測(cè)控電路 第五章 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

1、第5章 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路學(xué)習(xí)要點(diǎn)n調(diào)制解調(diào)的功用與類型。n調(diào)幅式測(cè)量電路原理及特點(diǎn)。n包絡(luò)檢波電路的原理及特點(diǎn)。本章內(nèi)容n第一節(jié) 調(diào)制解調(diào)的功用與類型n第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路n第三節(jié) 調(diào)頻式測(cè)量電路n第四節(jié) 調(diào)相式測(cè)量電路n第五節(jié) 脈沖調(diào)制式測(cè)量電路第5章 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路第一節(jié) 調(diào)制解調(diào)的功用與類型1 1、在測(cè)控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？、在測(cè)控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？ n傳感器的輸出信號(hào)一般很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來是測(cè)控電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。n信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，可以采用直流放大或調(diào)制與解調(diào)。n信號(hào)傳輸過程中容易受到工頻及其他信號(hào)的干擾，若采用直流放大器則在傳輸過程中

2、必須采用有效措施抑制干擾信號(hào)的影響。n為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測(cè)量信號(hào)賦予一定特征，即在被測(cè)信號(hào)上疊加一高頻信號(hào)，將它從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，以提高電路的抗干擾能力和信號(hào)的信噪比。這就是調(diào)制的主要功用。 第一節(jié) 調(diào)制解調(diào)的功用與類型2 2、什么是信號(hào)調(diào)制？注意區(qū)分三個(gè)概念！、什么是信號(hào)調(diào)制？注意區(qū)分三個(gè)概念！ 用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)(幅值、頻率、相位等)按前者變化（已調(diào)信號(hào)）。 3 3、什么是解調(diào)？、什么是解調(diào)？ 在將測(cè)量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過程稱

3、為解調(diào)解調(diào)。 第一節(jié) 調(diào)制解調(diào)的功用與類型4 4、什么是調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)？、什么是調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)？ 用來改變載波信號(hào)的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)。在測(cè)控系統(tǒng)中，通常指測(cè)量信號(hào)。 常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)或脈沖信號(hào)作為載體，賦予測(cè)量信號(hào)一定特征載波信號(hào)載波信號(hào)。 經(jīng)過調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)。 5 5、在測(cè)控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法、在測(cè)控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法調(diào)制類型調(diào)制類型連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制脈沖波調(diào)制調(diào)幅調(diào)幅調(diào)頻調(diào)頻調(diào)相調(diào)相脈寬脈寬脈幅脈幅脈位脈位對(duì)高頻正弦信號(hào)（載波信號(hào)）的幅值、頻率、相位這三個(gè)參數(shù)對(duì)高頻正弦信號(hào)（載波信號(hào)）的幅值

4、、頻率、相位這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為進(jìn)行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。對(duì)脈沖信號(hào)（載波信號(hào)）的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為對(duì)脈沖信號(hào)（載波信號(hào)）的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬。脈沖調(diào)寬。第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路一、調(diào)幅原理與方法一、調(diào)幅原理與方法（一一）1 1、什么是調(diào)幅？、什么是調(diào)幅？ 用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的幅值。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號(hào)的幅值按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式一般表達(dá)式可寫為：us=(Um+mx)coswct第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路 txOtOucusa)調(diào)制信號(hào)b)載波信號(hào)Otc)雙邊帶調(diào)幅信號(hào) 2 2、雙邊帶調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅

5、 假設(shè)調(diào)制信號(hào)x是角頻率為的余弦信號(hào)x=Xmcost，由式us=(Um+mx)coswct ，可得 u us s= = (Um+mXmcost)coswct Umcosct+ mXmcos(c+)t + mXmcos(c-)t/2 取Um=0，只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制。其數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式為：us=Uxmcost cosctccc -c+第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路 3 3、載波信號(hào)頻率的選取載波信號(hào)頻率的選取 為了正確進(jìn)行信號(hào)調(diào)制必須要求c，通常至少要求c10。若被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0100Hz，則載波信號(hào)的頻率c c1000 Hz1000 Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻

