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1、 测控电路 1 3. 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 2019/11/17 测控电路 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，称为解调 (Demodulation) 。 3. 信号调
2、制解调电路 2019/11/17 测控电路 3 调制解调的功用与类型 (3) 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 2019/11/17 测控电路 4 调制解调的功用与类型 (4) 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
3、 号。一个正弦信号有幅值、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) 。也可以用脉冲信号作载波信 号。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 2019/11/17 测控电路 5 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
4、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 2019/11/17 测控电路 6 3.1 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 t t t x O O uc O us us tO 2019/11/17 测控电路 7 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
5、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 2019/11/17 测控电路 8 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？
6、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 2019/11/17 a) 检出最大值b) 误差最大情况 2 1 1 2 n A B 3.1 调幅式测量电路 3. 信号调制解调电路 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
7、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 测控电路 11 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 3. 信号调制解调电路 2019/11/17 测控电路 12 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
8、传感器。 3 us uc x 1 2 1 4 3. 信号调制解调电路 3.1.1 调幅原理与方法 t x O t O uc O t us us tO 2019/11/17 测控电路 13 3.1 调幅式测量电路 (2) 通过交流供电实现调制 R1 F R4R2 R3 R1R2 Uo U R3R4 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 2019/11/17 (3) 用机械或光学的方法实现调制 3.1.1 调幅原理与方法 3. 信号调制解调电路 3.1 调幅式测量电路 1 2 3 456 测控电路 15 3.1 调幅式测量电路 三、电路调制 (1) 乘法器
9、调制 a)原理图 uc ux us x y Kxy 3. 信号调制解调电路 3.1.1 调幅原理与方法 b) 实用电路 -8V 47k 0.1F 1k 0.1F 51 75014 10 1 6 1k 3 8 MC1496 1k 3.3k 3.3k 750 1k 680k 20F 20F uc 1k 0.1F 2 12 5 4 usux +12V 2019/11/17 测控电路 16 3.1 调幅式测量电路 (2)开关电路调制 3. 信号调制解调电路 3.1.1 调幅原理与方法 ux uo=us Uc V2 V1 Uc uo t O Uc O t t O ux uo=us 2019/11/17
10、测控电路 17 3.1 调幅式测量电路 (3) 信号相加调制 相加只是形式，实际上由uc控制，工作在开关模式。 T1 + ux _ + ux _ + uc - VD1i1 VD2i2 载波信号 T3 T2 RL i3 + uo _ RP 调制信号 3. 信号调制解调电路 3.1.1 调幅原理与方法 2019/11/17 测控电路 18 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。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
11、包络检波。 3. 信号调制解调电路 2019/11/17 测控电路 19 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 us OO t t a)b) uo 2019/11/17 测控电路 20 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 VD RLC2 T i
12、 + us _ + uo _ 非线性 器件 低通 滤波器 C1 V RLC2 T ic + us _ + _ 非线性 器件 低通 滤波器 uo Ec 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 2019/11/17 测控电路 21 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
13、电路 3.1.2 包络检波电路 2019/11/17 测控电路 22 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 + i1 C R4 uo R1 + us R2 R3 VD1 VD2 半波整流器 低通滤波器 uA + u i - + + N1 - + + N2 + + A 2019/11/17 测控电路 23 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 O t uA O t uo O t us O t us/2 + us 半波整流器 低通滤波器 + i1 C R4 uo R1 R2 R3
14、 VD1 VD2 + u i - + + N1 - + + N2 + uA + A 3 R 2019/11/17 测控电路 24 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 O t u2 O t uo O t u1 O t us uo R4 VD1 VD2 R2R5 VD3 VD4 R3 usR1 - + + N1 - + + N2 u1 u2 2019/11/17 测控电路 25 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 a) 电路图 us uA VD2 VD
15、1 R1 R3 R4 - + + N1 R2 - + + N2 uo b）正输入等效电路R2 uo=us us0 us R1 R3 R4 - + + N1 - + + N2 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 2019/11/17 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 c）负输入等效电路 a) 电路图 us uA VD2 VD1 R1 R3 R4 - + + N1 R2 -
16、+ + N2 uo R2 uo=-us usv 时 测控电路 62 3.2 调频式测量电路 （三）电路调制 (1) 电容三点式LC振荡器调频电路 L CT C1 C2 +Ec 3. 信号调制解调电路 3.2.1 调频原理与方法 2019/11/17 测控电路 63 3.2 调频式测量电路 uo - + + N C R3 10k 5k 10k R1 R RP R4 VS 15k 30k 10k R2 +FUr -FUr u uo uc +Ur -Ur O t T2 T1 T0 a) b) 3. 信号调制解调电路 （三）电路调制 (2) 多谐振荡器调频电路 3.2.1 调频原理与方法 2019/11/17 测控电路 64 3.2 调频式测量电路 3.2.2 鉴频电路 对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被 测量变化的调制信号称为频率解调或鉴频。 （一）
