《信号调制解调》PPT课件.ppt

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1、第三章第三章信号调制解调电路信号调制解调电路第一节第一节调制解调的功用与类型调制解调的功用与类型1、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（称为调制信号）去就是用一个信号（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），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。让后者的某一特征参数按前者变化。2、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，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，这一过程称为反映被测量值的测量信号，这一

2、过程称为解调解调。图图1-4调幅信号调幅信号c)ustuctb)a)O xtxO xO什么是信号调制？什么是信号调制？第一节第一节调制解调的功用与类型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

3、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测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。用。第一节第一节调制解调的功用与类型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，分别称为个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅调幅(AM)、调频、调频(FM)和调相和调相(PM)。也可以用脉冲。也可以用脉冲信号作载波信号。可

4、以对脉冲信号的不同特征参信号作载波信号。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，数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为称为脉冲调宽脉冲调宽。第一节第一节调制解调的功用与类型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？、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，这个载体称为号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信载波信号号。用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频用来改变载波信

5、号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为率、相位的信号称为调制信号调制信号。在测控系统中，通常就用测量信号作调制信在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫号。经过调制的载波信号叫已调信号已调信号。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路一、调幅原理与方法一、调幅原理与方法（一一）调幅波的一般数学表达式调幅波的一般数学表达式1、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式、什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式.调幅调幅就是用调制信号就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅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值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制

6、信号制信号x的线性函数变化。的线性函数变化。调幅信号的调幅信号的一般表达式一般表达式可写为：可写为：us=(Um+mx)coswct m 为调制度为调制度c)ustuctb)a)O xtxO xOc)ustuctb)a)O xtxO xOUm0Um=0第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路2、调幅波的频谱、调幅波的频谱假假设设调调制制信信号号x是是角角频频率率为为的的余余弦弦信信号号x=Xmcost，则调幅信号可写为：，则调幅信号可写为：us=Umcosct+mXmcos(c+)t+mXmcos(c-)t/2 它包含三个不同频率的信号它包含三个不同频率的信号:一一个个是是角角频频率率为为c的

7、的载载波波信信号号，其其幅幅值值是是Um，和和角角频频率率分分别别为为c，幅幅值值为为mXm/2的的两两个个分分量。量。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路 txOtOucusa)调制信调制信号号b)载波信载波信号号Otc)双边带调双边带调幅信号幅信号 c c-c c+第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路我我们们知知道道，信信号号的的时时域域相相乘乘等等于于频频域域卷卷积积。即即x(t).y(t)x(f)*y(f)卷卷积积的的结结果果就就产产生生了了频频谱谱搬搬移移，即即从从低低频频搬移到了载频的两侧。搬移到了载频的两侧。所所以以，调调幅幅过过程程也也是是一一个个频频率率搬搬移移或或频

8、频率率变换的过程。变换的过程。调幅波的带宽为：调幅波的带宽为：BW=2。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路3、何谓双边带调幅？画出波形、何谓双边带调幅？画出波形载载波波信信号号中中不不含含调调制制信信号号x的的信信息息，因因此此可可以以取取Um=0，只只保保留留两两个个边边频频信信号号。这这种种调调制制称称为为双双边边带带调调制制。其其数学表达式数学表达式为：为：us=Uxmcostcosct双边带调制可以用调制信号与载波信号相乘来实现双边带调制可以用调制信号与载波信号相乘来实现 如如果果调调制制信信号号是是一一个个复复杂杂的的信信号号，则则已已调调信信号号频频谱谱将出现下边带和上边带。

9、此时带宽应为将出现下边带和上边带。此时带宽应为BW=2m -mm c-mc c+m 2m第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路4、在在测测控控系系统统中中被被测测信信号号的的变变化化频频率率为为0100Hz，应应怎怎样样选选取取载载波波信信号号的的频频率率？应应怎怎样样选选取取调调幅幅信信号号放放大大器器的通频带？信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？的通频带？信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？为为了了正正确确进进行行信信号号调调制制必必须须要要求求c，通通常常至至少少要要求求c10。这这样样，解解调调时时滤滤波波器器能能较较好好地地将将调调制制信信号号与与载载波波信信号号分分开开，检检出出