6、帶應(yīng)該在c c ， c c 之間；信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)該允許調(diào)制信號(hào)通過,即大于 。第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路（二）調(diào)幅式測(cè)量電路分類（二）調(diào)幅式測(cè)量電路分類n傳感器調(diào)制傳感器調(diào)制n電路調(diào)制電路調(diào)制n乘法器調(diào)制乘法器調(diào)制n開關(guān)電路調(diào)制開關(guān)電路調(diào)制第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路I、傳感器調(diào)制1、 為什么在測(cè)控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信為什么在測(cè)控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信號(hào)調(diào)制？號(hào)調(diào)制？ 為了提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求從信號(hào)一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號(hào)，因此常常在傳感器中進(jìn)行調(diào)制。 usucx214用電感傳感器測(cè)量 工件輪廓形狀3調(diào)幅信號(hào)c)ustuctb)a)O xtxO xO第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路

7、2、通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制、通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路3 3、通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制、通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制如，電參量傳感器（電阻式、電感式和電容式）。R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制 121234UUIIRRRR，R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制 bad11241412341324132412340()()baadUoUUI RI RURURRRRRR RR RUR RR RRRRR ，-時(shí)，電橋平衡設(shè)電橋電變化分別為，且時(shí)項(xiàng)初初始始平平衡衡，四四臂臂工工作作，各各臂臂阻阻R R1 1、R R2 2、R R3

8、3、R R4 4R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4R R有有U U R R1 1 R R2 2 R R3 3 R R4 4( () )4 4R RR RR RR RU Uo o1 1 R R2 2 R R3 3 R R1 1 R R4 41 1( () )2 2R RR RR RR RR Ri iR Ri i，可可忽忽略略后后面面一一，有有U U R R1 1 R R2 2 R R3 3 R R4 4U Uo o( () )4 4R RR RR RR R雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路II、電路調(diào)制1.1.開關(guān)電路調(diào)制開關(guān)電路調(diào)制uxuoUcV2V1Uc uotO Uc

9、 OttO uxu uc c00，場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管V V1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V V2 2截止，截止，u uo ou ux x; ;u uc c0UoUsUo時(shí)，二極管導(dǎo)通，時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流電流i ic c對(duì)電容充電很快；對(duì)電容充電很快；nUsUoUstt放電放電，u uo ouusmsm; ;n屬峰值檢波電路。屬峰值檢波電路。nU Us s000時(shí)，三極管截止，電容通過時(shí)，三極管截止，電容通過R RL L放電；放電；n流過電阻流過電阻R RL L的電流為的電流為i ic c的的平均值平均值。n屬平均值檢波電路。屬平均值檢波電路。VRLC2Tic+us_+_非線性 器件 低通濾波器uoEcb

10、) 晶體管檢波電路二極管檢波電路與三極管檢波電路有什么異同點(diǎn)？二極管檢波電路與三極管檢波電路有什么異同點(diǎn)？n不同點(diǎn)不同點(diǎn)n三極管對(duì)電流有放大作用，所以三極管對(duì)電流有放大作用，所以u(píng) uo ouus s。a)二極管iiUsmctctuuo0us=usmcosct0imax/20uo0tctb)晶體管i0ube0Usmus=usmcoscti0Icicmaxctuo0tn相同點(diǎn)相同點(diǎn)二極管二極管V VD D和晶體管和晶體管V V的死區(qū)和非線性會(huì)給的死區(qū)和非線性會(huì)給檢波帶來誤差。檢波帶來誤差。n不同點(diǎn)不同點(diǎn)二極管檢波電路導(dǎo)通角小，帶負(fù)載能力弱；二極管檢波電路導(dǎo)通角小，帶負(fù)載能力弱；三極管檢波電路導(dǎo)通

