測(cè)控電路張國(guó)雄1-5章

2.信號(hào)放大電路張國(guó)雄天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件：gxzhang@2.信號(hào)放大電路何謂測(cè)量放大電路？

在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱(chēng)為測(cè)量放大電路。測(cè)量放大電路是測(cè)控電路的基本組成部分，本章討論以精為主線，將靈放在重要位置，同時(shí)考慮快與可靠?；疽螅孩俚驮肼?；②低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；③高共模輸入范圍和高共模抑制比；④一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；⑤線性好；⑥輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；⑦足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率。以上要求都是圍繞“精”提出來(lái)的，同時(shí)考慮快。2.信號(hào)放大電路R2ui+∞-+NR1R3

從靈和安全可靠出發(fā)，還需要：①可調(diào)閉環(huán)增益放大電路；②參量放大電路；③電荷放大電路；④隔離放大電路。也有利于提高精度。還需要考慮低成本。2.信號(hào)放大電路2.信號(hào)放大電路

測(cè)量放大電路的主要誤差源

高共模抑制比放大電路高輸入阻抗放大電路

低漂移放大電路

電橋放大電路2023/2/22.信號(hào)放大電路

隔離放大電路

電荷放大電路

增益可控放大電路2023/2/22.信號(hào)放大電路2.1測(cè)量放大電路的主要誤差源

2.1運(yùn)算放大器件的主要誤差源序號(hào)參數(shù)名稱(chēng)理想值實(shí)際值

1差模增益∞90～100dB以上2共模增益00dB以上3輸入阻抗∞100kΩ～數(shù)兆歐4輸出阻抗010Ω～數(shù)百歐5帶寬0～∞0～10Hz（或0～10kHz）6動(dòng)態(tài)范圍0～供電電壓有限部分7輸入失調(diào)電壓0納伏至毫伏8輸入失調(diào)電流0皮安至微安9噪聲0納伏至微伏+∞-+N2023/2/22.1

測(cè)量放大電路的主要誤差源

2.信號(hào)放大電路采用負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)放大器可以擴(kuò)大帶寬和線性范圍。最主要的誤差因素是噪聲與失調(diào)漂移。固定的失調(diào)可以通過(guò)調(diào)整來(lái)解決。2.信號(hào)放大電路2.1測(cè)量放大電路的主要誤差源式中k——玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；T——導(dǎo)體的絕對(duì)溫度（K）；B——測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)；R——導(dǎo)體阻抗的實(shí)部(Ω)。

噪聲噪聲就是干擾有用信號(hào)的某種不希望的擾動(dòng)。通常，把外部來(lái)的稱(chēng)為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱(chēng)為噪聲。熱噪聲由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動(dòng)引起的噪聲2023/2/22.信號(hào)放大電路2.1測(cè)量放大電路的主要誤差源低頻噪聲與晶體管表面的狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲式中k1——與材料有關(guān)的常量，其量綱與a、b有關(guān)；I

——工作電流(A)；a、b——由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，對(duì)各種半導(dǎo)體，b=0.8~1.5，a通常為1；

f

——工作頻率(Hz)。

散彈噪聲

流過(guò)二極管、三極管位壘層的載流子不是連續(xù)的，而是脈沖性質(zhì)的，電流的方均值或方均根值不為零

式中q——電子電荷，為1.59×10-19C；

IDC——直流電流(A)；

B——測(cè)量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)。2.信號(hào)放大電路2.1測(cè)量放大電路的主要誤差源減小噪聲影響的主要措施（1）采用噪聲小的器件；（2）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；（3）采用屏蔽措施；（4）采用高共模抑制比電路。2.信號(hào)放大電路2.1測(cè)量放大電路的主要誤差源減小漂移影響的主要措施（1）采用低漂移放大電路；（2）合理設(shè)計(jì)偏置電路；（R3=R1//R2

