第三章 信号调制解调电路

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包络检波:检出调幅信号的包络线即能实现解调。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路
图a所示的调幅信号中,通过二、三极管截去它的一半部 分(整流),再经低通滤波滤除高频信号,即可获得所需的 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。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路
功能:相敏检波电路能鉴别调制信号相位,从而判别被测量变化 方向,同时还具选频能力,从而提高测控系统的抗干扰能力。
电路结构:相敏检波电路除了所需解调的调幅信号外,还要输入 一个参考信号,用来鉴别输入信号的相位和频率。
(3) 相敏检波的基本原理
将输入的调制信号 ux U xm cosΩt ,乘以幅值为1的载波信号 us cosct 就可以得到双边带调幅信号
信号,得到uo=us
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路:精密检波电路
(2) 全波精密检波电路之三:高输入阻抗全波精密检波
当输入us<0时,
取R1=R2=R3=R4/2,N1的输出为
uA
(1
R2 R1
)us
2us
N2的输出为
uo
(1
R4 R3
)us
uA
R4 R3
3us 4us us
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 调幅原理与方法
x O uc O us O
us O
t a)调制信号 b)载波信号
t
c) 调幅信号 t
us (U m mx) cosct
t d)双边带调幅信号
(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Ω的余弦信号x=XmcosΩt,由式
uo us
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
3.1.3 相敏检波电路 (一) 相敏检波的功用和原理 (1)为什么要采用相敏检波? 包络检波有两个问题: 第一,解调是对调幅信号进行半波或全波整流,无法鉴别调
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
T1 + ux
VD1 i1
T3

