相敏檢波器有兩種：一種由變壓器和二極管橋組成，這種電路體積大，穩定性差;另一種則由模擬乘法器構成，性能上得到了很大提高，但價格高，調試麻煩。為此，在研制大氣電場儀的過程中，根據大氣電場儀探頭的結構特點和大氣電場測試中對檢波器的要求，利用光電開關、四通道模擬開關和運放組合設計一種結構簡單，性能穩定的相敏檢波器。同時，為了對電場信號的極性進行有效可靠的鑒別，根據相敏檢波理論，將通過調整光電開關的設置位置，保證感應電壓信號與同步脈沖信號同相，以獲得最大整流輸出，從而準確辨別被測電場極性。

1、什么是相敏檢波電路？

相敏檢波電路是具有鑒別調制信號相位和選頻能力的檢波電路。

2、為什么要采用相敏檢波？

包絡檢波有兩個問題：一是解調的主要過程是對調幅信號進行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調制信號的相位。第二，包絡檢波電路本身不具有區分不同載波頻率的信號的能力。對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流，以恢復調制信號，這就是說它不具有鑒別信號的能力。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。

3、相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能與電路構成上最主要的區別是什么？

相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能上的主要區別是相敏檢波電路能夠鑒別調制信號相位，從而判別被測量變化的方向，同時相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測控系統的抗干擾能力。從電路結構上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調的調幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。

4、相敏檢波電路與調幅電路在結構上有哪些相似之處？它們又有哪些區別？

將調制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊帶調幅信號us，將雙邊帶調幅信號us再乘以載波信號，經低通濾波后就可以得到調制信號ux。這就是相敏檢波電路在結構上與調制電路相似的原因。

二者主要區別是調幅電路實現低頻調制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調幅信號；而相敏檢波器實現高頻調幅信號與高頻載波信號相乘，經濾波后輸出低頻解調信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結構和參數不同。

相敏檢波電路工作原理

假如電場儀探頭處于正電場中，探頭的感應電壓信號V1（t）和同步信號VC（t）分別經圖3的檢波器輸入。

當V1（t）為負半周，VC（t）為低電平時，A點電壓為負半周，B點電壓為正半周，MC14066BCP中的模擬開關1與開關3斷開，模擬開關4導通，則O4引腳輸出為V2（t）的負半周，O3引腳輸出為高阻狀態;當V1（t）為正半周，Vc（t）為高電平時，A點電壓為正半周，B點電壓為負半周， MC14066BCP中的模擬開關1與開關3導通，模擬開關4斷開，則O4引腳輸出為高阻狀態，O3引腳輸出為V2（t）的負半周。在整個信號周期T內，檢波輸出信號V2（t）始終為負半周，該輸出信號經反相濾波器濾波后，得到一正直流電壓信號V3（t），因此根據V3（t）的極性，可以得出被測電場為正電場，其工作波形如圖3（a）所示。

設在一個周期T內，動片旋轉的角度為φ，也即小葉片旋轉的角度為φ，則：

由于沒有考慮電感對I-V轉換電路的影響，在實際的操作中，應通過實驗在-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，由于沒有考慮模擬開關的誤差，在大氣電場儀中還需要通過軟件進行校準和補償。

在電場儀設計中，根據式（5）可求得初始角φ′=33.23°，但實際選擇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，相敏檢波電路的兩組對比實驗波形。波形1為I-V轉換后的感應電壓信號，頻率為40 Hz，其幅值與被測電場的強度成正比;波形2為從模擬開關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的極性相反。通過觀察兩組實驗波形可發現，當初始角φ′=O°時，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，全波檢波后為單一正方向脈動直流電壓信號，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為負電場，從而實現了被測電場極性的準確鑒別。

多功能相敏檢波電路

相敏檢波電路（與濾波器配合）可以將調幅波還原成原信號波形，起解調作用；并具有鑒別信號相位的能力。下面給出典型的二極管相敏檢波電路及其輸入輸出關系圖。它由四個特性相同的二極管D1～D4沿同一方向串聯成一個橋式回路，橋臂上有附加電阻，用于橋路平衡。四個端點分別接在變壓器A和B的次級線圈上，變壓器A的輸入為調幅波xm（t），B的輸入信號為載波y（t），uf為輸出。二極管的導通與截止完全由B的次級的輸出決定，因此要求B的次級的輸出大于A的次級輸出。