）（3）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)。uoR2ui+∞-+NR1R32.信號(hào)放大電路2.1測(cè)量放大電路的主要誤差源在許多情況下需要測(cè)量的參數(shù)是差值形狀誤差、位置誤差、差壓、溫差 有許多參數(shù)表面上看不是差值，實(shí)際還是差值在多數(shù)情況下外界干擾主要是共模干擾在集成電路制造中，比較容易保證的是參數(shù)的一致性2.信號(hào)放大電路2.2高共模抑制比放大電路精一、基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路是反相放大電路與同相放大電路的組合2.信號(hào)放大電路ui+∞+-NuoR1R2R3uoui+∞-+NR1R2R3反相放大電路同相放大電路2.2高共模抑制比放大電路一、基本差動(dòng)放大電路2.信號(hào)放大電路uo+∞-+Nui1R1R2R4ui2R3ui1作用時(shí)電路的輸出uo1

ui2作用時(shí)電路的輸出uo2

2.2高共模抑制比放大電路獨(dú)立作用原理2023/2/22.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路取R2//R1=R4//R3

具有共模抑制能力。

2.2高共模抑制比放大電路uo+∞-+Nui1R1R2R4ui2R32.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路實(shí)際上不可能完全做到R2//R1=R4//R3

2.2高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難。2.2高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路二、同相串聯(lián)高共模抑制比放大電路uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1特色：1.同相輸入、高輸入阻抗；2.對(duì)于N2仍然是差動(dòng)放大電路2.2高共模抑制比放大電路基爾霍夫定理2.信號(hào)放大電路二、同相串聯(lián)高共模抑制比放大電路取2.2高共模抑制比放大電路uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1增益與共模抑制比牽連2.信號(hào)放大電路三、三運(yùn)放高共模抑制比放大電路ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N32.2高共模抑制比放大電路RP調(diào)整兩臂平衡2.信號(hào)放大電路電路特點(diǎn)：輸入阻抗高；增益調(diào)整方便；對(duì)于理想運(yùn)放，共模抑制比趨向無(wú)限大。R7RPR8R3R4R6uoR5∞-++N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2∞+-+N1IR∞-++N2三、三運(yùn)放高共模抑制比放大電路2.2高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路2.2高共模抑制比放大電路uo∞+-+N1ui2R1R5R2ui1R4R3R3R4∞-++N2∞-++N3uo2uo1在信號(hào)傳輸中常采用屏蔽電纜當(dāng)傳感器與測(cè)量放大電路間有一定距離時(shí)，常用屏蔽電纜連接，屏蔽層一般接地。電纜輸入芯線與其屏蔽層之間的電容C1和C2

，以及傳感器和傳輸電纜內(nèi)阻RS1和RS2將在放大器輸入端形成兩個(gè)積分電路。共模輸入信號(hào)uic

在RS1、RS2上產(chǎn)生jωRS1C1uic、jωRS2C2uic的壓降

2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路差動(dòng)放大器abuicui1ui2RS1RS2C1C2uo2.2高共模抑制比放大電路引起輸出端差模電壓2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路對(duì)于原來(lái)的電路2.2高共模抑制比放大電路uo∞+-+N1ui2R1R5R2ui1R4R3R3R4∞-++N2∞-++N3uo2uo1引入有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，屏蔽電纜芯線與屏蔽層共模電壓為零，消除了屏蔽電纜電容的影響。2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路2.2高共模抑制比放大電路∞+-+N1ui2R1R5R2R0R0ui1ucR4R3R3R4∞-++N2∞-++N3uo（1）差動(dòng)放大器件特性不一致共模電壓產(chǎn)生差動(dòng)電壓引起共模抑制比變化2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響2.2高共模抑制比放大電路R7RPR8R3R4R6uoR5∞-++N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2∞+-+N1IR∞-++N2（2）差動(dòng)放大器特性不理想共模增益同時(shí)受阻抗不匹配和運(yùn)算放大器N3的有限共模抑制比影響，由阻抗不匹配引起附加共模增益運(yùn)算放大器N3的有限共模抑制比引起的附加共模增益2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響2.2高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響（2）差動(dòng)放大器特性不理想總附加共模增益比總共模抑制比2.2高共模抑制比放大電路某些傳感器輸出的信號(hào)電壓常在在微伏級(jí)，且為直流緩變信號(hào)，漂移是一個(gè)關(guān)鍵難題。常用措施包括(1)盡早調(diào)制；(2)共模抑制；(3)采用低漂移信號(hào)放大電路。許多情況下難以在傳感器內(nèi)直接調(diào)制，減小測(cè)量放大電路的電壓漂移，實(shí)現(xiàn)低漂移信號(hào)放大至關(guān)重要。集成電路中放大器通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)切換輪換工作，半個(gè)周期測(cè)量保存、失調(diào)電壓，另半個(gè)周期放大輸出，對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。

