第三章信号调制解调电路

第三章信号调制解调电路3.1调幅式测量电路3.2调频式测量电路3.3调相式测量电路3.4脉冲调制式测量电路★一、调制与解调的重要性调制：将所要传递的信号（低频信号）附加在高频振荡上。用一个信号去控制另一个作为载体的信号。解调：把载波所携带的信号取出来，得到原来的信息。解调就是反调制过程，也叫“检波”。在无线电通信中,为什么不能把代表信息的信号直接发射出去？为什么一定要经过调制？调制和解调的应用举例：无线电广播系统框图a）发射机b）接收机二、调制的方式调制连续波调制：用信号来控制载波的振幅、频率和相位。（调幅、调频、调相）脉冲波调制：先用信号来控制脉冲波的幅度、宽度、位置等，然后再用已调脉冲对载波进行调制。（脉冲幅度、脉宽、脉位、脉冲编码）3.1调幅式测量电路3.1.1调幅原理与方法3.1.1.1调幅信号的一般表达式调幅：载波的振幅随调制信号的变化而变化。是测量中最常用的调制方式。特点：调制方法和解调电路比较简单。载波信号：调制信号：tOuctOtOus调幅信号：3.1.1.1调幅信号的一般表达式tOus调幅信号：ustO双边带调幅信号取什么是频率混叠现象？3.1.1.1调幅信号的一般表达式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？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。载波信号的频率ωc>1000Hz调幅信号放大器的通频带应为900~1100Hz3.1.1.2传感器调制1、交流供电实现调制R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4应变式传感器输出信号的调制2、用机械或光学的方法实现调制123456

光电信号的调制1-被测工件2-调制盘3、5-光栏4-激光器6-光电元件3.1.1.3电路调制1、乘法器调制模拟乘法器通常有两个输入端和一个输出端，它是具有频率变换功能的非线性部件，利用乘法器以实现正常调幅的框图如图所示。Kxy带通滤波器XYUx(t)Uc(t)U01U0b)实用电路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254usux+12Va)原理图2、开关电路调制若V1、V2为理想开关，当Uc为高电平、Uc为低电平时，V1导通，V2截止，输出电压u0=ux；当Uc为低电平、Uc为高电平时，V1截止，V2导通，输出电压u0=0。uxuo=usUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

uxuo=us3、信号相加调制调制信号ux与载波信号uc分别通过变压器T1和T2输入，加到两个起开关作用的二极管VD1、VD2的电压分别为uc+ux和uc-ux。T1+

ux

_

+ux

_+uc

-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号二极管的内阻、电位器RP串接的有效电阻与负载电阻RL折合到T3一次侧的等效电阻之和。3、信号相加调制

就电路形式而言是信号相加，其本质是通过控制开关电路获得乘积项，实现调制。T1+

ux

_

+ux

_+uc

-VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号什么是包络检波？

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。3.1.2包络检波电路3.1调幅式测量电路检波电路的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出调制信号。由于还原后所得的信号与高频调幅信号的包络线变化规律一致，所以又称为“包络检波电路”。检波电路的输入输出波形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，采用适当的单向导电器件取出其上半部波形（截去它的下半部），即可获得图b示半波检波后的信号，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。usOOtta)b)uo'包络检波就是建立在整流的原理基础上的。

用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新的频率分量，然后通过滤波电路，滤除无用的频率分量，取出所需的原调制信号。检波器的组成3.1.2包络检波电路1)二极管检波电路（峰值检波）该电路主要运用了二极管的单向导电性和RC的充放电。3.1.2包络检波电路3.1.2.1二极管与三极管包络检波3.1.2包络检波电路3.1.2.1二极管与三极管包络检波2)基本电路a)二极管检波电路VDRLC2Tius+uo_非线性器件低通滤波器C1+_icVRLC2Tus+_非线性器件低通滤波器uoEcb)晶体管检波电路+_C13.1.2.2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。3.1.2包络检波电路1、半波精密检波电路(1)在输入调幅波的正半周，Ui为正，VD1导通，VD2截止，输出电压U0接近零；(2)在输入调幅波的负半周，Ui为负，VD1截止，VD2导通，输出电压U0＝－Ui；Us>0:VD1导通，VD2截止；Us<0:VD1截止，VD2导通.+–i1CR4uoR1+us–

R2R3VD1VD2半波整流器低通滤波器uA+u–i∞-++N1∞-++N2+––+A2、全波精密检波电路当Ui>0,VD1截止，VD2导通，

，

因R1=R2=R3=R5=2R4,故有U0=Ui；当Ui<0,VD1导通，VD2截止,，

综上所述，+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u΄AAOtuAOtuoOtus线性全波检波电路之一3.1.2.2精密检波电路2、全波精密检波电路uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2线性全波检波电路之二N1为反相放大器N2为跟随器Us>0:VD1、VD4导通，VD2、VD3截止；

