用于檢測(cè)調(diào)諧回路的鑒相器分析設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
一路電壓信號(hào)利用取樣環(huán)加電阻負(fù)載取出，根據(jù)互感電動(dòng)勢(shì)原理、取樣環(huán)繞線本身的電感大小以及負(fù)載電阻值大小，可以推導(dǎo)出負(fù)載電阻兩端的電壓與饋線電流同相位。具體分析如下：根據(jù)互感電動(dòng)勢(shì)原理，互感電動(dòng)勢(shì)e=jωMI，則取樣環(huán)的互感電流為
，其中ω為饋線電流的角頻率；M為取樣環(huán)的互感；J為饋線電流；I’為取樣環(huán)感應(yīng)電流；R為取樣環(huán)的負(fù)載阻抗。因?yàn)镽1，R2的值遠(yuǎn)小于取樣環(huán)繞線本身的感抗，則U=
，表明負(fù)載電阻兩端的電壓與饋線電流同相位；另一路電壓信號(hào)利用電容電阻分壓從饋線上直接取出，為使分壓之后的電壓信號(hào)與饋線電壓相位成90°，必須使電容的容抗遠(yuǎn)大于電阻的阻抗，只有這樣才能忽略發(fā)射機(jī)工作頻率對(duì)相位的影響，但這嚴(yán)重影響了電壓分壓的效果。為了權(quán)衡90°與分壓信號(hào)大小兩者之間關(guān)系，電容和電阻分別取值為5 000 pF和35 Ω，可以忽略工作頻率對(duì)相位的影響，使電阻分壓信號(hào)與饋線電壓信號(hào)成85°左右相位差，但電阻分壓信號(hào)存在很大的噪聲。為改變這種情況，特將取樣環(huán)的負(fù)載電阻換成了容值為0．32μF的電容，由此得到的電容兩端電壓與饋線電流的相位差成90°。具體分析如下：當(dāng)發(fā)射機(jī)工作頻率在20 kHz時(shí)，電容的容抗為24．9 Ω，遠(yuǎn)小于取樣環(huán)繞線本身的感抗。由上文互感電動(dòng)勢(shì)原理分析可知，取樣環(huán)流過(guò)電容的電流與饋線電流同相位。又因?yàn)殡娙輧啥穗妷号c流過(guò)電容的電流相位差成90°，所以電容兩端電壓與饋線電流成90°相位差，并且不受發(fā)射機(jī)工作頻率的影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，證明用這種方法取出的電壓信號(hào)的波形干凈，且與饋線電流信號(hào)成精確的90°相位差。
另一路信號(hào)直接用470 kΩ電阻和4．7 kΩ電阻將饋線高電壓分壓成小信號(hào)電壓，因是電阻分壓，所以分壓電壓與饋線電壓同相位，如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/176930.htm
將這兩路信號(hào)輸入二極管平衡鑒相器，電阻分壓信號(hào)存在嚴(yán)重噪聲，波形幾乎沒(méi)有，這與二極管平衡鑒相器的輸入阻抗太小有關(guān)。
1．3 二極管平衡鑒相器的不足之處
在實(shí)際使用中二極管平衡鑒相器存在如下兩個(gè)主要問(wèn)題：
(1)電阻R1，R2，二極管D1，D2要嚴(yán)格配對(duì)使用。
由于二極管平衡鑒相器是把相位的差值反映到輸出的電壓幅度上，若R1，R2不相等，二極管D1，D2有差異，電路即會(huì)失去平衡，造成鑒相誤差，降低鑒相器的鑒相特性。
(2)對(duì)于兩路取樣信號(hào)要嚴(yán)格控制其取樣幅度。
二極管PN結(jié)的特性決定了兩路取樣信號(hào)的幅值不能太小，其工作耐壓值又決定了取樣信號(hào)幅值不能太大，取樣信號(hào)的幅度范圍不易把握。
2 乘法器型鑒相器設(shè)計(jì)
鑒于二極管平衡鑒相器存在諸多不足之處，本文使用有源器件重新設(shè)計(jì)了鑒相器電路。采用四象限模擬乘法器和低通濾波器，可以實(shí)現(xiàn)鑒相功能，此處簡(jiǎn)稱乘法器型鑒相器。乘法器電路部分與低通濾波器電路部分采用直接耦合方式，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖4所示。
2．1 乘法器型鑒相器的原理分析
乘法器型鑒相器的工作原理簡(jiǎn)述如下：模擬乘法器的兩個(gè)輸入端分別加入信號(hào)v1=V1cos(ω0t+φ1)和v2=V2cos(ω0t+φ2)。模擬乘法器的輸出電壓為：
由式(1)可見(jiàn)，乘法器的輸出是兩輸入信號(hào)的差頻項(xiàng)與和頻項(xiàng)，通過(guò)低通濾波器，濾除不需要的頻率信號(hào)(2ω0t+φ1+φ2)，取出的電壓信號(hào)為：
由式(2)可見(jiàn)，vo隨兩輸入信號(hào)的相位差φ1-φ2的余弦變化。在
附近，有較高的靈敏度，這一點(diǎn)與二極管平衡鑒相器相同，因此仍采用圖3所示的信號(hào)取樣電路。
評(píng)論