2.3低漂移放大電路2.信號(hào)放大電路精2.信號(hào)放大電路2.3低漂移放大電路Uo∞-++N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2UiSb1R1∞-++N4時(shí)鐘2.信號(hào)放大電路2.3低漂移放大電路∞-++N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2UiSb1R1∞-++N4高低2.信號(hào)放大電路2.3低漂移放大電路b)誤差保持K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2U0s1U0s22.信號(hào)放大電路2.3低漂移放大電路Uo∞-++N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2UiSb1R1∞-++N4時(shí)鐘高低2.信號(hào)放大電路2.3低漂移放大電路c)調(diào)零放大輸出UoC1UiR1R2K1-++N1U0s12.信號(hào)放大電路2.4高輸入阻抗放大電路問(wèn)題提出：電路的接入不應(yīng)該影響原系統(tǒng)工作狀態(tài)有些傳感器（如電容式、壓電式）的輸出阻抗很高，可達(dá)108Ω以上，這就要求其測(cè)量放大電路具有很高的輸入阻抗，不至于因?yàn)榉糯箅娐返慕尤胧箓鞲衅鬏敵鲂盘?hào)大幅度下降。開(kāi)環(huán)集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗通常都很高，但反相運(yùn)算放大電路等，其輸入阻抗遠(yuǎn)低于同相運(yùn)算放大電路。R2ui+∞-+NR1R3精2.信號(hào)放大電路2.4高輸入阻抗放大電路uoui+∞+-NR1R2R3+∞+-NuiuoR1R2b)

跟隨電路a)

同相放大電路采用同相輸入具有很高輸入阻抗2.信號(hào)放大電路uo+∞+-NuiR1R2R3R4C12.4高輸入阻抗放大電路對(duì)于交流放大器需要為電容提供放電通道，它使輸入阻抗大幅度下降交流放大電路2023/2/2c)自舉式高輸入阻抗放大電路uoR1R2C2C1R3∞-++ui自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。2.信號(hào)放大電路2.4高輸入阻抗放大電路2023/2/2d)交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3∞-++2.信號(hào)放大電路2.4高輸入阻抗放大電路2023/2/2e)電流補(bǔ)償型電路輸入電阻為Ri=(R1R2)/(R2-R1)當(dāng)R2=R1時(shí)，Ri→∞，i2=i1

uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N22.信號(hào)放大電路2.4高輸入阻抗放大電路2023/2/22.信號(hào)放大電路2.5電橋放大電路P應(yīng)變片測(cè)量力uuo靈2.信號(hào)放大電路2.5電橋放大電路uuousucx線圈測(cè)桿工件銜鐵何謂電橋放大電路？由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路，或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱(chēng)為電橋放大電路。應(yīng)用于何種場(chǎng)合？應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào)。

2.5電橋放大電路2.信號(hào)放大電路2023/2/2（一）反相輸入電橋放大電路Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na點(diǎn)為虛地，故uo反饋到R1兩端的電壓定是-uab2.5電橋放大電路2.信號(hào)放大電路Z1=Z2=Z4=R,Z3=R(1+δ),δ=ΔR/R

2023/2/22.信號(hào)放大電路R+ΔRR2R1uo∞-++NRRRu2.5電橋放大電路（二）同相輸入電橋放大電路（三）差動(dòng)輸入電橋放大電路2.5電橋放大電路R1=R2>>R

ua=ub

2.信號(hào)放大電路∞-++NR2=R1uoR1uR(1+δ)uaubRRR2023/2/2（四）線性電橋放大電路2.5電橋放大電路2.信號(hào)放大電路uoR3R2

