第7章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

2023/2/27.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路《測(cè)控電路》教材編寫組

精2023/2/27.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

調(diào)制解調(diào)的功用與類型

調(diào)幅式測(cè)量電路

調(diào)相式測(cè)量電路

調(diào)頻式測(cè)量電路脈沖調(diào)制式測(cè)量電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類型(1)什么是信號(hào)調(diào)制？調(diào)制(Modulation)就是用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào),modulatingsignal

）去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)carrying

signal

），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。

(2)什么是解調(diào)？從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)（稱為已調(diào)信號(hào)，modulatedsignal）中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，稱為解調(diào)(Demodulation)

。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類型（3）什么是調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)？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)高頻正弦信號(hào)或脈沖信號(hào)作為載體，這個(gè)載體稱為載波信號(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)稱為調(diào)制信號(hào)。在測(cè)控系統(tǒng)中，通常就用測(cè)量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類型理論基礎(chǔ)：傅里葉變換的頻移特性（調(diào)制定理）

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路若則信號(hào)f(t)與余弦信號(hào)cosw0

t相乘后，其頻譜是將原來信號(hào)頻譜向左右搬移w0，幅度減半。調(diào)制解調(diào)的功用與類型理論基礎(chǔ)：傅里葉變換的頻移特性（調(diào)制定理）

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類型(4)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，進(jìn)入測(cè)控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)中分離出來是測(cè)控電路的一項(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)賦予一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。調(diào)制還有利于減小漂移的影響，是提高測(cè)控系統(tǒng)精度的重要手段。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類型(5)在非電量測(cè)量?jī)x器中廣泛使用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的原因A、把緩慢變化的低頻信號(hào)疊加到高頻信號(hào)上，提高抗干擾的能力，以便于放大和遠(yuǎn)距離傳輸；B、某些傳感器的變換原理所采用的就是調(diào)制技術(shù)，要獲得測(cè)量信號(hào)必須進(jìn)行解調(diào)。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類型(6)

在測(cè)控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？

在信號(hào)調(diào)制中常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)作為載波信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)Asin(ωt+φ)有幅值、頻率、相位三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅(Amplitudemodulation)、調(diào)頻(Frequencymodulation)和調(diào)相(Phasemodulation)

。也可以用脈沖信號(hào)作載波信號(hào)(參數(shù)：周期、脈寬；占空比)?？梢詫?duì)脈沖信號(hào)的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬(Pulsewidthmodulation)

。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路一、調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式(1)

什么是調(diào)幅？寫出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出其波形。

調(diào)幅就是用調(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)式可寫為：Us=(Um+mx)cosωct

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路a)調(diào)制信號(hào)b)載波信號(hào)d)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)c)調(diào)幅信號(hào)3.1.1

調(diào)幅原理與方法tttxOOucOusustO2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)何謂雙邊帶調(diào)幅？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形

假設(shè)調(diào)制信號(hào)x是角頻率為Ω的余弦信號(hào)x=XmcosΩt，由式us=(Um+mx)cosωct調(diào)幅信號(hào)可寫為：

us=Umcosωct+[mXmcos(ωc+Ω)t+mXmcos(ωc-Ω)t]/2

它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào):角頻率為ωc的載波信號(hào)和角頻率分別為

ωc±Ω的上下邊頻信號(hào)。載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)x的信息，因此可以取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。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)在測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0~100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？

為了正確進(jìn)行信號(hào)調(diào)制必須要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。這樣，解調(diào)時(shí)濾波器能較好地將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分開，檢出調(diào)制信號(hào)。若被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0~100Hz，則載波信號(hào)的頻率ωc>1000Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為900~1100Hz。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法a)檢出最大值b)誤差最大情況2112πnAB3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)在測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0~100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100Hz，即讓0~100Hz的信號(hào)順利通過，而將900Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200Hz。3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路二、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。

3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制如，電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。3usucx12143.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法txOtOucOtusustO2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)光調(diào)制光調(diào)制opticalmodulation：將一個(gè)攜帶信息的信號(hào)疊加到載波光波上，完成這一過程的器件稱為調(diào)制器。調(diào)制器能使載波光波的參數(shù)隨外加信號(hào)變化而變化，這些參數(shù)包括光波的振幅、位相、頻率、偏振、波長(zhǎng)等。承載信息的調(diào)制光波在光纖中傳輸，再由光探測(cè)器系統(tǒng)解調(diào)，然后檢測(cè)出所需要的信息。光調(diào)制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光通信、測(cè)距、光學(xué)信息處理、光存儲(chǔ)和顯示等方面。

