重工院测控电路及装置课件03信号调制解调电路

第三章信号调制解调电路内容：调幅式测量电路★调频式测量电路★调相式测量电路脉冲调制式测量电路★7/23/20261调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。调幅式测量电路原理与方法什么是调制？？7/23/20262在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。什么是解调？调幅式测量电路原理与方法7/23/20263调幅式测量电路原理与方法用途区别信号和噪声滤波多路复用种类调幅调频调相脉宽调制角度调制频率变换电路7/23/20264调幅式测量电路原理与方法概念调制信号载波信号已调信号7/23/20265表达式：

调幅式测量电路原理与方法7/23/20266表达式：

调幅式测量电路原理与方法双边带调幅7/23/20267txOtOucusa)调制信号b)载波信号Otc)双边带调幅信号7/23/20268在测控系统中被测信号的变化频率为0~100Hz，应怎样选取载波信号的频率？应怎样选取调幅信号放大器的通频带？信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？

为了正确进行信号调制必须要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0～100Hz，则载波信号的频率ωc>1000Hz。调幅信号放大器的通频带应为900～

1100Hz。信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，即让0～

100Hz的信号顺利通过，而将900Hz以上的信号抑制，可选通频带为200Hz。7/23/20269调幅式测量电路原理与方法调制种类传感器调制交流供电机械或光学电路调制乘法器开关电路加法电路提高测量信号抗干扰能力7/23/202610特点：电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4应变式传感器输出信号的调制

调幅式测量电路原理与方法交流电供电调制7/23/202611Ψθθ1234567调幅式测量电路原理与方法机械或光学调制7/23/202612a)原理图ucuxuoxyKxyb)实用电路-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254uoux+12V调幅式测量电路原理与方法电路调制乘法器常用乘法芯片：MC1496，AD534返回7/23/202613uxuoUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

ux调幅式测量电路原理与方法电路调制开关电路方波载波：7/23/202614T1+ux

-+ux

-+uc

-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi+uo_RP调制信号调幅式测量电路原理与方法电路调制信号相加本质：开关电路调制7/23/202615调幅式测量电路包络检波电路解调或检波—从已调信号中检出调制信号的过程原理：包络线与调幅信号对象：调幅信号usuo'OOtta)b)7/23/202616VDRLC2Ti+us_+uo_非线性器件低通滤波器C1a)二极管检波电路调幅式测量电路包络检波电路二极管包络检波7/23/202617a)二极管检波iiθUsmωctωctuuo0us=usmcosωct0πimaxπ/20uo0t峰值检波：充电时间常数(小)：rdc2放电时间常数(大)：RLC2导通角小特点：元件的非线性，信号失真，误差大!!!!7/23/202618原因二极管VD和晶体管V的死区电压目的提高检波精度，常需采用精密检波电路，它又称为线性检波电路。调幅式测量电路包络检波电路精密检波电路7/23/202619方法(半波)：调幅式测量电路包络检波电路精密检波电路方法(全波)：7/23/202620+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–u΄AA调幅式测量电路包络检波电路半波检波7/23/202621+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u΄AAOtuAOtuoOtus线性全波检波电路调幅式测量电路包络检波电路全波检波7/23/202622

uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2线性全波检波电路之二调幅式测量电路包络检波电路全波检波7/23/202623usuouAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)电路图uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正输入等效电路uo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)负输入等效电路高输入阻抗线性全波整流电路7/23/202624调幅式测量电路相敏检波电路全波检波目的：鉴别调制信号相位鉴别调制信号频率特点：需要调幅信号同频的信号作为参考信号

同步检波电路7/23/202625相敏检波数学原理:双边带调幅信号调幅式测量电路相敏检波电路数学原理7/23/202626与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别相鉴别调制信号相位具有选频的能力，从而提高抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。调幅式测量电路相敏检波电路数学原理7/23/202627与调幅电路在结构上有哪些相似之处？它们又有哪些区别？

将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边带调幅信号us，将双边带调幅信号us再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。二者主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的结构和参数不同。7/23/202628ucusuoxyKxyN0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF007us调幅式测量电路相敏检波电路相乘式调幅7/23/202629tuoOuoOtucOtusOtuxOtˊusuoUcV2V1Uc调幅式测量电路相敏检波电路开关式7/23/202630

uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)7/23/202631causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––a.相加式半波相敏检波电路T1+ux

-+ux

-+uc

-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号b.相加式调幅电路调幅式测量电路相敏检波电路相加式7/23/202632输出电压：调整电位器RP在不接电容C1和C2的情况下，cd,ed的压降7/23/202633

uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5P–C0+ucT相加式半波相敏检波7/23/202634电路方程：条件：选配电阻R1和R2，使Us＝0时，i1=i2,输出为零，此时有电流表电流7/23/202635由R5上的输出电压:7/23/202636

