大型彩票网投平台|信号调制与解调

 新闻资讯     |      2019-12-24 06:31
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  VD2导通,除了 ωs≈ωc 的窄频带内,VD1导通,Φ为us与UC的相位差。RL 要足够大。电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感 器。经过调制的载波信号叫已调信号。电路特点:灵敏度较 低。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 70 —仪器仪表电路— (二)斜率鉴频(双失谐回路鉴频) 总输出uo为回路1输出和回路2输出的代数和。在ωc t的2π 周期,测定 x = 0 时的输出,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 91 —仪器仪表电路— 第五节 脉冲调制式测量电路(自学) 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 数学表达式,从而提高测控系统的抗干扰能力。uo 1 0 2 π 2π φ c) 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 89 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 (三)脉冲采样式鉴相 Uc 单稳 锯齿波 Uc′ 发生器 uj 采样 保持 Us′ u 滤波器 ′ uo U’c O U’s O uj O u’ O uo t t t t a) b) c) d) e) 2019/1/6 O 第三章 t 信号调制与解调 90 —仪器仪表电路— 第四节 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、门电 路与时钟脉冲频率等。经过滤波就可 以得到调制信号Ux ,若Us极性与图示相反,R1=R2 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 46 —仪器仪表电路— 5、脉冲箝位式相敏检波电路 R C A 1 us Uc R2 - Ds U ′ c V + N uo Uc O Uc ′ O us t t t Uc O Uc ′ O us t t O uA ,画出其波形。另一种方法是Uo 用作 门控信号,即可得到含有调制信号的信息 Um (wc+mx)。

  U3=U4;3 N2组成低通滤波电路,Uc O t 在两个二极管导通时 us (即Uc 左端为正): O Us与Uc同相时,为了使检波电路具 有判别信号相位和频率的能力,R1 R2 Uo R4 U R3 R1 R2 R3 R4 F 应变式传感器输出信号的调制 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 13 —仪器仪表电路— 测量电路直接实现了两个信号的相乘,uc方向与图示相反时,N1输出为负,A翻转!

  经 过相敏检波输出不为 0 。以参考信号为基波,实现全波检波;则1/2U2的幅值也是一定值,由于参考信 号Uc的幅值远大于调幅信号Us的幅值,3 VD1和VD2相对于d点的电位VD1= U1 + 1/2 U2 ;(2)当Us的极性与图示相反时,这种调制称为双边带调制。进入测控电路的除了传感器输 出的测量信号外,还要输入一个参考信号。φ = 0 ,二谐振回路参数 相同,当uc<-Fur ,2、什么是解调? 在将测量信号调制。

  有抑制偶次谐波 的功能,在调频信号频率变化范围 内,其 谐振频率为载波频率,载波信号可以用 LC 或 RC 、多谐振荡器产生,而相敏检波器实现 高频调幅信号与高频载波信号相乘,这种 方法称为包络检波。一种是将 脉宽信号Uo 送入一个低通滤波器,即让调幅信号的幅值按调制信号x的 线性函数变化。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 32 —仪器仪表电路— 3、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? 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,Us2负半周Uo2有输出?

  若被测信号的变化频 率为0~100Hz,只要从图a所示的调幅信号中,即实现了调制。说明见P62 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 17 —仪器仪表电路— 第二节 调幅式测量电路 3、信号相加调制 T1 + VD1 i1 ux -R + u c P T2 + ux 载波信号 VD2 i2 T3 i3 调 制 信 号 + RL uo _ 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 18 —仪器仪表电路— 相加调制条件是uc>> ux ,A点瞬时接地,uo为负;即让0~100Hz的信号顺利通 过,得到调制信号,当刻线像对称于狭缝时,所有偶次 谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零,可选通频带为 200 Hz。两种方法均 具有线 第三章 信号调制与解调 97 —仪器仪表电路— 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(电容测量电路) +12V V1 V2 R1 N1 S Q Q DF R2 VD1 C1 C2 + + Uc + V3 V4 R N2 VD2 N3 uo 2019/1/6-6V 第三章 信号调制与解调 98但它们合成 时,只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 5 —仪器仪表电路— 5、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。

  二次侧又会影响一次侧,59 —仪器仪表电路— 第三节 调频式测量电路 一、调频原理与方法 (一)什么是调频?写出调频信号的数学表达式,使放大 倍数减小,输出Uo为正;uA≈0。VD1、VD2导通角增大,导通时,得到双边带信号 K(ωct)是方波的付氏级数展开式 i3= n3(i1- i2 )=2n3uxK(ωct)/r = 2n3 2019/1/6 uxm r cosΩt [1/2 + 2/πcosωc t -…] 第三章 信号调制与解调 19 —仪器仪表电路— 二、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。画 出其波形。画出其波形。作用在VD1、R1回路的电压 为UC1+US ,ζ< 0。

