大氣電場(chǎng)儀中相敏檢波器的分析與設計

由于沒(méi)有考慮電感對I-V轉換電路的影響，在實(shí)際的操作中，應通過(guò)實(shí)驗在-φ／(2π)ωRC{ln[1+exp(-π／(ωRC))]／2)～φ／4之間尋找出初始角φ′的最佳值。同時(shí)，由于沒(méi)有考慮模擬開(kāi)關(guān)的誤差，在大氣電場(chǎng)儀中還需要通過(guò)軟件進(jìn)行校準和補償。
在電場(chǎng)儀設計中，根據式(5)可求得初始角φ′=33．23°，但實(shí)際選擇φ′=37°。圖4為被測電場(chǎng)在-600 V／m情況下，分別選取初始角φ′=0°和φ′=37°時(shí)，相敏檢波電路的兩組對比實(shí)驗波形。波形1為I-V轉換后的感應電壓信號，頻率為40 Hz，其幅值與被測電場(chǎng)的強度成正比；波形2為從模擬開(kāi)關(guān)輸出的全波檢波信號即低通濾波器的輸入信號，該電壓信號的極性與被測電場(chǎng)的極性相反。通過(guò)觀(guān)察兩組實(shí)驗波形可發(fā)現，當初始角φ′=O°時(shí)，由于微弱感應電壓信號V1(t)與同步脈沖信號Vc(t)不同相，全波檢波后的波形仍為一交流信號，不具有單一方向，經(jīng)低通濾波器后將被濾除掉，得不到平穩的直流電壓信號，而當初始角φ′設置為37°時(shí)，全波檢波后為單一正方向脈動(dòng)直流電壓信號，即保證了微弱感應電壓信號V1(t)與同步脈沖信號Vc(t)的同相。因此，經(jīng)低通濾波器后輸出一負極性直流電壓信號，即可判斷出被測電場(chǎng)為負電場(chǎng)，從而實(shí)現了被測電場(chǎng)極性的準確鑒別。

3 結 語(yǔ)
設計了一種由光電開(kāi)關(guān)、四通道模擬開(kāi)關(guān)和運放組成的相敏檢波器，結合微弱感應電壓信號和同步脈沖信號的特點(diǎn)，對其工作原理進(jìn)行了分析。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗驗證了正確放置光電開(kāi)關(guān)的位置即設置小葉片的初始角φ′，可實(shí)現兩路輸入信號同頻同相，從而獲得最大的整流輸出。所設計的相敏檢波器已經(jīng)在設計的大氣電場(chǎng)儀中得到了應用，在實(shí)際監測和工作中性能穩定，能很好地鑒別出被測電場(chǎng)極性。