信号处理电路

3、信号相加调制
T1 + VD1 i1 ux -R + u c P T2 + ux 载波信号 VD2 i2 T3 i3
调 制 信 号
+ RL uo _
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 即能实现解调。这种方法称为包络检波。
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
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。
x O uc O t b)载波信号
t
a)调制信号
us
O
t
c)双边带调幅信号
第二节 调幅式测量电路
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（3-1）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。 其数学表达式为：us=UxmcosΩt cosωct
N 2与R3、R4、C构成低通滤波器
对于高频信号，电容接近于短路，深负反馈，高频信号受到抑制。而 且电容的左端虚地，电容上的充电电压不影响二极管的通断。因此完 成平均值检波。
第二节 调幅式测量电路
2、全波精密检波电路
取 R 2 R3 uo u R4 (u A s ) R3 2 R4 u s； 2 R3 R2 u s， R1
第二节 调幅式测量电路
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>100 Hz，即让0~100Hz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。
R4 C ∞
' u s 0,时u a 0,
++ u – + uA u΄A – – 半波整流器
+ + N1
+ + N2
VD1通，VD 2 止，u A 虚地
uo
' u s 0,时u a 0,
低通滤波器
VD1止，VD 2 通
' ' u s i1 R1 u S uS iR1 ' ' uA u u A u uS iR2 ' ' uA K d uS
i uo i uo 0 i 0 0 θ t ω ct b)晶体管 ube i π 0 π /2
imax
ω ct t
θ
0
0
u
us=usmcosω ct
Usm ω ct uo 0 a)二极管
Usm
θ us=usmcosω ct
0
Ic
icmax ω ct
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，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
（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 R2
第二节 调幅式测量电路
1、半波精密检波电路
R2 R΄2 R1 + us – i VD1 VD2 A R3 -
R4
C
+ ii u΄s –
-
∞
∞
uo
++ u – + uA u΄A – – 半波整流器
+ + N1
+ + N2
低通滤波器
R2 R΄2 R1 + us – + ii u΄s – ∞ i VD1 VD2 A R3 -
第二节 调幅式测量电路

包络检波的基本工作原理是什么？
us uo'
O a)
t
O b)
t
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。
当R1 R2 R3 u o u s uo u s
第二节 调幅式测量电路
1、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。
uo
a)原理图
82 3 6 10 12 ux 1MC1496 20μF 4 14 5 750Ω 680kΩ 750Ω 20 μF 1 kΩ 1kΩ 47kΩ
-8V
b) 实用电路
第二节 调幅式测量电路
2、开关电路调制
V1 ux
ux O
Uc t
V2 uo
U c Uc
O uo O
t t
第二节 调幅式测量电路
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
ic
V + T us Ec RL C2 _ 非线性 低通 器件 滤波器 C1 b) 晶体管检波电路 + uo _
C1
T+ us _
VD
i
RL C2
+ uo _
非线性 低通 器件 滤波器 a) 二极管检波电 路
第二节 调幅式测量电路
2、峰值检波与平均值检波
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。
u s 0, 时 VD1通，VD 2 止， VD 3止，VD 4 通，u o u s u s 0, 时 VD1止，VD 2 通， VD 3通，VD 4 止，u o u s uo u s
us
R2
VD3
+ N1
R3
-
∞
+ N + 2
VD4
线性全波检波电路之二
第二节 调幅式测量电路
R2 R1 us>0 + us N + 1 R4
∞
R3 us
+ u =u N + 2 o s
∞
b）正输入等效电路
u s 0, 时 V D1 通，V D 2 止，a点跟随输入，并通过 R 2、R3 输入到N 2的反相端 u o R4 R4 (1 )u s u s u s R3 R 4 R3 R 4
i i1若运放的输入阻抗远大 于R2
R 1 R 1 R us 1 (1 1 )u A (1 1 )u R2 Kd R2 R2 K d R1 R2 K d u s u A即u A u s R2 R1 二极管的死区和非线性 不影响检波输出
线性全波检波电路之三
高输入阻抗线性全波整流电路
R2 R1 us<0 ∞ + N + 1 uA us R3
R4 + u o =- u s N + 2
∞
c) 负输入等效电路
u s 0,时 VD 2 通，VD1止，u A (1 u o (1 R2 )u s R1
R4 R R R R )u s 4 u A (1 4 )u s 4 (1 2 )u s R3 R3 R3 R3 R1 1 R4 2
R2 R΄2 R1 + us – + ii u΄s – ∞ i VD1 VD2 A R3 -
R4 C ∞
++ u – + uA u΄A – – 半波整流器
+ + N1
+ + N2
uo
低通滤波器
VD1反回路：防止输入正半 周期因VD 2截止 无反馈而使运放处于开 环状态而进入饱和； 同时也使电路在输入的 正负半周期负载基本对 称
3 2
uc
1
x
us
4
图1-3 用电感传感器测量 工件轮廓形状
在图1-3所示用电感 传感器测量工件轮 廓形状的例子中， 磁芯3由它的平衡位 置向上和向下移动 同样的量，传感器 的输出信号幅值相 同，只是相位差 180°。从包络检波 电路的输出无法确 定磁芯向上或向下 移动。
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
一、调幅原理与方法 （一）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)coswct
第二节 调幅式测量电路
R1
R2
R3 R4
F R4 U R3
Uo
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
4 3 2 5 6 7
θ θ 1
Ψ
第二节 调幅式测量电路
（三）电路调制
1、乘法器调制
ux uc Kxy x y
uc 1kΩ 51Ω 0.1μF 1kΩ 0.1μF 1kΩ 3.3kΩ 3.3kΩ uo 0.1μF +12V
‘ 3
R2 R΄2
+ us – R1 ∞
R4
i C
当u s 0, 时u A 0， uo
A + ii + + u – + + u΄s + N1 + R + N2 uA 3 uo u΄A – – – 半波整流器 低通滤波器
VD1 VD2
R’3
∞
u s 0, 时u A
u R R R uo 4 （ 2 us s ） 4 us R3 R1 2 2 R3 若R1 R2
Байду номын сангаас
R2 R΄2 + us – R1 ∞
R4 i VD1 VD2 R’3 C ∞
us O t
uA A + ii + + u – + + u΄s + N1 + R + N2 uA 3 uo u΄A O – – – 半波整流器 低通滤波器 uo
O
t t
第二节 调幅式测量电路
VD1 R1 R4 ∞ + VD2 R5 uo
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、调频和调相。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。