10、调调制制信信号号。若若被被测测信信号号的的变变化化频频率率为为0100Hz，则则载载波波信信号号的的频频率率c1000Hz。调调幅幅信信号号放放大大器器的的通通频频带带应应为为9001100Hz。信信号号解解调调后后，滤滤波波器器的的通通频频带带应应100Hz，即即让让0100Hz的的信信号号顺顺利利通通过过，而而将将900Hz以以上上的的信信号号抑抑制制，可可选选通通频频带为带为200Hz。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路5、调幅波的功率、调幅波的功率载波功率载波功率=(Ucm)2/2边频功率边频功率=2*1/2*（mXm/2）2=(MUcm)2/4可见，在可见，在AM调制中，载波功

11、率占了总功率调制中，载波功率占了总功率的相当大的一部分。当的相当大的一部分。当M=1时，边频功率也只时，边频功率也只有载波频率的有载波频率的50%。实际上。实际上。M一般为一般为0.30.5。而有用信息仅包含在边频之中，所以，从而有用信息仅包含在边频之中，所以，从功率角度看，功率角度看，AM调制是很不经济的。调制是很不经济的。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路6、实现、实现AM调幅的方案调幅的方案xUmcosctuscosctx增益增益=Umus第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路（二）传感器调制（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为什么在测控系统中常常在传感器

12、中进行信号调制？号调制？为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一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形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。进行调制。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路2、通过交流供电实现调制、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如，电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。器。R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4应变式传感器输出信号的调制应变式传感器输出信号的调制 第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路3、用机械或光学的方法实现调制、用机械或光学的方法实现调制1234567第二节

13、第二节调幅式测量电路调幅式测量电路（三）电路调制（三）电路调制1、乘法器调制、乘法器调制MC1496a)a)原理图原理图ucuxuoxyKxyb)b)实用电路实用电路-8V-8V47k47k0.1F0.1F1k1k0.1F0.1F51517507501414 10 10 1 16 61k1k3 38 8MC1496MC14961k1k3.3k3.3k3.3k3.3k7507501k1k680k680k20F20F20F20Fu uc c1k1k0.1F0.1F2 212125 54 4u uo ou ux x+12V+12V第二节 调幅式测量电路2、开关电路调制、开关电路调制uxuoUcV2V

14、1Uc uotO Uc OttO ux第二节 调幅式测量电路3、信号相加调制、信号相加调制T1+ux -+ux -+uc -VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号第二节 调幅式测量电路二、包络检波电路二、包络检波电路什么是包络检波？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解调调或检检波波。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。第二节 调幅式测量电路包络检波的基本工作原理是什么？包络检波的基本工作原理是什么？由图可见，只要从图由图可见，只要

15、从图a所示的调幅信号中，截去它的下半所示的调幅信号中，截去它的下半部，即可获得图部，即可获得图b所示半波检波后的信号所示半波检波后的信号(经全波检波经全波检波或截去它的上半部也可或截去它的上半部也可)，再经低通滤波，滤除高频信，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。是建立在整流的原理基础上的。usuoOOtta)b)第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路（一）二极管与三极管包络检波（一）二极管与三极管包络检波1、基本电路、基本电路VDRLC2Ti+us_+uo_非线性非线性 器件器件 低

16、通低通滤波器滤波器C1a)二极管检波路二极管检波路C1VRLC2Tic+us_+_非线性非线性 器件器件 低通低通滤波器滤波器uoEcb)晶体管检波电路晶体管检波电路第二节 调幅式测量电路2、峰值检波与平均值检波、峰值检波与平均值检波a)二极管二极管iiUsmctctuuo0us=usmcosct0imax/2/20uo0tctb)晶体管晶体管i0ube0Usmus=usmcoscti0Icicmaxctuo0t第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路（二）精密检波电路（二）精密检波电路为什么要采用精密检波电路？为什么要采用精密检波电路？二极管二极管VD和晶体管和晶体管V都有一定死区电压，即二

17、极都有一定死区电压，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。二极值时才导通，它们的特性也是一根曲线。二极管管VD和晶体管和晶体管V的特性偏离理想特性会给检波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，常需采用带来误差。为了提高检波精度，常需采用精密精密检波电路检波电路，它又称为，它又称为线性检波电路线性检波电路。第二节 调幅式测量电路1、半波精密检波电路、半波精密检波电路+us 半波整流器半波整流器低通滤波器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA

