相敏檢波——專題

1、1專題：相敏檢波專題：相敏檢波21 、調(diào)制解調(diào)的功用與類型（1）在檢測(cè)系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？）在檢測(cè)系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？ 在檢測(cè)系統(tǒng)中，進(jìn)入檢測(cè)電路的除了傳感器在檢測(cè)系統(tǒng)中，進(jìn)入檢測(cè)電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外，還往往有各種噪聲。而傳感輸出的測(cè)量信號(hào)外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來(lái)是檢測(cè)電路的一項(xiàng)重要任噪聲的信號(hào)中分離出來(lái)是檢測(cè)電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測(cè)量信號(hào)務(wù)。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，這就是調(diào)制的主要功用賦予一定特征，這就

2、是調(diào)制的主要功用。3（2）什么是信號(hào)調(diào)制？）什么是信號(hào)調(diào)制？ 調(diào)制調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)就是用一個(gè)信號(hào)(測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào))（稱為調(diào)制信號(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)）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（載波信號(hào)）的某一特征參數(shù)按前者），讓后者（載波信號(hào)）的某一特征參數(shù)按前者（調(diào)制信號(hào)）變化。（調(diào)制信號(hào)）變化。 （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(guò)程稱為被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這

3、一過(guò)程稱為解調(diào)解調(diào)。4調(diào)制解調(diào)電路的作用：調(diào)制解調(diào)電路的作用：3/8/20225（4）調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)）調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)v調(diào)制是給測(cè)量信號(hào)賦予一定特征，這個(gè)調(diào)制是給測(cè)量信號(hào)賦予一定特征，這個(gè)特征由作為載體的信號(hào)提供。常以一個(gè)特征由作為載體的信號(hào)提供。常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)高頻正弦信號(hào)或或脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)作為載體，這作為載體，這個(gè)載體稱為個(gè)載體稱為載波信號(hào)。載波信號(hào)。載波信號(hào)載波信號(hào))2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t6v用來(lái)改變載波信號(hào)的某一參數(shù)，如幅值、用來(lái)改變載波信號(hào)的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號(hào)稱為頻率、相位的信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)。v在檢

4、測(cè)系統(tǒng)中，通常就用在檢測(cè)系統(tǒng)中，通常就用測(cè)量信號(hào)作調(diào)制測(cè)量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的載波信號(hào)叫。經(jīng)過(guò)調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)。調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)x(t)x(t)0 0t t78a) a) 幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM)(AM)( )*( )cos(2)tAtx tyfb) b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)(FM)0( )cos()*2 ( )fy tAttxc) c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM(PM)0( )cos( )*2)y tAftx t9載波信號(hào)：載波信號(hào)：由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成。脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路：1000( )* ( )cos(2

5、)y tAx tf t緩變信號(hào)緩變信號(hào)調(diào)制調(diào)制高頻信號(hào)高頻信號(hào)放大放大放大高放大高頻信號(hào)頻信號(hào)解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號(hào)變信號(hào)v調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化化而變化（1 1）調(diào)制原理）調(diào)制原理2 、幅度調(diào)制與解調(diào)3/8/202211幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器X(t)Y(t)X m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器Y(t)x(t)12 先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信

6、號(hào)中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變?cè)購(gòu)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。信號(hào)。 例：交流電橋例：交流電橋VinVoR1R3R2R4max0cos2UUf tmax0cos2UUf t幅度調(diào)制實(shí)例13 應(yīng)變電阻的電阻變化量和被測(cè)外力引起的應(yīng)變應(yīng)變電阻的電阻變化量和被測(cè)外力引起的應(yīng)變 之間之間的關(guān)系為：的關(guān)系為：式中，式中，S：應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)；：應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)； R：應(yīng)變片初始電阻值。：應(yīng)變片初始電阻值。所以有：所以有： 上式表明，載波信號(hào)上式表明，載波信號(hào) 經(jīng)電橋調(diào)幅后，輸出的信號(hào)經(jīng)電橋調(diào)幅后，輸出的

7、信號(hào) 幅值為幅值為 ，即余弦載波信號(hào)的幅值被應(yīng)變，即余弦載波信號(hào)的幅值被應(yīng)變 所所調(diào)制。而且隨著調(diào)制信號(hào)調(diào)制。而且隨著調(diào)制信號(hào) 正負(fù)半周的改變，調(diào)幅波的正負(fù)半周的改變，調(diào)幅波的相位也隨著改變：當(dāng)調(diào)制信號(hào)相位也隨著改變：當(dāng)調(diào)制信號(hào) 為正時(shí)，調(diào)幅波與載波為正時(shí)，調(diào)幅波與載波同相；當(dāng)同相；當(dāng) 為負(fù)時(shí)，調(diào)幅波與載波反相。為負(fù)時(shí)，調(diào)幅波與載波反相。 ( ) t( )RStRmax0.25( )SUt( ) t( ) t( ) t( ) t0max01( )cos24USUtf t&U&0U&3/8/202214（2 2） 解調(diào)原理解調(diào)原理解調(diào)器不僅解調(diào)器不僅能將交流輸能將交流輸入