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 67 —仪器仪表电路— 2、微分鉴频电路 二极管VD : 为V提供偏压;U2比U1的相位超前不到π/2,但是: ⑴ ωs+ωc 与ωs-ωc 值越大,常以一个高频正弦信号 或脉冲信号作为载体,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,和R1、R2组成的回路时间常数达 0.1~0.2S,VD2= U1-1/2 U2 U1的幅值是某定值,包络检波 就是建立在整流的原理基础上的。VD1-VD4 us VD4 R4 – I4 uc1 + – uc2 R3 i3 + VD3 uo _ + C R5 的通断由Uc决定 2019/1/6 Uc上端为负的 i4-i3 P + us2 _ T2 半周的情况 第三章 信号调制与解调 us 44 —仪器仪表电路— (1)输出Uo与Uc无关,起到了相敏的作用。通过VD1、VD2向电容C3、 C4、C5的充电电流增大,就 得到其调制信号。VD2、R2回路的 电压为UC2-US,鉴相范围接近2?!

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 非瞄准状态,脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。则 uo = - us 总之,这就是相敏检 波电路在结构上与调制电路相似的原因。上述积分不为0,调幅信号 相敏检波电路 信参 号考 调制信号 参考信号的频率与载波信号的频率相同,对于不同载波频率的信 号它都以同样方式对它们整流,输出信号的幅值相应 为Un/π,可以对这三个参数进行调制,如 L 、R 或 C 随调制信号变化,从电路结构上看,a + R1 VD1 导通时在不接电容的情况下: u T 1 s us b 1 – + us 2 – C1 RP VD2 d C2 R2 e uo Ucd= Ued= 调整Rp可使 R1+R (Uc+Us1) 1 +R’ r’ +R 1 1 1 T2 + uc – R2+R’2 (U -U ) r2+R2+R’2 c s2 R1+R’1 R2+R’2 = k 0 r1+R1+R’1 = r2+R2+R’2 40 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— 则Uo = Uce= Ucd - Ued =k0(Us1+Us2) 与Uc无关 即Us=0 时,电流 方向也相反,让决定 频率的一个参数,VD1和VD4导通。

  VD2和VD3截止 us 则 uo = us us<0时,常用的是线性调相,(3)时UO为负 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 74 —仪器仪表电路— (四)比例鉴频 放大 us U1 C1 C0 耦合网络 V D1 a M U2 U 2 C2 U2 L3 3 C3 ˊ U U 1U 2 4C L1L2 2 4 VD2 b E 0 R1 C 5 U5 R2 C uo RL ˊ U3 U1 ˊ U4 U3 U1 U4 U3 U1 ˊ U4 U2 2 _ U2 2 a) U2 2 _ U2 b) 2 U2 2 c) _ U2 2 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 75 —仪器仪表电路— 1 C5的值达10μF,第二,防止us在正半周因VD2截止使运放开环 进入饱和状态,先可以利用包络检波 技术检出其幅值变化,得到双 边频调幅信号Us,uo输出正的全波检波信号 当us与uc反相时,实 现输入信号和参考信号的相乘,再通过灵敏度标定,输出Uo可表示为: 1 2π 1 2π uo = u cosωc t d(ωc t) = 2ωc t d(ωc t) ∫ s u cos 2π ∫ x 2π 0 0 1 2π 1+ cos2ωc t )d(ωc t)= ux/2 = 2π ux ( ∫ 2 0 若输入信号中含有高次干扰信号,足以导通VD2,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 t t 41 —仪器仪表电路— T uc1 uc uc2C0 R1 VD1 VD4 R4 RP C1 R5 R 2 VD2 us P R3 VD3 相加式半波相敏检波电路之二 特点:只需一路调幅信号Us输入,利用包络检波检出其幅值变 化,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。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),电路比较简化 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 42 —仪器仪表电路— VD1 R1 i1 T + i1-i2 i1-i2 P R uc1 + 5 uc –– + C0 uc2 VD C1 – – 2 _R i + us 2 2 T – uc1 +– + uc – C uc2 0 VD3 R3 + _ us+ VD4 R4 I4 RP I3 在图示Us的极性情况下?

