1.了解运算放大器构成的移相器电路原理及工作情况，为交流电桥实验做准备。 2.了解运放构成的相敏检波器电路的原理及工作情况,为交流全桥实验做准备。 二、 实验原理? 1. 移相器工作原理
图8.1 移相器原理图
图8.1为移相器电路原理图，A1与C1、R2组成有源微分网络，A2与RW1、C2组成有
源积分网络。当（1）端输入正弦交流信号μm时，A1输出一超前μm相位信号，A2输出一滞后μm相位的信号，通过调节RW1可使输出信号与输入信号相位发生变化。
其中A１、R１、R２、R３、C１构成一阶移相电路，在R３=R１条件下，可证明幅频特性和相频特性分别可用下式表示：
???
UHU1UHU1??????1?j?R2C1
1?j?R2C1?1 (1)?
φF１(ω)=π-2tg-1ωR２Ｃ１ (2)?
其中ω=2πf，f为输入信号频率，同理，由A２、R４、R５、R6、Rw1、C２构成另一个一阶移相电路，在R４=R５条件下的相应特性为：
??
U0UH???1?j?R?C2
1?j?R?C2 - 21 -
U0UH???1 (3)
φＦ2(ω)=-2tg-1ωRW1Ｃ2 (4)
由此可见，根据幅频特性公式(1)、(3)得：
??
U0U1???1
即相移前后的信号幅值相等。根据相频特性公式(2)、(4)得： φＦ(ω)=φＦ1(ω)+φＦ2(ω)=π-2tg-1ωR2Ｃ1-2tg-1ωRw1Ｃ2 (5)
即相移角度φF(ω)与信号频率f及电路中阻容元件的数值有关，其中：R２=10KΩ、C１=6800PF、C２=0.022μF、Rw1∈［0，10KΩ］。?
注：RW1=0Ω时 (逆时针旋到底)
RW1=10ΚΩ时 (顺时针旋到底) 2.相敏检波器工作原理?
一般检波器只输出单向的电压或电流，当用于交流应变电桥时，无法判断信号的相位，即不能确定应变片处在“拉伸”或“压缩”状态。通常，除测量传感器信号数值大小外，还应确定其相位，例如位移的方向、温度的正负、磁场的极性等，采用相敏检波器可解决这一问题。因而在传感器测量电路中有很广泛的应用。
相敏检波电路如图8.2：
图8.2 相敏检波器原理图?
①为输入信号端，②为交流参考电压输入端,③为输出端，④为直流参考电压输入，⑤、⑥为信号监测端。当②或④端输入控制电压信号时，通过开环放大器的作用使场效应晶体管处于开关状态。从而把①端输入的正弦信号转换与控制信号有关的检波信号。
图8.2为采用集成运放的相敏检波器，其中虚线框内元件构成整形电路。若②端输入正弦信号，在⑤、⑥端变换成方波信号，并由该信号控制结型场效应管3DJ6的导通或截止。在3DJ6导通时，A２的“+”输入端接地，这时A２相当于一个KＡ=-1的倒相器。
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若3DJ6截止，A２的“+”输入端断开，这时A２相当于一个KＡ=1的跟随器，据此可起到相敏检波的作用。
下面画出各点波形来具体说明相敏检波的作用。
(1) 相敏检波器输入信号U①与参考信号U②同相，如图8.3(a)所示，在U②的正半周，A１输出的方波信号U⑥为负，二极管D导通，U⑦也为负值，3DJ6截止，A２相当于跟随器。因此，相敏检波器输出U③跟随U①。在U②的负半周，U⑥为正，D截止，U⑦=0，3DJ6饱和导通，A２相当于倒相器。因此，U③和U①相位相反。由此可见，此时相敏检波输出正极性的脉动波，经低通滤波器后，在电压表上可测得正最大值。
图8.3 相敏检波器各点波形图
(2) 相敏检波器的输入信号U①与参考信号U②反相；如图8.3(b)所示，根据同样的分析可知，这时U③为负极性的脉动波，经低通滤波后，可测得负最大值。?
