第三章--信号调制解调电路

调幅式测量电路
x O
uc O us O t us O t c) 调幅信号 t b)载波信号 t a)调制信号
us (U m mx) cos c t
d)双边带调幅信 号
2018/10/7
调频式测量电路
调频原理与方法 （一）调频信号的一般表达式 调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的 频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频 率按调制信号x的线性函数变化。 调频信号us的一般表达式可写为：
us =Umcos(c +mx)t
x O us O b) 调频信号
t
a) 调制信号
t
调频信号的波形
• 2、调频的方法 能够产生调频信号的电路叫做调频电路， 或者调频器。 （1）传感器调制 • 被测参数的变化直接引起传感器输出信号 频率的改变，即传感器输出信号就为调制 过的调频信号。例如测力或压力的振弦式 传感器。
a)原理图
-8V
b) 实用电路
②开关电路调制
ux(t) + o uc(t)
+ ux(t)
_
T1
t
T2 us(t)
_
o
us(t) o
t
uc(t) uc(t)
t
3.调幅信号的解调过程
从已调信号中检出调制信号的过程称为解调，
也称为检波。
us(t)
us'(t) O t
ux(t)
O
t
（a）调幅信号
O
t
（C）原信号
信息传输过程
信息传输处理主要包括调制与解调两个过程
为何要进行调制？
根据电磁波理论 1 天线的尺寸 为被辐射信号的波长 10 以语音信号为例 波长约为 300km 天线尺寸 30km 必须尽量提高信号的频率以缩小天线尺寸。
一．调制原理
在通信系统中，信号从发射端传输到接收端，为实现 信号的传输，往往要进行调制和解调： •高频信号容易以电磁波形式辐射出去 •多路信号的传输——频分复用 相关课程中讲解“调制与解调”的侧重点不同： •“信号与系统”——应用傅里叶变换的性质说明搬 移信号频谱的原理； •“通信原理” ——研究不同的调制方式对系统性能 的影响； •“通信电子电路”——调制／解调电路的分析。
+ u o =- u s N + 2
∞
高输入阻抗线性全波整流电路
c) 负输入等效电路
包络检波有两个问题：
第一，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。
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？
R1
D1
R2 + u + N1 s ∞ R3 us
R4 + u =u N + 2 o s ∞
R4
D2
R1 + –
us (t )
- ∞ + N + 1
+ uA –
R3
us>0 - ∞ + + N2
u0 (t )
–
+
b）正输入等效电路 R2 R4 R3
a) 电路图
R1 us<0
∞ + N + 1 uA us
1、半波精密检波电路
R2
' R2
R4
i
D1 D2
C ∞ + + N2 + –
R1
' i1 us us (t ) – –
∞
+
+
+
A
R3 + uA –
+ N1 u ' + u – A –
+
u0 (t )
半波整流器
低通滤波器
2、全波精密检波电路
（1）线性全波检波电路之一
us R2 R΄2 + i1 us (t ) u΄s – – + R4 i
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
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us U m cos( c mx)t
调频式测量电路
调频原理与方法
x O us O t t a) 调制信号
b) 调频信号
调频信号的波形
2018/10/7
调相式测量电路
调相原理与方法 （一）调相信号的一般表达式 调相就是用调制信号x去控制高频载波信号 的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相 位按调制信号x的线性函数变化。 调相信号us的一般表达式可写为：
• （2）电路调制（参数调频法）
•
将被测参数x的变化转换为传感器的L、 C或R的变化，然后将传感器的线圈、 电容或电阻接在一定的振荡回路中， 即载波信号由LC、RC或多谐振荡器产 生，让决定载波信号频率的某个参数， 如电感、电容、电阻随调制信号而变 化，就可以实现调频。
R
RP
u +Ur +FUr R2 10k 30k R3 uo VS O -FUr -Ur
（b）半波整流后的信号
二、包络检波电路
由于调幅信号的包络线形状与调制信号一致，
故只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这
种解调方法称为包络*检波。
（一）二极管与三极管包络检波
1、基本电路
2、电路缺点
二极管和晶体管都是非线性器件，会使解调出来的信 号产生失真
**一个高频调幅信号，它幅度是按低频调制信号变化的。如果把高频调幅信号的峰点 连接起来，就可以得到一个与低频调制信号相对应的曲线。这条曲线就是包络线。
基带：Baseband 信源（信息源，也称发射端）发出的没有经过调 制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号所固有的频带（频率带 宽），称为基本频带，简称基带。
基带(Baseband)是手机中的一块电路，负责完成移动网络中无线信 号的解调、解扰、解扩和解码工作，并将最终解码完成的数字信号 传递给上层处理系统进行处理，基带即为俗称的BB，Baseband可 以理解为通信模块。 在我们的手机中通常由两大部分电路组成，一部分是高层处理部分， 相当于我们使用的电脑;另一部分就是基带，这部分相当于我们使用 的Modem，手机支持什么样的网络制式(GSM、CDMA、WCDMA、 TD-SCDMA等)都是由它来决定的. 我们用手机打电话、上网、发短信等等，都是通过上层处理系统下 发指令(通常是标准AT指令)给基带部分，并由基带部分处理执行， 基带部分完成处理后就会在手机和无线网络间建立起一条逻辑通道， 我们的话音、短信或上网数据包都是通过这个逻辑通道传送出去的
此常常在传感器中进行调制。
1 R1 R2 R3 R4 u0 (t ) u (t ) * ( ) 4 R R R R
例如：我们常用的电子秤的测力应用。 R1 R2
u0 (t )
R1 R3 R2 R4 F R4 R3
u(t )
u(t ) ：供电电源
u0 (t )：电桥的输出电压
二、调制解调的功用与类型
功用：为了便于传输信号，或者区别信号与
噪声，往往给测量信号赋予一定的特征。
类型：调幅（AM）、调频（FM）、调相
（PM）、脉冲调制等。
AM－Amplitude Modulation FM－Frequency Modulation PM－Phase Modulation
§调幅式测量电路
0.1μF 1kΩ 1kΩ 910Ω 910Ω 0.1μF 47kΩ
-8V
2、开关式半波相敏检波电路
ux
O
T1 us uc
t
T2
uo
O us
t
U c Uc
O uo O u ˊ o
t
t
O
t
• 3、开关式全波相敏检波电路
R us
Uc R R ∞
A -N + +
us
A
R6
R1 R2 R 3
B
C
uo
V
a)
1．调制
调制：将信号的频谱搬移到任何所需的较高频段 上的过程。 调制的分类 按载波 正弦型信号作为载波 脉冲串或一组数字信号作为载波 连续性 模拟（连续）调制 数字调制 模拟调制是数字调制的基础。
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)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) 。
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。
2、相敏检波电路的工作原理
（二）常用相敏检波电路
1、乘法器式相敏检波电路
+12V us uc
Kxy x y N
uo us uc
1kΩ 51Ω 0.1μF
1kΩ 0.1μF 3.3kΩ 1kΩ 82 3 6 10 12 1MC1496 R 4 14 5 200kΩ 3.3kΩ 10kΩ 20kΩ ∞ R 0.01μF - + C + N uo 10kΩ 20kΩ F007 200kΩ 6.8kΩ C 0.01μF
一、调幅的原理与方法
1.调幅的原理与意义
（1）原理 调幅波是一个具有上下边带的双边频 信号。
1 us (t ) Z 0U m cos ct Z mU m cos(c )t cos(c )t 2
信号的调幅过程
ux(t)
O uc(t)
O
（a）调制信号
t
t
（b）载波信号
us U m cos( c t mx)
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（一）调相信号的一般表达式
x O uc O t b) t a)