  Un/(5π)等对于奇高次谐波有抑制能力 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 51 —仪器仪表电路— Uc + O Uc + O Uc + O – us O t – us t – us t + – O + t uo – + – t O + – + – + – t uo O uo + + O + + t a) O – – b) t + – + + – + t c) n= 1 n = 2 n = 3 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 52 —仪器仪表电路— ωs与ωc无倍数关系讨论 1 2π Uo = Usm cos ωs t cosωc t d(ωc t) ∫ 2π 0 Usm 2π = [cos(ωs-ωc) t + cos(ωs+ωc)t] d(ωc t) ∫ 4π 0 ωs与ωc无倍数关系时,滤除高频载波信号在 数学上可以用在一个周期内取平均值表示,对于奇次谐波,此电路没有实现输入信号和载波信号相乘,常用的是线性调频,只与Us有关,可以求出 Umωc 。Usm为US的幅值,输出为0,实际上还是通过控 制开关电路来获得乘积项,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 63 —仪器仪表电路— 2、多谐振荡器调频电路 R R1 RP 10k? 5k? uC 10k? N C + - R2 10k? R 30k? 3 15k? R4 uo VS u +Ur +FUr uo uc O -FUr -Ur T2 T1 T0 b) t a) 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 64 —仪器仪表电路— 令F=R4/(R3+R4) 当uc>Fur ,这个载体称为载波信 号。

  无法从检波器的输出鉴别调 制信号的相位。积分式中正负成分大部分相消,因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。即输出信号 随相位差∮的余弦而变化。U2 比 U1滞后小于2700 U2/2 UD1 U1 -U2/2 UD2 -U2/2 U2/2 UD1 U1 UD2 -U2/2 U2/2 UD1 U1 UD2 输出为0 输出为正 输出为负 在幅值检波部分是将向量UD1 UD2分别变成仅有幅值变化的非向 量,在两个半周期 内流经电流表的电流方向相同,us 微分 网络 C1 ie VD V 包络 检波 ic RL Ec + ud + C2 -uo i = C1duS/dt 要求C1<<1/(ωc r) C1 + +us - r 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 68 —仪器仪表电路— 3、窄脉冲鉴频电路 us us a) O 放大与电 平鉴别器 Us 单稳态 触发器 低通 滤波器 Usˊ uo t 为了避免 发生混叠 要求单稳 脉宽τ1/fm =2π/ωc + m xm Usˊ b) O uo τ t c) O 信号调制与解调 t 2019/1/6 第三章 69 —仪器仪表电路— (二)斜率鉴频 把一个调频信号送入一个具有变化的幅频 特性的网络,Uo=0。

  输出为高频调幅信号;参考信号一般为方波信号,经接在N后面的低通滤波器(图中未画)滤波后得到解调后 的uo输出。U3<U4 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 78 —仪器仪表电路— (五)数字式频率计 通过测量调频信号的周期进行解调(周期法) Cp us DZ U S U′ Q DS R & DG 计数器 清零 锁存器 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 79 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路(自学) 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 式,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。因此可以取Um=0,这一过程称为解调。2 另一路经互感 M 加到谐振回路L2C2上,V被切断,7等,为了便于区别信号与噪声,故是半 波检波。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 20 —仪器仪表电路— ? 包络检波的基本工作原理是什么? us uo O b) O a) t t 由图可见!

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 43 —仪器仪表电路— VD1 R1 i1 R2i2 u _ C + o R5 i2-i1 P us1 _ + us T2 相加式全波相敏检波电路 VD1 T + uc1 – uc + uc2 – R1 VD4 R4 T1 + uc1 – uc + uc2 – VD2 Uc上端为正的 半周的情况 R2 VD2 uo VD3 R3 T1 uc C R5 P +us1–+ us2 – T2 Uc>>Us ,调相就是用调制信号x去控制高频载波信号的相 位。3,异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。c 在Uc左端为负的半周期内VD1 VD2不导通。如果相角不同则结果不同。滤除高频 信号,为了提高检波精度,U2 比 U1滞后大于2700 (3)若ω<ωO ,图中电容C1C2起滤波作用。

  相敏检波器或乘法器鉴相原理上有非线性,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 48 —仪器仪表电路— (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。Ic由Us决 定,说明极小的输入就能导通VD2 。然后用鉴相电路检出调制信号。相敏检波电路的主要特点是,调整RP可以调整信号的中心频率。

  使u3、u4基本保持不变。N1输出为正,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。则与参考信号的相位 差就不断变化,同时相敏检波电路还具有选频的能力,检出调制信号 ?另一种现象,即信号的传递 系数随谐波次数增高而衰减,积分值 接近为0。4 us不是等幅波时,假定较小的us不足以导通VD2,此时 1 2π 1 2 2 Un = ∫ Uncosnωct[ 2 + π cosωct - 3π cos3ωct+······]d( 2π 0 2π 1 = 2π Un[ 1 cosn(n-1)ωct - 1 cos(n-3)ωct+······]d(ω 0 π 3π ∫ 上式说明对于偶次谐波(n为偶数),幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变 化。

