【文章內(nèi)容簡介】 CCWWC時有當(dāng)則 由正切三角函數(shù)半角公式可得 2122?????tgtgtg ???????????? 12CwWWwCWCCWwa r c tg 以上式可看出，調(diào)節(jié)電位器 W2 將產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化 。 所需單元及部件： 移相器、音頻振蕩器、雙線（雙蹤）示波器、主、副電源 實驗步驟： （ 1）了解移相器在實驗儀所在位置及電路原理（見圖 5，電路原理見附錄）。 圖 5 （ 2）將音頻振蕩器的信號引入移相器的輸入端（音頻信號從 0176。、 180176。插 口輸出均可），開啟主、副電源。 （ 3）將示波器的兩根線分別接到移相的輸入和輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器的波形。 （ 4）調(diào)節(jié)移相器上的電位器，觀察兩個波形間相位的變化。 （ 5）改變音頻振蕩器的頻率，觀察不同頻率的最大移相范圍。 問題： （ 1）根據(jù)電路原理圖，分析本移相器的工作原理，并解釋所觀察到的現(xiàn)象。 （ 2）如果將雙蹤示波器改為單蹤示波器，兩路信號分別從 Y 軸和 X 軸送入，根據(jù)李沙育圖形是否可完成此實驗？ 注意事項：本儀器中音頻信號由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，所以通過移相器 后波形局部有些畸變，這不是儀器故障。 正確選擇示波器中的“觸發(fā)”形式，以保證雙蹤示波器能看到波形的變化。 四 相敏檢波器實驗 實驗?zāi)康模毫私庀嗝繖z波器的原理和工作情況。 實驗原理：相敏檢波電路如圖（ 6A）（及所附原理圖）所示，圖中為①輸入信號端，③為輸出端，②為交流參考電壓輸入端，⑤為直流參考電壓輸入。 當(dāng)②⑤端輸入控制電壓信號時，通過開環(huán)放大器的作用場效應(yīng)晶體管處于開關(guān)狀態(tài)。從而把①輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。 所需單元和部件：相敏檢波器、移相器、音頻 振蕩器、雙蹤示波器、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、 F/V 表、主、副電源。 有關(guān)旋鈕的初始位置： F/V 表置 20K 檔。音頻振蕩器頻率為 4KHz,幅度置最?。鏁r針到底），直流穩(wěn)壓電湖輸出置于177。 2V 檔，主、副電源關(guān)閉。 實驗步驟： （ 1）了解相敏檢波器和低通濾波器在實驗儀面板上符號。 （ 2）根據(jù)圖 6A 的電路接線，將音頻振蕩器的信號 0176。輸出端輸出至相敏檢波器輸入端①，把直流穩(wěn)壓電源＋ 2V 輸出接至相敏檢波器的參考輸入端⑤ ,把示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端①和輸出端③組成一個測量線 路。 圖 6A （ 3）調(diào)整好示波器，開啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，示波器輸出電壓為峰峰值 4V，觀察輸入和輸出波形的相位和幅度值關(guān)系。 （ 4）改變參考電壓的極性，觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論，當(dāng)參考電壓為正時，輸入和輸出同相，當(dāng)參考電壓為負(fù)時，輸入和輸出相反。 （ 5）關(guān)閉主、副電源，根據(jù)圖 6B 重新接線，將音頻振蕩器的信號從 0176。輸出至相敏檢波器的輸入端①，并同時按相敏檢波器的參考輸入端②，把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入①和輸出端③，將相敏檢波器輸出端③同時與低通濾波器的輸入端連接起來，將低通濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來，組成一個測量線路。（此時， F/V 有表置于 20V 檔）。 （ 6）開啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。 圖 6B 單位： V V i p p 0 . 5 1 2 3 4 8 1 6Vo （ 7）關(guān)閉主、副電源，根據(jù)圖 6C 的電路重新接線，將音頻振蕩器的信號從 00 端輸出至相敏檢波器的輸入端①，將從 1800 輸出端輸出接至移相器的輸入端，把移相器輸出端接至相敏檢波器的參考輸入端②把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端①和輸出端③同時與低通濾波器輸入端連接起來，將低通濾波器輸出端與直流電壓表連接起來，組成一測量線路。 圖 6C （ 8）開啟主、副電源，轉(zhuǎn)動移相器上的移相電位器，觀察示波器的顯示波形及電壓表的讀數(shù)，使得輸出最大。 （ 9）調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。 