第三章信號調(diào)制解調(diào)電路

第三章信號調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測量電路3.2調(diào)頻式測量電路3.3調(diào)相式測量電路3.4脈沖調(diào)制式測量電路★一、調(diào)制與解調(diào)的重要性調(diào)制：將所要傳遞的信號（低頻信號）附加在高頻振蕩上。用一個信號去控制另一個作為載體的信號。解調(diào)：把載波所攜帶的信號取出來，得到原來的信息。解調(diào)就是反調(diào)制過程，也叫“檢波”。在無線電通信中,為什么不能把代表信息的信號直接發(fā)射出去？為什么一定要經(jīng)過調(diào)制？調(diào)制和解調(diào)的應用舉例：無線電廣播系統(tǒng)框圖a）發(fā)射機b）接收機二、調(diào)制的方式調(diào)制連續(xù)波調(diào)制：用信號來控制載波的振幅、頻率和相位。（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）脈沖波調(diào)制：先用信號來控制脈沖波的幅度、寬度、位置等，然后再用已調(diào)脈沖對載波進行調(diào)制。（脈沖幅度、脈寬、脈位、脈沖編碼）3.1調(diào)幅式測量電路3.1.1調(diào)幅原理與方法3.1.1.1調(diào)幅信號的一般表達式調(diào)幅：載波的振幅隨調(diào)制信號的變化而變化。是測量中最常用的調(diào)制方式。特點：調(diào)制方法和解調(diào)電路比較簡單。載波信號：調(diào)制信號：tOuctOtOus調(diào)幅信號：3.1.1.1調(diào)幅信號的一般表達式tOus調(diào)幅信號：ustO雙邊帶調(diào)幅信號取什么是頻率混疊現(xiàn)象？3.1.1.1調(diào)幅信號的一般表達式在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0~100Hz，應怎樣選取載波信號的頻率？應怎樣選取調(diào)幅信號放大器的通頻帶？為了正確進行信號調(diào)制必須要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。這樣，解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號。載波信號的頻率ωc>1000Hz調(diào)幅信號放大器的通頻帶應為900~1100Hz3.1.1.2傳感器調(diào)制1、交流供電實現(xiàn)調(diào)制R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應變式傳感器輸出信號的調(diào)制2、用機械或光學的方法實現(xiàn)調(diào)制123456

光電信號的調(diào)制1-被測工件2-調(diào)制盤3、5-光欄4-激光器6-光電元件3.1.1.3電路調(diào)制1、乘法器調(diào)制模擬乘法器通常有兩個輸入端和一個輸出端，它是具有頻率變換功能的非線性部件，利用乘法器以實現(xiàn)正常調(diào)幅的框圖如圖所示。Kxy帶通濾波器XYUx(t)Uc(t)U01U0b)實用電路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254usux+12Va)原理圖2、開關(guān)電路調(diào)制若V1、V2為理想開關(guān)，當Uc為高電平、Uc為低電平時，V1導通，V2截止，輸出電壓u0=ux；當Uc為低電平、Uc為高電平時，V1截止，V2導通，輸出電壓u0=0。uxuo=usUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

uxuo=us3、信號相加調(diào)制調(diào)制信號ux與載波信號uc分別通過變壓器T1和T2輸入，加到兩個起開關(guān)作用的二極管VD1、VD2的電壓分別為uc+ux和uc-ux。T1+

ux

_

+ux

_+uc

-VD1i1VD2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號二極管的內(nèi)阻、電位器RP串接的有效電阻與負載電阻RL折合到T3一次側(cè)的等效電阻之和。3、信號相加調(diào)制

就電路形式而言是信號相加，其本質(zhì)是通過控制開關(guān)電路獲得乘積項，實現(xiàn)調(diào)制。T1+

ux

_

+ux

_+uc

-VD1i1VD2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號什么是包絡(luò)檢波？

從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)或檢波。

幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此調(diào)幅信號的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號一致。只要能檢出調(diào)幅信號的包絡(luò)線即能實現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波。3.1.2包絡(luò)檢波電路3.1調(diào)幅式測量電路檢波電路的作用是從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出調(diào)制信號。由于還原后所得的信號與高頻調(diào)幅信號的包絡(luò)線變化規(guī)律一致，所以又稱為“包絡(luò)檢波電路”。檢波電路的輸入輸出波形包絡(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)幅信號中，采用適當?shù)膯蜗驅(qū)щ娖骷〕銎渖习氩坎ㄐ危ń厝ニ南掳氩浚?，即可獲得圖b示半波檢波后的信號，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號，即可獲得所需調(diào)制信號，實現(xiàn)解調(diào)。usOOtta)b)uo'包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上的。

