大气电场仪中相敏检波器电路原理分析及其设计

　　设在一个周期T内，动片旋转的角度为φ，也即小叶片旋转的角度为φ，则：

　　由于没有考虑电感对I-V转换电路的影响，在实际的操作中，应通过实验在-φ/(2π)ωRC{ln[1+exp(-π/(ωRC))]/2)～φ/4之间寻找出初始角φ′的最佳值。同时，由于没有考虑模拟开关的误差，在大气电场仪中还需要通过软件进行校准和补偿。

　　在电场仪设计中，根据式(5)可求得初始角φ′=33.23°，但实际选择φ′=37°。图4为被测电场在-600 V/m情况下，分别选取初始角φ′=0°和φ′=37°时，相敏检波电路的两组对比实验波形。波形1为I-V转换后的感应电压信号，频率为40 Hz，其幅值与被测电场的强度成正比;波形2为从模拟开关输出的全波检波信号即低通滤波器的输入信号，该电压信号的极性与被测电场的极性相反。通过观察两组实验波形可发现，当初始角φ′=O°时，由于微弱感应电压信号V1(t)与同步脉冲信号Vc(t)不同相，全波检波后的波形仍为一交流信号，不具有单一方向，经低通滤波器后将被滤除掉，得不到平稳的直流电压信号，而当初始角φ′设置为37°时，全波检波后为单一正方向脉动直流电压信号，即保证了微弱感应电压信号V1(t)与同步脉冲信号Vc(t)的同相。因此，经低通滤波器后输出一负极性直流电压信号，即可判断出被测电场为负电场，从而实现了被测电场极性的准确鉴别。

　　3 结 语

　　设计了一种由光电开关、四通道模拟开关和运放组成的相敏检波器，结合微弱感应电压信号和同步脉冲信号的特点，对其工作原理进行了分析。同时通过实验验证了正确放置光电开关的位置即设置小叶片的初始角φ′，可实现两路输入信号同频同相，从而获得最大的整流输出。所设计的相敏检波器已经在设计的大气电场仪中得到了应用，在实际监测和工作中性能稳定，能很好地鉴别出被测电场极性。