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1、第三章 信号调制解调电路第三章 信号调制解调电路第一节调制解调的功用与类型第二节调幅式测量电路第三节调频式测量电路第四节脉冲调制式测量电路第一节调制解调的功用与类型第二节调幅式测量电路第三节调频式测量电路第四节脉冲调制式测量电路本章主要内容本章主要内容1. 什么是信号调制？1. 什么是信号调制？ 调制调制就是用一个信号（称为就是用一个信号（称为调制信号调制信号） 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。） 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？2. 什么是解调？ 在将测量信号调制、并将它和噪声分离
2、、 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 解调解调。第一节 调制解调的功用与类型(1)第一节 调制解调的功用与类型(1)3. 在测控系统中为什么要采用信号调制？3. 在测控系统中为什么要采用信号调制？第一节 调制解调的功用与类型(2)第一节 调制解调的功用与类型(2)（1）基带信号频率低，如果直接传送，天线的（1）基带信号频率低，如果直接传送，天线的 尺寸就要做得很大。尺寸就要做得很大。 （2）基带信号所占的频带很宽，如果直接传（2）基带
3、信号所占的频带很宽，如果直接传 送，天线和谐振回路频带也要很宽。送，天线和谐振回路频带也要很宽。 （3）直接传送多路基带信号时，接收无法区分（3）直接传送多路基带信号时，接收无法区分 不同的信号。不同的信号。 基带信号：话音、图像、文字和传感器输出的缓变信号。基带信号：话音、图像、文字和传感器输出的缓变信号。调制在无线电发信机中的应用调制在无线电发信机中的应用调制式直流放大电路调制式直流放大电路4. 在测控系统中常用的调制方法4. 在测控系统中常用的调制方法 在信号调制中常以一个高频正弦信号作为 载波信号。在信号调制中常以一个高频正弦信号作为 载波信号。调制方法：调制方法：幅值调制（幅值调制（
4、AM） 频率调制（） 频率调制（FM) 相位调制（相位调制（PM)第一节 调制解调的功用与类型(3)第一节 调制解调的功用与类型(3)脉冲调宽脉冲调宽正弦信号 的三个参 数正弦信号 的三个参 数载波信号振幅受控于调制信号载波信号频率受控于调制信号载波信号相位受控于调制信号载波信号振幅受控于调制信号载波信号频率受控于调制信号载波信号相位受控于调制信号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。载波信号脉宽受控于调制信号载波信号脉宽受控于
5、调制信号第二节 调幅式测量电路(1)第二节 调幅式测量电路(1) 一、调幅原理与方法 （一）调幅信号的一般表达式一、调幅原理与方法 （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。1. 什么是调幅？写出调幅信号的数学表 达式，画出其波形。 调幅调幅：用调制信号：用调制信号x 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调制信号x x 的线性函数变化。 调幅信号的的线性函数变化。 调幅信号的一般表达式一般表达式可写为：可写为： tmxUucmscos)(+=线
6、性调幅 信号载波信号 幅值调制度载波信号 角频率（线性调幅 信号载波信号 幅值调制度载波信号 角频率（3-1）txOtOucusa)调制信号b)载波信号a)调制信号b)载波信号Otc)双边带调幅信号c)双边带调幅信号 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。第二节 调幅式测量电路(2)第二节 调幅式测量电路(2)用来改变载波信号的某一参 数，如幅值、频率、相位的 信号称为用来改变载波信号的某一参 数，如幅值、频率、相位的
7、 信号称为调制信号调制信号。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 称为载波信号载波信号。图3-1 双边带调幅信号的形成和波形图3-1 双边带调幅信号的形成和波形2. 何谓双边带调幅？写出其数学表达式，2. 何谓双边带调幅？写出其数学表达式， 画出波形画出波形 有有调制信号x=Xmcost，由式（3-1）：第二节 调幅式测量电路(3)第二节 调幅式测量电路(3)tmXtmXtUucm cm cms)cos(2)cos(2cos+=ttmXtUtmxUucmcmcmscoscoscoscos)(+=+=角频率为c 的载波信号角频
8、率为c+的 上边频信号角频率为c-的 下边频信号载波信号中不含调制 信号x的信息， 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双边带调制。其 数学表达式数学表达式为： ttUucxmscoscos=coscos = cos(+)+cos(-)/2 3. 信号调制条件3. 信号调制条件确保确保信号调制正常进行的条件: 信号调制正常进行的条件: c c 通常至少要求通常至少要求c c1010,以至于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。,以至于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。第二节 调幅式测量电路(4)第二节 调幅式测量电路(4)载
