相敏检波——专题

1、1专题：相敏检波专题：相敏检波21 、调制解调的功用与类型（1）在检测系统中为什么要采用信号调制？）在检测系统中为什么要采用信号调制？ 在检测系统中，进入检测电路的除了传感器在检测系统中，进入检测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检测电路的一项重要任噪声的信号中分离出来是检测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赋予一定特征，这就

2、是调制的主要功用。3（2）什么是信号调制？）什么是信号调制？ 调制调制就是用一个信号就是用一个信号(测量信号测量信号)（称为调制信号（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）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号），让后者（载波信号）的某一特征参数按前者），让后者（载波信号）的某一特征参数按前者（调制信号）变化。（调制信号）变化。 （3）什么是解调？）什么是解调？ 在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放在将测量信号调制，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，这一过程称为被测量值的测量信号，这

3、一过程称为解调解调。4调制解调电路的作用：调制解调电路的作用：12/25/20215（4）调制信号、载波信号、已调信号）调制信号、载波信号、已调信号v调制是给测量信号赋予一定特征，这个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。常以一个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号高频正弦信号或或脉冲信号脉冲信号作为载体，这作为载体，这个载体称为个载体称为载波信号。载波信号。载波信号载波信号)2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t6v用来改变载波信号的某一参数，如幅值、用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为频率、相位的信号称为调制信号调制信号。v

4、在检测系统中，通常就用在检测系统中，通常就用测量信号作调制测量信号作调制信号信号。经过调制的载波信号叫。经过调制的载波信号叫已调信号已调信号。调制信号调制信号x(t)x(t)0 0t t78a) a) 幅度调制幅度调制(AM)(AM)( )*( )cos(2)tAtx tyfb) b) 频率调制频率调制(FM)(FM)0( )cos()*2 ( )fy tAttxc) c) 相位调制相位调制(PM(PM)0( )cos( )*2)y tAftx t9载波信号：载波信号：由一列占空比不同的矩形脉冲构成由一列占空比不同的矩形脉冲构成。脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路：1000( )* ( )cos

5、(2)y tAx tf t缓变信号缓变信号调制调制高频信号高频信号放大放大放大高放大高频信号频信号解调解调放大缓放大缓变信号变信号v调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变使载波信号幅值随测试信号的变化而变化化而变化（1 1）调制原理）调制原理2 、幅度调制与解调12/25/202111幅度调制与解调过程（波形分析）幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器X(t)Y(t)X m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器Y(t)x(t)12 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号先将微弱的缓变信号加载到高

6、频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。信号。 例：交流电桥例：交流电桥VinVoR1R3R2R4max0cos2UUf tmax0cos2UUf t幅度调制实例13 应变电阻的电阻变化量和被测外力引起的应变应变电阻的电阻变化量和被测外力引起的应变 之间之间的关系为：的关系为：式中，式中，S：应变片的灵敏度系数；：应变片的灵敏度系数； R：应变片初始电阻值。：应变片初始电阻值。所以有：所以有： 上式表明，载波信号上式表明，载波信号 经电桥调幅后，输出的信号经电桥调幅后

7、，输出的信号 幅值为幅值为 ，即余弦载波信号的幅值被应变，即余弦载波信号的幅值被应变 所所调制。而且随着调制信号调制。而且随着调制信号 正负半周的改变，调幅波的正负半周的改变，调幅波的相位也随着改变：当调制信号相位也随着改变：当调制信号 为正时，调幅波与载波为正时，调幅波与载波同相；当同相；当 为负时，调幅波与载波反相。为负时，调幅波与载波反相。 ( ) t( )RStRmax0.25( )SUt( ) t( ) t( ) t( ) t0max01( )cos24USUtf t&U&0U&12/25/202114（2 2） 解调原理解调原理解调器不仅解调器不仅能将交流输

8、能将交流输入电压变成入电压变成与其幅值成与其幅值成正比的直流正比的直流电压信号，电压信号，而且还能反而且还能反映交流输入映交流输入电压的相位电压的相位变化。变化。 12/25/202115a). a). 包络检波包络检波 v从已调信号中检出调制信号的过程称为解解调调或检波检波。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包络检波。12/25/20211612/25/202117b). 相敏检波相敏检波 包络检波有两个问题：包络检波有两个问题：v一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或一是解调

9、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全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。的相位。v二是包络检波电路本身不具有区分不同载波频二是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，都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说这就是说它不具有鉴别信号的能力它不具有鉴别信号的能力。为了使检。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需抗干扰能力，需采用相敏检波电路采用相敏检波电路。v相敏检

10、波电路是具有相敏检波电路是具有鉴相和选频鉴相和选频能力的检波电能力的检波电路。路。12/25/20211812/25/202119相敏检波与包络检波的主要区别相敏检波与包络检波的主要区别v相敏检波电路能够相敏检波电路能够鉴别调制信号相位鉴别调制信号相位，从而，从而判别被测量变化的方向。判别被测量变化的方向。v相敏检波电路具有相敏检波电路具有选频选频的能力，从而提高测的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。控系统的抗干扰能力。v从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入输入一个参考信号一个参考

11、信号。有了参考信号就可以用它来。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。鉴别输入信号的相位和频率。N2N2为过零比较器，载为过零比较器，载波信号波信号 经过经过N2N2后转换为方波信号后转换为方波信号 。D D为开关二极管，为开关二极管，将将N2N2输出的方波信号输出的方波信号 加在场效应管加在场效应管G G上。上。20波相敏检波电路例实例v当当 时时,G,G截止，截止，N1N1同相端高电平，调幅波同相端高电平，调幅波 从从N1N1同相端和反相端同相端和反相端同时输入，同时输入，N1N1的放大倍数为：的放大倍数为： 输出信号输出信号 波形是一个幅值与被调制信号波形是一个幅值与被调制信

12、号 相同，位于正半周的波形。相同，位于正半周的波形。v当当 时，时，G G导通，导通，N1N1同相端接地，为同相端接地，为低低电平，调幅波电平，调幅波 从从N1N1反相端输反相端输入，入，N1N1的放大倍数为：的放大倍数为： 输出信号输出信号 波形是一个幅值与被调制信号波形是一个幅值与被调制信号 相反且略大的，位于正相反且略大的，位于正半周的波形。半周的波形。( )cu t( )u t( )u t13511.730WVRAR 13411WWVRRARR ( )0u t ( )mxt0( )x t( )u t( )0u t ( )mxt( )u t0( )x t12/25/2021213、频率调

13、制与解调 调频调频就是用调制信号就是用调制信号x去控制高频载波信号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率按调制信号x的线性函数变化。的线性函数变化。 调频信号调频信号us的的一般表达式一般表达式可写为：可写为： us=Umcos(wc+mx)txtOOtusa) 调制信号b) 调频信号12/25/202122 对调频信号实现解调，从调频信号中对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被测量变化的调制信号称为检出反映被测量变化的调制信号称为频频率解调率解调或或鉴频鉴频。 方法：方法： 将调频信号将调频信号us=Umcos(wc+mx)t 对对t求求导数得到导数得到-Um (wc+mx)sin(wc+mx)t这这一一调调频调幅信号。利用包络检波检出其幅值频调幅信号。利用包络检波检出其幅值变化，即可得到含有调制信号的信息变化，即可得到含有调制信号的信息 Um (wc+mx)。12/25/2021234、相位调制与解调 调相调相就是用调制信号就是用调制信号x去控制高频载波信号去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即