第六讲附件相敏检波电路
相敏检波器 ppt课件
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)
(a)
uGS/V
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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
iD/mA 可 变 UDS＝UGS－UGSoff
电
4阻区恒ຫໍສະໝຸດ 3流 2区
1
UGS ＝0V －0.5V
－1V －1.5V
－2V
0
5
10
15
20
截止 区
(b)
图3.7.3 JFET的 转移特性曲线和
(a)转移特性曲线； 击 穿 (b)输出特性曲线 区
与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源
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。 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
时，沟道在漏极附近被局部夹断(称为预夹
断)，如图3.7.4(b)所示。此后，uDS再增大，电 压主要降到局部夹断区，而对整个沟道的导电
能力影响不大。所以uDS的变化对iD影响很小。
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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
2. 可变电阻区
乘法器式相敏检波电路
乘法器式相敏检波电路
乘法器式相敏检波电路的工作原理是，利用乘法器将待测信号与参考信号相乘，结果通过低通滤波器得到与待测信号幅度和相位相关的直流信号。
相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。
相比包络检波电路，相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。
从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。
检波电路详解
隔直电容Cc数值很大，可认为它 D
对调制频率Ω交流短路，电路达到
稳态时，其两端电压VC≈Vim。
+
vi
C
Cc + VC – + R Rg v
为了有效地传送低频信号，要求 –
–
–
1 Cc
Rg
考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻Rg后的检波电路
在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压，在 R上得到的直流电压为：
检波前后的波形图
整理课件
t
5
二极管（大信号）峰值包络检波器
Di
+ +
vi 充电
–
+
+ C RL v
– 放电 –
(a)
vc +–
+C
+
vi
RL
v
–
–
(b)
串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)所示。图中的RL、 C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求
检波器的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。
也就是要求 dvC(t) dV(t)
dt
dt
整理课件
17
电容放电
dv c =
vc
dt
RC
调幅波包络 V (t) V o1 m m ac o ts
包络变化率 ddV (tt)Vom masi nt dV dim t maVimsi nt
代入
dv c dt
>d V i
dt
得 1ma 1(R C)20
+
& –
+
vvsvrV rm 1V V rsm co tsco 0st
相敏检波电路
电子与信息工程学院控制科学与工程系 在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔 铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。 初级线圈的复数电流值为
R21
R1 e M1 ～ 21 L21 L1 L22 M2 ～ e22 R22 e2
I 1
e1 R1 jL1
I1
e1
～
ω—激励电压的角频率； e1—激励电压的复数值； 由于Il的存在，在次级线圈中产 生磁通
e1 e2 e21 e22 j M1 M1 R1 jL1
其幅数 输出阻抗 或
M 1 M 2 e1 e2 2 2 R1 L1
R R j L L Z 21 22 21 22
Z
R21 R22 2 L21 L22 2
2．选用合适的测量线路
采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动 方向，而且把衔铁在中间位置时，因高 次谐波引起的零点残余电压消除掉。如 图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特 性曲线由1变到2，从而消除了零点残余 电压。
1 -x 2 +x 0
相敏检波后的输出特性
电子与信息工程学院控制科学与工程系
3．采用补偿线路
N1I 1 21 Rm1
22
N1 I 1 Rm 2
e1初级线圈激励电压 L1,R1初级线圈电感和电阻 M1,M1 分别为初级与次级线圈 1,2 间的互感 L21,L22两个次级线圈的电感 R21,R22两个次级线圈的电阻
Rm1及Rm2分别为磁通通过初级线圈及两个次级线圈的磁阻， N1为初级线圈匝数。
～220V 稳压电源
振荡器 V
差动变压器
相敏检波电路
这种变送器可分档测量(–5×105～6×105)N/m2压力，输出信号电 压为(0～50)mV，精度为1.5级。
3 、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别是
