目 录
一、 题目要求 ........................................................................................ 2 二、 方案设计与论证 ............................................................................ 3
移相电路 ......................................... 3 检测电路 ......................................... 3 显示电路 ......................................... 3
三、 结构框图等设计步骤 ................................. 5
设计流程图........................................ 5 电路图 ........................................... 6
移相电路图 ................................... 7 检测电路图 ................................... 7 显示电路图 ................................... 8
四、 仿真结果及相关分析 ................................. 9
移相效果 ......................................... 9 相位差波形........................................ 9 相位差度数........................................ 9
五、 误差分析 .......................................... 10
误差分析 ........................................ 10
六、 总结与体会 ........................................ 10 七、 参考文献 .......................................... 11 八、 附录 .............................................. 11
元器件清单....................................... 11
一、 题目要求
设计一个相位差检测电路，该电路可测试一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后与原信号间存在的相位差，可由测试电路检测并显示。要求：
1) 设计移相电路；
2) 设计检测电路，可以使用MCU或者Labview；
3) 使用模拟式检测方法，将相位差信号转换成直流电压或者直流电流信号
进行检测；
4) 要求分析系统最后的精度。
二、 方案设计与论证
2.1
移相电路
此次相位差检测电路的移相部分主要由RC移相电路构成，而RC移相电路主要利用了电容器的电流超前电压90度这一特性。
RC滞后移相电路是电阻器在前面，电容器在后面。输入信号从电阻器进入，输出信号是从电容器上输出。因为电容器要充电，所以电压要比电流滞后90度，等电容充满电后才有电压。输出电路是与电容器并联电压相等，所以输出电路的电压也滞后电流。RC超前移相电路是电容器在前面，电阻器在后面，电容器一样充电电压会滞后电流90度。
由于输入信号经过RC电路后，其幅值有一定的衰减，为了达到移相但不改变其幅值，我们在移相电路后追加了相应的放大器，以保证信号波形不变。
2.2 检测电路
相位差的测量可以采用多种方法：一、将两个信号用模拟乘法器做乘法运算，得到的信号通过低通滤波器，将直流量分离出来，直流电压的大小反映了两个信号的相位差。二、采用两个比较器对信号进行过零比较，然后测量出两个上升沿之间的时间间隔，用时间间隔除以周期再乘以360就可以得到相位差。一般高精
度的相位差测量都是用第二种方法。还有一种就是定性地观察，将两个信号接到双踪示波器的输入，得到李萨如图形，通过图形的形状可以判断相位差大概是是什么程度。另外还可以将相位差转化直流电压或电流信号进行检测。
2.3 显示电路
目前广泛使用的是直读式数字相位计，其原理是基于时间间隔测量法，通过相位-时间转换器，将相位差为ψ的两个信号（分别称参考信号和被测信号）转换成一定的时间间隔τ的起始和停止脉冲。然后用电子计数器测量其时间间隔。如果让电子计数器的时钟脉冲频率倍乘36*10n（n为正整数），则显示值即为以度为单位的相位差值，其简单原理如图所示。也可以用相位—频率转换器，把两信号之间的相位差变成频率，用电子计量器测量。此外可采用相位-电压转换器，把相位转换为电压，用电压表测量。
以上是时间间隔测量基本的原理，其间隔时间为 t??NT0 式中，N是在tψ时间内计数脉冲的个数；T0是时标信号周期。
T360Nf????T0?360?N?360
Tf0??t???
式中，f为被测信号频率，f0为时标信号频率。
若让计数器在1s内连续计数，即1s内有f个门控信号，则其累计数为N1=f*N.
N??360?f0f
N?fN?1?360?f0，则??360N
f10?若取时标频率f0=360Hz，则
??360360?N?N（?）
11可见，计数器在1s内脉冲的累计数就是以度为单位的两个被测信号的相位差。若取f0=3600Hz，则每个计数脉冲表示°，可以提高测量准确度。
三、 结构框图等设计步骤
3.1
设计流程图
开始移相设计相位差检测检测正确NY计数锁存显示读数结束
3.2 电路图
相位差检测 - 图文