=R(1+δ)R1uuaR1ub∞-++Nua

=ub

當(dāng)R3=R時(shí)量程較大，但靈敏度較低2023/2/2電荷放大電路是一種輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系的測(cè)量放大電路。例如，壓電式傳感器或電容式傳感器可將某些被測(cè)量（如力、壓力等）轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出，再通過(guò)電荷放大電路輸出放大了的電壓信號(hào)。因此，電荷放大電路亦稱(chēng)為電荷-電壓變換電路。2.信號(hào)放大電路2.6電荷放大電路

靈2.信號(hào)放大電路2.6電荷放大電路

QCRRiCiCcRsCs∞-++Nuob)實(shí)際等效電路圖QCuo∞-++Na)基本原理圖Cs—傳感器等效電容，Rs—傳感器泄漏電阻，Cc—電纜電容，Ri—運(yùn)算放大器的輸入電阻，Ci—運(yùn)算放大器的輸入電容。R

—電荷泄放電阻。2.信號(hào)放大電路2.6電荷放大電路

把C、R等效到N的輸入端時(shí)，等效電阻R/(1+K)，等效電容C′=C(1+K)，K足夠大

2.信號(hào)放大電路2.6電荷放大電路

足夠大,相對(duì)運(yùn)算誤差頻率特性,下限截止頻率高頻特性由運(yùn)放器件特性決定

增益可控放大電路可以根據(jù)被測(cè)量值自動(dòng)調(diào)整增益，以適應(yīng)測(cè)量不同范圍量值需要，使用靈活，有利于提高測(cè)量精度。(1)改變反饋電阻的自動(dòng)增益調(diào)整電路

Rx=R3+r

V飽和導(dǎo)通，r很小，電路增益最大;

V截止，r→∞，電路增益最小。

2.信號(hào)放大電路2.7增益可控放大電路

uoR2R4R1ui控制信號(hào)R3∞-++NV靈(2)可編程增益放大電路

根據(jù)需要將R3~R6與

R2并聯(lián)，使增益減小。2.信號(hào)放大電路2.7增益可控放大電路

增益A

B

C

D10011115001111010112110111110UoUi1MΩ110kΩ20.4kΩ10.1kΩABCDR21MΩR110kΩ10kΩ∞-++NR3R4R5R6（3）LH0084集成可編程增益差動(dòng)放大器

2.信號(hào)放大電路2.7增益可控放大電路

譯碼器和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路Ui1R6Sa110kΩU1Sa2Sa3Sa4Sb4Sb3Sb2Sb19R46kΩR22kΩR14kΩR32kΩR56kΩR710kΩR910kΩR1330kΩR1560kΩR1460kΩR810kΩR1230kΩR1010kΩR1110kΩD0D1數(shù)字地8×107×46×110Uo131612151114∞+-+N1∞-++N3########U23Ui2∞-++N2（3）LH0084集成可編程增益差動(dòng)放大器

改變R0、R1、R2改變差動(dòng)級(jí)增益。改變R5、R6改變末級(jí)增益。2.信號(hào)放大電路2.7增益可控放大電路

ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N32.信號(hào)放大電路2.7增益可控放大電路

LH0084的數(shù)字輸入、輸出端子連接和放大倍數(shù)表什么是隔離放大電路？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒(méi)有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端。應(yīng)用于何種場(chǎng)合？隔離放大電路主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)等）中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)。2.8隔離放大電路2.信號(hào)放大電路靈、可靠2023/2/2（一）基本原理(1)組成及符號(hào)－＋輸入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸出放大器－＋uducuiso2.8隔離放大電路2.信號(hào)放大電路2023/2/2（一）基本原理(2)原理框圖a)變壓器耦合b)光電耦合浮置電源輸入調(diào)制放大器耦合變壓器輸出解調(diào)放大器輸出輸入－＋浮置電源光耦合器輸入放大器－＋輸出放大器輸出輸入LEDV2.8隔離放大電路2.信號(hào)放大電路2023/2/2（二）通用隔離放大電路