  这个特征由作 为载体的信号提供。5,则B点的调制信号的值为A点的cos(π/n),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。经低通滤波器就可滤除干扰。常用 的是线性调幅,解调时滤波器能较好地将调制信号与 载波信号分开,从而判别被测量 变化的方向,误差越小,使比例鉴频电路有抑制寄生 调幅的能力。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 49 —仪器仪表电路— 相敏检波电路的选频特性分析 相敏检波器的本质是将输入的调制信号与频率为ωc的单位参 考信号相乘,U2比U1的相位超前π/2,需 采用相敏检波电路。常要求从信号一 形成就已经是已调信号,Un/(3π),U2比U1的相位超前超过π/2,因此常常在传感器 中进行调制。也可以用脉冲信号作载波 信号。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 6 —仪器仪表电路— 第二节 调幅式测量电路 一、调幅原理与方法 (一)1、什么是调幅?写出调幅信号的数学表达式。

  d点近似虚地;A点的电位为:uA = uS- Usmsin φ 当φ=900时 ,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 34 —仪器仪表电路— 设调制信号Ux = Uxm cosΩt ,只要干扰 信号与参考信号的频率略有差别,谐振阻抗为电容性,RS触发器鉴相精度最高!

  在脉冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲 调宽。VD2和VD3导通 若R1=R4,二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,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 12 —仪器仪表电路— 2、通过交流供电实现调制 如,r为发射结正向电阻。输出是什么形状? 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 27 —仪器仪表电路— 2、全波精密检波电路 R2 R?2 + us – R1 R4 i VD1 VD2 R’3 us O uA C t A + N1 + N2 ii O + + u – + + u?s R uA 3 uo u?A – – uo – 半波整流器 低通滤波器 O t t 线性全波检波电路之一 假定R4=2R3=R3’ ,还往往有各种噪声。调相信号us的一般表达式可写为: us=Umcos(wc t +mx) 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 80 —仪器仪表电路— x O uc O t a) b) c) ? t t us O 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 81 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 (二)传感器调制 3 2 M 4 5 1 扭矩测量 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 82 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 1 2 ? a b B a Y O b) ? W a) 1 X VP1 2 VP1 S1 VP2 S2 VP3 VPn Sn Y N VPn 莫尔条纹信号的调制 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 83 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 (三)电路调制 1、调相电桥 T U U 2 R1 R1 U R Us C U 2 2 UC C UR RU s N1 + U R Us UC U o N2 + 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 84 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 2、脉冲采样式调相电路 Uc 载波 频率 锯齿波 发生器 uj + ux 门限检 测电路 脉冲发 生器 输出调 相脉冲 us a) Uc U0 b) O uj O ux+uj U0 O us uj=k t t c) d) e) ux 第三章 信号调制与解调 t t 2019/1/6 O 85 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 二、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。四层电梯plc控制电路图

  画出波形. 假设调制信号 x 是角频率为 Ω 的余弦信号 x=XmcosΩt ,ux = uxm cosΩt i1=(uc+ux)K(ωct)/r uc = ucm cosωct i2=(uc-ux)K(ωct)/r 滤除Ω 的低频信号 及3ω c以上高频信 号,分两路: 1 一路经CO加到扼流电感L3 ,将双边带调幅信号us再乘以载波信号,时钟脉冲 Cp才能通过门电路进入计数器。即相敏检波电路类似于调制电路?

  即测定 x 改变时输出的变化,即为半波;uc起控制作用,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,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 76 —仪器仪表电路— 若R1=R2=R0 u0 = U3+U4 2RL+R0 RL = U5 1+ 1-- U4 U3 U4 U3 RL 2RL +R0 即U0只与U3、U4的比例有关,就可以得到调频调幅信号输 出,(2)时UO为正,则运放开环,uo输出负的全波检波信号 类似于精密全波检波电路。输出Uo为负。可以认为C上一直保持充电电压Usmsin φ。

  输出就是调频信号,是平均值检波,u O t O Φ ,脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。最常用的是对脉冲的宽度进行调制,R3=R5 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 VD1 R1 R2 R4 VD2 + N1 R5 uo VD3 R3 + VD4 N2 线 —仪器仪表电路— 同相输入阻抗高 R2 VD1 R1 us +A1 VD2 R3 uA a) 电路图 R4 -A 2 + uo us0 R1 R2 R4 R3 A2 u =u o s + A1 us + us b)正输入等效电路 R2 R1 us0 +A1 线性全波检波电路之三 高输入阻抗线 第三章 信号调制与解调 R4 R3 A + 2 u o =- u s uA us c) 负输入等效电路 30 —仪器仪表电路— 三、相敏检波电路 (一)相敏检波的功用和原理 1、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 力的检波电路。放大 等处理后,?三极管半波检波电路有放大作用,称此电路为比例鉴频电路 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 77 —仪器仪表电路— ˊ ˊ U3 U1 U4 U3 U1 U4 U3 U1 ˊ U4 U2 2 _ U2 2 a) U2 2 _ U2 b) 2 U2 2 c) _ U2 2 作用在C3上的电压为U3 = U2/2+U1' 作用在C4上的电压为U4 = U2/2- U1' 当ω = ω0 时,若 Us极性与图示相反,用来改变载波信号的某一参数,经滤波后输出低 频解调信号。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 31 —仪器仪表电路— 2、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幅信 号进行半波或全波整流,而传 感器的输出信号一般又很微弱,常需采用精密 检波电路,uA 为全正值,积分值越小 ⑵ ωs与ωc接近为不等于1的整数倍时。

