第7章信号调制解调电路

2023/2/27.信号调制解调电路《测控电路》教材编写组

精2023/2/27.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

调相式测量电路

调频式测量电路脉冲调制式测量电路2023/2/2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,modulatingsignal

）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（称为已调信号，modulatedsignal）中提取反映被测量值的测量信号，称为解调(Demodulation)

。

3.信号调制解调电路2023/2/2调制解调的功用与类型（3）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。3.信号调制解调电路2023/2/2调制解调的功用与类型理论基础：傅里叶变换的频移特性（调制定理）

3.信号调制解调电路若则信号f(t)与余弦信号cosw0

t相乘后，其频谱是将原来信号频谱向左右搬移w0，幅度减半。调制解调的功用与类型理论基础：傅里叶变换的频移特性（调制定理）

3.信号调制解调电路2023/2/2调制解调的功用与类型(4)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。

3.信号调制解调电路2023/2/2调制解调的功用与类型(5)在非电量测量仪器中广泛使用调制解调技术的原因A、把缓慢变化的低频信号叠加到高频信号上，提高抗干扰的能力，以便于放大和远距离传输；B、某些传感器的变换原理所采用的就是调制技术，要获得测量信号必须进行解调。3.信号调制解调电路2023/2/2调制解调的功用与类型(6)

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Asin(ωt+φ)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(Amplitudemodulation)、调频(Frequencymodulation)和调相(Phasemodulation)

。也可以用脉冲信号作载波信号(参数：周期、脉宽；占空比)。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(Pulsewidthmodulation)

。3.信号调制解调电路2023/2/23.1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

3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法2023/2/23.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路a)调制信号b)载波信号d)双边带调幅信号c)调幅信号3.1.1

调幅原理与方法tttxOOucOusustO2023/2/23.1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：3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法2023/2/23.1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>1000Hz。调幅信号放大器的通频带应为900~1100Hz。3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法a)检出最大值b)误差最大情况2112πnAB3.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路3.信号调制解调电路3.1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？信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，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200Hz。3.1.1

调幅原理与方法2023/2/23.1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。

3.1.1

调幅原理与方法3.信号调制解调电路2023/2/23.1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。3usucx12143.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法txOtOucOtusustO2023/2/23.1调幅式测量电路(2)通过交流供电实现调制R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4应变式传感器输出信号的调制3.1.1

调幅原理与方法3.信号调制解调电路2023/2/23.1调幅式测量电路(2)光调制光调制opticalmodulation：将一个携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为调制器。调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，然后检测出所需要的信息。光调制技术已广泛应用于光通信、测距、光学信息处理、光存储和显示等方面。

3.1.1

调幅原理与方法3.信号调制解调电路2023/2/23.1调幅式测量电路三、电路调制(1)

乘法器调制a)原理图ucuxusxyKxy3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法b)实用电路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254usux+12V2023/2/23.1调幅式测量电路(2)开关电路调制-相乘原理3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法uxuo=usUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

uxuo=us当Uc为高电平，为低电平时，V1导通、V2截止，若V1、V2为理想开关，输出电压。当Uc为低电平，为高电平时，V1截止、V2导通，输出电压为零，其波形如上图所示。经过调制，输入信号与幅值按0、1变化的载波信号相乘。2023/2/23.1调幅式测量电路(3)信号相加调制3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法

在线性电路中，二个不同频率的信号与相加，不会得到第三个频率的信号，从而也不能进行调制。为了获得频率变换，必须在电路中加入非线性器件。相加调制中，ux=UxmcosΩt与uc=Ucmcosωt相加减后加到开关上，故称为相加型调幅电路。Uxm>>Ucm采用二个开关二极管VD1、VD2来进行二路调制。uVD1=uc+ux;uVD2=uc-ux;两个载波电流以相反方向通过输出变压器T3的一次侧，使uc影响得以消除。这种电路常称为平衡调幅电路。其中K(ωct)为角频率为ωc的脉冲信号；r为二极管内阻、RP串接的有效电阻及RL折合到T3一次侧的等效电阻之和。2023/2/23.1调幅式测量电路(3)信号相加调制3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法n3为变压器T3的电压比。i3滤去ux基频、uc的高次谐波分量，可得。3.1调幅式测量电路(3)信号调制的频域理解3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法若以高频余弦信号（余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线）作载波，把信号x(t)和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至载波频率f0处，其幅值减半。3.1调幅式测量电路信号解调的频域理解3.信号调制解调电路3.1.1

