chapter3信號調(diào)制解調(diào)電路第1次課2學(xué)時

1、精密測控電路精密測控電路與驅(qū)動技術(shù)與驅(qū)動技術(shù)王雷王雷前兩章小結(jié)前兩章小結(jié)1. 器件選型器件選型：電阻、電容、電感、晶體管，運放：電阻、電容、電感、晶體管，運放運放：通用型、超精密型、高輸入組抗型、自動調(diào)零型、自運放：通用型、超精密型、高輸入組抗型、自動調(diào)零型、自動增益調(diào)整型、隔離放大器動增益調(diào)整型、隔離放大器2. 電路設(shè)計電路設(shè)計：晶體管放大電路與邏輯電路、運放放大電路（注：晶體管放大電路與邏輯電路、運放放大電路（注意：雙運放、三運放差分放大電路）、電橋放大電路、模擬意：雙運放、三運放差分放大電路）、電橋放大電路、模擬隔離放大電路、數(shù)字隔離電路隔離放大電路、數(shù)字隔離電路3. 阻抗概念阻抗概念推

2、廣：交流（等效）阻抗，推廣：交流（等效）阻抗，PN結(jié)、電源、集電極結(jié)、電源、集電極第三章第三章 信號調(diào)制解調(diào)電路信號調(diào)制解調(diào)電路第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念1. 基本概念基本概念n最早來源于無線電廣播。最早來源于無線電廣播。n定義：定義：調(diào)制信號調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號（調(diào)幅信號）、載波信號、已調(diào)信號（調(diào)幅信號）n對精密測控電路與驅(qū)動技術(shù)而言，同理，調(diào)制后信號容易對精密測控電路與驅(qū)動技術(shù)而言，同理，調(diào)制后信號容易實現(xiàn)與噪聲的區(qū)別、傳輸與分離，當(dāng)然也需要增加解調(diào)環(huán)節(jié)。實現(xiàn)與噪聲的區(qū)別、傳輸與分離，當(dāng)然也需要增加解調(diào)環(huán)節(jié)。2. 調(diào)制方法調(diào)制方法（1）在傳感器中調(diào)制：）在傳感器中調(diào)制： “感感

3、” （2）在電路中（對傳感器輸出信號）調(diào)制：）在電路中（對傳感器輸出信號）調(diào)制：“傳傳”3. 分類分類（1）以高頻正弦信號作載波：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）以高頻正弦信號作載波：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相（2）以脈沖信號作載波以脈沖信號作載波：脈沖寬度調(diào)制（也可調(diào)頻：脈沖寬度調(diào)制（也可調(diào)頻/相）相）第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)幅式測量電路與檢波電路調(diào)幅式測量電路與檢波電路1. 調(diào)幅數(shù)學(xué)模型調(diào)幅數(shù)學(xué)模型調(diào)制信號調(diào)制信號：x=Xmcos t (傅里葉分解思想傅里葉分解思想)載波信號：載波信號：uc=Um0cosct，常令常令Um0=1調(diào)制深度：調(diào)制深度：m已調(diào)信號（調(diào)幅信號）已調(diào)信號（調(diào)幅信號） us=m Xmcost * U

4、mcosct= mXmUm/2cos(c+)t + mXmUm/2cos(c-)t（上、下邊帶）上、下邊帶）n調(diào)幅信號：調(diào)幅信號：1）含載波、）含載波、2）雙邊帶、）雙邊帶、3）單邊帶）單邊帶圖圖3-1 雙邊帶調(diào)幅信號與含載波調(diào)幅信號雙邊帶調(diào)幅信號與含載波調(diào)幅信號n為為提高提高解調(diào)解調(diào)精度，精度，要求要求cn設(shè)設(shè)c=n，包絡(luò)峰值相對誤差，包絡(luò)峰值相對誤差1%時時n23，0.1%時時n71n一般要求一般要求n10。2. 傳感器調(diào)幅傳感器調(diào)幅（舉例）（舉例）圖圖3-2 應(yīng)變片測量梁的變形應(yīng)變片測量梁的變形交流電橋（激勵）是典型情況，交流電橋（激勵）是典型情況，激勵信號（也可能是機械方式）變直流為交

5、流，激勵信號（也可能是機械方式）變直流為交流，信號處理容易濾除信號處理容易濾除50Hz工頻等低頻干擾。工頻等低頻干擾。（1）應(yīng)變片測梁）應(yīng)變片測梁 變形變形1. 測針，測針，2. 線圈，線圈，3. 磁芯，磁芯，4. 被測件被測件圖圖3-3 調(diào)幅式電感位移傳感器調(diào)幅式電感位移傳感器（2）電感測微儀）電感測微儀3. 電路調(diào)幅電路調(diào)幅（對精密測控電路與驅(qū)動技術(shù)意義有限）（對精密測控電路與驅(qū)動技術(shù)意義有限）（1）乘法器調(diào)幅）乘法器調(diào)幅 誤差因素少，精度最高（如誤差因素少，精度最高（如AD834，500MHz）。）。圖圖3-4 MC1496乘法器電路乘法器電路（2）開關(guān)式相乘調(diào)幅）開關(guān)式相乘調(diào)幅n 調(diào)制