18、第二节 调幅式测量电路2、全波精密检波电路、全波精密检波电路+us 半波整流器半波整流器低通滤波器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2R3+uA+uAAOtuAOtuoOtus线性全波检波电路之一线性全波检波电路之一第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路 uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2线性全波检波电路之二u us s00，二极管，二极管V VD1D1，V VD4D4导通，导通，V VD2D2，V VD3D3截止，截止，u uO Ou us s;u us s00usR2R1R3R4us-+N1-+N2b）正输入

19、等效电路）正输入等效电路线性全波检波电路之三线性全波检波电路之三高输入阻抗线性全波整流电路高输入阻抗线性全波整流电路u us s00，二极管，二极管V VD1D1导通，导通，V VD2D2截止截止；uo=-usus0uAR2R1R3R4us-+N1-+N2c)负输入等效电路负输入等效电路usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1R2-+N2线性全波检波电路之三线性全波检波电路之三高输入阻抗线性全波整流电路高输入阻抗线性全波整流电路U Us s00，二极管，二极管V VD1D1截止，截止，V VD2D2导通；导通；取R1=R2=R3=R4/2uo=|us|第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电

20、路三、相敏检波电路三、相敏检波电路（一）相敏检波的功用和原理（一）相敏检波的功用和原理1、什么是相敏检波电路？、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。力的检波电路。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路2、为什么要采用相敏检波？、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，幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位别调制信号的相位。第二，包络检波电路本身不具有。第二，包络检波电路本身

21、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，的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它这就是说它不具有鉴别信号的能力不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路。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，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。需采用相敏检波电路。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、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？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

22、在功能上的主要区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。就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。第二节

23、 调幅式测量电路4、相敏检波电路与调幅电路在结构上有哪些相、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？似之处？它们又有哪些区别？将调制信号将调制信号ux乘以幅值为乘以幅值为1的载波信号就可以得到双的载波信号就可以得到双边带调幅信号边带调幅信号us，将双边带调幅信号，将双边带调幅信号us再乘以载波信再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。这就是相。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。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

24、乘，输出为频载波信号相乘，输出为高频高频调幅信号；而相敏检波调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出输出低频低频解调信号。这使它们的输入、输出耦合回路解调信号。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。与滤波器的结构和参数不同。us=Uxmcost cosct相敏检波可以用与调制电路相似的电路来实现。相敏检波可以用与调制电路相似的电路来实现。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路（二）常用相敏检波电路（二）常用相敏检波电路1、乘法器式相敏检波电路、乘法器式相敏检波电路ucusuoxyKxyN0.1F47k

25、0.1F1k0.1F51910 -8V14 10 161k38MC14961k3.3k3.3k9101k6.8k0.1Fuc1k0.01F+12V+12V21254uo-+N20k20k10k10k200kRCRC0.01F200kF007us第二节 调幅式测量电路2、开关式相敏检波电路、开关式相敏检波电路tuoOuoOtucOtusOtuxOtusuoUcV2V1Uc半波相敏检波电路优点：具有鉴相功能缺点：脉动较大，精度低2、全波相敏检波电路uousUcRVRR-+Na)UcOtusOtuoOtc)Uc“1”“1”，场效应管，场效应管V V导通，导通，u uO O-u us s;Uc“0”“

26、0”，场效应管，场效应管V V截止，截止，u uO OU+(1+R/R)-R/R U-=U+(1+R/R)-R/R U-=u us s;Us和和Uc同相时，同相时，uO0，具有鉴相作用。具有鉴相作用。2、全波相敏检波电路uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2-+NUcb)UcOtuoOtusOtd)Uc“1”“1”，场效应管，场效应管V V1 1导通，导通，V V2 2截止截止，u uO O-R-R6 6/（R R2 2R R3 3）-u us s;Us和和Uc同相时，同相时，uO0，具有鉴相作用。具有鉴相作用。Uc“0”“0”，场效应管，场效应管V V1 1截止，截止，V V2 2导通

27、，导通，4 4、精密整流型相敏检波电路、精密整流型相敏检波电路CR4uoR1R2R2R3Uc-+N1-+N2R3V1V2uAUcusUcUc为正，场效应管为正，场效应管V V1 1截止，截止，V V2 2导通；导通；Uc为负，为负，UA=0；取R1R2R3R42R3UcOtuoOtusOtd)Us和和Uc反反相时，相时，uO0，具有鉴相作用。具有鉴相作用。第二节 调幅式测量电路3、相加式相敏检波电路、相加式相敏检波电路causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+edbus2+uc+相加式半波相敏检波电路之一相加式半波相敏检波电路之一T1+ux -+ux -+uc -VD1i1V