單位： V VV p p 0 . 5 1 2 3 4 8 1 6o 思考： (1)根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么？移相器在實驗線路中的作用是什么？（即參考端輸入波形相位的作用） （ 2）在完成第五步驟后，將示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端①和附加觀察端⑥和⑦ ，觀察波形來回答相敏檢波器中的整形電路是將什么波轉(zhuǎn)換成什么波，相位如何？起什么作用？ （ 3）當(dāng)相敏檢波器的輸入與開關(guān)信號同相時，輸出是什么極性的什么波，電壓表的讀數(shù)是什么極性的最大值。 五 、金屬箔式應(yīng)變計 — 交流全橋及激勵頻率對交流全橋的影響 (一 )、金屬箔式應(yīng)變片 — 交流全橋 實驗?zāi)康模毫私饨涣鞴╇姷乃谋蹜?yīng)變電橋的原理和工作情況。 實驗原理：圖 3 是交流全橋的一般形式，當(dāng)電橋平衡時， Z1Z3=Z2Z4，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對變化為△ Z1/Z△ Z2/Z△ Z3/Z△ Z4Z4，則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化。 交流電橋工作是增大相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實部和虛部均為零的條件下才會平衡。 所需單元及部件：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、F/V 表、雙平行梁、應(yīng)變片、測微頭、主、副電源、示波器。 有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器 5KHz，幅度關(guān)至最小， F/V 表找到 20V 檔差動放大器增益旋至最大。 實驗步驟： （ 1）差動放大器調(diào)整為零：將差動放 大（ +）（ ）輸入端與地短接，輸出端與 F/V 輸入端 Vi 相連，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零，再將 F/V 表切換開關(guān)置 2V 檔，細(xì)調(diào)差放調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零，然后關(guān)閉主、副電源。 （ 2）按圖 3 接線，圖中 R R R R4 為應(yīng)變片； W W C、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的 LV 輸出口引入，音頻振蕩器幅度旋鈕置中間位置。 +電 橋 平 衡 網(wǎng) 絡(luò) 應(yīng) 變 片移 相 器相 敏 檢 波 器 低 通 濾 波 器 F / V 表 示 波 器216。 2216。 1V音頻振蕩器R 1R 2 R 3R 4W 2 W 1Cr 圖 3 （ 3）用手按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭脫離振動梁自由端并遠(yuǎn)離將F/V 表的切換開關(guān)置 20V 檔，示波器 X 軸掃描時間切換到 — （以合適為宜）， Y 軸CH1 或 CH2 切換開關(guān)置 5V/div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置 5KHz，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的 W1 和 W2，使 F/V 表和示波器顯示最小，再把 F/V 表和示波器 Y 軸的切換開關(guān)分別置 2V 檔和 50mv/div，細(xì)調(diào) W1 和 W2 及差動放大器調(diào)零旋鈕，使 F/V表的顯示值最小，示波器的波形大致為一條水平線（ F/V 表顯 示值與示波器圖形不完全符時二者兼顧即可）。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器和移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形。放手后，梁復(fù)原，示波器圖形基本成一條直線。 （ 4）在雙平行梁的自由端裝上測微頭，旋轉(zhuǎn)測微頭使 F/V 表顯示為零，以后每轉(zhuǎn)動測微頭一周即 ， F/V 表顯示記錄下表： X m m 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 5 . 5 6 6 . 5 7 7 . 5 8 8 . 5 9 9 . 5 1 0Vo 根據(jù)所得數(shù)據(jù)，作出 VX 曲線，長出線懷范圍，計算靈敏度 S=△ V/△ X，并與以前直流全橋?qū)嶒灲Y(jié)果相比較。 （ 5）實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕置初始位置。 