(3) 相敏检波器的输入信号U①与参考信号U②相位差90°，如图8.3(c)所示，同理可得相敏检波器的输出为零。
根据以上原理，在调整时，通常按照输入信号极性，调移相器使参考信号与其同相或反相，从而得到正、负极性脉动波，或低通滤波器的输出为正、负最大值。
三、 实验步骤?
(一)、移相器实验?
1．了解移相器的电路原理。
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图8.4 移相器实验接线图
2．如图8.4接线，将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从0°、180°插口输出均可）。音频振荡器频率置5KHz，幅度置Vp-p=5V。
3．将示波器的两根线分别接到移相的输入和输出端，调整示波器，观察示波器的波形。
4．调节移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。 5．改变音频振荡器的频率，观察不同频率时的最大移相范围。
(二)、相敏检波器实验
1．了解相敏检波器的电路原理。 2．根据图8.5的电路连线，将音频振荡器的信号0°输出端输出至相敏检波器输入端①，把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端④，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③组成一个测量线路。
图8.5 相敏检波器实验接线图1
3．调整好示波器，开启主控箱电源，音频振荡器频率置4KHz，调整音频振荡器的幅度旋钮，使示波器显示电压Vp-p=4V，观察输入和输出波形的相位和幅度值关系。
4．改变参考电压的极性（-2V），观察输入和输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结论，当参考电压为正时，输入和输出同相，当参考电压为负时，输入和输出相反。
5．关闭电源，根据图8.6重新接线，将音频振荡器信号从0°输出端接至相敏检波器的输入端①，并同时接入相敏检波器的参考输入端②，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③，将相敏检波器输出端③同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一个测量线路（电压表置20V档）。
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图8.6相敏检波器实验接线图2
6．开启主控箱电源，音频振荡器频率置4KHz，调整音频振荡器的输出幅度（Vp-p），同时记录电压表的读数V0，填入表（8－1）。
表8－1：
Vp-p V0 0.5 1 2 3 4 8 16 用示波器比较：相敏检波器①、③端的波形，分析当输入信号①与参考信号②同相时为什么会产生上面的波形。
7．关闭电源，根据图8.7的电路重新接线，将音频振荡器的信号从0°端输出至相敏检波器的输入端①，180°端输出接至移相器的输入端，把移相器的输出端接至相敏检波器的参考输入端②，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器输出端与直流电压表连接起来，组成一测量线路。
图8.7相敏检波器实验接线图3
8．开启电源，转动移相器上的移相电位器，比较示波器的两个通道的显示波形及电压表的读数V0。
9．调整音频振荡器的输出幅度（Vp-p），同时记录电压表的读数V0，填入表（8－2）。
表8－2：
Vp-p V0 0.5 1 2 3 4 8 16
10．分析一下，当相敏检波器的输入信号与参考端信号相位不同时，为什么会产生上面的波形。
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四、实验仪器与设备
1. 移相/相敏检波/低通模块 一个 2. 双踪示波器 一台 3. 音频振荡器 主控台 4. 直流稳压电源 主控台 五、 注意事项?
1．本仪器中音频信号是由函数发生器产生的，所以通过移相器后波形局部有些畸变，这不是仪器故障，不影响实验效果。
2．正确选择示波器中的“触发”形式，以保证双踪示波器能看到波形的变化。
六、 创新和思考?
1．根据电路原理图，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。 2．根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？ 3．在完成第⑥步骤后，将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端①和附加观察端⑤和⑥，分别观察⑥、⑤端波形来回答相敏检波器中的整形电路是起什么作用？信号相位如何？
4．电压表的读数什么时候达到最大值。
七、 实验报告要求
完成表格8－1和8－2后面的实验要求，以及创新和思考中提出的要求。
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