03_信号调制解调电路 《测控电路(第3版)》 教学课件

π n
3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.1 调幅原理与方法
(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？ 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。
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：
Ω Ω Ω u s m X 2 m c o s (c ) t m X 2 m c o s (c ) t U x m c o stc o sc t
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
（二）常用相敏检波电路 (1) 乘法器式相敏检波电路
1kΩ
1kΩ
+12V
Kxy
us
x
uo
uc
y
a)原理图
0.1μF 3.3kΩ
200kΩ
51Ω
1kΩ
3.3kΩ
uc us
0.1μF
0.1μF 1kΩ
82
3 6
10 1
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。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
1 A
1 B
2
2
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a) 检出最大值
b) 误差最大情况
检波：两个半周期输出相同
相敏：输出的极性取决于
us与Uc相位关系
3.1 调幅式测量电路
3. 信号调制解调电路
(2)开关式相敏检波电路
3.1.3 相敏检波电路
us R1 R2
R6
Uc
全波检波
Uc
R3
∞ -
O
tO
t
Uc
V1
V2
R4 Uc
+N + R5
uo us O
us tO
t
R1= R2= R3= R4= R5= R6/2, Uc=1 半周期，V1导通、V2截止，增
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3. 信号调制解调电路
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。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.3 相敏检波电路
+
us2
– b
VD1 VD2
C1
R1
RP
d
C2 R2
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(2)开关式相敏检波电路
V1 us
V2 uo
Uc Uc
半波检波
如果us反相， uo反向
uc
O
t
us
O
t
uo
O
tFra Baidu bibliotek
ux
O
t
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(2)开关式相敏检波电路
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 调幅原理与方法
x
O
t a)调制信号
uc
O
b)载波信号 t
us
O
t c) 调幅信号
us(U mm)cxo cts
us
d)双边带调幅信号
O
t
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 调幅原理与方法
相敏检波电路与调幅电路在结构上有哪些相似之处？它们 又有哪些区别？ 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。 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
（一）相敏检波的功用和原理 x
(1)为什么要采用相敏检波？ O
t
包络检波有两个问题：一是 uc
解调是对调幅信号进行半波 O
t
或全波整流，无法鉴别调制 us 信号的相位。 3
O
2
t
uc
us
O
t
11
x us
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3. 信号调制解调电路
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？ 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。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。
us
uo'
O
tO
t
a)
b)
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.1 调幅原理与方法
(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
∞ -+ + N2 uo=us
uo=us
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.2 包络检波电路
线性全波检波电路之三:高输入阻抗线性全波整流电路
a) 电路图 R1
us
R2 VD1
∞ -+ + N1
R3 VD2uA
c）负输入等效电路 R2
R1
us<0
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3. 信号调制解调电路
调制解调的功用与类型 调幅式测量电路 调频式测量电路 调相式测量电路 脉冲调制式测量电路
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3. 信号调制解调电路
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 (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) 。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路
(1)半波精密检波电路
R2
R4
R 2
i
C
R1
+
us
i1
+
u s
–
∞ -
+
+ N1
VD1 VD2
+ +u– u A
A
R3
+
uA
∞ -
+
+ N2
uo
–
–
–
半波整流器
低通滤波器
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3. 信号调制解调电路
全波检波
R
us
R
∞ -+
R
+N
uo
Uc
V
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2020的/10/2放8 大倍数为+1
Uc
Uc
O
tO
t
us
us
O
tO
t
uo
uo
O
tO
t
us与Uc同相
us与Uc反相
∞ -+ + N1
R3 uA
取R1=R2=R3=R4/2，
R4
N1的输出为
-
∞ +
+ N2
uo
uA (1RR12)us 2us
N2的输出为
uo
(1
R4 R3
)us
uA
R4 R3
3us 4us us
R4
uo us
-
∞ +
线性全波检波电路常
+ N2 uo=-us 用作绝对值运算电路
3. 信号调制解调电路
MC149612
4 14 5
10kΩ 20kΩ
∞
R 0.01μF - + C 20kΩ + N
uo
R 10kΩ
F007 200kΩ
910Ω
6.8kΩ C 0.01μF
910Ω
1kΩ 0.1μF
47kΩ
-8V
b)实用电路
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.3 相敏检波电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路
(2) 全波精密检波电路
us
R3 2R3 O
t
R2
R4
R1
+
us –
i1 + u s –
R 2
i
∞ -
+ + N1
VD1
R3
VD2 A R3
u
+ A
+
u
–
–
+ –uA
C
∞ -
+ + N2
us/2 O
uo
uA
t
半波整流器
低通滤波器
O
t
uo
R4 R3
(uA
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？ 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。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.3 相敏检波电路
(3) 相敏检波的基本原理
将输入的调制信号 uxUxm coΩ st乘以幅值为1的载波
Ω 信号 us cosct 就可以得到双边带调幅信号 u s u xco c t s U xc mo tcso c ts
3.1.3 相敏检波电路
(3) 相敏检波的基本原理
Ω Ω Ω u o 1 2 U x m c o st 1 4 U x m [ c o s ( 2c) t c o s ( 2c) t]
利用低通滤波器滤除频率为 2c Ω和 2c Ω的高频信 号后就得到调制信号 UxmcoΩ st ，只是乘上了系数1/2。 这就是说，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。因此， 相敏检波可以用与调制电路相似的电路来实现。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 调幅原理与方法
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。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.1 调幅原理与方法
(3) 用机械或光学的方法实现调制
4
56
3 2
1
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
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。
(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us=(Um+mx)cosωct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
uo O
uo tO
t
益
R6 1
us与Uc同相
us与Uc反相
R2 R3
Uc=0半周期，V1截止、V2导通，增益
R5 (1R6)131 R1R4R5 R3 3
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路 3.1.3 相敏检波电路
(3) 相加式相敏检波电路
a
c
+
us1 T1
–
us
3.1 调幅式测量电路
3.1.2 包络检波电路
a) 电路图 R1
us
R2 VD1
∞ -+ + N1
R3 VD2uA
b）正输入等效电路
R2
R1 us>0
∞
-+ + N1
us
R3
线性全波检波电路之三 R4 高输入阻抗线性全波整流电路
-
∞ +
uo
+ N2
N1跟随器
N2的同相输入端与反相输
R4 入端输入相同信号，得到
us ) 2
uo O
t
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
VD1 R4
us R1
∞ -
VD2
R2
+
+ N1
u1 R5
uo
VD3
∞
R3
+
+ N2
VD4 u2
线性全波检波电路之二
3.1.2 包络检波电路
us
O
t
u1
O
t
u2
O
t
uo
O
t
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3. 信号调制解调电路
若将再乘以 cosct ，就得到
uouscosctU xmcosΩ tcos2ct1 2U xmcosΩ t1 2U xmcosΩ tcos2ct 1 2U xmcosΩ t1 4U xm [cos(2cΩ )tcos(2cΩ )t]
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路