调幅原理与方法若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“平移”，其结果如下图所示。若用一个低通滤波器滤去中心频率为2f0的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱（只是其幅值减小为一半，这可用放大处理来补偿），这一过程称为同步解调。2023/2/23.1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。3.信号调制解调电路2023/2/23.1调幅式测量电路包络检波的基本工作原理是什么？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。3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路usOOtta)b)uo'2023/2/23.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路usuo'OOtta)b)(c)峰值检波波形(d)平均值检波波形(a)输入调幅波(b)不接滤波器时检波波形2023/2/23.1调幅式测量电路（一）二极管与三极管包络检波

(1)基本电路a)二极管检波电路VDRLC2Ti+us_+uo_非线性器件低通滤波器C1VRLC2Tic+us_+_非线性器件低通滤波器uoEcLC谐振回路滤波b)晶体管检波电路3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路低通滤波器：2023/2/23.1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。3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路2023/2/23.1调幅式测量电路3.1.2包络检波电路3.信号调制解调电路(1)半波精密检波电路+–i1CR4uoR1+us–

R2R3VD1VD2半波整流器低通滤波器uA+u–i∞-++N1∞-++N2+––+A2023/2/23.1调幅式测量电路(2)全波精密检波电路3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路OtuAOtuoOtusOtus/2+us–

半波整流器低通滤波器+–i1CR4uoR1R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–A3R¢2023/2/23.1调幅式测量电路线性全波检波电路之二3.1.2包络检波电路3.信号调制解调电路Otu2OtuoOtu1OtusuoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2u1u22023/2/23.1调幅式测量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3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路a)电路图usuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2uob）正输入等效电路R2uo=usus>0usR1R3R4∞-++N1∞-++N2N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到uo=us

N1跟随器3.信号调制解调电路3.1.2包络检波电路3.1调幅式测量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取R1=R2=R3=R4/2，N1的输出为

N2的输出为

线性全波检波电路常用作绝对值运算电路c）负输入等效电路a)电路图usuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2uoR2uo=-usus<0uAR1R3R4∞-++N1∞-++N23.1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。3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路（一）相敏检波的功用和原理txOtOucOtusustO3usucx12143.1.3相敏检波电路3.信号调制解调电路3.1调幅式测量电路(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。usOOtta)b)uo'（一）相敏检波的功用和原理2023/2/23.1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.信号调制解调电路2023/2/23.1调幅式测量电路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。3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路2023/2/23.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路相敏检波电路又称为同步解调。低通滤波器将频率为2f0的高频信号滤去，则得到。“同步”指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。

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乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边带调幅信号

若将再乘以，就得到

2023/2/23.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路(3)

相敏检波的基本原理利用低通滤波器滤除频率为和的高频信号后就得到调制信号，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。2023/2/23.1调幅式测量电路（二）常用相敏检波电路

(1)

乘法器式相敏检波电路3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路ucusuoxyKxya)原理图b)实用电路us0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF

+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF0073.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。2023/2/23.1调幅式测量电路(2)开关式相敏检波电路3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路V1usuoUcV2Uc半波检波如果us反相，uo反向tuoOusOtuxOtucOt(2)开关式相敏检波电路3.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路uousUcRVRR∞-++NUcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOtus与Uc同相us与Uc反相在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

全波检波检波：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2023/2/23.1调幅式测量电路usR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUc3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路us与Uc同相us与Uc反相R1=R2=R3=R4=R5=R6/2,Uc=1半周期，V1导通、V2截止，增益Uc=0半周期，V1截止、V2导通，增益(2)开关式相敏检波电路uo全波检波UcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOt2023/2/23.1调幅式测量电路(4)精密整流型相敏检波电路在精密整流型包络检波电路中开关器件是二极管，它的通断由N1的输出极性决定，与Uc和us之间的相位关系无关。在精密整流型相敏检波电路中开关器件是场效应开关管，它的通断由Uc的极性决定，输出的极性与Uc和us之间的相位关系相关。3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+usOtuAOtuoOtusOtus/2OtuAOtuoOtusOtus/2Uc与us同相Uc与us反相3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路2023/2/23.1调幅式测量电路（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性

(1)

相敏检波电路的选频特性什么是相敏检波电路的选频特性？相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,5等各奇次谐波，输出信号被抑制或幅值相应衰减为基波的1/n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。

3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路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（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性

(1)

相敏检波电路的选频特性相敏检波的工作机理是将输入信号与频率为的单位参考信号相乘，再通过滤波将高频载波信号滤除。滤波可以用在载波信号的一个周期内取平均值表示对于n次谐波分量只要。在实用的相敏检波电路中，常采用方波信号作参考信号。这时输入信号与归一化的方波载波信号相乘。输出电压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（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性

(1)

