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移相器实验【实验目的】了解运算放大器构成的移相电路的原理及工作情况【所需单元及部件】移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器、主、副电源【实验原理】移相器电路如图所示，该电路的闭环增益为：把拉普拉氏算符换成频率域的参数，则得到：又改写为：在实验电路中，常设定幅频特性︱G（jω）︱＝1,为此选择参数R1=RF=10KΩ由上,R=20K,则输出幅度与频率无关，闭路增益可简化为：当R=2R1=2RRF时，︱G（jω）︱＝1。由上式可以得到相频特性表达式：由tgΨ表达式和正切三角函数半角公式可以得到：因此可以得到相移ψ为：电阻R可以在很宽的范围内变化，当WRC很大时，相移ψ－→0，式中负号表示相位超前，如将电路中R和C互换位置，则可得到相位滞后的情况。如果阻容网络RC不变，则相移将随输入信号的频率而改变。【实验步骤】（1）了解移相器在实验仪所在位置及电路原理（见图）。（2）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），开启主、副电源。（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）旋动移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。（5）改变音频振荡器的频率,观察不同频率的最大移相范围。相敏检波器实验【实验目的】了解相敏检波器的原理和工作情况。【所需单元和部件】相敏检波器、移相器、音频振荡器、双线示波器（自备）、直流稳压电源、低通滤波器、F/V表、主、副电源。【有关旋钮的初始位置】F/V表置20K档。音频振荡器频率为4KHz，幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电源输出置于±2V档，主、副电源关闭。【实验原理】相敏检波电路如图所示：图中①为输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压电输入端，④为直流参考电压输入。当②、④端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把①端输入的正弦信号转换成半波整流信号。【实验步骤】（1）了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。（2）根据图9的电路接线，将音频振荡器的信号０°输出端输出至相敏检波器的输入端①，把直流稳压电源＋2V输出接至相敏检波器的参考输入端⑤，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。（3）调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电压为峰峰值4V。观察输入和输出波的相位和幅值关系。（4）改变参考电压的极性（除去直流稳压电源＋2V输出端与相敏检波器参考输入端⑤的连线，把直流稳压电源的－2V输出接至相敏检波器的参考输入端⑤），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，输入和输出相，当参考电压为负时，输入和输出相，此电路的放大倍数为倍。（5）关闭主、副电源，根据上图电路重新接线，将音频振荡器的信号从0°输出端输出至相敏检波器的输入端①，将从0°输出端输出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，将低能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。（此时，Ｆ/V表置于V表20Ｖ档）。（6）开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表（单位：Ｖ）。Vip-p0.5124816Vo（7）关闭主、副电源，根据下图的电路重新接线，将音频振荡器的信号从0°输出端输出至相敏检波器的输入端①，将从180°输出端输出接至移相器的输入端，将从移相器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，将相敏检波器输出端③同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一测量线路。（8）开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波的显示波形及电压表的读数，使得输出最大。（9）调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表（单位：Ｖ）。Vip-p0.5124816Vo【思考题】1.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？（即参考端输入波形相位的作用）2.在完成第五步骤后，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⑥和②，观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波转换成什么波，相位如何？起什么作用？3.当相敏检波器的输入与开关信号同相时，输出是什么极性的什么波，电压表的读数是什么极性的最大值。应变片——交流全桥【实验目的】1.了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况;2.了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。【实验原理】由于直流放大器容易产生零漂，因此目前常采用交流放大器。用于测量应变变化而引起的电阻变化的电桥电路就采用交流电桥。1.交流电桥平衡条件是2.交流电桥的不平衡输出（1）单臂交流电桥时，其输出电压为（2）半桥差动电路时，其输出电压为（3）全桥差动电路时，其输出电压为当电桥用交流电供电时，导线间存在分布电容（引线电感忽略），相当于在应变片上并联了一个电容，所以在调节平衡时，除了考虑阻抗的模的平衡条件，还要考虑阻抗角的平衡条件实验内容一、交流全桥的性能【所需单元及部件】音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、F／V表、双平行梁、应变片、测微头、主、副电源、示波器。【有关旋钮的初始位置】音频振荡器5KHz，幅度关至最小，F/V表打到20V档，差动放大器增益旋至最大。【实验步骤】（1）差动放大器调整为零：将差动放大（＋）、（－）输入端与地短接，输出端与F/V表输入端Vi相连，开启主、副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零，再将F/V表切换开关置２Ｖ档，再细调差放调零旋钮使Ｆ/Ｖ表显示为零，然后关闭主、副电源。