一、相敏检波的功用和原理1、什么是相敏检波电路？相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。
2、为什么要采用相敏检波？包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。
第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。
对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。
为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。
3、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别是什么？相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。
从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。
有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。
4、相敏检波电路与调幅电路在结构上有哪些相似之处？它们又有哪些区别？将调制信号Ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边带调幅信号Us，将双边带调幅信号Us再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号Ux。
这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。
二者主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。
这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的结构和参数不同。
二、相敏检波电路的选频与鉴相特性1、相敏检波电路的选频特性什么是相敏检波电路的选频特性？相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。
以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。
对于n=1,3,5等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/ n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。
相敏检波电路简介
相 敏 检 波 电 路
将调制信号ux乘以幅值为1的载波信 号就可以得到双边带调幅信号us，将 双边带调幅信号us再乘以载波信号， 经低通滤波后就可以得到调制信号ux。 这就是相敏检波电路在结构上与调制 电路相似的原因。二者主要区别是调 幅电路实现低频调制信号与高频载波 信号相乘，输出为高频调幅信号；而 相敏检波器实现高频调幅信号与高频 载波信号相乘，经滤波后输出低频解 调信号。这使它们的输入、输出耦合 回路与滤波器的结构和参数不同。
相敏检波电路的应用
大气电场中
其他领域中
在电场仪设计中，电 压信号的极性与被测 电场的极性相反。全 波检波后为单一正方 向脉动直流电压信号 ，即保证了微弱感应 电压信号与同步脉冲 信号的同相。因此， 经低通滤波器后输出 一负极性直流电压信 号，即可判断出被测 电场为负电场，从而 实现了被测电场极性 的准确鉴别。
Hale Waihona Puke 数字相敏检波器以及其他多种 测量器具中，相敏检波因其独 特的精确性和稳定性而被广泛 应用于这些器具的制作和使用 中，根据相敏检波的原理,在 LabVIEW环境实现了数字相敏 检波算法,并分析了算法性能。 实验结果表明,整周期采样时, 信噪比低至-20dB时的幅度误 差小于0.2%,相位误差小于 0.7%。为进一步验证,还利用 NI公司的波形生成卡和数据采 集卡模拟了数字相敏检波在实 际中的应用效果。
调 幅 电 路
常用的导磁材料检测方法
磁粉检测
优点：灵敏度高 缺点：不易实现检 测自动化 优点：探头上无零 电势 缺点：灵敏度不够 精准
涡流检测
g
A D2 Xm(t)
e
c
uf
b
D1
a
Rf
D3
d
D4
相敏检波的原理及应用
相敏检波的原理及应用相敏检波的原理相敏检波是一种广泛应用于通信、无线电、光学和雷达等领域的信号处理技术。
它基于频率和相位之间的关系来提取原始信号中的信息。
相敏检波器由相敏检波器和低通滤波器组成。
相敏检波器相敏检波器是相敏检波的核心部件。
它通常由一个多路解调器和一个低通滤波器组成。
•多路解调器：用于将输入信号分成多个信道，每个信道输出一个相对相位不同的信号。
•低通滤波器：用于将多路解调器输出的信号进行滤波，只保留所需的频率分量。
相敏检波器的输出是输入信号与基准相位之间的相关函数。
相关函数相关函数是相敏检波器输出的一个重要指标。
它表示输入信号与基准相位之间的相似程度。
如果输入信号的频率与相位与基准相位相同，相关函数的幅值非常大；如果输入信号的频率或相位与基准相位不同，相关函数的幅值减小。
相敏检波的应用相敏检波具有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用领域：1.通信系统：相敏检波用于接收机和解调器中，用于将接收到的信号恢复为原始数据。
2.无线电系统：相敏检波用于解调调频信号，将调制信号恢复为原始信号。
3.光学领域：相敏检波用于光纤通信和光学传感器中，用于提取传输的光信号。
4.雷达系统：相敏检波用于雷达接收机中，用于解调雷达信号并提取目标信息。
5.医学影像：相敏检波用于医学超声成像和放射性医学影像，用于提取影像中的信号。
除了以上列举的应用领域，相敏检波还被广泛用于科学研究和测量领域，如天文学、粒子物理学和化学分析等。