相敏检波电路的选频特性它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1、3、5等各次谐波，输出信号的幅值相应为、、等。、、2023/2/23.1调幅式测量电路3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路(1)相敏检波电路的选频特性b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc2023/2/23.1调幅式测量电路(2)相敏检波电路的鉴相特性如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压即输出信号随相位差的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。

3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路2023/2/23.1调幅式测量电路a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO++OuouotO–++–––uotO––3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路(2)相敏检波电路的鉴相特性

2023/2/23.1调幅式测量电路b)c)3.信号调制解调电路3.1.3相敏检波电路（四）相敏检波电路的应用a)x213txtOtOtxΦ,uOOΦ,u2023/2/23.2调频式测量电路3.2.1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：3.信号调制解调电路2023/2/23.2调频式测量电路xtOOtusa)调制信号b)调频信号调频信号的波形3.信号调制解调电路3.2.1调频原理与方法特点：（1）调频波的频率随缓变信号的幅值而变化，其频谱结构很复杂。（2）经过调频的信号，其信息储存在频率中，不易错乱或失真，抗干扰能力很强，便于远距离传输以及数字处理。2023/2/23.2调频式测量电路（二）传感器调制213测力或压力的振弦式传感器3.信号调制解调电路3.2.1调频原理与方法4TNS

多普勒测速3.2.1调频原理与方法3.信号调制解调电路3.2调频式测量电路（二）传感器调制VvPWV>>v

时2023/2/23.2调频式测量电路（三）电路调制(1)

电容三点式LC振荡器调频电路3.信号调制解调电路3.2.1调频原理与方法LCTC1C2+Ec图中CT为电容传感器电容，它随被测参数变化。Cg的变化使振荡器输出频率变化，从而实现调频。同样可以采用电感传感器的电感作为振荡器的L，实现调频。2023/2/23.2调频式测量电路uo∞-++NCR3R1RRPR4VSR2+FUr-FUruuouc+Ur-UrOtT2T1T0a)b)3.信号调制解调电路（三）电路调制(2)多谐振荡器调频电路3.2.1调频原理与方法只要能用调制信号去控制产生载波信号的振荡器频率，就可以实现调频。载波信号可以用LC、RC或多谐振荡器产生，只要让决定其频率的某个参数，如电感L、电阻R或电容C随调制信号变化，就可以实现调频。2023/2/23.2调频式测量电路3.2.2鉴频电路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频率解调或鉴频。（一）微分鉴频将调频信号

对t求导数得到

这一调频调幅信号。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

。3.信号调制解调电路2023/2/23.2调频式测量电路微分鉴频电路3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路微分网络包络检波器C1r+-+-+-udusC1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分电路中为了正确微分：因此灵敏度较低。2023/2/23.2调频式测量电路窄脉冲鉴频电路F/V变换电路3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大与电平鉴别器单稳态触发器低通滤波器usUsUsˊ2023/2/23.2调频式测量电路（二）斜率鉴频3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路将一个调频信号送到一个具有变化的幅频特性网络，就可以得到调频调幅信号。鉴频网络的幅频特性斜率越大，同样大小的频率变化引起的幅值变化越大，幅值调制度越大，鉴频的灵敏度越高。2023/2/23.2调频式测量电路（二）斜率鉴频3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路（1）单失谐回路斜率鉴频器单失谐回路斜率鉴频器由单失谐回路和二极管包络检波器组成。在输入调频波的情况下，所谓失谐是指谐振回路与调频波的载波失谐。2023/2/23.2调频式测量电路（二）斜率鉴频3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路usus1us2fo1fo2RLRLuo1uo2VD2VD1TC1C2uo（2）双失谐回路斜率鉴频器:

为了扩展鉴频特性的线性范围，实用的斜率鉴频器常常采用两个单失谐回路构成的平衡电路。由于上下两个回路的幅频特性相互补偿，因而使双失谐回路斜率鉴频器的失真减小。2023/2/23.2调频式测量电路（二）斜率鉴频3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路usus1us2fo1fo2RLRLuo1uo2VD2VD1TC1C2uoc)d)e)f)usUsmus1us2uoOOOOttttuo1-uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm调频波瞬时频率变化Ωtff2023/2/23.2调频式测量电路（三）数字式频率计3.信号调制解调电路3.2.2

鉴频电路基于频率测量法难以测量瞬时频率，采用测量周期法CPusUU′计数器锁存器清零DG&SRQDZDS前沿后沿后沿调频信号us经整形器成为方波U，经单稳形成窄脉冲u’。u’后沿使RS翻为1，计数器清零，启动计数；下一个u’前沿锁存。(1)非线性；(2)要求CP频率很高。先用拍频电路求它们的差拍，然后用频率计测量差拍信号的频率。

