第三章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路-8學(xué)時(shí)

【掌握】雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（表達(dá)式、波形及載波信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率間的關(guān)系）；【了解】幾種調(diào)幅方法以及包絡(luò)檢波；【理解】精密檢波電路作用；【掌握】相敏檢波電路（特點(diǎn)、與包絡(luò)檢波電路的比較、相敏檢波電路的選頻特性和鑒相特性）；【掌握】調(diào)頻及鑒頻方法、頻率計(jì)工作原理；【掌握】調(diào)相及鑒相方法；【掌握】脈寬調(diào)制及解調(diào)方法；第三章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

1第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型1、什么是信號(hào)調(diào)制？調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一個(gè)作為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。

2、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)，這一過程稱為解調(diào)。23、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)。34、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。

45、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)。正弦信號(hào)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、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用脈沖信號(hào)作載波信號(hào)?？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。

5第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路一、調(diào)幅原理與方法（一）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(3-1)

672、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（3-1）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：us=UxmcosΩt

cosωct8tuxOtOucusOtus=UxmcosΩt

cosωct雙邊帶調(diào)幅信號(hào)9調(diào)幅信號(hào)峰值與載波信號(hào)的頻率間關(guān)系101-調(diào)制信號(hào)Ω2-載波信號(hào)ωc=nΩ3、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？

為正確調(diào)制，要求ωc>>Ω。通常要求ωc>10Ω，保證解調(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，并保證調(diào)制解調(diào)精度。被測(cè)信號(hào)變化頻率為0~100Hz，則載波信號(hào)頻率ωc>1000Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為900~1100Hz。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。11（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。

122、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R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制133、用機(jī)械或光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)制Ψθθ123456714（三）電路調(diào)制1、乘法器調(diào)制a)原理圖ucuxuoxyKxyb)實(shí)用電路3.3kΩ0.1μFuo-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ21254ux+12V152、開關(guān)電路調(diào)制uouxUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

ux163、信號(hào)相加調(diào)制T1+

ux-+ux

-+uc-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)17二、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。

18包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？usuo'OOtta)b)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。

19（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波1、基本電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性器件

低通濾波器C1a)二極管檢波電路C1VRLC2Tic+us_+_非線性器件

低通濾波器uoEcb)晶體管檢波電路202、峰值檢波與平均值檢波a)二極管iiθUsmωctωctuuo0us=usmcosωct02πimaxπ0uo0tωctb)晶體管iθ0ube0Usmus=usmcosωcti0θIcicmaxωctuo0tπ2π21（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；二極管VD和晶體管V的工作特性是非線性曲線；二極管VD和晶體管V若偏離理想特性給檢波帶來誤差；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。221、半波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+U’s–iiCR4uoR1R’2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–U’AAR2232、全波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+u’s–iiCR4uoR1R’2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u’AA線性全波檢波電路之一若取R1=R2，R’3=2R324

uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2線性全波檢波電路之二若取R1=R425

uousuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)電路圖uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正輸入等效電路uo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)負(fù)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若取R1=R2=R3=R4/2261、為什么要采用相敏檢波？包絡(luò)檢波有兩個(gè)問題：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。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，以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，這就是說它不具有鑒別信號(hào)的能力。 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。

三、相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理272、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)相位和選頻能力的檢波電路。其機(jī)理是將輸入信號(hào)與頻率與載波信號(hào)相同的參考信號(hào)相乘，再通過濾波將高頻載波濾除，提取調(diào)制信號(hào)。相敏檢波電路的特點(diǎn)：除了需要解調(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)可以用它來鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率；參考信號(hào)應(yīng)與所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)有相同的頻率，通常采用載波信號(hào)做參考信號(hào)；調(diào)制信號(hào)：雙邊帶調(diào)幅信號(hào)：再乘以載波信號(hào)：283、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：相敏檢波電路——鑒別調(diào)制信號(hào)相位——判別被測(cè)量變化的方向；具有選頻的能力——提高測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力；包絡(luò)檢波電路不具有上述功能。從電路結(jié)構(gòu)上：相敏檢波電路——需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)+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。294、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？

調(diào)制信號(hào)ux×幅值為1的載波信號(hào)=雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us；us×載波信號(hào)--低通濾波后得調(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：低頻調(diào)制信號(hào)×高頻載波信號(hào)=高頻調(diào)幅信號(hào)相敏檢波器：高頻調(diào)幅信號(hào)×高頻載波信號(hào)--濾波后輸出低頻解調(diào)信號(hào)。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。