总结通过对相敏检波的原理和应用的介绍，我们可以看出相敏检波作为一种重要的信号处理技术，在各个领域中都有着广泛的应用。
它能够有效地提取信号中的信息，为我们提供了便利和便捷的手段。
无论是在通信、无线电、光学还是雷达等领域，相敏检波都发挥着重要的作用，并为相关技术的应用和发展做出了巨大贡献。
开关式全波相敏检波电路
实验1 开关式全波相敏检波电路一、实验目的1．熟悉和掌握相敏检波器的工作原理。
2．验证相敏检波器的检幅特性和鉴相特性。
二、实验设备及参考电路图1．实验台中部件：相敏检波器、音频振荡器、移相器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表（毫伏表）2．双踪示波器3．实验参考电路图三、实验步骤将音频振荡器的输出信号（00 ）接至相敏检波器的输入端(1)。
1．参考信号为直流电压⑴将直流稳压电源+2V接入相敏检波器参考信号输入端(4)，用双踪示波器测试相敏检波器输入端(1)和输出端(3)的波形。
⑵将直流稳压电源-2V接入相敏检波器参考信号输入端(4)，用双踪示波器测试相敏检波器输入端(1)和输出端(3)的波形。
2．参考信号为交流电压⑴将音频信号00接入相敏检波器参考信号输入端(2)，用双踪示波器观察(1) ～ (6)端波形。
⑵将音频信号1800 接入相敏检波器参考信号输入端(2)，用双踪示波器观察(1) ～ (6)端波形。
3．相敏检波器检幅特性将相敏检波器的输出端(3)接低通滤波器的输入端，将低通滤波器的输出端接数字电压表。
⑴相敏检波器的输入信号（接(1)）和参考信号（接(2)）同相，改变音频信号的输入幅值Vp-p，分别读出电压表显示的数值填入下表。
⑵相敏检波器的输入信号（接(1)）与参考信号（接(2)）反相时，改变音频信号的输入幅值Vp-p，分别读出电压表显示的数值填入下表。
4．相敏检波器的鉴相特性将音频信号接移相器的输入端，移相器电路输出接相敏检波器参考输入端(2)，旋转移相器的电位器旋钮，改变参考电压的相位，音频振荡器输出幅值不变，用示波器观察(1) ～(6)波形，并读出对应的电压表值。
四、实验报告要求1．画出该相敏检波器的电路图，并说明该电路的工作原理。
2．画出该实验第三步骤和第四步骤的原理框图。
3．分别画出参考电压与相敏检波器的输入信号同相、反相时(1) ～ (6)点的波形图及低通滤波器的输出波形。
4．画出参考电压通过移相器后（差900 时），相敏检波器(1) ～ (6)点及低通滤波器的输出波形。
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是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为负。
由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。
U1 0 U2 二级管相敏检 波在U1、U2同 相位时的波形 0 i1 0 i2 0 i3 0 i4 0 i0 0
t
t t t t t t
经过相敏检波电路后，正位移输出正电压， 负位移输出 负电压。差动变压器的输出经过相敏检波以后，特性曲
R
+ u1 + u2 T2
U2
负半周时
u2 i1 R RL
u1 i2 R RL
同理可知i１= i２，所以流经RL的电流为 i０= i１－ i２ =０
D1 R
R
D2
U1 0
D3 R
R T1
i1 RL
D4
u1 + u2 +
T2
U2
i2
当衔铁在零位以上时，位移x(t)> 0，Ｕ１与Ｕ２同频同相 u1 e 2 u2 e 2 i4 i3 正半周时 R RL R RL
D1 R
R D2
U1 0
D3 R T1 D4
R
u1 + u2 U2+T2
u1 正半周时 i4 R RL
电流为 i０= i４－ i３ =０
D1 R
u2 i3 R RL
因为是从中心抽头，所以u1= u２ ，故i３= i４。流经RL的
R D2
U1 0
D3 R T1 i4 RL i3 D4
u1 e1 i2 R RL
D1 R
R D2
U1 0
D3 R RL D4
R
u1 + u2 + T2
U2
i1
i
结论： １．衔铁在中间位置时，无论参考电压是正半周还是负
半周，在负载RL上的输出电压始终为0。
２．衔铁在零位以上移动时，无论参考电压是正半周还
是负半周，在负载RL上得到的输出电压始终为正。
线由图13的（a）变成（b），残存电压自动消失。
UL UL
0 0 （a） x （b）
x
返回
图13 相敏检波前后的输出特性曲线
2． 二级管相敏检波电路 容易做到输出平衡，便于阻抗匹配。图中比较电压Ｕ２
和Ｕ１同频，经过移相器使Ｕ２和Ｕ１保持同相或反相，
且满足Ｕ２＞＞Ｕ１ 。
D1 R
R D2 u1 + u2
U1
D3 R T1 D4
U2
R
+
T2
当衔铁在中间位置时，位移x（t）= 0，传感器输出电
压Ｕ１=0,只有Ｕ２起作用。
e1 + _ e2 +
T1 i1
D1 R
R D2
U1 0
D3 R RL D4
R
u1 + u2 + T2
U2
i2
当衔铁在零位以下时，位移x(t)＜ 0，Ｕ１与Ｕ２同频反相
Ｕ２正半周Ｕ１负半周
u1 e 2 i4 R RL
D1 R
R D2
u2 e 2 i3 R RL
故i４＜ i３。流经RL的电流为 i０= i４－ i３ ＜０
e1 + _ e2 +
T1 i4 + u1 + u2 T2 i3
U1 0
U2
D3 R RL D4
R
同理:在Ｕ２负半周Ｕ１正半周时： i１＜ i２。流经RL的电流为 i０= i１－ i２ <０．表示i0的 方向也与规定正方向相反。
+ e1 + e2 T1
u 2 e1 i1 R RL
故i４＞ i３，流经RL的电流为 i０= i４－ i３ ＞０
+ e1 + e2 T1 i4
D1 R
R D2
U1 0
D3 R RL D4
R
+ u1 + u2 T2
U2
i3
负半周时
u 2 e1 i1 R RL
u1 e1 i2 R RL
故i１＞ i２，流经RL的电流为 i０= i１－ i２ ＞０