(1)AD277變壓器耦合隔離放大器隔離電源振蕩器調(diào)制器輸入屏蔽解調(diào)器輸出屏蔽268734195＋15V－15V13121016－U100kΩ100kΩ1MΩ141115＋U∞-++N1∞-++N22.8隔離放大電路2.信號(hào)放大電路2023/2/2(2)互補(bǔ)式光電耦合放大電路i1=10V/R2+ui/R1i2=10V/R3+uo/(R5+Rp)i1=i2,

R2=R3uo=(R5+Rp)ui/R12.8隔離放大電路∞-++N1C-10VVLC1i1R2+10V+10VVLC2i2R3R1ui-10VuoRp∞-++N2R43.9kΩR5u1R02.信號(hào)放大電路2023/2/22-32-72-13思考題與習(xí)題3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路張國(guó)雄天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件：gxzhang@

精3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

調(diào)制解調(diào)的功用與類(lèi)型

調(diào)幅式測(cè)量電路

調(diào)相式測(cè)量電路

調(diào)頻式測(cè)量電路脈沖調(diào)制式測(cè)量電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類(lèi)型(1)什么是信號(hào)調(diào)制？調(diào)制(Modulation)就是用一個(gè)信號(hào)（稱(chēng)為調(diào)制信號(hào),modulatingsignal

）去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)（稱(chēng)為載波信號(hào)carrying

signal

），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。

(2)什么是解調(diào)？從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)（稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)，modulatedsignal）中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，稱(chēng)為解調(diào)(Demodulation)

。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類(lèi)型(3)在測(cè)控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？

在測(cè)控系統(tǒng)中，進(jìn)入測(cè)控電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來(lái)是測(cè)控電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測(cè)量信號(hào)賦予一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。調(diào)制還有利于減小漂移的影響，是提高測(cè)控系統(tǒng)精度的重要手段。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2調(diào)制解調(diào)的功用與類(lèi)型(4)

在測(cè)控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？

在信號(hào)調(diào)制中常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)作為載波信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)有幅值、頻率、相位三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱(chēng)為調(diào)幅(Amplitudemodulation)、調(diào)頻(Frequencymodulation)和調(diào)相(Phasemodulation)

。也可以用脈沖信號(hào)作載波信號(hào)?？梢詫?duì)脈沖信號(hào)的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱(chēng)為脈沖調(diào)寬(Pulsewidthmodulation)

。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路一、調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式(1)

什么是調(diào)幅？寫(xiě)出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)出其波形。

調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的幅值。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號(hào)的幅值按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：Us=(Um+mx)cosωct

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路a)調(diào)制信號(hào)b)載波信號(hào)d)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)c)調(diào)幅信號(hào)3.1.1

調(diào)幅原理與方法tttxOOucOusustO2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)何謂雙邊帶調(diào)幅？寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)出波形

假設(shè)調(diào)制信號(hào)x是角頻率為Ω的余弦信號(hào)x=XmcosΩt，由式us=(Um+mx)cosωct調(diào)幅信號(hào)可寫(xiě)為：

us=Umcosωct+[mXmcos(ωc+Ω)t+mXmcos(ωc-Ω)t]/2

它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào):角頻率為ωc的載波信號(hào)和角頻率分別為

ωc±Ω的上下邊頻信號(hào)。載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)x的信息，因此可以取Um=0，只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱(chēng)為雙邊帶調(diào)制。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)在測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0~100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？

為了正確進(jìn)行信號(hào)調(diào)制必須要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。這樣，解調(diào)時(shí)濾波器能較好地將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分開(kāi)，檢出調(diào)制信號(hào)。若被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0~100Hz，則載波信號(hào)的頻率ωc>1000Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為900~1100Hz。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/2a)檢出最大值b)誤差最大情況2112πnAB3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)在測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0~100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100Hz，即讓0~100Hz的信號(hào)順利通過(guò)，而將900Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200Hz。3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.1調(diào)幅式測(cè)量電路二、傳感器調(diào)制(1)為什么在測(cè)控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信號(hào)調(diào)制？為了提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求從信號(hào)一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號(hào)，因此常常在傳感器中進(jìn)行調(diào)制。