思考 ：在交流電橋中，必須 有兩個可調(diào)參數(shù)才能使電橋平衡，這是因為電路存在 而引起的。 （二）、激勵頻率對交流全橋的影響 實驗原理：由于交流電橋中的各種阻抗的影響，改變激勵頻率可以提高交流全橋的靈敏度和提高抗干擾性。 實驗所需部件： 電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通率波器、電壓表、測微儀。 實驗步驟： （ 1）接線、操作均按交流全橋?qū)嶒炦M(jìn)行。 （ 2）音頻振蕩器 0176。端輸出信號，頻率從 — 10KHz，接交流全橋，分別測出 系統(tǒng)輸出電壓，列表填好 V， X 值，在同一坐標(biāo)上做出 V— X 曲線，比較靈敏度，并得出結(jié)論，該交流全橋工作在哪個頻率時較為合適。 注意事項： 做上述實驗時頻率改變，應(yīng)保持音頻振蕩器幅值不變，否則無可比性。 Xmm V2k(V) V5k(V) V8k(V) V10k(V) 六 、交流全橋的應(yīng)用 （一）、振幅測量 實驗?zāi)康模毫私饨涣骷畹慕饘俨綉?yīng)變片電橋的應(yīng)用。 實驗原理：當(dāng)梁受到不同的頻率信號激 勵時，振幅不同，帶給應(yīng)變片的應(yīng)力不同，電橋輸出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，此時電橋輸出為最大，根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。 所需單元及部件： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、低頻振蕩器、電壓表、示波器、主、副電源、激振線圈。 有關(guān)旋鈕的初始位置： 音頻振蕩器 5KHz，低頻振蕩器頻率旋鈕置 5Hz 左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副電源關(guān)閉。 實驗步驟： （ 1）按圖 3 接線，并且保持 交流全橋 實驗（ 1）（ 2）（ 3）的步驟。 （ 2）關(guān)閉 主副電源，將低頻振蕩器的輸出 Vo 引入激振線圈的一端，激振線圈的另一端接地，低頻振蕩器的幅度旋鈕置中間位置，開啟主、副電源，雙平行梁在振動，慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率旋鈕，使梁振動比較明顯，如梁振動幅度不夠大，可調(diào)大低頻振蕩器的幅度。 （ 3）將示波器的 X軸掃描旋鈕切換到 10ms/div級檔， Y軸切換到 50mv/div 或 ，分別觀察差放輸出端、相敏檢波輸出端、低通輸出端波形，并描出各級波形。改變低頻振蕩器頻率 f(3～ 20Hz），測得相應(yīng)的電壓峰峰值（低通濾波器輸出 Vpp），填入下表：畫出幅度 fVpp 曲線。 F(Hz) 3 5 7 10 12 15 17 20 Vpp(mv) 做完以上實驗，可反復(fù)調(diào)節(jié)線路中的各旋鈕，用示波器觀察各輸出環(huán)節(jié)波形的變化，加深實驗體會并了解各旋鈕的作用。 （ 4）實驗完畢關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。 （二）、電子秤 實驗?zāi)康模毫私饨涣鞴╇姷慕饘俨綉?yīng)變片電橋的實際應(yīng)用。 所需單元及部件： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、低通濾波器、 F/V 表，砝碼、主副電源、雙平行梁、應(yīng)變片。 實 驗步驟： （ 1）差動放大調(diào)整為零，將差動放大（ +）、（ ）輸入端與地短接，輸出端與 F/V 表輸入端 Vi 相連，開啟主副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零，再將 F/V 表切換天關(guān)置2V 檔，再細(xì)調(diào)差放調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零，然后關(guān)閉主、副電源。 （ 2）按圖 3 接線，圖中 R R R R4 為應(yīng)變片； W W C、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的 LV 輸出口引入，音頻振蕩器旋鈕置中間位置。 （ 3）按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭遠(yuǎn)離振動梁自由端。將 F/V 表 的切換開關(guān)置 20V檔，示波器 X軸掃描時間切換到 — ， Y軸 CH1和 CH2切換開關(guān)置 5V/div,音頻振蕩器的頻率旋鈕置 5KHz，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的 W1 和 W2，使 F/V 表和示波器顯示最小，再把 F/V 表和示波器 Y 軸的切換開關(guān)分別置 2V檔和 50mv/div，細(xì)調(diào) W1 和 W2 及差動放大器調(diào)零