11、角大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。三極管檢波電路導(dǎo)通角大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。（二）精密檢波電路（線性檢波電路）1 1、半波精密檢波電路、半波精密檢波電路+ us 半波整流器低通濾波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+ u i-+N1-+N2+uA+uAAu us s00，二極管，二極管V VD1D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V VD2D2截止，截止，u uA A0 0，u uO O0;0;u us s0uus s。屬于平均值。屬于平均值檢波；檢波；二極管沒有放大作用。二極管沒有放大作用。 uousm，屬于峰值檢波；屬于峰值檢波；二極管檢波電路二極管檢波電路導(dǎo)通角小，帶負(fù)載能力弱；導(dǎo)通角小，帶負(fù)載能力弱；三極管

12、檢波電路三極管檢波電路導(dǎo)通角大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。導(dǎo)通角大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2圖5-12 線性全波檢波電路之二u us s00，二極管，二極管V VD1D1， V VD4D4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V VD2D2， V VD3D3截止，截止，u uO Ou us s; ;u us s00usR2R1R3R4us-+N1-+N2b）正輸入等效電路線性全波檢波電路之三高輸入阻抗線性全波整流電路u us s00，二極管，二極管V VD1D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V VD2D2截止；截止；442323(1)osssRRuuuuRRRR 1.1.分析電路結(jié)構(gòu)；分析電

13、路結(jié)構(gòu)；2.2.分析各部分輸入輸出關(guān)系；分析各部分輸入輸出關(guān)系；3.3.虛短，虛斷，電流和為零。虛短，虛斷，電流和為零。uo=-usus0uAR2R1R3R4us-+N1-+N2c) 負(fù)輸入等效電路U Us s00，二極管，二極管V VD1D1截止，截止，V VD2D2導(dǎo)通；導(dǎo)通；214433(1)2(1)AssoAssRuuuRRRuuuuRR usuAVD2VD1R1R3R4-+N1R2-+N2a) 電路圖uo=|us|取R1=R2=R3=R4/2包絡(luò)檢波有兩個(gè)問題：一是解調(diào)的主要過程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同

14、載波頻率的信號(hào)的能力。第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路第二節(jié) 調(diào)幅式測(cè)量電路三、相敏檢波電路三、相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理1 1、什么是相敏檢波電路？、什么是相敏檢波電路？ 相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和頻率的能力的檢波電路。 相敏檢波的主要特征： 參考信號(hào)，用來鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。一般取和載波信號(hào)同頻的高頻信號(hào)。us=Uxmcost cosct2coscoscos11coscoscos22211coscos(2)cos(2) 24oscxmcxmxmcxmxmccUUtUttUtUttUtUtt 相敏檢波可以用與調(diào)制電路相似的電路來實(shí)現(xiàn)。2 2、相敏檢波電路與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上異

15、同、相敏檢波電路與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上異同n將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us，將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us再乘以載波信號(hào)，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。n二者主要區(qū)別是調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號(hào)；而相敏檢波器實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)幅信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號(hào)。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。 （二）常用相敏檢波電路1 1、開關(guān)式相敏檢波電路、開關(guān)式相敏檢波電路tuoOuoOtucOtusOtuxOtusuoUcV2V1Uc優(yōu)點(diǎn)：具有鑒相功能缺點(diǎn)：脈動(dòng)較大

16、，精度低半波相敏檢波電路2、全波相敏檢波電路uousUcRVRR-+Na)UcOtusOtuoOtc)Uc“1”1”，場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管V V導(dǎo)通，導(dǎo)通，u uO O- -u us s; ;Uc“0”0”，場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管V V截止，截止，u uO Ou us s; ;Us和和Uc同相時(shí)，同相時(shí)， uO0，具有鑒相作用。具有鑒相作用。2、全波相敏檢波電路uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2-+NUcb)UcOtuoOtusOtd)Uc“1”1”，場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管V V1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通， V V2 2截止截止，u uO O-R-R6 6/ /（R R2 2R R3 3）- -u us

17、 s; ;Us和和Uc同相時(shí)，同相時(shí)， uO0，具有鑒相作用。具有鑒相作用。Uc“0”0”，場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管V V1 1截止，截止， V V2 2導(dǎo)通，導(dǎo)通，561453(1)ossRRuuuRRRR2 2、精密整流型相敏檢波電路、精密整流型相敏檢波電路CR4uoR1R2R2R3Uc-+N1-+N2R3V1V2uAUcusUcUc為正，場(chǎng)效應(yīng)管為正，場(chǎng)效應(yīng)管V V1 1截止，截止，V V2 2導(dǎo)通；導(dǎo)通；214433AssoAssRuuuRRRuuuuRR 取R1R2R3R42R3UcOtuoOtusOtd)Us和和Uc反反相時(shí)，相時(shí)， uO0，具有鑒相作用。具有鑒相作用。（三）相敏檢波電路