8、電壓變成入電壓變成與其幅值成與其幅值成正比的直流正比的直流電壓信號(hào)，電壓信號(hào)，而且還能反而且還能反映交流輸入映交流輸入電壓的相位電壓的相位變化。變化。 3/8/202215a). a). 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 v從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為解解調(diào)調(diào)或檢波檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的值變化，因此調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號(hào)一致。只要能檢出調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線即能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波。3/8/2022163/8/202217b). 相敏檢波相敏檢波 包絡(luò)檢波有兩個(gè)問(wèn)題：包絡(luò)檢波有兩個(gè)問(wèn)題：v一是解調(diào)的主要過(guò)程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或一是解調(diào)的主要過(guò)程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)

9、行半波或全波整流，無(wú)法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)全波整流，無(wú)法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。的相位。v二是包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻二是包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號(hào)的能力。對(duì)于不同載波頻率的信號(hào)它率的信號(hào)的能力。對(duì)于不同載波頻率的信號(hào)它都以同樣方式對(duì)它們整流，以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，都以同樣方式對(duì)它們整流，以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，這就是說(shuō)這就是說(shuō)它不具有鑒別信號(hào)的能力它不具有鑒別信號(hào)的能力。為了使檢。為了使檢波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，提高波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需抗干擾能力，需采用相敏檢波電路采用相敏檢波電路。v相敏檢波電路是具有相敏檢波電路

10、是具有鑒相和選頻鑒相和選頻能力的檢波電能力的檢波電路。路。3/8/2022183/8/202219相敏檢波與包絡(luò)檢波的主要區(qū)別相敏檢波與包絡(luò)檢波的主要區(qū)別v相敏檢波電路能夠相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號(hào)相位鑒別調(diào)制信號(hào)相位，從而，從而判別被測(cè)量變化的方向。判別被測(cè)量變化的方向。v相敏檢波電路具有相敏檢波電路具有選頻選頻的能力，從而提高測(cè)的能力，從而提高測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力?？叵到y(tǒng)的抗干擾能力。v從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點(diǎn)從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點(diǎn)是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外，還要是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外，還要輸入輸入一個(gè)參考信號(hào)一個(gè)參考信號(hào)。有了參考信號(hào)就可以用它來(lái)。

11、有了參考信號(hào)就可以用它來(lái)鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。N2N2為過(guò)零比較器，載為過(guò)零比較器，載波信號(hào)波信號(hào) 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)N2N2后轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)后轉(zhuǎn)換為方波信號(hào) 。D D為開(kāi)關(guān)二極管，為開(kāi)關(guān)二極管，將將N2N2輸出的方波信號(hào)輸出的方波信號(hào) 加在場(chǎng)效應(yīng)管加在場(chǎng)效應(yīng)管G G上。上。20波相敏檢波電路例實(shí)例v當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí),G,G截止，截止，N1N1同相端高電平，調(diào)幅波同相端高電平，調(diào)幅波 從從N1N1同相端和反相端同相端和反相端同時(shí)輸入，同時(shí)輸入，N1N1的放大倍數(shù)為：的放大倍數(shù)為： 輸出信號(hào)輸出信號(hào) 波形是一個(gè)幅值與被調(diào)制信號(hào)波形是一個(gè)幅值與被調(diào)制信號(hào) 相同，位于正半周的波形。相同

12、，位于正半周的波形。v當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，G G導(dǎo)通，導(dǎo)通，N1N1同相端接地，為同相端接地，為低低電平，調(diào)幅波電平，調(diào)幅波 從從N1N1反相端輸反相端輸入，入，N1N1的放大倍數(shù)為：的放大倍數(shù)為： 輸出信號(hào)輸出信號(hào) 波形是一個(gè)幅值與被調(diào)制信號(hào)波形是一個(gè)幅值與被調(diào)制信號(hào) 相反且略大的，位于正相反且略大的，位于正半周的波形。半周的波形。( )cu t( )u t( )u t13511.730WVRAR 13411WWVRRARR ( )0u t ( )mxt0( )x t( )u t( )0u t ( )mxt( )u t0( )x t3/8/2022213、頻率調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)就是

13、用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)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)率按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。的線性函數(shù)變化。 調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)us的的一般表達(dá)式一般表達(dá)式可寫(xiě)為：可寫(xiě)為： us=Umcos(wc+mx)txtOOtusa) 調(diào)制信號(hào)b) 調(diào)頻信號(hào)3/8/202222 對(duì)調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號(hào)中對(duì)調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號(hào)中檢出反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)稱為檢出反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)稱為頻頻率解調(diào)率解調(diào)或或鑒頻鑒頻。 方法：方法： 將調(diào)頻信號(hào)將調(diào)頻信號(hào)us=Umcos(wc+mx)t 對(duì)對(duì)t求求導(dǎo)數(shù)得到導(dǎo)數(shù)得到-Um (wc+mx)sin(wc+mx)t這這一一調(diào)調(diào)頻調(diào)幅信號(hào)。利用包絡(luò)檢波檢出其幅值頻調(diào)幅信號(hào)。利用包絡(luò)檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號(hào)的信息變化，即可得到含有調(diào)制信號(hào)的信息 Um (wc+mx)。3/8/2022234、相位調(diào)制與解調(diào) 調(diào)相調(diào)相就是用調(diào)制信號(hào)就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