考文献 (10)

第一章课程设计目的与要求

1.1、课程设计的基本目的：

通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以

及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电

路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际

能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。

1.2、课程设计的基本要求：

1.2.1、培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独

立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

1.2.2、通过实际电路方案的分析比较，设计计算﹑元件选取﹑安装调试等环节，初步掌

握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

1.2.3、掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，

提高动手能力。

1.2.4、了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技

术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。

1.2.5、培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点，经济观点和

全局观点。

1.3 本实验设计目的与要求

本课程的课程设计是设计一个精密的90°移相器电路，通过本次设计，让学生掌握高频

电子线路的设计方法，并将其与仿真联系起来，理论与实践相结合，培养学生的设计能力。

1.3.1做仿真部分：课程设计的实验环境；硬件要求能运行windows xp操作系统的微机

系统。ewb仿真操作系统。

1.3.2 课程设计的预备知识：熟悉ewb仿真操作系统，及通信电子线路课程。

第二章一些概念的简单介绍

2.1锁相环

锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号ui与输出信号uo之间的相位差，并输出误差电压ud 。ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（vco）的控制电压uc。uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。锁相技术已广泛应用于电子技术领域，它在信号处理和数字系统中应用之一就是将信号移相90°，形成两个相互正交的信号。

图1.锁相环原理图

2.2移相器

能够对波的相位进行调整的一种装置。任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，这是早期模拟移相器的原理；现代电子技术发展后利用a/d、d/a转换实现了数字移相，顾名思义，它是一种不连续的移相技术，但特点是移相精度高。

移相器在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。

在r-c串联电路中，若输入电压是正弦波，则电路中各处的电压、电流都是正弦波。从相量图可以看出，输出电压相位引前输入电压相位一个φ角，如果输入电压大小不变，则当改变电源频率f或电路参数r或c时，φ角都将改变，而且a点的轨迹是一个半圆。同理可以分析出，以电容电压作为输出电压时，输出电压相位滞后输入电压相位一个φ角。因此，不论以r端或c端作输出，其输出电压较输入电压都具有移相作用，这种作用效果称阻容移相。阻容移相环节，在电子技术应用中广泛采用，如移相电路、耦合电路、微分电路、积分电路等等。

第三章实验设计过程

对于信号源，电路中的各种元器件都会对输入信号的相位有移动的作用，比如电容和电感在理想情况下就可以使信号移相90°，三极管采用共射接法可以实现180°的相移。而要移相90°，以我们所学的知识，有很多元件或者电路可以做到，比如一个理想积分器就可以对余弦信号进行精密的90°的相移。在选择电路的时候，曾想过利用理想积分器实现对信号的90°移相处理，只是利用积分器输出信号的幅度受频率变化的影响比较大，所以只在很窄的频段内，可得到较好的幅频特性和相频特性。而且积分器的设计，受元件的影响也很大，容易导致失真和杂质信号较多。如下图是利用有源放大器组成的一个带相位补偿及幅度增益自调整的电路。

此电路虽然简单，是利用理想积分器来实现90°相移的，但是这个电路稳定的频带较小，频率较低，而且还存在一定的失真。所以决定不采用此电路。

后来由相移想到了锁相环。锁相环，常用于对接收到的信号进行频率的跟踪与锁定。但也有一个特点，即是在频率锁定以后，锁相环输出的信号会与输入信号有一个固定的相位差。如果能够将这个相位差控制好，实现90°的相移，则这样的相移是高精度和高稳定度的。敲定锁相环这个方向后，就上网找资料，也找到了几个参考方案。只是那些方案需要到锁相环的芯片，比如锁相环芯片cd4016，在ewb中没有这个芯片，在网上也找不到cd4016芯片的内部元件布局的资料，自己画不出来，而且在ewb中的锁相环芯片太过简单，管脚过少，利用ewb仅有的元件无法画出来。如底下是一个参考方案，本实验电路就是基于底下电路的原理而设计的。

图3.常用ppl精密移相电路原理图

其电路工作原理为将一个精密相乘器和一个理想积分器并连到锁相环(pll)的鉴相器(pd)与环路滤波器(lf)两端，用鉴相器(pd)与理想积分器的输出共同来控制压控振荡器(vco)。当

参考信号u1和压控振荡器(vco)信号u2之间相位差不是90°时，cd4016模拟开关构成的精密相乘器的输出信号就会有直流成分。该直流分量通过有源积分器改变压控振荡器(vco)的频率，直到两信号u1、u2之间相位差为90°。当参考信号u1的相位和压控振荡器的信号u2相位差保持精确90°时，精密相乘器的平均输出信号为零，理想积分器就没有控制电压输出。由图1可知，cd4046的鉴相器电路是由异或门电路和低通滤波器组成。