us O t c)
2018/10/7
§调制解调的功用与类型
一、调制解调的概念
调制：用一个带有有用信息的低频信号去控 制高频振荡信号的某一特征参量的过程。 解调：从已调波中不失真地恢复原有低频调 制信号的过程。 几个相关概念：调制信号；载波；已调波
• 二、鉴频电路
从调频信号中恢复出反映被测量变化的 调制信号x称为鉴频或频率检波，鉴频电路 用于对调频信号进行解调。 • 常用的鉴频电路有微分鉴频电路、斜率 鉴频电路和相位鉴频电路。
二极管与三极管的包络检波电路
ic V
T
D
+
+ u _s
Ec
RL C2
ux(t ) _
T
C1
+ u _s
i
RL C2
+ ux(t ) _
非线性 低通 器件 滤波器 b) 晶体管检波电路
非线性 低通 器件 滤波器
a) 二极管检波电路
（二）精密检波电路
为了提高检波的精度，常采用精密检波电路， 又称为线性检波电路，它分为半波精密检波电路 和全波精密检波电路。
应变式传感器输出信号的调制
（2）电路调制
①乘法器调制
+12V 1kΩ 51Ω 0.1μF 1kΩ
0.1μF 1kΩ 3.3kΩ
ux uc
Kxy x y
uo
ux
uc
3.3kΩ
20μF 750Ω 750Ω 47kΩ
10 1
82
3 6
12
0.1μF 680kΩ MC1496
4 14 5
uo
1kΩ 1kΩ 20μF
us(t) O
（c）调幅信号
t
（2）意义 调幅的过程实际是一个信号频谱的搬移过程， 从而提高信号的抗干扰能力。
幅值U
Z 0U m
1 U m Zm 2
1 U m Zm 2
频率
O

c c c
2.调幅的方法及电路
（1）传感器调制 为了提高测量信号的抗干扰能力，常
要求从信号一形成就已经是已调信号，因
Uc
V2 R4 R5 V1 Uc b)
∞ - + +N
uo
Uc
O
us O
t
Uc O
us O uo O d)
t
t
t
uo O
c)
t
t
4、精密整流型相敏检波电路
R2 R’2 R1 us R4
C
T1 uA
∞
+ + N1
R’3
R3 T2 -
∞ + N2
+ uo
U c Uc
§3-3
调频式测量电路
• 一、调频原理与方法 • 1、调频的原理 调频就是用调制信号x去控制高频载波 信号的频率。常用的是线性调频，即让调 频信号的频率按调制信号x的线性函数进行 变化。调频具有很强的抗干扰能力。 调频信号的表达式为：
uo
uc
10k
5k
∞ + + N
uc
R1 10k C
t
T2 T1 T0
A
R4
15k
a)
b)
• （3）电压调频法 • 利用电压变化去控制振荡回路的参数L、 C或R，从而使得振荡器频率得到调制。这 种频率受电压控制的振荡器叫做压控振荡 器。常用的受控元件有变容二极管、晶体 管、场效应管等。 • 电压调频法可用于一些遥测仪器，例如， 在测量旋转扭矩的仪器中，可以通过调频 电路将应变仪的输出电压转换为调频信号 发射出来。在接收端再将这一调频信号解 调，得到所需的测量结果。
D1 D2
O
t
C R’3
A
uA
O uo O t t
R1
源自文库
∞
++
∞
+ N2 + +
+ u – + + N1 uA R3 – –
u0 (t )
–
半波整流器
低通滤波器
（2）线性全波检波电路之二
D1
R4 ∞ + R5
D2
R1
us (t )
–
+
-
R2
+ N1
D3
u0 (t )
–
+
R3
-
∞ +
D4
+ N2
（3）线性全波检波电路之三