30（二）常用相敏檢波電路1、乘法器式相敏檢波電路ucusuoxyKxyN0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω-8V1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF007us312、開關(guān)式相敏檢波電路tuoOu’oOtucOtusOtuxOtusuoUcV2V1Uc32uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)開關(guān)式全波相敏檢波電路Uc與us同相Uc與us反相333、相加式相敏檢波電路causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏檢波電路T1+ux-+ux

-+uc-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)相加式調(diào)幅電路34uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5P–C0+ucT35

uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++–––T2ucVD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_ucucVD4T1R4+–+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3us364、精密整流型相敏檢波電路CR4uoR1R’2R2R3Uc∞-++N1∞-++N2R’3V1V2uAUcus375、脈沖箝位式相敏檢波電路ttuottttttR2R1CVusuoUc′∞-++NUcDsAuA,uousOOuAUc′OUcOuA,uousOOuAuoUcOUc′O38（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。參考信號(hào)為基波，相敏檢波再經(jīng)低通濾波得到的電壓為調(diào)制信號(hào)的一半；若輸入有高次諧波干擾，相敏檢波再經(jīng)濾波輸出為0；若參考信號(hào)取方波，則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。39

b)a)c)usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc相敏檢波電路的選頻特性n=1n=2n=3402、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？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uo=Usmcos∮/2，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。

41

a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO–++O–uouotO–++–uotO––相敏檢波電路的鑒相特性0o180o90o30o42（四）相敏檢波電路的應(yīng)用振蕩器+15V傳感器uoVCT1234576相敏檢波電路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切換電路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P調(diào)幅式電感測(cè)微儀電路43

光電顯微鏡瞄準(zhǔn)原理txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)工作原理瞄準(zhǔn)狀態(tài)瞄偏狀態(tài)44第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路一、調(diào)頻原理與方法（一）什么是調(diào)頻？寫出調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出其波形。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：us=Umcos(wc+mx)t

45

xtOOtusa)調(diào)制信號(hào)b)調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)的波形46（二）傳感器調(diào)制421TNS3測(cè)力或壓力的振弦式傳感器47（三）電路調(diào)制1、電容三點(diǎn)式LC振蕩器調(diào)頻電路LCTC1C2+Ec482、多諧振蕩器調(diào)頻電路uo∞-++NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+FUruuouc+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)49二、鑒頻電路什么是鑒頻？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1、工作原理將調(diào)頻信號(hào)us=Umcos(wc+mx)t

對(duì)t求導(dǎo)數(shù)得到

-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t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Um(wc+mx)。502、微分鑒頻電路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波C1usud+r++---513、窄脈沖鑒頻電路uoOc)ustttOOτb)a)UsˊuoUs放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

低通濾波器usUsˊ52（二）斜率鑒頻us+–us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1-uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化Ωtff53（三）相位鑒頻I1L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLU1Cuo1uo2uo耦合網(wǎng)絡(luò)平衡疊加型鑒相器U2RLCˊU2EΦI2U1ˊ54（四）比例鑒頻U5L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLCU3auo耦合網(wǎng)絡(luò)U2R1C3C4C5R2U4bU1ˊa)b)c)U3U4U22_U3U4U3U4U22_U1ˊU1ˊU1ˊ_U22U22U22U2255（五）數(shù)字式頻率計(jì)CpusUU′計(jì)數(shù)器鎖存器清零DG&SRQDZDS56第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路一、調(diào)相原理與方法（一）什么是調(diào)相？寫出調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出其波形。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：

us=Umcos(wct

+mx)57

a)b)c)txOttucusOO58（二）傳感器調(diào)制13245M扭矩測(cè)量59

XY21a)aabWB12VP1VPnYOb)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫爾條紋信號(hào)的調(diào)制60（三）電路調(diào)制1、調(diào)相電橋oURUCUsUUCURUTRCUs∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-612、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)U'cU062二、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。ucusuoxyKxyN（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相1、乘法器鑒相(ppt31)uo=KUsmUcm/2cos∮

632、用開關(guān)式相敏檢波電路鑒相（ppt32)3、用相加式相敏檢波電路鑒相（ppt34)為什么常取參考信號(hào)的幅值等于調(diào)相信號(hào)的幅值？b)a)Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ-ππ2_π2π0Ψuo64（二）通過相位—脈寬變換鑒相1、異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uoc)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&Nd)-2-0N,uo2b)UcUsOOtuotUotOB652、RS觸發(fā)器鑒相a)QQSRUs’Uc’c)N,uoφ0π2π21ttttb)OOBQUsUcuoOU/cU/sOOt66