28、D2i2载波信号载波信号T3T2RLi3+uo_RP调调制制信信号号相加式调幅电路相加式调幅电路（自学）3、相加式相敏检波电路、相加式相敏检波电路b)a)usustOuotO+UctOuotO+tO+tUcO+第二节 调幅式测量电路 uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+VD3+_uc1uc2usR3C0+ucTRPR1VD1+VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5PC0+ucT相加式半波相敏检波电路之二相加式半波相敏检波电路之二uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+T2ucVD

29、1T2R1+VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2Pus1+usT1i2-i1R5_ucucVD4T1R4+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2Pus2+R5_i4-i3us相加式全波相敏检波电路相加式全波相敏检波电路第二节 调幅式测量电路5、脉冲箝位式相敏检波电路、脉冲箝位式相敏检波电路ttuottttttR2R1CVusuoUc-+NUcDsAuA,uousOOuAUcOUcOuA,uousOOuAuoUcOUcO（自学）第二节 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、相敏检波电路的选频特性相敏检波电路的工作原理相敏检波电路的工作原理相敏检波电

30、路的数学表达式相敏检波电路的数学表达式相敏检波电路具有抑制各种高次谐波的能力相敏检波电路具有抑制各种高次谐波的能力（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性1 1、相敏检波电路的选频特性、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一个周期内取平均值来表示。这样对于调幅信号的相敏检波可表示为（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性1 1、相敏检波电路的选频特性、相敏检波电路的选频特性如果输入信号中含有高次谐波，设为uncosnct，其中n为大于1的整数，由它产生的附加输出为即相敏检波电路具有抑制各种高次谐波的能力。（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性1 1、相敏检波电路的选频特性、相敏检波电路的

31、选频特性在实用的相敏检波电路中，常采用方波信号作参考信号。这时输入信号不是与单位参考信号cosct相乘，而是与归一化的方波载波信号相乘。输出电压n为偶数，输出为零。n为奇数，输出信号的幅值相应为un/，un/（3），un/（5）等（三）相敏检波电路的选频与鉴相特性1 1、相敏检波电路的选频特性、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？什么是相敏检波电路的选频特性？相敏检波电路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，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/n，即信号的

32、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。第二节 调幅式测量电路 b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO+UctOuotO+tO+tUcO+ustOuotO+tO+Uc图图3-22相敏检波电路的选频特性相敏检波电路的选频特性2 2、相敏检波电路的鉴相特性、相敏检波电路的鉴相特性什么是相敏检波电路的鉴相特性？什么是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，

33、这时输出电压第二节 调幅式测量电路 a)b)c)d)UctO+ustO+uotO+UctO+UctO+UctO+ustO+ustO+ustO+OtO+OuouotO+uotO图图3-23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的鉴相特性应用相位计提高电路抑制干扰的能力。在干扰信号中，相位具随机性。相敏检波电路的鉴相特性使频率与参考信号很接近的干扰也受到抑制。只要干扰的频率与参考信号略有差别，它与参考信号的相位差就不断变化，经低通滤波后平均输出接近零。第二节第二节调幅式测量电路调幅式测量电路（四）相敏检波电路的应用（自学）（四）相敏检波电路的应用（自学）调幅式电感测微仪电路调幅式

34、电感测微仪电路振荡器振荡器+15V传感器传感器uoVCT1234576相敏检波电路相敏检波电路RP4-15VRt放大器放大器R1R2R3R4量程切换电路量程切换电路RP1RP3RP2-+N+15VRP5P第二节 调幅式测量电路 txtOtOtx,uOO,ux21a)b)c)光电显微镜瞄准原理光电显微镜瞄准原理第三节 调频式测量电路一、调频原理与方法一、调频原理与方法（一）（一）什么是调频？写出调频信号的数学表达式，什么是调频？写出调频信号的数学表达式，画出其波形。画出其波形。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的频率。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