用非線性器件進行頻率變換，首先產(chǎn)生許多新的頻率分量，然后通過濾波電路，濾除無用的頻率分量，取出所需的原調(diào)制信號。檢波器的組成3.1.2包絡(luò)檢波電路1)二極管檢波電路（峰值檢波）該電路主要運用了二極管的單向?qū)щ娦院蚏C的充放電。3.1.2包絡(luò)檢波電路3.1.2.1二極管與三極管包絡(luò)檢波3.1.2包絡(luò)檢波電路3.1.2.1二極管與三極管包絡(luò)檢波2)基本電路a)二極管檢波電路VDRLC2Tius+uo_非線性器件低通濾波器C1+_icVRLC2Tus+_非線性器件低通濾波器uoEcb)晶體管檢波電路+_C13.1.2.2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)電壓超過一定值時才導通，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。3.1.2包絡(luò)檢波電路1、半波精密檢波電路(1)在輸入調(diào)幅波的正半周，Ui為正，VD1導通，VD2截止，輸出電壓U0接近零；(2)在輸入調(diào)幅波的負半周，Ui為負，VD1截止，VD2導通，輸出電壓U0＝－Ui；Us>0:VD1導通，VD2截止；Us<0:VD1截止，VD2導通.+–i1CR4uoR1+us–

R2R3VD1VD2半波整流器低通濾波器uA+u–i∞-++N1∞-++N2+––+A2、全波精密檢波電路當Ui>0,VD1截止，VD2導通，

，

因R1=R2=R3=R5=2R4,故有U0=Ui；當Ui<0,VD1導通，VD2截止,，

綜上所述，+us–

半波整流器低通濾波器+u?s–iiCR4uoR1R?2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u?AAOtuAOtuoOtus線性全波檢波電路之一3.1.2.2精密檢波電路2、全波精密檢波電路uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2線性全波檢波電路之二N1為反相放大器N2為跟隨器Us>0:VD1、VD4導通，VD2、VD3截止；

U0＝Us3.1.2.2精密檢波電路Us<0:VD1、VD4截止，VD2、VD3導通。

U0＝－Usuo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)負輸入等效電路usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)電路圖uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正輸入等效電路高輸入阻抗線性全波整流電路3.1.2.2精密檢波電路(1)為什么要采用相敏檢波？包絡(luò)檢波有兩個問題：一是解調(diào)是對調(diào)幅信號進行半波或全波整流，無法鑒別調(diào)制信號的相位。txOtOucOtusustO3usucx12143.1.3相敏檢波電路3.1.3.1相敏檢波電路的功用和原理(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的能力。對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。usOOtta)b)uo'3.1.3相敏檢波電路為了使檢波電路具有辨別信號相位和選頻的能力，需采用相敏檢波電路。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？功能上:相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號相位，從而判別被測量變化的方向，同時相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。

結(jié)構(gòu)上:相敏檢波電路除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。(2)

相敏檢波的基本原理將輸入的調(diào)制信號乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號

若將再乘以，就得到

3.1.3相敏檢波電路3.1.3.1相敏檢波電路的功用和原理1、乘法器構(gòu)成的相敏檢波電路ucusuoxyKxya)原理圖b)實用電路us0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

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

+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF0073.1.3.2相乘式相敏檢波電路與乘法器調(diào)制電路的區(qū)別？

2、開關(guān)式相敏檢波電路uotuoOOtucOtusOtuxOtˊusuoUcV2V1Uc3.1.3.2相乘式相敏檢波電路調(diào)制信號載波信號雙邊帶調(diào)幅信號半波相敏檢波輸出全波相敏檢波輸出2、開關(guān)式相敏檢波電路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同時從同相輸入端和反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為+1。全波檢波

輸出的極性取決于

us與Uc相位關(guān)系us與Uc同相us與Uc反相R1=R2=R3=R4=R5=R6/2,Uc=1半周期，V1導通、V2截止，增益Uc=0半周期，V1截止、V2導通，增益2、開關(guān)式相敏檢波電路uo全波檢波UcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOtusR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUc3.1.3相敏檢波電路相加式調(diào)幅電路相加式半波相敏檢波電路uscaT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+c+––ucu′高頻參考信號低頻解調(diào)信號RL+uo_高頻已調(diào)信號T1+ux

_+ux

_+uc

-VD1i1VD2i2載波信號T3T2i3RP調(diào)制信號低頻調(diào)制信號3.1.3.3相加式相敏檢波電路3.1.3.4精密整流型相敏檢波電路CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+us+us–

