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1、第三章 信号调制解调电路 第一节 调制解调的功用与类型 1、什么是信号调制？ 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。 2、什么是解调？ 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 。 图1-4 调幅信号 c) us t uc t b) a) O x t x O x O 什么是信号调制？ 第一节 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
2、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。 第一节 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(AM)、调频(FM)和调相(PM)。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。 第一节 调制解调的功用与类型 5、什么是调制信号、载波信号、已调信号？ 调
3、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。 第二节 调幅式测量电路 一、调幅原理与方法 （一）调幅波的一般数学表达式 1、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式. 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)coswct m 为调制度 c) us t
4、 uc t b) a) O x t x O x O c) us t uc t b) a) O x t x O x O Um0 Um=0 第二节 调幅式测量电路 2、调幅波的频谱 假设调制信号x是角频率为的余弦信号 x=Xmcost，则调幅信号可写为： us=Umcosct+ mXmcos(c+)t + mXmcos(c-)t/2 它包含三个不同频率的信号: 一个是角频率为c的载波信号，其幅值是Um， 和角频率分别为c，幅值为mXm/2的两个 分量。 第二节 调幅式测量电路 t x O t O u c us a)调制信 号 b)载波信 号 O t c)双边带调 幅信号 c c -c c + 第二
5、节 调幅式测量电路 我们知道，信号的时域相乘等于频域卷积。即 x(t).y(t) x(f)*y(f) 卷积的结果就产生了频谱搬移，即从低频 搬移到了载频的两侧。 所以，调幅过程也是一个频率搬移或频率 变换的过程。 调幅波的带宽为：BW=2 。 第二节 调幅式测量电路 3、何谓双边带调幅？画出波形 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：us=Uxmcost cosct 双边带调制可以用调制信号与载波信号相乘来实现 如果调制信号是一个复杂的信号，则已调信号频谱 将出现下边带和上边带。此时带宽应为BW=2 m -m m c
6、- -m c c+m 2m 第二节 调幅式测量电路 4、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。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。 第二节 调幅
7、式测量电路 5、调幅波的功率 载波功率=(Ucm)2/2 边频功率=2*1/2*（ mXm/2）2 = (MUcm)2/4 可见，在AM调制中，载波功率占了总功率 的相当大的一部分。当M=1时，边频功率也只 有载波频率的50%。实际上。M一般为 0.30.5。 而有用信息仅包含在边频之中，所以，从 功率角度看，AM调制是很不经济的。 第二节 调幅式测量电路 6、实现AM调幅的方案 x Um cosct us cosct x 增益=Um us 第二节 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
8、已调信号，因此常常在传感器中 进行调制。 第二节 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。 R1 F R4R2 R3 R1R2 Uo U R3R4 应变式传感器输出信号的调制 第二节 调幅式测量电路 3、用机械或光学的方法实现调制 1 2 3 4567 第二节 调幅式测量电路 （三）电路调制 1、乘法器调制 MC1496 a)原理图 uc ux uo x y Kxy b) 实用电路 -8V 47k 0.1F 1k 0.1F 51 750 14 10 1 6 1k 3 8 MC1496 1k 3.3k 3.3k 750 1k 680k 20F 2
9、0F uc 1k 0.1F 2 12 5 4 uo ux +12V 第二节 调幅式测量电路 2、开关电路调制 ux uo Uc V2 V1 Uc u o t O Uc O t t O ux 第二节 调幅式测量电路 3、信号相加调制 T1 + ux - + ux - + uc - VD1i1 VD2 i2 载波信号 T3 T2 RL i3 + uo _ RP 调制信号 第二节 调幅式测量电路 二、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
10、能实现解调。这种方法称为包络检波。 第二节 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。 usuo OO t t a)b) 第二节 调幅式测量电路 （一）二极管与三极管包络检波 1、基本电路 VD RLC2 T i + us _ + uo _ 非线性 器件 低通 滤波器 C1 a) 二极管检波路 C1 V RLC2 T ic + us _ + _ 非线性 器件 低
11、通 滤波器 uo Ec b) 晶体管检波电路 第二节 调幅式测量电路 2、峰值检波与平均值检波 a)二极管 ii Usm ct ct u uo 0 us=usmcosct 0 imax /2 0 uo 0 t ct b)晶体管 i 0 ube 0 Usm us=usmcosct i 0 Ic icmax ct uo 0 t 第二节 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，
12、常需采用精密 检波电路，它又称为线性检波电路。 第二节 调幅式测量电路 1、半波精密检波电路 + us 半波整流器低通滤波器 + us ii C R4 uo R1 R2 R2 R3 VD1 VD2 + u i - + + N1 - + + N2 + u A + uA A 第二节 调幅式测量电路 2、全波精密检波电路 + us 半波整流器低通滤波器 + u s ii C R4 u o R1 R2 R2 R3 VD1 VD2 + u i - + + N1 - + + N2 R3 + uA + uA A O t uA O t uo O t us 线性全波检波电路之一 第二节 调幅式测量电路 uo R
13、4 VD1 VD2 R2R5 VD3 VD4 R3 us R1 - + + N1 - + + N2 线性全波检波电路之二 us0，二极管VD1， VD4导通，VD2 ， VD3截止，uOus; us0 us R2 R1 R3 R4 us - + + N1 - + + N2 b）正输入等效电路 线性全波检波电路之三 高输入阻抗线性全波整流电路 us0，二极管VD1导通，VD2截止； uo=-us us0 u A R2 R1 R3 R4 us - + + N1 - + + N2 c) 负输入等效电路 us u A VD2 VD1 uo R1 R3 R4 - + + N1 R2 - + + N2 线
14、性全波检波电路之三 高输入阻抗线性全波整流电路 Us0，二极管VD1截止，VD2导通； 取R1=R2=R3=R4/2 uo=|us| 第二节 调幅式测量电路 三、相敏检波电路 （一）相敏检波的功用和原理 1、什么是相敏检波电路？ 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能 力的检波电路。 第二节 调幅式测量电路 2、为什么要采用相敏检波？ 包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调 幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴 别调制信号的相位。第二，包络检波电路本身不具有 区分不同载波频率的信号的能力。对于不同载波频率 的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号 ，这就是说它不具有鉴
15、别信号的能力。为了使检波电 路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力 ，需采用相敏检波电路。 第二节 调幅式测量电路 3、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路 构成上最主要的区别是什么？ 相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要区 别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别 被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的 能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。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。 第二节 调幅式测量电路 4、相敏检波电路与调幅电路在结构上有哪些相 似之处？它们
16、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。 us=Uxmcost cosct 相敏检波可以用与调制电路相似的电路来实现。 第二节 调幅式测量电路 （二）常用相敏检波电路 1、乘法器式相敏检波电路 uc us uo x y Kxy N 0.1F 47k 0.1F 1k 0.1F 51 910 -