3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路三、電路調(diào)制(1)

乘法器調(diào)制a)原理圖ucuxusxyKxy3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法b)實(shí)用電路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254usux+12V2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)開關(guān)電路調(diào)制-相乘原理3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法uxuo=usUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

uxuo=us當(dāng)Uc為高電平，為低電平時(shí)，V1導(dǎo)通、V2截止，若V1、V2為理想開關(guān)，輸出電壓。當(dāng)Uc為低電平，為高電平時(shí)，V1截止、V2導(dǎo)通，輸出電壓為零，其波形如上圖所示。經(jīng)過調(diào)制，輸入信號(hào)與幅值按0、1變化的載波信號(hào)相乘。2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)信號(hào)相加調(diào)制3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法

在線性電路中，二個(gè)不同頻率的信號(hào)與相加，不會(huì)得到第三個(gè)頻率的信號(hào)，從而也不能進(jìn)行調(diào)制。為了獲得頻率變換，必須在電路中加入非線性器件。相加調(diào)制中，ux=UxmcosΩt與uc=Ucmcosωt相加減后加到開關(guān)上，故稱為相加型調(diào)幅電路。Uxm>>Ucm采用二個(gè)開關(guān)二極管VD1、VD2來進(jìn)行二路調(diào)制。uVD1=uc+ux;uVD2=uc-ux;兩個(gè)載波電流以相反方向通過輸出變壓器T3的一次側(cè)，使uc影響得以消除。這種電路常稱為平衡調(diào)幅電路。其中K(ωct)為角頻率為ωc的脈沖信號(hào)；r為二極管內(nèi)阻、RP串接的有效電阻及RL折合到T3一次側(cè)的等效電阻之和。2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)信號(hào)相加調(diào)制3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法n3為變壓器T3的電壓比。i3濾去ux基頻、uc的高次諧波分量，可得。3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)信號(hào)調(diào)制的頻域理解3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法若以高頻余弦信號(hào)（余弦函數(shù)的頻域圖形是一對(duì)脈沖譜線）作載波，把信號(hào)x(t)和載波信號(hào)相乘，其結(jié)果就相當(dāng)于把原信號(hào)的頻譜圖形由原點(diǎn)平移至載波頻率f0處，其幅值減半。3.1調(diào)幅式測(cè)量電路信號(hào)解調(diào)的頻域理解3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法若把調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘，則頻域圖形將再一次進(jìn)行“平移”，其結(jié)果如下圖所示。若用一個(gè)低通濾波器濾去中心頻率為2f0的高頻成分，那么將可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜（只是其幅值減小為一半，這可用放大處理來補(bǔ)償），這一過程稱為同步解調(diào)。2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.2包絡(luò)檢波電路什么是包絡(luò)檢波？從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)或檢波。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。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？由圖可見，只要從圖a所示的調(diào)幅信號(hào)中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號(hào)(經(jīng)全波檢波或截去它的上半部也可)，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號(hào)，即可獲得所需調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上的。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路usOOtta)b)uo'2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路usuo'OOtta)b)(c)峰值檢波波形(d)平均值檢波波形(a)輸入調(diào)幅波(b)不接濾波器時(shí)檢波波形2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波

(1)基本電路a)二極管檢波電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性器件低通濾波器C1VRLC2Tic+us_+_非線性器件低通濾波器uoEcLC諧振回路濾波b)晶體管檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路低通濾波器：2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（二）精密檢波電路為什么要采用精密檢波電路？二極管VD和晶體管V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發(fā)射結(jié)電壓超過一定值時(shí)才導(dǎo)通，它們的特性也是一根曲線。二極管VD和晶體管V的特性偏離理想特性會(huì)給檢波帶來誤差。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.2包絡(luò)檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路(1)半波精密檢波電路+–i1CR4uoR1+us–

R2R3VD1VD2半波整流器低通濾波器uA+u–i∞-++N1∞-++N2+––+A2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)全波精密檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路OtuAOtuoOtusOtus/2+us–

半波整流器低通濾波器+–i1CR4uoR1R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–A3R￠2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路線性全波檢波電路之二3.1.2包絡(luò)檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路Otu2OtuoOtu1OtusuoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2u1u22023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量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3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路a)電路圖usuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2uob）正輸入等效電路R2uo=usus>0usR1R3R4∞-++N1∞-++N2N2的同相輸入端與反相輸入端輸入相同信號(hào)，得到uo=us