18、的選頻與鑒相特性1 1、相敏檢波電路的選頻特性、相敏檢波電路的選頻特性濾除載波信號(hào)在數(shù)學(xué)上可以用在載波信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)取平均值來表示。這樣對(duì)于調(diào)幅信號(hào)的相敏檢波可表示為222002011coscos2211cos 222osccxcccxxcuutdtutdttuudt（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性1 1、相敏檢波電路的選頻特性、相敏檢波電路的選頻特性如果輸入信號(hào)中含有高次諧波，設(shè)為uncosnct，其中n為大于1的整數(shù)，由它產(chǎn)生的附加輸出為20201coscos21 cos1cos14nncccncccuunttdtuntnt dt即相敏檢波電路具有抑制各種高次諧波的能力。（三）相敏檢波電

19、路的選頻與鑒相特性1 1、相敏檢波電路的選頻特性、相敏檢波電路的選頻特性在實(shí)用的相敏檢波電路中，常采用方波信號(hào)作參考信號(hào)。這時(shí)輸入信號(hào)不是與單位參考信號(hào)cosct相乘，而是與歸一化的方波載波信號(hào)相乘。輸出電壓20201122coscoscos3223111 cos1cos323nnccccncccuuntttdtuntntdtn為偶數(shù)，輸出為零。n為奇數(shù)，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)為un/， un/（3）， un/（5）等（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性1 1、相敏檢波電路的選頻特性、相敏檢波電路的選頻特性 什么是相敏檢波電路的選頻特性？什么是相敏檢波電路的選頻特性？相敏檢波電路對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)

20、有不同的傳遞特性。以參考信號(hào)為基波，所有偶次諧波在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)衰減為基波的1/ n，即信號(hào)的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對(duì)高次諧波有一定抑制作用。b) n=2a) n=1 c) n=3usustOuotO+UctOuotO+tO+tUcO+ustOuotO+ +tO+Uc2 2、相敏檢波電路的鑒相特性、相敏檢波電路的鑒相特性20cos1coscos22smosmcccUuUttdt什么是相敏檢波電路的鑒相特性？什么是相敏檢波電路的鑒相特性？由于在輸入信號(hào)與參考信號(hào)同頻但有一定相位差時(shí)，輸出信號(hào)的

21、大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號(hào)的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特鑒相特性性。 如果輸入信號(hào)us為與參考信號(hào)uc(或Uc)同頻信號(hào)，但有一定相位差，這時(shí)輸出電壓a)0b)180c)90d)30UctO+ustO+uotO+UctO+UctO+UctO+ustO+ustO+ustO+OtO+OuouotO+uotO相敏檢波電路的鑒相特性應(yīng)用n相位計(jì)n提高電路抑制干擾的能力。n在干擾信號(hào)中，相位具隨機(jī)性。相敏檢波電路的鑒相特性使頻率與參考信號(hào)很接近的干擾也受到抑制。只要干擾的頻率與參考信號(hào)略有差別，它與參考信號(hào)的相位差就不斷變化，經(jīng)低通濾波后平均輸出接近零。第三節(jié) 調(diào)頻式測(cè)量電路一、調(diào)頻原理與方法一、調(diào)頻原理與方法（一）什么是調(diào)頻？什么是調(diào)頻？調(diào)頻調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號(hào)us的一般表達(dá)式一般表達(dá)式可寫為：us=Umcos(wc+mx)t 第三節(jié) 調(diào)頻式測(cè)量電路 xtOOtusa) 調(diào)制信號(hào)b) 調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)的波形第四節(jié) 調(diào)相式測(cè)量電路一、調(diào)相原理與方法一、調(diào)相原理