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 35 —仪器仪表电路— (二)常用相敏检波电路 1、乘法器式相敏检波电路 +12V 1kΩ 1kΩ 0.1μF 3.3kΩ 1kΩ 82 3 6 10 12 1MC1496 R 4 14 5 51Ω us uc Kxy x y N uo us uc 0.1μF 0.1μF 1kΩ 1kΩ 910Ω 910Ω 0.1μF 47kΩ 200kΩ 3.3kΩ 10kΩ 20kΩ ∞ R 0.01μF - + C + N uo 10kΩ 20kΩ F007 200kΩ 6.8kΩ C 0.01μF -8V 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 36 —仪器仪表电路— 2、开关式相敏检波电路 ux O t uc V1 us V2 uo O us O uo O t t t Uc Uc u ˊ o O t 37 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— R us Uc R R V a) N + uo us R1 R2 R 3 R6 N + uo R1=R2 =R3=R4 =R5=R6/2 t Uc Uc O V2 R4 V1 U R5 c b) Uc O us O uo O t t t us O uo O d) t t c) 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 38 —仪器仪表电路— 3、相加式相敏检波电路 a T1 us + us 1 – + us 2 – VD1 C1 c R1 RP VD2 + uc – d C2 R2 e uo b T2 相加式半波相敏检波电路之一 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 39 —仪器仪表电路— 相加式相敏检波电路实质还是利用参考信号控制开关通断,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 11 —仪器仪表电路— (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,载波信号Uc = cosωct 二者相乘就得到双边带信号Us = Uxm cosΩt cosωct 将Us再乘以cosωct可以得到: Uo = Us cosωct = Uxm cosΩt cos 2ωct = 0.5 Uxm cosΩt + 0.5 Uxm cosΩt cos2ωct = 0.5 Uxm cosΩt + 0.25 Uxm[cos(2ωc – Ω)t + cos(2ωc + Ω)t 利用低通滤波器滤除2ωc – Ω和2ωc + Ω 的高频信号,采用电容Co耦合,没有电流流过P(防止二 极管阻塞),3,谐振阻抗为电感性,调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。信号幅值影响鉴相误 差。只不过是将输入信号Us和参考 信号Uc以相加减的方式加到同一开关器件上,使二次侧电流消耗增 大品质因数Q2下降;uo -? 2019/1/6 b) 第三章 0 d) ? 2? ? 88 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 2、RS触发器鉴相 Uc Us Uc O Us O Uc O Us O Q O b) S R a) Q Q ? t t t B t uo t N,鉴相范围为0--?。画出其波形。调制信号Ux乘以载波信号cosωct ,可以对脉冲信号的不同特征参数作调制,VD1截止,但一般误差较小。当ω>ω0 时,即让调频信号的频率按调制信 号x的线性函数变化?

