相敏检波电路

相敏检波电路

相敏检波电路是一种能同时检测调制信号幅值和相位的信号解调电路。在差动变压器电感式传感器（互感式）中，传感器的原始输出为调幅波，其幅值随位移大小变化，但极性（相位）与位移方向的关系不直观，无法直接判断位移方向。相敏检波电路通过引入与传感器激励电压同频同相（或反相）的参考信号作为辨别极性的标准，将调幅波解调为能明确反映位移大小和方向的直流电压信号。

功能需求

在交流电桥和变压器式交流电桥中，衔铁上移和下移时输出电压的相位相反。但由于输出为交流电压，仅根据输出幅值无法判断位移方向。相敏检波电路通过检测输出电压的相位，将其转换为与位移方向对应的直流电压信号，从而解决这一需求。

工作原理

相敏检波电路的核心结构为环形电桥，由四个性能相同的二极管以同一方向串联而成。输入信号（差动变压器输出的调幅波电压）和参考信号分别经两个变压器加到环形电桥的两个对角。参考信号的幅值远大于输入信号，用于控制四个二极管的导通状态。

位移为正时（x(t) > 0）

当衔铁在零点以上移动时，差动变压器输出电压与参考信号同频同相。在载波正半周，二极管VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，下线圈接入回路；在载波负半周，二极管VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，上线圈接入回路。两种情况下，负载两端的输出电压方向始终为正，输出电压为：

位移为负时（x(t) < 0）

当衔铁在零点以下移动时，差动变压器输出电压与参考信号同频反相。采用同样的分析方法，不论载波是正半周还是负半周，负载的输出电压始终为负：

输出特性

相敏检波电路的输出电压变化规律反映了位移的变化规律：

• $u_y\text{'}\text{'}$ 的大小反映位移 $x\left(t\right)$ 的大小；
• $u_y\text{'}\text{'}$ 的极性反映位移 $x\left(t\right)$ 的方向（正位移输出正电压、负位移输出负电压）。

应用

在电感测微仪中，电桥输出的调制信号经放大、相敏检波后，得到与衔铁位移相对应的直流电压信号，从而实现位移大小和方向的完整测量。在差动变压器电感式传感器（互感式）中，相敏检波电路同样是实现完整位移测量的关键信号调理电路。

与差动整流电路的对比

差动整流电路只能判断静态位置（零位以上或以下），不能判断运动的方向；而相敏检波电路能同时判断位移的大小和方向，是差动变压器传感器实现完整位移测量的关键信号调理电路。