35、的频率按调制信常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号号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)t 第三节 调频式测量电路 xtOOtusa)调制信号调制信号b)调频信号调频信号调频信号的波形调频信号的波形不同采样率的采样结果不同采样率的采样结果 数据采集系统结构数据采集系统结构说明混叠的例子说明混叠的例子采样的结果将会是低于奈奎斯特频率采样的结果将会是低于奈奎斯特频率(fs/2=50Hz)的信号可以被正确采样。而频率高于的信号可以被正确采样。而频率高于50HZ的信号成分采的信号成分采样时会发生畸变。分别

36、产生了样时会发生畸变。分别产生了30、40和和10Hz的畸变的畸变频率频率F2、F3和和F4。计算混频偏差的公式是：。计算混频偏差的公式是：混频偏差混频偏差ABS(采样频率的最近整数倍输入频率采样频率的最近整数倍输入频率)其中其中ABS表示表示“绝对值绝对值”，例如：，例如：混频偏差混频偏差F2=|10070|=30Hz混频偏差混频偏差F3=|(2)100160|=40Hz混频偏差混频偏差F4=|(5)100510|=10Hz 为了避免这种情况的发生，通常在信号被为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集采集(A/D)(A/D)之前，经过一个低通滤波器，将信之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于

37、奈奎斯特频率的信号成分滤去。在号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。在图的例子中，这个滤波器的截止频率自然图的例子中，这个滤波器的截止频率自然是是25HZ 25HZ。这个滤波器称为抗混叠滤波器。这个滤波器称为抗混叠滤波器。采样频率应当怎样设置呢？也许你可能采样频率应当怎样设置呢？也许你可能会首先考虑用采集卡支持的最大频率。但是，会首先考虑用采集卡支持的最大频率。但是，较长时间使用很高的采样率可能会导致没有较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理论上足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2

38、2倍就够了，实际上工程中选用倍就够了，实际上工程中选用5 51010倍，有时倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。为了较好地还原波形，甚至更高一些。第三节 调频式测量电路（二）传感器调制（二）传感器调制421TNS3测力或压力的振弦式传感器测力或压力的振弦式传感器第三节 调频式测量电路（三）电路调制（三）电路调制1、电容三点式、电容三点式LC振荡器调频电路振荡器调频电路L LC CT TC C1 1C C2 2+E Ec c第三节 调频式测量电路2、多谐振荡器调频电路、多谐振荡器调频电路uo-+NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+F Uruu ou c+Ur-

39、Ur.F UrOtT2T1T0a)b)第三节第三节调频式测量电路调频式测量电路二、鉴频电路二、鉴频电路什么是鉴频？什么是鉴频？对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被测量变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化的调制信号称为频率解调频率解调或或鉴频鉴频。（一）微分鉴频（一）微分鉴频1、工作原理、工作原理将调频信号将调频信号us=Umcos(wc+mx)t对对t求导数得到求导数得到-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t这这一一调频调幅信号。利用包调频调幅信号。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络检波检出其幅值变化，即可得到含有调制信号的信息息U

40、m(wc+mx)。第三节 调频式测量电路2、微分鉴频电路、微分鉴频电路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分网络包络检波C1usud+r+-第三节 调频式测量电路3、窄脉冲鉴频电路、窄脉冲鉴频电路uoOc)ustttOOb)a)Usuo放大与电放大与电平鉴别器平鉴别器单稳态单稳态触发器触发器 低通低通滤波器滤波器usUsUs第三节 调频式测量电路（二）斜率鉴频us+us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1uo2uo回路回路2回路回路1fo2fo1 fo fofcof=fc+fmsintfc f

41、m调调频频波波瞬瞬时时频频率变化率变化tff第三节 调频式测量电路（三）数字式频率计（三）数字式频率计CpusUU计数器计数器锁存器锁存器清零清零DG&SRQDZDS第四节 调相式测量电路一、调相原理与方法一、调相原理与方法（一）什么是调相？写出调相信号的数学表达什么是调相？写出调相信号的数学表达式，画出其波形。式，画出其波形。调相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的一般表达式一般表达式可写为：us=Umcos(wc t+mx)第四节 调相式测量电路 a)b)c)txOttucusOO第四节 调相式测量电路