3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)通過(guò)交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制如，電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。3usucx12143.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法txOtOucOtusustO2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)通過(guò)交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/2(3)

用機(jī)械或光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)制3.1.1

調(diào)幅原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路1234563.1調(diào)幅式測(cè)量電路三、電路調(diào)制(1)

乘法器調(diào)制a)原理圖ucuxusxyKxy3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法b)實(shí)用電路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254usux+12V2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)開(kāi)關(guān)電路調(diào)制3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法uxuo=usUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

uxuo=us2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)

信號(hào)相加調(diào)制相加只是形式，實(shí)際上由uc控制，工作在開(kāi)關(guān)模式。T1+

ux_

+ux

_+uc-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1

調(diào)幅原理與方法2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.2包絡(luò)檢波電路什么是包絡(luò)檢波？從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的值變化，因此調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號(hào)一致。只要能檢出調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線即能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱(chēng)為包絡(luò)檢波。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？由圖可見(jiàn)，只要從圖a所示的調(diào)幅信號(hào)中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號(hào)(經(jīng)全波檢波或截去它的上半部也可)，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號(hào)，即可獲得所需調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上的。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路usOOtta)b)uo'2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波

(1)基本電路a)二極管檢波電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性器件低通濾波器C1VRLC2Tic+us_+_非線性器件低通濾波器uoEcb)晶體管檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（二）精密檢波電路為什么要采用精密檢波電路？二極管VD和晶體管V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發(fā)射結(jié)電壓超過(guò)一定值時(shí)才導(dǎo)通，它們的特性也是一根曲線。二極管VD和晶體管V的特性偏離理想特性會(huì)給檢波帶來(lái)誤差。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱(chēng)為線性檢波電路。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.2包絡(luò)檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路(1)半波精密檢波電路+–i1CR4uoR1+us–

R2R3VD1VD2半波整流器低通濾波器uA+u–i∞-++N1∞-++N2+––+A2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)全波精密檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路OtuAOtuoOtusOtus/2+us–

半波整流器低通濾波器+–i1CR4uoR1R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–A3R￠2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路線性全波檢波電路之二3.1.2包絡(luò)檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路Otu2OtuoOtu1OtusuoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2u1u22023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路線性全波檢波電路之三高輸入阻抗線性全波整流電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路a)電路圖usuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2uob）正輸入等效電路R2uo=usus>0usR1R3R4∞-++N1∞-++N2N2的同相輸入端與反相輸入端輸入相同信號(hào)，得到uo=us

N1跟隨器2023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2包絡(luò)檢波電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路線性全波檢波電路之三:高輸入阻抗線性全波整流電路取R1=R2=R3=R4/2，N1的輸出為

N2的輸出為

線性全波檢波電路常用作絕對(duì)值運(yùn)算電路c）負(fù)輸入等效電路a)電路圖usuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2uoR2uo=-usus<0uAR1R3R4∞-++N1∞-++N23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(1)為什么要采用相敏檢波？包絡(luò)檢波有兩個(gè)問(wèn)題：一是解調(diào)是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無(wú)法鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理txOtOucOtusustO3usucx12143.1.3相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(1)為什么要采用相敏檢波？第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號(hào)的能力。對(duì)于不同載波頻率的信號(hào)它都以同樣方式對(duì)它們整流。為了使檢波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。usOOtta)b)uo'（一）相敏檢波的功用和原理3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理

(2)

什么是相敏檢波電路？相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和選頻能力的幅值檢波（檢幅）電路。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能與電路構(gòu)成上最主要的區(qū)別是什么？在功能上的主要區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號(hào)相位，從而判別被測(cè)量變化的方向，同時(shí)相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點(diǎn)是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外，還要輸入一個(gè)參考信號(hào)。有了參考信號(hào)就可以用它來(lái)鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路2023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)

相敏檢波的基本原理將輸入的調(diào)制信號(hào)乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)

