chapter3信号调制解调电路第1次课2学时

1、精密测控电路精密测控电路与驱动技术与驱动技术王雷王雷前两章小结前两章小结1. 器件选型器件选型：电阻、电容、电感、晶体管，运放：电阻、电容、电感、晶体管，运放运放：通用型、超精密型、高输入组抗型、自动调零型、自运放：通用型、超精密型、高输入组抗型、自动调零型、自动增益调整型、隔离放大器动增益调整型、隔离放大器2. 电路设计电路设计：晶体管放大电路与逻辑电路、运放放大电路（注：晶体管放大电路与逻辑电路、运放放大电路（注意：双运放、三运放差分放大电路）、电桥放大电路、模拟意：双运放、三运放差分放大电路）、电桥放大电路、模拟隔离放大电路、数字隔离电路隔离放大电路、数字隔离电路3. 阻抗概念阻抗概念推

2、广：交流（等效）阻抗，推广：交流（等效）阻抗，PN结、电源、集电极结、电源、集电极第三章第三章 信号调制解调电路信号调制解调电路第一节第一节 基本概念基本概念1. 基本概念基本概念n最早来源于无线电广播。最早来源于无线电广播。n定义：定义：调制信号调制信号、载波信号、已调信号（调幅信号）、载波信号、已调信号（调幅信号）n对精密测控电路与驱动技术而言，同理，调制后信号容易对精密测控电路与驱动技术而言，同理，调制后信号容易实现与噪声的区别、传输与分离，当然也需要增加解调环节。实现与噪声的区别、传输与分离，当然也需要增加解调环节。2. 调制方法调制方法（1）在传感器中调制：）在传感器中调制： “感感

3、” （2）在电路中（对传感器输出信号）调制：）在电路中（对传感器输出信号）调制：“传传”3. 分类分类（1）以高频正弦信号作载波：调幅、调频、调相）以高频正弦信号作载波：调幅、调频、调相（2）以脉冲信号作载波以脉冲信号作载波：脉冲宽度调制（也可调频：脉冲宽度调制（也可调频/相）相）第二节第二节 调幅式测量电路与检波电路调幅式测量电路与检波电路1. 调幅数学模型调幅数学模型调制信号调制信号：x=Xmcos t (傅里叶分解思想傅里叶分解思想)载波信号：载波信号：uc=Um0cosct，常令常令Um0=1调制深度：调制深度：m已调信号（调幅信号）已调信号（调幅信号） us=m Xmcost * U

4、mcosct= mXmUm/2cos(c+)t + mXmUm/2cos(c-)t（上、下边带）上、下边带）n调幅信号：调幅信号：1）含载波、）含载波、2）双边带、）双边带、3）单边带）单边带图图3-1 双边带调幅信号与含载波调幅信号双边带调幅信号与含载波调幅信号n为为提高提高解调解调精度，精度，要求要求cn设设c=n，包络峰值相对误差，包络峰值相对误差1%时时n23，0.1%时时n71n一般要求一般要求n10。2. 传感器调幅传感器调幅（举例）（举例）图图3-2 应变片测量梁的变形应变片测量梁的变形交流电桥（激励）是典型情况，交流电桥（激励）是典型情况，激励信号（也可能是机械方式）变直流为交

5、流，激励信号（也可能是机械方式）变直流为交流，信号处理容易滤除信号处理容易滤除50Hz工频等低频干扰。工频等低频干扰。（1）应变片测梁）应变片测梁 变形变形1. 测针，测针，2. 线圈，线圈，3. 磁芯，磁芯，4. 被测件被测件图图3-3 调幅式电感位移传感器调幅式电感位移传感器（2）电感测微仪）电感测微仪3. 电路调幅电路调幅（对精密测控电路与驱动技术意义有限）（对精密测控电路与驱动技术意义有限）（1）乘法器调幅）乘法器调幅 误差因素少，精度最高（如误差因素少，精度最高（如AD834，500MHz）。）。图图3-4 MC1496乘法器电路乘法器电路（2）开关式相乘调幅）开关式相乘调幅n 调制