目的：减小纹波系数，提高灵敏度uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++–––T2uc相加式全波相敏检波7/23/202637ucVD4T1R4+–+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3usVD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_uc7/23/202638电路方程：结论：输出电压只与Us0有关，而与Uc无关，并且在两个半周期，流经电表的电流方向相同。条件：选配电阻R1和R2，使Us1＝0时，i1=i2,输出为零，此时有7/23/202639电流表电流:输出电压:7/23/202640CR4uoR1R’2R2R3Uc∞-++N1∞-++N2R’3V1V2uAUcus特点：可以减小由于开关器件不理想而带来的误差。调幅式测量电路相敏检波电路精密整流型7/23/202641ttuottttttR2R1CVusuoUc′∞-++NUcDsAuA,

uousOOuAUc′OUcOuA

,

uousOOuAuoUcOUc′OA点电位：特点：没有实现输入信号与载波信号的相乘，不能用于信号的调制。而且抗干扰能力较差，不如相敏检波。调幅式测量电路相敏检波电路脉冲钳位式7/23/202642滤除载波的数学表达式：信号中的高次谐波：条件：n>1调幅式测量电路相敏检波电路选频与鉴相7/23/202643在实际应用中，多数采用方波作为载波信号：结果：

n为偶数时，输出为0，抑制了偶次谐波

n为奇数时，输出不为0，但传递系数随谐波增高而衰减7/23/202644输入信号角频率与载波信号角频率无倍数关系时：结论：7/23/202645结论：相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,5等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。7/23/202646当输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，这一特性称为鉴相特性。

调幅式测量电路相敏检波电路鉴相特性7/23/202647a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO–++O–uouotO–++–uotO––相敏检波电路的鉴相特性7/23/202648相敏检波电路的应用振荡器+15V传感器uoVCT1234576相敏检波电路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切换电路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P调幅式电感测微仪电路7/23/202649

txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)对称判别电路7/23/202650小结包络检波适用范围：单极性的调制信号半波全波7/23/202651相敏检波适用范围：调幅信号半波全波tuoOuoOtucOtusOtuxOtˊ7/23/202652仿真实验：包络检波仿真软件：Multisim7原理图7/23/202653调制信号

载波信号已调信号7/23/202654包络检波后的信号滤波后的信号7/23/202655仿真实验原理图7/23/202656调制信号载波信号已调信号7/23/202657检波后信号滤波后信号7/23/202658调频式测量电路调频原理与方法数学原理特点：用调制信号x去控制载波信号的频率xtOOtusa)调制信号b)调频信号调频信号的波形7/23/202659调频式测量电路调频原理与方法调频方式传感器调制振弦式传感器多普勒效应电路调制振荡器压频转换器7/23/202660421TNS3测力或压力的振弦式传感器调频式测量电路调频原理与方法传感器调制7/23/202661LCTC1C2+Ec调频式测量电路调频原理与方法电路调制方式调制方式：改变LC振荡器中参数L或C7/23/202662uo∞-++NCR310k

5k

10k

R1RRPR4VS15k

30k

10k

R2+FUruuouc+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)调频式测量电路调频原理与方法电路调制方式7/23/202663调频式测量电路调频原理与方法鉴频电路原理：解调微分鉴频窄脉冲鉴频斜率鉴频数字式频率计差频法7/23/202664调频式测量电路调频原理与方法鉴频电路特点：灵敏度较低，已经很少使用C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分网络包络检波C1usud+r++---微分鉴频数学原理：7/23/202665窄脉冲鉴频电路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大与电平鉴别器单稳态触发器低通滤波器usUsUsˊ条件：7/23/202666斜率鉴频us+–us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1uo2uo回路2回路1fo2fo1

fo

fofcof=fc+

fmsinΩtfc

fm调频波瞬时频率变化Ωtff7/23/202667数字式频率计CpusUU′计数器锁存器清零DG&SRQDZDS测量频率两种方法：测量一段时间内周期数时钟插补原因：某些测控系统中，并不一定要恢复原调制信号，只要能把代表被测量的信息要检出即可。7/23/202668调频式测量电路调相原理与方法数学原理特点：调相与调频的相似性角度调制7/23/202669

a)b)c)txOttucus

OO调相信号波形7/23/20267013245M扭矩测量调频式测量电路调相原理与方法传感器调制7/23/202671XY21a)

aabWB12VP1VPnYO

b)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫尔条纹信号的调制输出信号：7/23/202672∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-特点：变压器制作麻烦，体积较大，可用运算放大器代替变压器调频式测量电路调相原理与方法电路调制oURUCUsUUCURUTRCUs调相电桥7/23/202673U0门限检测电路脉冲发生器载波频率锯齿波发生器输出调相脉冲ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU0脉冲式调相7/23/202674调频式测量电路调相原理与方法鉴相电路鉴相就是从调相信号中将反映被测量变化的调制信号检出来，实现调相信号的解调，又称为相位检波。乘法器鉴相相敏检波鉴相相位－脉宽变相鉴相脉冲采样式鉴相7/23/202675ucusuoxyKxyN乘法器鉴相特点：信号受调相信号和参考信号幅值的影响调频式测量电路调相原理与方法乘法器鉴相电路7/23/202676用开关式相敏检波电路鉴相用相加式相敏检波电路检相调频式测量电路调相原理与方法相敏检波鉴相电路7/23/202677c)CPUs计数器锁存器延时时钟脉冲DG2Uo锁存指令清零UcDG1=1&Nd)-2

-

0

N,uo2

a)UCUSDG1=1Uob)UcUsOO

tuotUotOB异或门鉴相调频式测量电路调相原理与方法相位－脉宽变换鉴相电路7/23/202678RS触发器鉴相a)QQSRUcUsc)N,uoφ0π2π21ttttb)OOBQUsUcuoOUcUsOO

t7/23/202679脉冲采样式鉴相uo单稳锯齿波采样保持滤波器Uc′uj

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