_
制 信
RP + uc -

+
T2
i3
ux 载波信号
_
VD2 i2
+ RL
uo _
相加只是形式,实际上由uc控制开关电路获得乘积项目,实现调制。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路 从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。 调幅信号的包络线形状与调制信号一致。
uo
R
R 2R
R
R 2R
u
ห้องสมุดไป่ตู้
R R
u
R R
•Um
cosct
实现了载波信号u与测量信号的相乘,即实现了调制。
3.1 调幅式测量电路
二、传感器调制:用机械方法实现调制
测工件的表面粗糙度
1-被测工件 2-调制盘 3、6-光栏 4-激光器 5-滤光片 7-光电元件
3.1 调幅式测量电路
三、电路调制 :乘法器调制
调幅信号放大器的通频带应为900~1100 Hz。 信号解调后,滤波器通频带应>100 Hz,即让0~100Hz的信 号顺利通过,而将900Hz以上的信号抑制,可选通频带为200 Hz。
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 调幅原理与方法:载波信号频率的选取
ωc>10Ω 防止混叠现象 cosn
1-cosn=2/2n2
us与Uc相位关系
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(二) 开关式相敏检波电路:全波检波
R1= R2= R3= R4= R5= R6/2 Uc=1半周期,V1导通、V2截止,增益
R6 1 R2 R3
Uc=0半周期,V1截止、V2导通,增益
R5
(1 R6 ) 1 3 1
R1 R4 R5 R3 3
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
(一)二极管与三极管包络检波
a) 二极管检波电路
b) 晶体管检波电路
Us通过电容C1和变压器T构成的谐振 回路输入,有利于滤除杂散信号。 二极管VD检出半波信号。
晶体管V只有在Us’为负的半周期有 电流流过,检出半波信号。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路 (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
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(二) 相乘式相敏检波电路
a)原理图
b)实用电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
相敏检波与调幅电路在结构上有哪些相似之处?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。
当us为负时,uA’为正,VD2通,VD1断,
uA
R2 R1
us
不受二极管死区 和非线性的影响。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路:精密检波电路
(2)线性全波精密检波电路:将us通过R3’与uA相加 R3 2R3
uo
R4 R3
(u A
us 2
)
线性全波整流信号的形成
3.1 调幅式测量电路
uo uce k0 (us1 us2 )
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(三) 相加式相敏检波电路
相加式半波相敏检波电路
C1,C2起滤除载波频率信号的作用
相加式调幅电路
ucd
r1
R1 R1
R1 R1
(uc
us1 )
ued
r2
R2 R2
R2 R2
(uc
us2 )
第三章 信号调制解调电路
第一节 调幅式测量电路 第二节 调频式测量电路 第三节 调相式测量电路 第四节 脉冲调制式测量电路
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? 从已经调制的信号中(称为已调信号,modulated signal) 提取反映被测量值的测量信号,称为解调(Demodulation) 。
us Uxm cosΩt cosct
(3–2)
a)原理图
b)实用电路
3.1 调幅式测量电路
三、电路调制:开关电路调制
U
为高电平,
c
U
为低电平,
c
V
1导通,
V
2截止
U
为低电平,
c
U
为高电平,
c
V
2导通,
V
1截止
3.1 调幅式测量电路
三、电路调制:信号相加调制 调制信号与载波信号加减后去控制开关器件。
调整电位器RP使
R1 R1 R2 R2 r1 R1 R1 r2 R2 R2
uo uce k0 (us1 us2 )
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。
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(二) 开关式相敏检波电路:半波检波
缺点:输出信号脉动较大。
(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。
为:
us
mX m 2
cos(c
Ω)t
mX m 2
cos(c
Ω)t
Uxm
cosΩt
cos ct
(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。
如果us反相, uo反向。
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路 (二) 开关式相敏检波电路:全波检波
在Uc=1的半周期,同相输入端被接地, us只从反相输入端输入,放大倍数为-1; 在Uc=0的半周期,V截止,us同时从同 相输入端和反相输入端输入,放大器的 放大倍数为+1。
检波:两个半周期输出相同 相敏:输出的极性取决于
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(三) 相加式相敏检波电路
相加式半波相敏检波电路
C1,C2起滤除载波频率信号的作用
相加式调幅电路
ucd
r1
R1 R1
R1 R1
(uc
us1 )
ued
r2
R2 R2
R2 R2
(uc
us2 )
调整电位器RP使
R1 R1 R2 R2 r1 R1 R1 r2 R2 R2
3.1.2 包络检波电路:精密检波电路 (2)线性全波精密检波电路之二
R2 = R1 // R4,R3 = R5减小偏置电流的影响。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路:精密检波电路 (2) 全波精密检波电路之三:高输入阻抗全波精密检波
当输入us>0时, N1跟随器,N2的同相输入 端与反相输入端输入相同
us ux cosct U xm cosΩt cosct
若将再乘以 cos ct ,就得到
uo
us
cos ct
U xm
cosΩt
cos2
ct
1 2 Uxm
cosΩt
1 2 Uxm
cosΩt
cos
2ct
1 2
U xm
cosΩt
1 4
U xm [cos(2c
Ω)t
cos(2c
Ω)t]
利用低通滤波器滤除两个高频信号后就得到调制信号,只是乘上了系数1/2。 即将调制信号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。
(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 (Amplitude modulation) 调频 (Frequency modulation) 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) 。
3.1 调幅式测量电路
二、传感器调制:通过交流供电实现调制 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 调幅式测量电路
二、传感器调制:通过交流供电实现调制
R1 R3 R2 R4
F
R+ΔR
R-ΔR
u
R-ΔR
R+ΔR
uo 应变式传感器输出信号的调制
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。即不具有区分信号和噪声的能力。
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。
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路 (一) 相敏检波的功用和原理 (2)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幅 值检波(检幅)电路。 (3)相敏与包络检波在功能与电路构成上的区别是什么?
us=(Um+mx)cosωct,则调幅信号可写为:
us=Umcosωct+ [mXmcos(ωc+Ω)t + mXmcos(ωc-Ω)t]/2
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
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 性也有一定的非线性。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。
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路:精密检波电路
(1) 半波精密检波电路
当us为正时,uA’为负,VD1通,VD2断,A点虚地,即uA=0
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