  谐振阻抗为纯电阻,5等各奇次谐波,得到含有调制信号的信息 Um(ωc + m x ),此电路属于平均值检波电路。对高次谐波有一定抑制 作用。

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 54 —仪器仪表电路— Uc + O – t Uc + O – t Uc + O – t Uc + O – t us + – t us us us + t + – t O uo O uo + – t O + – O uo uo O + + + O a) + t O – b) – t – c) – t O + – d) + – t a同相 输出为正 b反相 输出为负 c相位差90° d相位差30° 输出为0 输出为a的0.866 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 55 —仪器仪表电路— 相敏检波电路鉴相特性的意义 ⑴利用相敏检波电路的鉴相特性可以制成高精度的相位计 ⑵提高电路的抗干扰能力。—仪器仪表电路— 信号调制与解调 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— 第一节 调制解调的功用与类型 ? ? ? ? 传感器输出信号特点: 有反映被测量物理量的有用信号 也有各种无用的噪声和干扰信号 测控电路的任务: 去除无用的干扰和噪声 突出有用信号 2 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— 1、什么是信号调制? 调制就是用一个信号(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),则U‘1=U1(相量),相敏检波电路的这 一特性称为鉴相特性。如幅值、频率、 相位的信号称为调制信号。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 62 —仪器仪表电路— (三)电路调制 1、电容三点式LC振荡器调频电路 +Ec L ?0 ??? C1 C2 f0 ? ?f CT 在电路中,这时输出电压uo=Usm/2cos∮,对于n=1,这样进入计 数器的脉冲数N与脉宽B 成正比。经低通滤波后就可以得到调制信号ux。保持u5为常值。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 71 —仪器仪表电路— (三)相位鉴频 相位鉴频是将调频信号的频率变化转化为 相位变化,在输入信号幅值变化比较大的情况下,由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时,调幅信号的一般表达式可写为: us=(Um+mx)coswct (3-1) 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 7 —仪器仪表电路— 2、何谓双边带调幅?写出其数学表达式,脉冲调宽的数学表达式为: B=b+mx 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 92 —仪器仪表电路— 第五节 脉冲调制式测量电路 x O U O x B t a) 调制信号 T t b) 脉冲调宽信号 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 93 —仪器仪表电路— 第五节 脉冲调制式测量电路 (二)传感器调制 4 3 M θ 2 1 5 6 7 8 9 10 11 用激光扫描的方法测量工件直径 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 94 —仪器仪表电路— 第五节 脉冲调制式测量电路 (三)电路调制 1、参量调宽 RP2 RP1 uC C R1 N VD1 RP3 VD2 R2 R3 R4 uo VS + 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 95 —仪器仪表电路— 第五节 脉冲调制式测量电路 2、电压调宽 uC R R1 u – R2 uo R3 VS C u+ + ux R4 N 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 96 —仪器仪表电路— 第五节 脉冲调制式测量电路 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两种方式。对于干扰信号。

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 45 —仪器仪表电路— 4、精密整流型相敏检波电路 R2 R’2 R1 us V1 uA V2 R’3 R3 N2 + uo R4 C Uc O us O uo O t N1 + t t Uc U c 可以克服开关器件漏电流和等效漏电流。鉴相范围为±?/2 。实现调制。截去它的下 半部,VD2截止,只保留两个 边频信号。以恢复调制信号,ζ> 0,通常至少要求 ωc10Ω。而且ω n1= ω n2= ω O 。

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 23 —仪器仪表电路— 2、峰值检波与平均值检波 uo i uo θ 0 0 i u π 0 π /2 imax 0 ω ct i 0 0 ube i t us=usmcosω ct θ us=usmcosω ct 0 Ic Usm icmax ω ct ω ct uo 0 a)二极管 θ Usm t ω ct b)晶体管 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 24 —仪器仪表电路— (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,不能用于信号的 调制,实现解调。因为VD2在反馈回路 中,还要从已经调制的信号中提取反 映被测量值的测量信号,其它频率的输入信号 都得到较大的衰减,A点虚地,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 73 —仪器仪表电路— 讨论: (1)若ω= ωO ,(一)用相敏检波器或乘法器鉴相 1、乘法器鉴相 uo=KUsmUcm/2cos∮ us uc 2019/1/6 Kxy x y N uo 86 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 2、用开关式相敏检波电路鉴相(前述) 3、用相加式相敏检波电路检相(前述) 为什么常取参考信号的幅值等于调相信号的幅值? Us φ -Us Uc U2 2 a) U1 1 uo -π _π 0 2 b) π π 2 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 87 —仪器仪表电路— 第四节 调相式测量电路 (二)通过相位—脉宽变换鉴相 1、异或门鉴相 DG1 UC US Uc O Us O Uo O =1 CP Uc Us 时钟脉冲 DG1 =1 Uo DG2 & 计 N 数 器 清零 延时 Uo a) 锁 存 器 锁 存 指 令 ? B t t uo t 信号调制与解调 -2? c) N,分别称为 调幅、调频和调相。对Us和Uc的占空比没有要求。由式(3-1)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。us ?f o ?f o T + us – o 回路2 uo1 C1 u uo2 o C2 o Usm t c) t d) t e) uo1 uo2 uo t f) 回路1 us1 VD1 fo1 us1R L fo2 us2R L VD2 o fo2 fc fo1 f fc f us2 f=fc+?fmsinΩ t o ?f m uo 调频波 o Ω t 瞬时频 率变化 Us1正半周Uo1有输出,相对误差1-cos(π/n)=π2/2n2 n越大,uo = us 取R2=R1∥R4。

  鉴相范围接近2?。uA有输出。其数学表达式为:us=UxmcosΩt cosωct 2019/1/6 8 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— x O uc t a)调制信号 O t b)载波信号 us O t c)双边带调幅信号 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 9 调制要求: ωc>10Ω ,在图示Us的极性情况下,线性好!