42、（二）传感器调制（二）传感器调制13245M扭矩测量扭矩测量第四节 调相式测量电路 XY21a)aabWB12VP1VPnYO b)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫尔条纹信号的调制莫尔条纹信号的调制第四节 调相式测量电路（三）电路调制1、调相电桥、调相电桥oURUCUsUUCURUTRCUs-+N2-+N1RR1R1CUsU2U2U2-第四节 调相式测量电路2、脉冲采样式调相电路、脉冲采样式调相电路U0门限检门限检测电路测电路脉冲发脉冲发 生器生器载波载波频率频率锯齿波锯齿波发生器发生器输输出出调调相脉冲相脉冲ujux+a)UcususOttOujtOuj=kux+ujtOuxb)d)

43、c)e)UcU0第四节 调相式测量电路二、鉴相电路二、鉴相电路鉴相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，又称为相位检波相位检波。（一）用相敏检波器或乘法器鉴相1、乘法器鉴相、乘法器鉴相uo=KUsmUcm/2cos ucusuoxyKxyN(ppt28)第四节 调相式测量电路2、用开关式相敏检波电路鉴相、用开关式相敏检波电路鉴相（ppt37)3、用相加式相敏检波电路检相、用相加式相敏检波电路检相（ppt38)为什么常取参考信号的幅值等于调相信号的幅值为什么常取参考信号的幅值等于调相信号的幅值？b)a)Us-UsU1UcU21 12 2-2_20uo第四节 调

44、相式测量电路（二）通过相位脉宽变换鉴相1、异或门鉴相、异或门鉴相a)UCUSDG1=1Uoc)CPUs计数器锁存器 延时时钟脉冲DG2Uo锁存指令清零UcDG1=1&Nd)-2-0N,uo2b)UcUsOOtuotUotOB第四节 调相式测量电路2、RS触发器鉴相触发器鉴相a)QQSRUcUsc)N,uo02221ttttb)OOBQUsUcuoOUcUsOO t第四节 调相式测量电路（三）脉冲采样式鉴相（三）脉冲采样式鉴相uo单稳单稳锯锯齿齿波波发生器发生器采采 样样保保 持持滤波器滤波器Ucuj UcUsue)tOa)b)c)d)UcOttOUstOujtOuuo第四节 调相式测量电路各种

45、鉴相方法比较各种鉴相方法比较（精度、误差因素、鉴相范围）影响鉴相误差的主要因素影响鉴相误差的主要因素有：非线性、信号幅值、占空比、门电路与时钟脉冲频率等。RS触发器鉴相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。相敏检波器或乘法器鉴相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/2。脉冲采样鉴相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。异或门鉴相异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。鉴相范围为0-。通过相位通过相位脉宽变换鉴相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。第五节 脉冲调制式测量电路

46、一、脉冲调制原理与方法一、脉冲调制原理与方法（一）什么是脉冲调宽？写出脉冲调宽信号的什么是脉冲调宽？写出脉冲调宽信号的数学表达式，画出其波形。数学表达式，画出其波形。脉脉冲冲调调制制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。在脉冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。脉冲调宽的数学表达式数学表达式为：B=b+mx第五节 脉冲调制式测量电路 Ua)调制信号b)脉冲调宽信号txOxTBtO第五节 脉冲调制式测量电路（二）传感器调制1243567910118M用激光扫描的方法测量工件直径用激光扫描的方法测量工件直径第五节 脉冲调制式测量电路（三）电路调制1、参量调宽、参量调宽R2RP3VD1RP2R4VD

47、2RP1CuCuoVSR3-+NR1第五节 脉冲调制式测量电路2、电压调宽、电压调宽uCuR3R4CR2RR1uxVSuou+-+N第五节 脉冲调制式测量电路二、脉冲调制信号的解调二、脉冲调制信号的解调脉冲调宽信号的解调主要有哪些方式？脉冲调宽信号的解调主要有哪些方式？脉冲调宽信号的解调主要有两种方式。一种是将脉宽信号Uo 送入一个低通滤波器，滤波后的输出uo 与脉宽B成正比。另一种方法是Uo 用作门控信号，只有当Uo 为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B 成正比。两种方法均具有线性特性第五节 脉冲调制式测量电路三、脉冲调制测量电路应用举例三、脉冲调制测量电路应用举例（电容测量电路）-+N2-+N1SR-+N3uoR2R1VD1VD2DFV1V2V3V4-6V+12VUcC1C2QQb)实用电路实用电路-8V47k0.1F1k0.1F5175014 10 161k38MC14961k3.3k3.3k7501k680k20F20Fuc1k0.1F21254uoux+12V管脚图