若將再乘以，就得到

3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(3)

相敏檢波的基本原理利用低通濾波器濾除頻率為和的高頻信號(hào)后就得到調(diào)制信號(hào)，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說(shuō)，將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us，將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us再乘以載波信號(hào)，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)ux。因此，相敏檢波可以用與調(diào)制電路相似的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（二）常用相敏檢波電路

(1)

乘法器式相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路ucusuoxyKxya)原理圖b)實(shí)用電路us0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

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

+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF0072023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路相敏檢波電路與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有哪些相似之處？它們又有哪些區(qū)別？

將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us，將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us再乘以載波信號(hào)，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。二者主要區(qū)別是調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號(hào)；而相敏檢波器實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)幅信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號(hào)。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)開(kāi)關(guān)式相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路V1usuoUcV2Uc半波檢波如果us反相，uo反向tuoOusOtuxOtucOt2023/2/2(2)開(kāi)關(guān)式相敏檢波電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路uousUcRVRR∞-++NUcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOtus與Uc同相us與Uc反相在Uc=1的半周期，同相輸入端被接地，us只從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為-1；在Uc=0的半周期，V截止，us同時(shí)從同相輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為+1

全波檢波檢波：兩個(gè)半周期輸出相同相敏：輸出的極性取決于

us與Uc相位關(guān)系3.1調(diào)幅式測(cè)量電路usR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUc3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路us與Uc同相us與Uc反相R1=R2=R3=R4=R5=R6/2,Uc=1半周期，V1導(dǎo)通、V2截止，增益Uc=0半周期，V1截止、V2導(dǎo)通，增益(2)開(kāi)關(guān)式相敏檢波電路uo全波檢波UcOtusOtuoOtUcOtuoOtusOt2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(3)相加式相敏檢波電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路相加式調(diào)幅電路相加式半波相敏檢波電路uscaT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+c+––ucu′高頻參考信號(hào)低頻解調(diào)信號(hào)RL+uo_高頻已調(diào)信號(hào)T1+ux_+ux

_+uc-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2i3RP調(diào)制信號(hào)低頻調(diào)制信號(hào)2023/2/2相加只是形式，實(shí)際上由uc控制，工作在開(kāi)關(guān)模式。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路調(diào)整電位器RP使

半波檢波caT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+c+––ucu′高頻參考信號(hào)3.1調(diào)幅式測(cè)量電路b)正半周等效電路c)負(fù)半周等效電路a)電原理圖

ucuc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4TP3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路只需一路調(diào)幅信號(hào)us輸入，并且采用電容C0耦合。有利于電路的簡(jiǎn)化。2023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路ucuc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4TP+－3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路C0很大，先不考慮C1=usR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2C1R2R5P–C0+ucTr1r2rAi1-i2i1-i2(3)相加式相敏檢波電路ucuc2uc1C0usC1R1VD2VD1R2R5TP+－AA3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路選配電阻

R1與R2

，使us=0時(shí)，時(shí)，流經(jīng)電表P的電流R5上輸出電壓

(3)相加式相敏檢波電路問(wèn)題：i1-i2總是從同一方向通過(guò)電容C0，使它按圖示極性充電，很快使VD1阻塞

usR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2C1R2R5P–C0+ucTr1r2rAi1-i2i1-i2Aucuc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4TP+－3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路另半周期等效電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路i4i3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPr4r3RP1RP2調(diào)節(jié)電位器RP使i4-i3=i1-i2。實(shí)際調(diào)整中，通過(guò)調(diào)整RP，使us=0時(shí)流經(jīng)電表P的電流為零來(lái)達(dá)到這一要求。電容C1用于濾除載波頻率的信號(hào)半波檢波3.1調(diào)幅式測(cè)量電路VD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_uc3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路正半周期＝全波檢波uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++––T2uc–AAB2023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路(3)相加式相敏檢波電路ucVD4T1R4+–+VD3_i4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3us負(fù)半周期＝相敏：輸出與uc和us之間的相位關(guān)系有關(guān)檢波：輸出的極性在兩個(gè)半周期不變?nèi)z波uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++––T2uc–BAB3.1調(diào)幅式測(cè)量電路(4)精密整流型相敏檢波電路在精密整流型包絡(luò)檢波電路中開(kāi)關(guān)器件是二極管，它的通斷由N1的輸出極性決定，與Uc和us之間的相位關(guān)系無(wú)關(guān)。在精密整流型相敏檢波電路中開(kāi)關(guān)器件是場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管，它的通斷由Uc的極性決定，輸出的極性與Uc和us之間的相位關(guān)系相關(guān)。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路CR4uoR1R2R3∞-++N1∞-++N2V1V2uA32R′R′UcUc-+us2023/2/2OtuAOtuoOtusOtus/2OtuAOtuoOtusOtus/2Uc與us同相Uc與us反相3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性