+u?s–iiCR4uoR1R?2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u?AA精密整流型全波相敏檢波電路精密全波檢波電路3.1.3.4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)器件是場效應開關(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)。CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+us(1)當Uc為高電平、Uc為低電平時，V1截止，V2導通，N1是反相器，uA為us的反向信號。(2)當Uc為低電平、Uc為高電平時，V1導通，V2截止，輸出電壓uA=0。相敏檢波的基本工作機理：將輸入信號與角頻率為ωc的單位參考信號相乘，再通過濾波將高頻載波信號濾除。

3.1.3.6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濾除載波信號在數(shù)學上可以用在載波信號的一個周期內(nèi)取平均值來表示：如果輸入信號中含有高次諧波，設(shè)n次諧波為：在實用的相敏檢波電路中，常采用方波信號作參考信號。這時輸入信號與歸一化的方波載波信號相乘。輸出電壓3.1.3.6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

對于所有n為偶數(shù)的偶次諧波，輸出為零，它有抑制偶次諧波的功能。對于n=1、3、5等各次諧波，輸出信號的幅值相應為、、等，即信號的傳遞系數(shù)隨諧波增高而衰減。b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc相敏檢波電路的選頻特性

如果輸入信號us為與參考信號uc(或Uc)同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓即輸出信號隨相位差的余弦而變化。3.1.3.6相敏檢波電路的選頻與鑒相特性2.相敏檢波電路的鑒相特性由于在輸入信號與參考信號同頻但有一定相位差時，輸出信號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。a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO++OuouotO–++–––uotO––3.1.3.6相敏檢波電路的選頻與鑒相特性2.相敏檢波電路的鑒相特性相敏檢波電路的鑒相特性相敏檢波電路與調(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？

相似之處：將調(diào)制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號us，將雙邊帶調(diào)幅信號us再乘以載波信號，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號ux。

主要區(qū)別：調(diào)幅電路實現(xiàn)低頻調(diào)制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號。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。

3.1.3.7

相敏檢波電路的應用振蕩器傳感器相敏檢波電路

放大器量程切換電路+15VuoVCT1234576RP4-15VRtR1R2R3R4RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P1、調(diào)幅電路的解調(diào)txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)3.1.3.7相敏檢波電路的應用2、對稱判別電路33.2調(diào)頻式測量電路

3.2.1調(diào)頻原理與方法

3.2.1.1調(diào)頻信號的一般表達式

調(diào)頻就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號的頻率按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號us的一般表達式可寫為：us=Umcos(wc+mx)t

xtOOtusa)調(diào)制信號b)調(diào)頻信號調(diào)頻信號的波形為了避免發(fā)生頻率混疊現(xiàn)象，并且便于解調(diào)，要求3.2.1.1調(diào)頻信號的一般表達式3.2.1.2傳感器調(diào)制421TNS3測力或壓力的振弦式傳感器1、膜片2、磁鐵3、振弦4、支承3.2.1調(diào)頻原理與方法

多普勒測速VvPWV>>v

時3.2.1.2傳感器調(diào)制3.2.1調(diào)頻原理與方法激光多普勒測速原理：用一束單色激光照射到隨流體一起運動的微粒上，測出其散射光相對于入射光的頻率偏移，即所謂的多普勒頻移，進而確定流體的速度。反射波頻率：測速儀

3.2.1.3

電路調(diào)制

只要能用調(diào)制信號去控制產(chǎn)生載波信號的振蕩器頻率就可以實現(xiàn)調(diào)頻。載波信號可以用LC、RC或多諧振蕩器產(chǎn)生，只要讓決定其頻率的某個參數(shù)，如電感L、電阻R或電容C隨調(diào)制信號變化，就可以實現(xiàn)調(diào)頻。LCTC1C2+Ec電容三點式LC振蕩器調(diào)頻電路對調(diào)頻信號實現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號中檢出反映被測量變化的調(diào)制信號稱為頻率解調(diào)或鑒頻。3.2.2鑒頻電路3.2.2.1微分鑒頻1、工作原理將調(diào)頻信號

對t求導數(shù)得到

這一調(diào)頻調(diào)幅信號。利用包絡(luò)檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號的信息。2、微分鑒頻電路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波C1usud+r++---3.2.2.1微分鑒頻3、窄脈沖鑒頻電路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usUsUsˊ調(diào)頻信號窄脈沖輸出3.2.2.1微分鑒頻3.3調(diào)相式測量電路

3.3.1調(diào)相原理與方法

3.3.1.1調(diào)相信號的一般表達式

調(diào)相就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號的相位按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號us