相敏检波电路在线视频

上一节

我们一起学习了调幅信号的包络检波

但我们很容易发现

包络检波对调幅信号进行了

半波或全波整流

无法鉴别调制信号的相位

因此无法满足

有正反行程的测量场合

为了解决这一问题

这一节我们学习另外一种调幅信号的

解调方法叫做相敏检波

我们这一节的学习目标

包括以下三个

1. 理解相敏检波的

基本原理

2. 理解并能分析相乘式相敏检波检波和精密整流型

全波相敏检波电路的工作原理

3. 了解相敏检波电路的选频和鉴相特性

首先我们回忆一下包络检波的功能

他将如图a）所示的双边带调幅信号

经整流和低通滤波获得如图b）

所示的半波

或全波整流信号，再经低通滤波获得

已调信号的包络线

那么它就存在一个很明显的问题

就是他对调幅信号进行了半波或全波整流

无法鉴别调制信号的相位

也就是在图中 A、B两个点

无法在检波信号中进行区分

这样在前面介绍的电感传感器工业轮廓测量中

就无法区分测杆的正反行程

第二个问题是，包络检波电路本身不具有

区分不同载波信号频率的能力

对于不同的载波频率

他都以同样的方式对他们进行整流

这样在前面提到的污水化学

耗氧量的测量中

就无法有效的滤除变化的环境

光的干扰

为了使检波电路具有判别

相位和频率的能力

提高信号测量过程中抗干扰能力

我们需要解决以上两个问题

问题的解决方法就是我们今天

学习的相敏检波电路

它是具有鉴别调制信号相位和选频能力的

幅值检波电路

我们知道，它与包络检波的功能上

区别是选频鉴相，要实现这一功能呢

就要求相敏检波电路

结构上有一定的改变

就是它引入了参考信号

来完成选频和鉴相特性

接下来我们学习一下相敏检波的原理

看它怎样通过引入参考信号实现检波

并有选频和鉴相的功能

我们回顾一下信号调幅的原理

调制信号 ux

用幅值为 Uxm 的

余弦表示，载波信号

Ucmcosωct

方便起见

我们用单位载波信号

cosωct

调制后得到的双边带调制信号为

UxmcosΩtcosωct

下面我们尝试将调制信号再乘以载波信号

得到方框内的公式

经简化得到下面一行的结果

他包括调制信号和频率分别为

2ωc+Ω

2ωc-Ω 的

高频信号

用低通滤波器

滤掉高频信号就得到了调制信号

只是系数乘了1/2

这就是相敏检波的原理

就是将双边带调制信号与载波信号相乘

经低通滤波滤除高频

就得到了调制信号

因为这一过程跟调制很类似

所以相敏检波也可以用调幅

相似的电路来实现

学习了他的原理之后

我们看怎样通过电路去实现它

下面我们着重学习，相乘式相敏检波电路

和精密整流型相敏检波电路

相乘式相敏检波电路

顾名思义

就是根据相敏检波的原理

将调幅信号跟载波信号相乘

来实现检波

它分为乘法器式相敏检波

和开关式相敏检波

乘法器式相敏检波就是将调幅信号和

载波信号通过模拟乘法器直接相乘

它的原理图和实用电路如图 a)

图 b) 所示

与乘法器实现双边带调幅的电路很相似

不同之处在于

乘法器调幅电路接在输入端 1 的

输入电容和接在引脚 4 上的

补偿电容都是 20uF

而在图 b) 中都是 0.1uF

原因是在调幅电路中输入信号

是低频调制信号

而在相敏检波中，输入的是高频调幅信号

另外一点不同是增加了一级

由运算放大器和 R、C 构成的低通滤波器

另外一种相乘式相敏检波方法

是开关式相敏检波电路

开关式相敏检波电路有几种电路形式

这里我们来着重学习一下开关式

全波相敏检波电路

如图所示

调制信号分别经两个电阻

接运放的两输入端

两个电阻中间分别经两个场效应管接地

栅级接参考信号控制开关

电阻 R₁ 至 R₅ 的取值满足以下关系

当 Uc=1 时，V₁ 导通

V₂ 截止，电路等效为图 b) 所示

为反相放大电路，输出为 -Us

当 Uc=0 时

V₁ 截止，V₂ 导通，电路等效为

如图 c) 所示是一个同相放大电路

输出为 us，根据以上电路

分析结果

我们一起来看一下它的波形

当 us 与 Uc 同相的时候，得到 uo

是 us 的负半波不变

正半波反相的波形

当 us 与 Uc 反相时

uo 是 us 正半波不变

负半波反相的波形

也就是说，得到检波信号的正负与调幅信号

和载波信号的相位关系相关

那么，根据右图所示

当测量信号正负发生变化时

反映在已调信号的相位变化时

已调信号与载波信号的相位关系发生变化

通过全波相敏检波

可以检出这一变化

解调出反映被测信号变化的

测量信号，在前面相敏检波

电路分析中

开关器件视为理想开关器件

忽略了开关器件导通时

它的等效内阻和截止时的漏电流

因而会存在一定的误差

为了减小由开关器件不理想而带来的误差

可以仿照精密整流包络检波电路

的原理构成

精密整流型

相敏检波电路，如图所示

精密整流型相敏检波电路

与精密整流包络检波电路的区别在于

前者用接到 N1 输出端的

两个有参考信号

Uc 控制的开关器件

V₁ 和 V₂，而后者接着是两个

二极管 VD1 和 VD2

其中，参考信号 Uc 与调幅信号 us

频率相同

下面我们分析一下它的原理

当 Uc=1 时，V₁ 截止

V₂ 导通，电路变成如图所示

uA 和us 分别输入到

N₂ 构成的反相加法电路

如果电阻阻值满足给出的关系

可以得到输出

uo 等于

（R₄/2R₃）*us

而当 Uc=0 时

V₁ 导通，V₂ 截止，电路变为如图所示

因为 N₁ 的反相端虚地 uA=0

如果电阻阻值满足给出的关系

输出 uo 等于

-（R₄/2R₃）*us

那么就分别得到了，在 Uc 为 1 和

Uc 为 0 时，uo 的输出

与开关式相敏检波的结果相似

当 Uc 与 us

同相时，输出 uo

为正的全波检波信号

当 uc 与 us相反时，输出

uo为负的全波检波信号

通过判断 us 的相位发生变化时

us 与 Uc 的相位关系

就能实现相敏检波

我们看到，相比于全波精密检波电路

相敏检波引入参考信号

控制两个场效应管

通过参考信号与调幅信号的相位关系

实现了对测量信号的相位鉴别

接下来我们简单介绍一下相敏检波

电路的选频和鉴相特性

选频特性是指它对不同频率的输入

信号有着不同的传递特性

对高次谐波有一定的抑制作用

对于偶次谐波

在载波信号的一个周期内平均输出为 0

对奇次谐波，输出信号被抑制或

幅值相应衰减为基波的 1/n

它的鉴相特性，是指在输入信号与参考

信号同频带有一定相位差时

输出信号的大小与相位差有

确定的函数关系

可以根据输出信号的大小确定相位差的值

相敏检波电路的选频和鉴相特性

在实际工程应用中具有重要的作用

最后我们简单的做一下总结

本节学习了相敏检波的基本原理，和乘法器

开关式两种相乘式相敏检波电路

为了提高检波精度

我们又学习了精密整流型相敏检波电路

最后，介绍了相敏检波电路的

选频和鉴相特性

这就是本节的学习内容，再见