3.信号调制解调电路3.2调频式测量电路3.2.2

鉴频电路（三）数字式频率计拍频电路调频信号基准信号差拍信号频率计输出2023/2/23.3调相式测量电路3.3.1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：3.信号调制解调电路2023/2/23.3调相式测量电路a)b)c)txOttucusOO3.信号调制解调电路3.3.1调相原理与方法

（一）调相信号的一般表达式调相与调频的关系调相信号的频率也在变化，调相信号的瞬时频率多普勒测速系统中，对于速度是调频信号对于位移是调相信号3.信号调制解调电路3.3调相式测量电路3.3.1调相原理与方法

VvPW2023/2/23.3调相式测量电路（三）电路调制

(1)调相电桥3.信号调制解调电路3.3.1调相原理与方法

OURUCUsUUCURUTRCUs∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-2023/2/23.3调相式测量电路(2)脉冲采样式调相电路U0门限检测电路脉冲发生器载波频率锯齿波发生器输出调相脉冲ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU03.信号调制解调电路3.3.1调相原理与方法

（三）电路调制

2023/2/23.3调相式测量电路(2)脉冲采样式调相电路3.信号调制解调电路3.3.1调相原理与方法

（三）电路调制

2023/2/23.3调相式测量电路3.3.2鉴相电路鉴相就是从调相信号中将反映被测量变化的调制信号检出来，实现调相信号的解调，又称为相位检波。（一）用相敏检波器或乘法器鉴相(1)

乘法器鉴相ucusuoxyKxyN3.信号调制解调电路在附近，有较高的灵敏度与较好的线性。输出信号同时受调相信号与参考信号幅值的影响。3.信号调制解调电路3.3调相式测量电路3.3.2鉴相电路(2)用开关式相敏检波电路鉴相usUcRVRR∞-++NuotustUcOtOOtt输出信号与cos成正比输出信号同时受调相信号幅值的影响。2023/2/23.3调相式测量电路（二）通过相位—脉宽变换鉴相

(1)异或门鉴相a)UCUSDG1=1Uob)UcUsOOtuotUotOBd)c)CPUs计数器锁存器延时时钟脉冲DG2Uo锁存指令清零UcDG1=1&N-2-0N,uo23.信号调制解调电路3.3.2鉴相电路2023/2/23.3调相式测量电路(2)RS触发器鉴相c)a)N,uoφ0π2π21b)ttttOOBQUsUcuoOOtOQQSR3.信号调制解调电路3.3.2鉴相电路2023/2/23.3调相式测量电路（三）脉冲采样式鉴相3.信号调制解调电路3.3.2鉴相电路uo单稳锯齿波发生器采样保持滤波器Uc′ujUcUs′u′e)a)b)c)d)tOU’cOttOU’stOujtOu’uo2023/2/23.3调相式测量电路各种鉴相方法比较（精度、误差因素、鉴相范围）影响鉴相误差的主要因素有：非线性、信号幅值、占空比、逻辑电路与时钟脉冲频率等。相敏检波器或乘法器鉴相原理上有非线性，信号幅值影响鉴相误差。鉴相范围为0

。通过相位—脉宽变换鉴相时门电路的动作时间与时钟脉冲频率误差对精度有影响，但一般误差较小。异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。鉴相范围为0。3.信号调制解调电路3.3.2鉴相电路3.信号调制解调电路3.3调相式测量电路3.3.2鉴相电路各种鉴相方法比较（精度、误差因素、鉴相范围）

RS触发器鉴相精度最高，线性好，对Us和Uc的占空比没有要求。鉴相范围接近2。脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。鉴相范围接近2。第四节集成锁相环

集成锁相环（简称锁相环）是一个根据相位差进行控制的闭环系统。两个突出特点：1、窄频带的良好滤波特性2、宽频带的信号跟踪特性。锁相环的构成：由鉴相器（PhaseDetector）、环路滤波器(LoopFilter)和压控振荡器(VoltageControlOscillator)三部分基本电路组成的一个闭环反馈系统第四节集成锁相环锁相环的鉴相功能将输入信号ui(t)的相位与压控振荡器的输出信号u0(t)的相位进行比较，将两者的相位差通过PD变换成与之成比例的输出电压uD(t)。当输入电压为零时，环路滤波器就没有输出电压，压控振荡器输出处于频率为的自由振荡状态。第四节集成锁相环锁相环的特点(1)可以实现理想的频率控制(2)良好的窄频带滤波特性(3)宽频带的信号跟踪特性(4)集成锁相环路体积小、成本低、可靠性高、功能多、应用方便。第四节集成锁相环锁相环的应用范围①遥控和遥测、雷达、导航、仪表测量、通信等系统的解调与调制技术。②频率合成。由于压控振荡器能产生高稳定度和