（2）按图接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1、W2、C、r为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的Lv输出口引入。（3）旋转测微头使测微头脱离振动梁自由端并远离。将F/V表的切换开关置20Ｖ档，示波器X轴扫描时间切换到0.1~0.5ms（以合适为宜），Y轴CH1或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使Ｆ/Ｖ表和示波器显示最小，再把F/V表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1和W2及差动放大器调零旋钮，使F/V表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。再用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线。（4）在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使F/V表显示为零，以后每转动测微头一周即0.5mm，F/V表显示值记入下表：X(mm)12345678910Vo（mv）根据所得数据，作出V－x曲线，找出线性范围，计算灵敏度S＝ΔV/Δx，并与以前直流全桥实验结果相比较。（5）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。【思考题】1.在交流电桥中，必须有、两个可调参数才能使电桥平衡，这是因为电路存在而引起的。实验内容二、交流全桥测量振幅【所需单元及部件】音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、低频振荡器、电压表、示波器、主、副电源、激振线圈。【有关旋钮的初始位置】音频振荡器5KHz，低频振荡器频率旋钮置5Hz左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副电源关闭。【实验步骤】(1)按图接线，并且保持实验内容一的步骤（１）、（２）、（３）。(2)关闭主副电源，将低频振荡器的输出V0引入激振线圈的一端，激振线圈的另一端接地，低频振荡器的幅度旋钮置中间位置，开启主副电源，双平行梁在振动，慢慢调节低频振荡器频率旋钮，使梁振动比较明显，如梁振幅不够大，可调大低频振荡器的幅度。(3)将示波器的X轴扫描旋钮切换到ms/div级档，Y轴切换到50mv/div或0.1v/div，分别观察差放输出端、相敏检波输出端、低通输出端波形，并描出各级波形。改变低频振荡器频率f（3~20Hz），测得相应的电压峰-峰值（低通滤波器输出VP-P），填入下表，并画出幅频f-VP-P曲线。f(Hz)3571012151720VP-P（mv）做完以上实验，可反复调节线路中的各旋钮,用示波器观察各输出环节波形的变化，加深实验体会并了解各旋钮的作用。(4)实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。电涡流式传感器【实验目的】1．了解电涡流式传感器的原理及工作性能；2.了解被测体材料对涡流传感器性能的影响；3.了解电涡流式传感器测量振动的原理和方法；4.了解电涡流传器在静态测量中的应用。【实验原理】当通有高频电流的空心线圈靠近金属或其他导体时，将在导体所在空间产生交变磁场，并在导体表层产生涡流。电涡流的磁场将阻碍原磁场的变化，同时影响空心线圈的电流。如图a所示。导体上涡流的深度h很小，所以导体一般做成片状，称为涡流片，空心平面线圈叫做涡流线圈，它们共同组成涡流传感器。（a）（b）涡流传感器等效电路如图b所示，涡流线圈可看作变压器的初级线圈，涡流片中的涡流回路视为变压器次级线圈。当线圈两端加上频率为f幅值恒定的高频励磁信号电压U1时，线圈中就有电流i，涡流片上也有涡流i1，i、i1互相感应。令两者间的互感系数为M，涡流回路中的等效电阻为R1，等效电感为L1。当线圈与被测金属导体靠近时，线圈的等效电阻和电感为可以看出，在涡流线圈各参量U1、R、L、f确定的情况下，通过它的电流i与M、R1、L1有关，而R1、L1的大小又取决于涡流片的电阻率ρ、磁导率μr、质量分布、厚度h及线圈与涡流片之间的距离x。可以设想，若固定涡流片的某些参量不变，只让一个参量（例如x）改变，测出i随x的变化情况，即得到i=f（x）函数。再测出某一距离对应的i，就可以由i=f（x）函数求出距离x的大小。同样，涡流片材料种类、线圈与导体的间距x确定，只是有些涡流导体片有损伤或缺陷，有些则质量优良，测出对应于各种损伤情况的i值，并列出表格，那么以后测出某块涡流片的i值，查表，就可以分析出导体片有无损伤或损伤程度。实验内容一、电涡流式传感器的静态标定【所需单元及部件】涡流变换器、F／V表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。【实验步骤】（1）装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。（2）观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。（3）用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至F/V表，电压表置于20V档，见图，开启主、副电源。（4）用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。可见，波形为波形，示波器的时基为us/cm，故振荡频率约为。（5）适当调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出Ｖ－X曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种。实验完毕关闭主、副电源。X(mm)Vp-p(v)V(v)【注意事项】被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。【思考题】1．刚开始时，电压表显示的数值为零，一直到有一定距离后才发生变化，为什么？2.如何提高电涡流传感器的线性范围？实验内容二、被测体材料对电涡流传感器特性的影响【所需单元及部件】涡流传感器、涡流变换器、铁测片、F／V表、测微头、铝测片、振动台、主、副电源。【实验步骤】（１）安装好涡流传感器，调整好位置。装好测微头。（２）按图接线，检查无误，开启主、副电源。（３）从传感器与铁测片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，记录F表读数，到出现明显的非线性为止，然后换上铝测片重复上述过程，结果填入下表（建议每