N1跟隨器3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路3.1調(diào)幅式測(cè)量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取R1=R2=R3=R4/2，N1的輸出為

N2的輸出為

線性全波檢波電路常用作絕對(duì)值運(yùn)算電路c）負(fù)輸入等效電路a)電路圖usuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2uoR2uo=-usus<0uAR1R3R4∞-++N1∞-++N23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(1)為什么要采用相敏檢波？包絡(luò)檢波有兩個(gè)問題：一是解調(diào)是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無法鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理txOtOucOtusustO3usucx12143.1.3相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(1)為什么要采用相敏檢波？第二，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)它都以同樣方式對(duì)它們整流。為了使檢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，需采用相敏檢波電路。usOOtta)b)uo'（一）相敏檢波的功用和原理2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理

(2)

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)相位和選頻能力的幅值檢波（檢幅）電路。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能與電路構(gòu)成上最主要的區(qū)別是什么？在功能上的主要區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號(hào)相位，從而判別被測(cè)量變化的方向，同時(shí)相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力。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，還要輸入一個(gè)參考信號(hào)。有了參考信號(hào)就可以用它來鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路相敏檢波電路又稱為同步解調(diào)。低通濾波器將頻率為2f0的高頻信號(hào)濾去，則得到。“同步”指解調(diào)時(shí)所乘的信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率和相位。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)

相敏檢波的基本原理將輸入的調(diào)制信號(hào)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)

若將再乘以，就得到

2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(3)

相敏檢波的基本原理利用低通濾波器濾除頻率為和的高頻信號(hào)后就得到調(diào)制信號(hào)，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，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。因此，相敏檢波可以用與調(diào)制電路相似的電路來實(shí)現(xiàn)。2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（二）常用相敏檢波電路

(1)

乘法器式相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路ucusuoxyKxya)原理圖b)實(shí)用電路us0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF

+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF0073.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路相敏檢波電路與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有哪些相似之處？它們又有哪些區(qū)別？

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。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。2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)開關(guān)式相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路V1usuoUcV2Uc半波檢波如果us反相，uo反向tuoOusOtuxOtucOt(2)開關(guān)式相敏檢波電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路uousUcRVRR∞-++NUcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOtus與Uc同相us與Uc反相在Uc=1的半周期，同相輸入端被接地，us只從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為-1；在Uc=0的半周期，V截止，us同時(shí)從同相輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為+1

全波檢波檢波：兩個(gè)半周期輸出相同相敏：輸出的極性取決于

us與Uc相位關(guān)系2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路usR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUc3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路us與Uc同相us與Uc反相R1=R2=R3=R4=R5=R6/2,Uc=1半周期，V1導(dǎo)通、V2截止，增益Uc=0半周期，V1截止、V2導(dǎo)通，增益(2)開關(guān)式相敏檢波電路uo全波檢波UcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOt2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(4)精密整流型相敏檢波電路在精密整流型包絡(luò)檢波電路中開關(guān)器件是二極管，它的通斷由N1的輸出極性決定，與Uc和us之間的相位關(guān)系無關(guān)。在精密整流型相敏檢波電路中開關(guān)器件是場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，它的通斷由Uc的極性決定，輸出的極性與Uc和us之間的相位關(guān)系相關(guān)。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+usOtuAOtuoOtusOtus/2OtuAOtuoOtusOtus/2Uc與us同相Uc與us反相3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性

(1)

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？相敏檢波電路的選頻特性是指它對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)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)被抑制或幅值相應(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。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性

(1)

相敏檢波電路的選頻特性相敏檢波的工作機(jī)理是將輸入信號(hào)與頻率為的單位參考信號(hào)相乘，再通過濾波將高頻載波信號(hào)濾除。濾波可以用在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)取平均值表示對(duì)于n次諧波分量只要。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)與歸一化的方波載波信號(hào)相乘。輸出電壓3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性

(1)

相敏檢波電路的選頻特性它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1、3、5等各次諧波，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)為、、等。、、2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(1)相敏檢波電路的選頻特性b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)相敏檢波電路的鑒相特性如果輸入信號(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)輸出電壓即輸出信號(hào)隨相位差的余弦而變化。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性。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO++OuouotO–++–––uotO––3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(2)相敏檢波電路的鑒相特性