6、信號調(diào)制信號載波頻率方波；載波頻率方波；n 方波傅里葉分解；方波傅里葉分解；n 帶通濾出上、下邊帶信號。帶通濾出上、下邊帶信號。tttKccc3cos32cos221)(圖圖3-5 開關(guān)式相乘調(diào)幅開關(guān)式相乘調(diào)幅（3）信號相加調(diào)幅（平衡調(diào)制電路）信號相加調(diào)幅（平衡調(diào)制電路）n 載波幅度遠大于調(diào)制信號，起控制開關(guān)器件作用（方波）；載波幅度遠大于調(diào)制信號，起控制開關(guān)器件作用（方波）；n 兩個回路載波信號在變壓器副邊抵消，只留下調(diào)制信號兩個回路載波信號在變壓器副邊抵消，只留下調(diào)制信號ux和方波和方波信號乘積項；信號乘積項；n 傅里葉分解，濾出上下邊帶信號。傅里葉分解，濾出上下邊帶信號。圖圖3-6 信號

7、相加調(diào)幅電路信號相加調(diào)幅電路通信電路，通信電路，效果很差！效果很差！4. 包絡(luò)檢波數(shù)學(xué)模型包絡(luò)檢波數(shù)學(xué)模型圖圖3-1 包絡(luò)檢波原理包絡(luò)檢波原理n詳細推導(dǎo)略詳細推導(dǎo)略n若為含載波調(diào)幅，要求調(diào)幅信號不過零若為含載波調(diào)幅，要求調(diào)幅信號不過零n若為雙邊帶調(diào)幅，要求調(diào)制信號單極性，亦即調(diào)幅信號不過零若為雙邊帶調(diào)幅，要求調(diào)制信號單極性，亦即調(diào)幅信號不過零5. 包絡(luò)檢波方法包絡(luò)檢波方法（1）二極管峰值檢波、晶體管平均值檢波）二極管峰值檢波、晶體管平均值檢波圖圖3-7 二極管、晶體管包絡(luò)檢波二極管、晶體管包絡(luò)檢波usuoOOtta)b)n包絡(luò)檢波直流、交流成分含義：以包絡(luò)檢波直流、交流成分含義：以振動測量振動

8、測量為例，為例，直流分量對應(yīng)振動直流分量對應(yīng)振動中心位置，交流分量對應(yīng)振動幅值。中心位置，交流分量對應(yīng)振動幅值。圖圖3-8 包絡(luò)檢波原理包絡(luò)檢波原理（2）精密整流半波包絡(luò)檢波）精密整流半波包絡(luò)檢波圖圖3-9 精密整流半波包絡(luò)檢波精密整流半波包絡(luò)檢波n VD1作用：（作用：（1）在）在us正半周提供直流靜態(tài)工作點（否則開環(huán)飽和），正半周提供直流靜態(tài)工作點（否則開環(huán)飽和），運放重要使用條件！運放重要使用條件！ （2）使）使us在正負半周負載基本對稱。在正負半周負載基本對稱。n平均值檢波，也稱線性半波檢波電路。平均值檢波，也稱線性半波檢波電路。（3）精密整流全波包絡(luò)檢波）精密整流全波包絡(luò)檢波圖圖3-

9、10 精密整流全波包絡(luò)檢波電路精密整流全波包絡(luò)檢波電路圖圖a)中，中，R3 =2R3。圖圖c)中，中，R3下方電阻也是下方電阻也是R3，可取可取R1=R2=R3=R4/2。6. 相敏檢波數(shù)學(xué)模型相敏檢波數(shù)學(xué)模型n 包絡(luò)檢波：包絡(luò)檢波：1）要求調(diào)制信號為單極性；）要求調(diào)制信號為單極性；2）不區(qū)分載波頻率（信號）不區(qū)分載波頻率（信號與噪聲）。與噪聲）。n 相敏檢波：具有選頻和鑒相能力，需提供載波信號作參考（若有相相敏檢波：具有選頻和鑒相能力，需提供載波信號作參考（若有相位延遲，必須足夠小）提供頻率相位信息！核心在相位延遲，必須足夠?。┨峁╊l率相位信息！核心在相“乘乘”。ttUucxmscoscos

10、ttUtUttUtucxmxmcxmcs2coscos21cos21coscoscos*2若參考信號相對調(diào)制信號存在相移若參考信號相對調(diào)制信號存在相移 （ 須須足夠小且固定）足夠小且固定）)(coscoscos)(cos*tttUtuccxmcs)2cos(cos21coscos21ttUtUcxmxm7. 相敏檢波方法相敏檢波方法（1）乘法器相敏檢波：誤差因素少，精度最高。乘法器相敏檢波：誤差因素少，精度最高。（2）開關(guān)式（相乘）半波、）開關(guān)式（相乘）半波、全波全波波波相敏檢波相敏檢波圖圖3-9 開關(guān)式全波相敏檢波電路開關(guān)式全波相敏檢波電路（3）相加式半波）相加式半波/全波相敏檢波全波相敏檢波圖圖3-10 相加式半波相敏檢波電路相加式半波相敏檢波電路 圖圖3-11 相加全波相加全波通信電路，精度很差！通信電路，精度很差！（4）精密整流型全波相敏檢波）精密整流型全波相敏檢波圖圖3-12 精密整流型全波相敏檢波電路精密整流型全波相敏檢波電路 精密整流包絡(luò)檢波電路中兩二極管改由參考信號精密整流包絡(luò)檢波電路中兩二極管改由參考信號Uc控制（而不是由調(diào)控制（而不是由調(diào)幅信號本身正負控制