第3章信号调制与解调

对于双边带调制：
us mX mX 2
m m
cos( c ) t
mX 2
xm
m
cos( c ) t
cos t cos c t U
cos t cos c t
双边带调制可用乘法器实现，称为相乘调制。
相乘调制常用电路实现。常用的串并联调制器
实质上就是一个相乘调制器。在输入端加入测量信
以上的信号抑制，可选通频带为200 Hz。
2. 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
形成就已经是已调制的信号，因此常常在传感器中进 行调制。
(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 R1 R2 R3 R4 R2 Uo R3 U
F R4
应变式传感器输出信号的调制
3. 电路调制
(1)乘法器调制
+12V
1kΩ 51Ω 0.1μF 1kΩ 0.1μF 1kΩ 3.3kΩ 3.3kΩ
ux uc
Kxy x y
uc
uo
ux 20μF 750Ω 47kΩ
a)原理图
82 3 6 uo 10 12 1MC1496 0.1μF 4 14 5 680kΩ 1kΩ1kΩ 20μF
xm
cos t
4 n 3U
xm
r
cos t cos c t
cos t cos 3 c t
式中n3为变压器的变比。
从上式看到，相加型调幅电路的输出中信号的分量与相乘 电路是相同的。这一点是容易理解的。在相乘电路中， T1 、T2 起开关作用，即起乘0、1方波信号的作用。相加电路中，D1、 D2同样起开关作用，起乘0、1 方波信号的作用。所不同的是加 到开关上的仅是调制信号ux，UC仅起控制开关通断的作用。因 为只有一个信号加到开关上与0、1方波信号相乘，故称相乘型 调幅电路。而相加型电路的ux与uc同时加到开关上，故称相加 型调幅电路。
T+ us _
VD i RL C2
ic
+ uo _ C1 + V T us Ec RL C2 _ 非线性 低通 器件 滤波器
(b) 晶体管检波电路
+ uo _
C1
非线性 低通 器件 滤波器
(a) 二极管检波电路
图3-5 包络检波电路
图3-5是两种包络检波电路，图(a)采用二极管作为整流用 非线性元件，图(b)采用晶体管。如果输入的调幅波具有图36(a)所示波形，那么经整流后其波形如图(b)所示。为了获得调 制信号，还要用滤波器滤除载波分量。
号Ux，T1 、T2是两个场效应管开关,在它们的栅极
与幅值按1、0变化的载波信号相乘。如下图所示：
分别加入高频方波信号。经过调制，输入信号Ux ，
U U
c
1 , T1导通， 0 , T1 截止，
T 2 截止， T 2 导通，
U U
0
U U
x
( 1) U ( 0 ) 0
x
第3章 信号调制解调电路

3.1 调幅式测量电路及其应用 3.2 调频式测量电路 3.3 调相式测量电路
3.4 脉冲调制式测量电路
在非电量测量仪器中，对被测非电量信号，
一般具有较低的频谱，常在零频(直流)到几十
kHz范围内变化。当被测信号比较弱时，在信号
传送过程中，易受其它同频信号干扰，如易受工
为平均值检波，其输出波形如图3-6(c)所示。当尺RLC 》
1/ωc时，可以认为由于电容C充放电造成的残余高频分量 很小，输出信号的波形是与调制信号相似的平滑曲线。
2) 峰值检波与平均值检波 平均值检波输出波形如图3-6(c)所示。原因是晶体管V 只在半个周期导通，半个周期ic对电容C充电，另半个周期 电容C向电阻RL放电，流过RL的平均电流只有ic / 2，这种检 波称为平均值检波。 在二极管检波电路中、由于整个电路是串联的，加在 二极管两端的电压u是输入高频电压ux与输出电压u0之差。 如图3-5中二极管VD与晶体管V都具有理想的线性特性，那 么在晶体管检波器中，余弦电流脉冲的通角为θ＝π／2。而 在二极管检波器中电流脉冲的通角θ＝ cos-1 u0 /Um。负载RL 与二极管正向电阻r之比越大,需要向滤波器供电的时间越短， θ越小。这种检波器称为峰值检波器。低通滤波器的时间常 1 c R L C 1,以滤除载波信号，同时保留 数应满足 调制信号。“峰值”是指高频信号的峰值。
c
0
x
3. 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>1000 Hz 。 调 幅 信 号 放 大 器 的 通 频 带 应 为 900~1100 Hz。信号解调后，滤波器的通频带应大于 100 Hz，即让0~100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz
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
值随调制信号的幅值变化，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
为包络检波。

包络检波的基本工作原理是什么？
us uo '
O
a)
t
O
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 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。 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)cosωct
要求Ucm>>Uxm,这时二极管D1和D2受uc控制,工作在开关状态。 i l＝(uc+ux)K(ωct )／r i2＝(uc-ux) K(ωct ) ／r 式中 r为二极管的内阻与负载RL折合到原边的等效电阻之和。 K(ωct )为归一化的方波信号展开系数。
调 制 信 号 T + VD1 i1 1 ux -R + u c P T + 2 ux 载波信号 VD2 i2 T
-8V
b) 实用电路
(2)开关电路调制（前已述及）
ux
V1
ux V2 uo
O Uc O uo O
t
t
t
Uc Uc
(3)信号相加调制
在线性电路中，两个不同频率的信号相加，不会得
到第三个频率的信号，从而也就不能进行调制。为了获 得频率变换，必须在电路中加入非线性器件。
下图是一个典型的相加型调幅电路。为了提高调制线性，电路
过仪器的定标，可以确定振动中心相对于给定零位的偏
移与振动幅值。
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 电路或精密整流电路。
5. 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。
u s U m cos c t mX 2
m
cos( c ) t
mX 2
m
cos( c ) t
它包含三个不同频率的信号: 角频率为ωc的载波信号和 角频率分别为ωc±Ω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：us=UxmcosΩt cosωct
频干扰及直流放大的低频噪声与直流漂移等影响，
不宜采用直接放大的形式，经常采用调制——解
调方法，提高电路的抗干扰能力、传输能力及有
效地提高信噪比。
调制——解调的作用在于某种调制方法， 将原始的低频信号频谱调制到另一个具有高频的 频谱上。经调制后的高频调制波，具有原始输入 信号的全部信息，再经过有效的交流放大后，使
b)
t
由图可见，只要从图a所示的调幅信号中，ห้องสมุดไป่ตู้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。
一、二极管与三极管包络检波
1. 基本电路：二极管与三极管包络检波电路如图3-5所示。
制；相位调制以及脉冲调制，使其随原始输入信 息发生改变。
调制的频率变换是由低频变高频的过程。 解调的频率变换是由高频变低频的过程。
调制和解调都能引起信号频率的变化，电子
学常把调制与解调看成频率变换电路。

将测量信号从含有噪声的信号中分离出 来测量是电路的一项重要功用。
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。