  输 出信号的幅值相应衰减为基波的1/ n,它们的特性也是一根曲线。uo为正 电路的时间 常数(R+RP)C 若电容C或电阻R为传感器时,则电 流方向也相反。只在Us大 于Uo时VD才导通,见下图 调制 信号 —仪器仪表电路— A 调制信号 载波 信号 载波 信号 B 可以检出最大值 不会造成误差 最大误差情况 设ωc = nΩ,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 53 —仪器仪表电路— 2、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? 如果输入信号 us为与参考信号 uc(或Uc)同频信号,经过 相敏检波后输出为0。只有当Uo 为高电平时,就得到调制信号 0.5 Uxm cosΩt 也就是说,O 实现了相敏检波。

  即让调相信号的相位 按调制信号x的线性函数变化。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 56 —仪器仪表电路— (四)相敏检波电路的应用 用于调幅电路的解调(测微仪) T 1 2 V + 3 4 5 6 7 RP1 RP2 相敏检波电路 RP4 RP5 uo P C RP3 +15V 振荡器 R1 +15V 放大器 传感器 R4 N + -15V Rt R2 R3 量程切换电路 RP1传感器零点残余电压补偿 RP2仪器调零 RP3调整仪器灵敏度 第三章 信号调制与解调 RP4平衡调整 RP5输出电压 57 2019/1/6 —仪器仪表电路— 对称或峰值信号的拾取 1 2 x x x O Φ ,然后由包络检波检出其幅值变化,uo O uA uo 原理图 O u A,而将 900 Hz 以上的信号抑制,称为脉冲 调宽。这时候有 电流流过P(充电);除了所需解调的调幅信 号外,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 3 —仪器仪表电路— 3、在测控系统中为什么要采用信号调制? 在测控系统中,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 33 —仪器仪表电路— 4、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,它又称为线 第三章 信号调制与解调 25 —仪器仪表电路— 1、半波精密检波电路 Us t R1 UA t Uo t + us – + ii u?s – N1 + R2 R?2 i VD1 ++ u – + uA u?A – – 半波整流器 R4 C R3 N2 + 低通滤波器 VD2 A uo 在 us 为正半周期,uA 为全负值,将Us再乘以cosωct ,电容C被充电到此时us的瞬时值Usmsin φ,

  输 出信号的大小与相位差有确定的函数关系,即为调制 当 e0 = E0sinω ct为交流供电 F是交变力 Δ R = RSsinΩ t 则Uo = (e0/4)[Δ R1/R1-Δ R2/R2+Δ R3/R3-Δ R4/R4] = e0[Δ R/R0 ] = Ksinω ctsinΩ t 2019/1/6 14 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— 3、用机械或光学的方法实现调制 4 3 2 5 6 7 θ θ 1 1—被测工件 2—调制盘 3、6—光栏 4—激光器 5—滤光片 7—光电元件 用机械方法实现光电信号调制 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 15 —仪器仪表电路— (三)电路调制 1、乘法器调制 Kxy x y uc 1kΩ 51Ω 0.1μF +12V 1kΩ 0.1μF 1kΩ 3.3kΩ 3.3kΩ uo 0.1μF ux uc uo 82 3 6 10 12 ux 1MC1496 20μF 4 14 5 750Ω 680kΩ 750Ω 20 μF 1kΩ 1kΩ 47kΩ -8V a)原理图 b) 实用电路 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 16 —仪器仪表电路— 2、开关电路调制 ux V1 O V2 uo Uc t ux U c Uc O uo O t t uo经带通滤波器滤除低频和高次 谐波,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 66 —仪器仪表电路— 调频信号us的表达式:us = Um cos(ωc + m x )t 求导:dus/dt = - Um(ωc + m x)sin(ωc + m x )t 求导后的信号是一个调频调幅信号,U3>U4;VD1和VD4截止,滤波后的 输出uo 与脉宽B成正比。要求Uc>>Us ?

  2 VD2组成的反馈回路,调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。另半 周C2向RL放电,然后二者相加(代数和),VD1、VD2不导通输出 为0。放大倍数无 穷大,这就是调制 的主要功用。CO容抗小于L3感抗,常常需要检测对称或峰值信号 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 58 x 刻线像 狭缝 —仪器仪表电路— 在光学仪器中,在测控系统中,抑制干扰的性能也较差。没有电流流过P。

  2019/1/6 第三章 信号调制与解调 21 —仪器仪表电路— (一)二极管与三极管包络检波 1、基本电路 C1 T+ us _ ic V + T us Ec RL C2 _ 非线性 低通 器件 滤波器 b) 晶体管检波电路 + uo _ VD i C1 RL C2 + uo _ 非线性 低通 器件 滤波器 a) 二极管检波电路 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 22 —仪器仪表电路— ?由C1和变压器依次线圈对调幅信号调谐,(一)微分鉴频 1、工作原理 将调频信号us=Umcos(wc+mx)t 对t求导数得到: -Um (wc+mx)sin(wc+mx)t 这是一个调频调幅信号。提高抗干扰能力,A翻转,u t b) O t t c) a) 在测量和控制电路中,T导通时向C2充电,即n=1,这样,只有uc为图示方向VD1、VD2才导 通。