U0＝Us3.1.2.2精密检波电路Us<0:VD1、VD4截止，VD2、VD3导通。

U0＝－Usuo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)负输入等效电路usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)电路图uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正输入等效电路高输入阻抗线性全波整流电路3.1.2.2精密检波电路(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。txOtOucOtusustO3usucx12143.1.3相敏检波电路3.1.3.1相敏检波电路的功用和原理(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。usOOtta)b)uo'3.1.3相敏检波电路为了使检波电路具有辨别信号相位和选频的能力，需采用相敏检波电路。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？功能上: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。

结构上:相敏检波电路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。(2)

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

3.1.3相敏检波电路3.1.3.1相敏检波电路的功用和原理1、乘法器构成的相敏检波电路ucusuoxyKxya)原理图b)实用电路us0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

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

+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF0073.1.3.2相乘式相敏检波电路与乘法器调制电路的区别？

2、开关式相敏检波电路uotuoOOtucOtusOtuxOtˊusuoUcV2V1Uc3.1.3.2相乘式相敏检波电路调制信号载波信号双边带调幅信号半波相敏检波输出全波相敏检波输出2、开关式相敏检波电路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，放大倍数为+1。全波检波

输出的极性取决于

us与Uc相位关系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UcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOtusR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUc3.1.3相敏检波电路相加式调幅电路相加式半波相敏检波电路uscaT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+c+––ucu′高频参考信号低频解调信号RL+uo_高频已调信号T1+ux

_+ux

_+uc

-VD1i1VD2i2载波信号T3T2i3RP调制信号低频调制信号3.1.3.3相加式相敏检波电路3.1.3.4精密整流型相敏检波电路CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+us+us–

+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u΄AA精密整流型全波相敏检波电路精密全波检波电路3.1.3.4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。CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+us(1)当Uc为高电平、Uc为低电平时，V1截止，V2导通，N1是反相器，uA为us的反向信号。(2)当Uc为低电平、Uc为高电平时，V1导通，V2截止，输出电压uA=0。相敏检波的基本工作机理：将输入信号与角频率为ωc的单位参考信号相乘，再通过滤波将高频载波信号滤除。

3.1.3.6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滤除载波信号在数学上可以用在载波信号的一个周期内取平均值来表示：如果输入信号中含有高次谐波，设n次谐波为：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3.1.3.6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

对于所有n为偶数的偶次谐波，输出为零，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，即信号的传递系数随谐波增高而衰减。b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc相敏检波电路的选频特性

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。3.1.3.6相敏检波电路的选频与鉴相特性2.相敏检波电路的鉴相特性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。a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO++OuouotO–++–––uotO––3.1.3.6相敏检波电路的选频与鉴相特性2.相敏检波电路的鉴相特性相敏检波电路的鉴相特性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？

相似之处：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。

主要区别：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。

3.1.3.7

相敏检波电路的应用振荡器传感器相敏检波电路

放大器量程切换电路+15VuoVCT1234576RP4-15VRtR1R2R3R4RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P1、调幅电路的解调txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)3.1.3.7相敏检波电路的应用2、对称判别电路33.2调频式测量电路

3.2.1调频原理与方法

3.2.1.1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(wc+mx)t

xtOOtusa)调制信号b)调频信号调频信号的波形为了避免发生频率混叠现象，并且便于解调，要求3.2.1.1调频信号的一般表达式3.2.1.2传感器调制421TNS3测力或压力的振弦式传感器1、膜片2、磁铁3、振弦4、支承3.2.1调频原理与方法

多普勒测速VvPWV>>v

时3.2.1.2传感器调制3.2.1调频原理与方法激光多普勒测速原理：用一束单色激光照射到随流体一起运动的微粒上，测出其散射光相对于入射光的频率偏移，即所谓的多普勒频移，进而确定流体的速度。反射波频率：测速仪

3.2.1.3

电路调制

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。LCTC1C2+Ec电容三点式LC振荡器调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。3.2.2鉴频电路3.2.2.1微分鉴频1、工作原理将调频信号

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。2、微分鉴频电路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分网络包络检波C1usud+r++---3.2.2.1微分鉴频3、窄脉冲鉴频电路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo

放大与电平鉴别器单稳态触发器

低通滤波器usUsUsˊ调频信号窄脉冲输出3.2.2.1微分鉴频3.3调相式测量电路

3.3.1调相原理与方法

3.3.1.1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