2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路b)c)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路（四）相敏檢波電路的應(yīng)用a)x213txtOtOtxΦ,uOOΦ,u2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.1調(diào)頻原理與方法（一）調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式調(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)式可寫為：3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.2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3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1調(diào)頻原理與方法特點(diǎn)：（1）調(diào)頻波的頻率隨緩變信號(hào)的幅值而變化，其頻譜結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。（2）經(jīng)過調(diào)頻的信號(hào)，其信息儲(chǔ)存在頻率中，不易錯(cuò)亂或失真，抗干擾能力很強(qiáng)，便于遠(yuǎn)距離傳輸以及數(shù)字處理。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制213測(cè)力或壓力的振弦式傳感器3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1調(diào)頻原理與方法4TNS

多普勒測(cè)速3.2.1調(diào)頻原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制VvPWV>>v

時(shí)2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制(1)

電容三點(diǎn)式LC振蕩器調(diào)頻電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1調(diào)頻原理與方法LCTC1C2+Ec圖中CT為電容傳感器電容，它隨被測(cè)參數(shù)變化。Cg的變化使振蕩器輸出頻率變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。同樣可以采用電感傳感器的電感作為振蕩器的L，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路uo∞-++NCR3R1RRPR4VSR2+FUr-FUruuouc+Ur-UrOtT2T1T0a)b)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路（三）電路調(diào)制(2)多諧振蕩器調(diào)頻電路3.2.1調(diào)頻原理與方法只要能用調(diào)制信號(hào)去控制產(chǎn)生載波信號(hào)的振蕩器頻率，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。載波信號(hào)可以用LC、RC或多諧振蕩器產(chǎn)生，只要讓決定其頻率的某個(gè)參數(shù)，如電感L、電阻R或電容C隨調(diào)制信號(hào)變化，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.2鑒頻電路對(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)稱為頻率解調(diào)或鑒頻。（一）微分鑒頻將調(diào)頻信號(hào)

對(duì)t求導(dǎo)數(shù)得到

這一調(diào)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

。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路微分鑒頻電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器C1r+-+-+-udusC1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分電路中為了正確微分：因此靈敏度較低。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路窄脈沖鑒頻電路F/V變換電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器低通濾波器usUsUsˊ2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）斜率鑒頻3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路將一個(gè)調(diào)頻信號(hào)送到一個(gè)具有變化的幅頻特性網(wǎng)絡(luò)，就可以得到調(diào)頻調(diào)幅信號(hào)。鑒頻網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性斜率越大，同樣大小的頻率變化引起的幅值變化越大，幅值調(diào)制度越大，鑒頻的靈敏度越高。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）斜率鑒頻3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路（1）單失諧回路斜率鑒頻器單失諧回路斜率鑒頻器由單失諧回路和二極管包絡(luò)檢波器組成。在輸入調(diào)頻波的情況下，所謂失諧是指諧振回路與調(diào)頻波的載波失諧。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）斜率鑒頻3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路usus1us2fo1fo2RLRLuo1uo2VD2VD1TC1C2uo（2）雙失諧回路斜率鑒頻器:

為了擴(kuò)展鑒頻特性的線性范圍，實(shí)用的斜率鑒頻器常常采用兩個(gè)單失諧回路構(gòu)成的平衡電路。由于上下兩個(gè)回路的幅頻特性相互補(bǔ)償，因而使雙失諧回路斜率鑒頻器的失真減小。2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）斜率鑒頻3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路usus1us2fo1fo2RLRLuo1uo2VD2VD1TC1C2uoc)d)e)f)usUsmus1us2uoOOOOttttuo1-uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化Ωtff2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（三）數(shù)字式頻率計(jì)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路基于頻率測(cè)量法難以測(cè)量瞬時(shí)頻率，采用測(cè)量周期法CPusUU′計(jì)數(shù)器鎖存器清零DG&SRQDZDS前沿后沿后沿調(diào)頻信號(hào)us經(jīng)整形器成為方波U，經(jīng)單穩(wěn)形成窄脈沖u’。u’后沿使RS翻為1，計(jì)數(shù)器清零，啟動(dòng)計(jì)數(shù)；下一個(gè)u’前沿鎖存。(1)非線性；(2)要求CP頻率很高。先用拍頻電路求它們的差拍，然后用頻率計(jì)測(cè)量差拍信號(hào)的頻率。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.2

鑒頻電路（三）數(shù)字式頻率計(jì)拍頻電路調(diào)頻信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)差拍信號(hào)頻率計(jì)輸出2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法（一）調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式