6、信号调制信号载波频率方波；载波频率方波；n 方波傅里叶分解；方波傅里叶分解；n 带通滤出上、下边带信号。带通滤出上、下边带信号。tttKccc3cos32cos221)(图图3-5 开关式相乘调幅开关式相乘调幅（3）信号相加调幅（平衡调制电路）信号相加调幅（平衡调制电路）n 载波幅度远大于调制信号，起控制开关器件作用（方波）；载波幅度远大于调制信号，起控制开关器件作用（方波）；n 两个回路载波信号在变压器副边抵消，只留下调制信号两个回路载波信号在变压器副边抵消，只留下调制信号ux和方波和方波信号乘积项；信号乘积项；n 傅里叶分解，滤出上下边带信号。傅里叶分解，滤出上下边带信号。图图3-6 信号

7、相加调幅电路信号相加调幅电路通信电路，通信电路，效果很差！效果很差！4. 包络检波数学模型包络检波数学模型图图3-1 包络检波原理包络检波原理n详细推导略详细推导略n若为含载波调幅，要求调幅信号不过零若为含载波调幅，要求调幅信号不过零n若为双边带调幅，要求调制信号单极性，亦即调幅信号不过零若为双边带调幅，要求调制信号单极性，亦即调幅信号不过零5. 包络检波方法包络检波方法（1）二极管峰值检波、晶体管平均值检波）二极管峰值检波、晶体管平均值检波图图3-7 二极管、晶体管包络检波二极管、晶体管包络检波usuoOOtta)b)n包络检波直流、交流成分含义：以包络检波直流、交流成分含义：以振动测量振动

8、测量为例，为例，直流分量对应振动直流分量对应振动中心位置，交流分量对应振动幅值。中心位置，交流分量对应振动幅值。图图3-8 包络检波原理包络检波原理（2）精密整流半波包络检波）精密整流半波包络检波图图3-9 精密整流半波包络检波精密整流半波包络检波n VD1作用：（作用：（1）在）在us正半周提供直流静态工作点（否则开环饱和），正半周提供直流静态工作点（否则开环饱和），运放重要使用条件！运放重要使用条件！ （2）使）使us在正负半周负载基本对称。在正负半周负载基本对称。n平均值检波，也称线性半波检波电路。平均值检波，也称线性半波检波电路。（3）精密整流全波包络检波）精密整流全波包络检波图图3-

9、10 精密整流全波包络检波电路精密整流全波包络检波电路图图a)中，中，R3 =2R3。图图c)中，中，R3下方电阻也是下方电阻也是R3，可取可取R1=R2=R3=R4/2。6. 相敏检波数学模型相敏检波数学模型n 包络检波：包络检波：1）要求调制信号为单极性；）要求调制信号为单极性；2）不区分载波频率（信号）不区分载波频率（信号与噪声）。与噪声）。n 相敏检波：具有选频和鉴相能力，需提供载波信号作参考（若有相相敏检波：具有选频和鉴相能力，需提供载波信号作参考（若有相位延迟，必须足够小）提供频率相位信息！核心在相位延迟，必须足够小）提供频率相位信息！核心在相“乘乘”。ttUucxmscoscos

10、ttUtUttUtucxmxmcxmcs2coscos21cos21coscoscos*2若参考信号相对调制信号存在相移若参考信号相对调制信号存在相移 （ 须须足够小且固定）足够小且固定）)(coscoscos)(cos*tttUtuccxmcs)2cos(cos21coscos21ttUtUcxmxm7. 相敏检波方法相敏检波方法（1）乘法器相敏检波：误差因素少，精度最高。乘法器相敏检波：误差因素少，精度最高。（2）开关式（相乘）半波、）开关式（相乘）半波、全波全波波波相敏检波相敏检波图图3-9 开关式全波相敏检波电路开关式全波相敏检波电路（3）相加式半波）相加式半波/全波相敏检波全波相敏检波图图3-10 相加式半波相敏检波电路相加式半波相敏检波电路 图图3-11 相加全波相加全波通信电路，精度很差！通信电路，精度很差！（4）精密整流型全波相敏检波）精密整流型全波相敏检波图图3-12 精密整流型全波相敏检波电路精密整流型全波相敏检波电路 精密整流包络检波电路中两二极管改由参考信号精密整流包络检波电路中两二极管改由参考信号Uc控制（而不是由调控制（而不是由调幅信号本身正负控制