大氣電場儀中相敏檢波器的分析與設(shè)計(jì)

由于沒有考慮電感對I-V轉(zhuǎn)換電路的影響，在實(shí)際的操作中，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)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)，由于沒有考慮模擬開關(guān)的誤差，在大氣電場儀中還需要通過軟件進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償。
在電場儀設(shè)計(jì)中，根據(jù)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(yàn)波形。波形1為I-V轉(zhuǎn)換后的感應(yīng)電壓信號(hào)，頻率為40 Hz，其幅值與被測電場的強(qiáng)度成正比；波形2為從模擬開關(guān)輸出的全波檢波信號(hào)即低通濾波器的輸入信號(hào)，該電壓信號(hào)的極性與被測電場的極性相反。通過觀察兩組實(shí)驗(yàn)波形可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始角φ′=O°時(shí)，由于微弱感應(yīng)電壓信號(hào)V1(t)與同步脈沖信號(hào)Vc(t)不同相，全波檢波后的波形仍為一交流信號(hào)，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(wěn)的直流電壓信號(hào)，而當(dāng)初始角φ′設(shè)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(hào)，即保證了微弱感應(yīng)電壓信號(hào)V1(t)與同步脈沖信號(hào)Vc(t)的同相。因此，經(jīng)低通濾波器后輸出一負(fù)極性直流電壓信號(hào)，即可判斷出被測電場為負(fù)電場，從而實(shí)現(xiàn)了被測電場極性的準(zhǔn)確鑒別。

3 結(jié) 語
設(shè)計(jì)了一種由光電開關(guān)、四通道模擬開關(guān)和運(yùn)放組成的相敏檢波器，結(jié)合微弱感應(yīng)電壓信號(hào)和同步脈沖信號(hào)的特點(diǎn)，對其工作原理進(jìn)行了分析。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了正確放置光電開關(guān)的位置即設(shè)置小葉片的初始角φ′，可實(shí)現(xiàn)兩路輸入信號(hào)同頻同相，從而獲得最大的整流輸出。所設(shè)計(jì)的相敏檢波器已經(jīng)在設(shè)計(jì)的大氣電場儀中得到了應(yīng)用，在實(shí)際監(jiān)測和工作中性能穩(wěn)定，能很好地鑒別出被測電場極性。