調(diào)相就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號(hào)us的一般表達(dá)式可寫為：3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路a)b)c)txOttucusOO3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（一）調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式調(diào)相與調(diào)頻的關(guān)系調(diào)相信號(hào)的頻率也在變化，調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)頻率多普勒測(cè)速系統(tǒng)中，對(duì)于速度是調(diào)頻信號(hào)對(duì)于位移是調(diào)相信號(hào)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法

VvPW2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制

(1)調(diào)相電橋3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

OURUCUsUUCURUTRCUs∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路(2)脈沖采樣式調(diào)相電路U0門限檢測(cè)電路脈沖發(fā)生器載波頻率鋸齒波發(fā)生器輸出調(diào)相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU03.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（三）電路調(diào)制

2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路(2)脈沖采樣式調(diào)相電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（三）電路調(diào)制

2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路鑒相就是從調(diào)相信號(hào)中將反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)檢出來，實(shí)現(xiàn)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)，又稱為相位檢波。（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相(1)

乘法器鑒相ucusuoxyKxyN3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路在附近，有較高的靈敏度與較好的線性。輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)與參考信號(hào)幅值的影響。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路(2)用開關(guān)式相敏檢波電路鑒相usUcRVRR∞-++NuotustUcOtOOtt輸出信號(hào)與cos成正比輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)幅值的影響。2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路（二）通過相位—脈寬變換鑒相

(1)異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uob)UcUsOOtuotUotOBd)c)CPUs計(jì)數(shù)器鎖存器延時(shí)時(shí)鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零UcDG1=1&N-2-0N,uo23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路(2)RS觸發(fā)器鑒相c)a)N,uoφ0π2π21b)ttttOOBQUsUcuoOOtOQQSR3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路（三）脈沖采樣式鑒相3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路uo單穩(wěn)鋸齒波發(fā)生器采樣保持濾波器Uc′ujUcUs′u′e)a)b)c)d)tOU’cOttOU’stOujtOu’uo2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路各種鑒相方法比較（精度、誤差因素、鑒相范圍）影響鑒相誤差的主要因素有：非線性、信號(hào)幅值、占空比、邏輯電路與時(shí)鐘脈沖頻率等。相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號(hào)幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為0

。通過相位—脈寬變換鑒相時(shí)門電路的動(dòng)作時(shí)間與時(shí)鐘脈沖頻率誤差對(duì)精度有影響，但一般誤差較小。異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為0。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路各種鑒相方法比較（精度、誤差因素、鑒相范圍）

RS觸發(fā)器鑒相精度最高，線性好，對(duì)Us和Uc的占空比沒有要求。鑒相范圍接近2。脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近2。第四節(jié)集成鎖相環(huán)

集成鎖相環(huán)（簡(jiǎn)稱鎖相環(huán)）是一個(gè)根據(jù)相位差進(jìn)行控制的閉環(huán)系統(tǒng)。兩個(gè)突出特點(diǎn)：1、窄頻帶的良好濾波特性2、寬頻帶的信號(hào)跟蹤特性。鎖相環(huán)的構(gòu)成：由鑒相器（PhaseDetector）、環(huán)路濾波器(LoopFilter)和壓控振蕩器(VoltageControlOscillator)三部分基本電路組成的一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)第四節(jié)集成鎖相環(huán)鎖相環(huán)的鑒相功能將輸入信號(hào)ui(t)的相位與壓控振蕩器的輸出信號(hào)u0(t)的相位進(jìn)行比較，將兩者的相位差通過PD變換成與之成比例的輸出電壓uD(t)。當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，環(huán)路濾波器就沒有輸出電壓，壓控振蕩器輸出處于頻率為的自由振蕩狀態(tài)。第四節(jié)集成鎖相環(huán)鎖相環(huán)的特點(diǎn)(1)可以實(shí)現(xiàn)理想的頻率控制(2)良好的窄頻帶濾波特性(3)寬頻帶的信號(hào)跟蹤特性(4)集成鎖相環(huán)路體積小、成本低、可靠性高、功能多、應(yīng)用方便。第四節(jié)集成鎖相環(huán)鎖相環(huán)的應(yīng)用范圍①遙控和遙測(cè)、雷達(dá)、導(dǎo)航、儀表測(cè)量、通信等系統(tǒng)的解調(diào)與調(diào)制技術(shù)。②頻率合成。由于壓控振蕩器能產(chǎn)生高穩(wěn)定度和