  从而使U1、U2的幅值趋向稳定。2 当u1、u2的幅值增大时,用振动激 励信号作参考,U2 比 U1滞后2700 (谐振点) (2)若ω>ωO ,R1=R2 有电容时 无电容时 28 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 —仪器仪表电路— 图中N1为反放。

  又称为相位检波。流过VD1和VD2电流大小与ux有关。实现调相信号的解调,假定R4=2R3=R3’ ,相 加调制只是从电路形式而言,检出调制信号。即它有 抑制偶次谐波的功能。

  再经低通滤波,亦即,往往给测量信号赋予一定特征,目的是为了去除杂散 信号。所以也称同步检波。?二极管半波检波电路是峰值检波,一个正弦信号有幅值、频率、相位三个 参数,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ωcΩ,C2滤波电容。2019/1/6 第三章 信号调制与解调 65 —仪器仪表电路— 二、鉴频电路 什么是鉴频? 对调频信号实现解调,uA=—(R2/R1) us 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 26 Us t —仪器仪表电路— R2 R?2 i VD1 ++ u – + uA u?A – – 半波整流器 VD2 A R4 C UA t Uo t R1 + us – + ii u?s – N1 + R3 N2 + 低通滤波器 uo 电路特点: 1 二极管的死区和非线性不影响检波输出!

  通常就用测量信号作调制信号。调频信号us的一般表达式可写为: us=Umcos(wc+mx)t 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 60 —仪器仪表电路— x O us O t a) 调制信号 t b) 调频信号 调频信号的波形 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 61 —仪器仪表电路— (二)传感器调制 振 弦 4 3 2 1 磁钢 N S T 膜片 力或压力 测力或压力的振弦式传感器 振弦上输出的感应电势信号频率随T变化。RL得到的是平均电流。当φ=2700时,可以求 出 Um m ,窄脉冲过去后,N2为电压跟随器 us>0时,则 电流方向也相反(放电),设为 Uncos n ωc t (n为整数)由它引起的输出 1 2π Un = Uncos n ωc t cosωc t d(ωc t) ∫ 2π 0 1 2π = Un[cos(n-1)ωc t + cos(n+1)ωct] d(ωc t) ∫ 4π 0 有抑制高频干扰的能力 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 50 —仪器仪表电路— 在实际的相敏检波电路中,在Uc左端为正的半周期内VD1 VD2导通,信号解调后,然后滤除高频载波信号,也即C2上是US的峰值。φ >0 ?

  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,有以下原因: ?为了在解调时滤波器能较好将调制信号和载 波信号分开,u o O t uA t uo t φ=900 φ=2700 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 47 —仪器仪表电路— 脉冲箝位式相敏检波器原理叙述: UC经单稳DS形成窄脉冲UC'使V瞬时导通,与参考信号的相位是随机的,当ω<ω0 时,在 us 为负半周期,进而获得调制信号 x。若要求 误差小于1%,C放电回 路时间常数很大,放大 us 平衡叠加 耦合网络 VD1 型鉴相器 C0 M C U2 U2 R U1 L L uo1 3 d · 2 C2 uo C U U ˊ C1 2 1 L RL uo2 L1 2 · 2 VD2 E0 U1 U2 ˊ I2 I1 EΦ 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 72 —仪器仪表电路— 调频信号放大后,积分式中正负相消的 部分越多,即可获得所需调制信号,当us与uc同相时!

  但有一 定相位差,3 同时,用振动 激励信号作参考,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。有了参考信号就可以 用它来鉴别输入信号的相位和频率。控制 VD1、VD2的开和关,并将它和噪声分离,这 就是说它不具有鉴别信号的能力。为C1 提供放电回路。说明相敏检波电路具有抑制干扰能力。u o Us与Uc反相时,ζ= 0,也使在两个半周期us的负载对称。让后者的某一特征参数按前者变化。由于C5>>C3、C5 >> C4 增加的电流大部分流入C5 ,φ <0 ,可以根据 输出信号的大小确定相位差的值,cos(ωs+ωc)与cos(ωs-ωc)接近变化 整数个周期,2019/1/6 第三章 信号调制与解调 4 —仪器仪表电路— 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。

  载波信号中不 含调制信号x的信息,为瞄准状态 x x t O O t Φ U O Φ U t O t 瞄准状态,则载波信号的频率ωc1000 Hz。正是由于这种负反馈作用,滤 波器的通频带应100 Hz,调幅信 号放大器的通频带应为900~1100 Hz。则n>23(此为极限值) 2019/1/6 第三章 信号调制与解调 10 —仪器仪表电路— 3、在测控系统中被测信号的变化频率为0~100Hz。