9、波 频率载波 频率调制波 频率调制波 频率被测信号的变化频率被测信号的变化频率: : 0100Hz0100Hz载波信号的频率载波信号的频率c c1000 Hz1000 Hz调幅信号放大器的通频带: 调幅信号放大器的通频带: 9001100 Hz9001100 Hz 信号解调后，滤波器的通频带: B信号解调后，滤波器的通频带: B= 200Hz200Hz动手分析：举例动手分析：举例测控系统被测信号的变化频率测控系统被测信号的变化频率为0100Hz, 怎样选取载波信 号频率为0100Hz, 怎样选取载波信 号频率c c？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？怎样选取
10、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？让0100Hz的 信号顺利通 过，而将900 Hz以上的信 号抑制让0100Hz的 信号顺利通 过，而将900 Hz以上的信 号抑制第二节 调幅式测量电路(5)第二节 调幅式测量电路(5) 4. 调制的物理意义4. 调制的物理意义tmXtmXucm cm s)cos(2)cos(2+=ttmXucmscoscos=（3-2）调制信号与载波信号相乘调制信号与载波信号相乘将调制信号频谱搬移到 载波频率的左右两侧将调制信号频谱搬移到 载波频率的左右两侧时域频域时域频域调制信号调制信号x=Xmcostt调制信号为 非单一余弦波调制信号为 非
11、单一余弦波f(t)ttfmXucmscos)(=c cc+ cmV 1 2acmM V1 2acmM Vc cc+cmV1 2ac mM V1 2ac mM VUm2mmX 2mmX2mmX 2mmX时域缓变信号时域缓变信号已调制信号已调制信号已调制信号已调制信号1. 为什么在测控系统中常在传感器中进行信号调制？为什么在测控系统中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。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。第二节 调幅式测量电路(6)第二节 调幅式测量电路(6)
12、（二）传感器调制（二）传感器调制R1FR4R2R3R1R2UoUR3R4图3-3 应变式传感器输出信号的调制图3-3 应变式传感器输出信号的调制如电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。如电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。2. 通过交流供电实现调制2. 通过交流供电实现调制交流电源)(44321 RR RR RR RRUUo+=全桥测量 梁的变形实现了载波信号U 与被测量信号的相乘, 即实现了调制。实现了载波信号U 与被测量信号的相乘, 即实现了调制。3. 用机械或光学的方法实现调制3. 用机械或光学的方法实现调制1234567第二节 调幅式测量电路(7)第二节 调幅式测量电路(7)
13、图3-4 光电信号的调制(反射式）图3-4 光电信号的调制(反射式）被测工件调制盘光栏光栏激光器滤光片光电 元件恒定光源恒定光源释出的光投射到被测物体表面，再从其表面反射到光电元 件上，根据反射的光通量多少测定被测物表面性质和状态。例如测量零 件表面粗糙度、表面缺陷、表面位移以及表面白度、露点、湿度等。释出的光投射到被测物体表面，再从其表面反射到光电元 件上，根据反射的光通量多少测定被测物表面性质和状态。例如测量零 件表面粗糙度、表面缺陷、表面位移以及表面白度、露点、湿度等。(a)(b)是利 用反射法检 测材质表面 粗糙度和表 面裂纹、凹 坑等疵病的 传感器示意 图(a)(b)是利 用反射法检
14、 测材质表面 粗糙度和表 面裂纹、凹 坑等疵病的 传感器示意 图图(c)是 利用反射 法测量工 件尺寸或 表面位置 的示意图图(c)是 利用反射 法测量工 件尺寸或 表面位置 的示意图表面漫反射（消除镜面反射饱和）为正反射 接收型， 用于检测 浅小的缺 陷，灵敏 度较高为非正反 射接收型 ，用于检 测较大的 几何缺陷当工件位移h 时，光斑移动 l，其放大倍 数为l/h。1. 乘法器调制1. 乘法器调制a)原理图ucux uox yKxyb) 实用电路-8V47k0.1F1k0.1F517501410 161k38MC14961k3.3k3.3k750 1k680k20F20Fuc1k0.1F2
15、 1254uoux+12V（三）电路调制（三）电路调制第二节 调幅式测量电路(8)第二节 调幅式测量电路(8)图3-5 用乘法器实现双边带调幅图3-5 用乘法器实现双边带调幅( )AMutmaxmUminmUtUtu=cos)(tUtccccos)(=u包络ucuucu载波信号调制信号调制信号2. 开关电路调制2. 开关电路调制uxuoUcV2V1UcuotOUcOttOux第二节 调幅式测量电路(9)第二节 调幅式测量电路(9)V1、V2为 场效应管， 工作在开关 状态调幅输出调制信号高频载波信号的调幅也可以利用开 关电路来实现。信号的调幅也可以利用开 关电路来实现。当U当Uc c为高电平时
16、，为高电平时， Uc为 低电平，为 低电平，V1导通，导通，V2截 止，若二者为理想开 关，输出电压截 止，若二者为理想开 关，输出电压uo=ux；当；当 Uc为低电平时，为低电平时， Uc为高 电平时，为高 电平时， V1截止，截止，V2导 通，导 通，uo=0。b)波形图图3-6 开关式相乘调制图3-6 开关式相乘调制-a)电路图3. 信号相加调制3. 信号相加调制T1+ ux -+ ux -+ uc-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo _RP调制信号第二节 调幅式测量电路(10)第二节 调幅式测量电路(10)调制信号调制信号tUuxmx=costUuccmccos=与载波信号相加减后去控制开关器件，选取U与载波信号相加减后去控制开关器件，选取UcmcmUUxmxm图3-7
