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1、2019/11/2,7. 信号调制解调电路,测控电路教材编写组,精,2019/11/2,7. 信号调制解调电路,调制解调的功用与类型,调幅式测量电路,调相式测量电路,调频式测量电路,脉冲调制式测量电路,2019/11/2,调制解调的功用与类型,(1) 什么是信号调制？ 调制(Modulation)就是用一个信号（称为调制信号, modulating signal ）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号carrying signal ），让后者的某一特征参数按前者变化。 (2) 什么是解调？ 从已经调制的信号（称为已调信号，modulated signal）中提取反映被测量值的测量信号，称为
2、解调(Demodulation) 。,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,调制解调的功用与类型,（3）什么是调制信号、载波信号、已调信号？ 调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。 用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。 在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,调制解调的功用与类型,理论基础：傅里叶变换的频移特性（调制定理）,3. 信号调制解调电路,若 则,信号f(t)与余弦信号cosw0 t相乘后，
3、其频谱是将原来信号频谱向左右搬移w0，幅度减半。,调制解调的功用与类型,理论基础：傅里叶变换的频移特性（调制定理）,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,调制解调的功用与类型,(4) 在测控系统中为什么要采用信号调制？ 在测控系统中，进入测控电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测控电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。 调制还有利于减小漂移的影响，是提高测控系统精度的重要手段。,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,调制解调的功用与类型,(5
4、)在非电量测量仪器中广泛使用调制解调技术 的原因 A、把缓慢变化的低频信号叠加到高频信号上，提高抗干扰的能力，以便于放大和远距离传输； B、某些传感器的变换原理所采用的就是调制技术，要获得测量信号必须进行解调。,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,调制解调的功用与类型,(6) 在测控系统中常用的调制方法有哪几种？ 在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号Asin(t+)有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅(Amplitude modulation)、调频(Frequency modulation)和调相(Phase modulation)
5、 。 也可以用脉冲信号作载波信号(参数：周期、脉宽；占空比)。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽(Pulse width modulation) 。,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,一、 调幅信号的一般表达式 (1) 什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出其波形。 调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号x的线性函数变化。 调幅信号的一般表达式可写为： Us=(Um+mx)cosct,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,2019/11/2,3
6、.1 调幅式测量电路,3. 信号调制解调电路,a)调制信号,b)载波信号,d)双边带调幅信号,c) 调幅信号,3.1.1 调幅原理与方法,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(2) 何谓双边带调幅？写出其数学表达式，画出波形 假设调制信号x是角频率为的余弦信号x=Xmcost，由式us=(Um+mx)cosct调幅信号可写为： us=Umcosct+ mXmcos(c+)t + mXmcos(c-)t/2 它包含三个不同频率的信号: 角频率为c的载波信号和角频率分别为 c的上下边频信号。载波信号中不含调制信号x的信息，因此可以取Um=0，只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调制。其数
7、学表达式为：,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(3) 在测控系统中被测信号的变化频率为0100Hz，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c，通常至少要求c10。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0100Hz，则载波信号的频率c1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为9001100 Hz。,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,3.1 调幅式测量电路,3. 信号调制解调电路,
8、3. 信号调制解调电路,3.1 调幅式测量电路,(3) 在测控系统中被测信号的变化频率为0100Hz，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？ 信号解调后，滤波器的通频带应100 Hz，即让0100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz以上的信号抑制，可选通频带为200 Hz。,3.1.1 调幅原理与方法,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,二、传感器调制 (1) 为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制？ 为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。,3.1.1 调幅原理与方法,
9、3. 信号调制解调电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(2) 通过交流供电实现调制 如，电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(2) 通过交流供电实现调制,应变式传感器输出信号的调制,3.1.1 调幅原理与方法,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(2) 光调制,光调制 optical modulation：将一个携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为调制器。 调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位
10、相、频率、偏振、波长等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，然后检测出所需要的信息。 光调制技术已广泛应用于光通信、测距、光学信息处理、光存储和显示等方面。,3.1.1 调幅原理与方法,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,三、电路调制 (1) 乘法器调制,a)原理图,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(2)开关电路调制-相乘原理,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,当Uc为高电平， 为低电平时，V1导通、V2截止，若V1、V2为理想开关，输出电压 。当Uc为低电平 ，
11、 为高电平时，V1截止、V2导通，输出电压为零，其波形如上图所示。经过调制，输入信号与幅值按0、1变化的载波信号相乘。,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(3) 信号相加调制,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,在线性电路中，二个不同频率的信号与相加，不会得到第三个频率的信号，从而也不能进行调制。为了获得频率变换，必须在电路中加入非线性器件。,相加调制中，ux=Uxmcost与uc=Ucmcost相加减后加到开关上，故称为相加型调幅电路。UxmUcm 采用二个开关二极管VD1、VD2来进行二路调制。uVD1=uc+ux; uVD2=uc-ux; 两个载波电流以相反方向
12、通过输出变压器T3的一次侧，使uc影响得以消除。这种电路常称为平衡调幅电路。,其中K(ct)为角频率为c的脉冲信号；r为二极管内阻、RP串接的有效电阻及RL折合到T3一次侧的等效电阻之和。,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(3) 信号相加调制,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,n3为变压器T3的电压比。 i3滤去ux基频、uc的高次谐波分量，可得 。,3.1 调幅式测量电路,(3) 信号调制的频域理解,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,若以高频余弦信号（余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线）作载波，把信号x(t)和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号
13、的频谱图形由原点平移至载波频率f0处，其幅值减半。,3.1 调幅式测量电路,信号解调的频域理解,3. 信号调制解调电路,3.1.1 调幅原理与方法,若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“平移”，其结果如下图所示。若用一个低通滤波器滤去中心频率为2f0的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱（只是其幅值减小为一半，这可用放大处理来补偿），这一过程称为同步解调。,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,3.1.2 包络检波电路 什么是包络检波？ 从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。
14、只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,包络检波的基本工作原理是什么？ 由图可见，只要从图a所示的调幅信号中，截去它的下半部，即可获得图b所示半波检波后的信号 (经全波检波或截去它的上半部也可)，再经低通滤波，滤除高频信号，即可获得所需调制信号，实现解调。包络检波就是建立在整流的原理基础上的。,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,(c)峰值检波波形 (d)平均值检波波形,(a)输入调幅波 (b)不
15、接滤波器时检波波形,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,（一）二极管与三极管包络检波 (1)基本电路,a) 二极管检波电路,b) 晶体管检波电路,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,低通滤波器：,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,（二）精密检波电路 为什么要采用精密检波电路？ 二极管VD和晶体管V都有一定死区电压，即二极管的正向压降、晶体管的发射结电压超过一定值时才导通，它们的特性也是一根曲线。二极管VD和晶体管V的特性偏离理想特性会给检波带来误差。为了提高检波精度，常需采用精密检波电路，它又称为线性检波电路。,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,
16、2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,3.1.2 包络检波电路,3. 信号调制解调电路,(1)半波精密检波电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,(2) 全波精密检波电路,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,线性全波检波电路之二,3.1.2 包络检波电路,3. 信号调制解调电路,2019/11/2,3.1 调幅式测量电路,线性全波检波电路之三 高输入阻抗线性全波整流电路,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到uo=us,N1跟随器,3. 信号调制解调电路,3.1.2 包络检波电路,3.1 调幅式测量电路,线性全波检波电路之三:高输入阻抗线性全波整流电路,取R1=R2=R3=R4/2， N1的输出为,N2的输出为,线性全波检波电路常用作绝对值运算电路,3.1 调幅式测量电路,(1)为什么要采用相敏检波？ 包络