(1)

相敏檢波電路的選頻特性什么是相敏檢波電路的選頻特性？相敏檢波電路的選頻特性是指它對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同的傳遞特性。以參考信號(hào)為基波，所有偶次諧波在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號(hào)被抑制或幅值相應(yīng)衰減為基波的1/n，即信號(hào)的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對(duì)高次諧波有一定抑制作用。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路2023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性

(1)

相敏檢波電路的選頻特性相敏檢波的工作機(jī)理是將輸入信號(hào)與頻率為的單位參考信號(hào)相乘，再通過(guò)濾波將高頻載波信號(hào)濾除。濾波可以用在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)取平均值表示對(duì)于n次諧波分量只要。

在實(shí)用的相敏檢波電路中，常采用方波信號(hào)作參考信號(hào)。這時(shí)輸入信號(hào)與歸一化的方波載波信號(hào)相乘。輸出電壓3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性

(1)

相敏檢波電路的選頻特性它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1、3、5等各次諧波，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)為、、等。、、3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(1)相敏檢波電路的選頻特性b)n=2a)n=1c)n=3usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路(2)相敏檢波電路的鑒相特性如果輸入信號(hào)us為與參考信號(hào)uc(或Uc)同頻信號(hào)，但有一定相位差，這時(shí)輸出電壓即輸出信號(hào)隨相位差的余弦而變化。由于在輸入信號(hào)與參考信號(hào)同頻但有一定相位差時(shí)，輸出信號(hào)的大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號(hào)的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱(chēng)為鑒相特性。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO++OuouotO–++–––uotO––3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路(2)相敏檢波電路的鑒相特性

2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路（四）相敏檢波電路的應(yīng)用振蕩器+15V傳感器uoVCT1234576相敏檢波電路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切換電路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路相敏檢波電路還有利于減小零點(diǎn)殘余電壓影響RP2：電橋調(diào)零RP1：調(diào)零殘電壓RP3：電橋靈敏度RP4：檢波調(diào)零RP5：輸出靈敏度2023/2/23.1調(diào)幅式測(cè)量電路a)b)c)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.3相敏檢波電路（四）相敏檢波電路的應(yīng)用x213txtOtOtxΦ,uOOΦ,u2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.1調(diào)頻原理與方法（一）調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號(hào)us的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路xtOOtusa)調(diào)制信號(hào)b)調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)的波形3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1調(diào)頻原理與方法2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制213測(cè)力或壓力的振弦式傳感器3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1調(diào)頻原理與方法4TNS2023/2/2

多普勒測(cè)速3.2.1調(diào)頻原理與方法3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制VvPWV>>v

時(shí)3.2調(diào)頻式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制(1)

電容三點(diǎn)式LC振蕩器調(diào)頻電路LCTC1C2+Ec3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1調(diào)頻原理與方法2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路uo∞-++NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+FUr-FUruuouc+Ur-UrOtT2T1T0a)b)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路（三）電路調(diào)制(2)多諧振蕩器調(diào)頻電路3.2.1調(diào)頻原理與方法2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.2鑒頻電路對(duì)調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號(hào)中檢出反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)稱(chēng)為頻率解調(diào)或鑒頻。（一）微分鑒頻將調(diào)頻信號(hào)

對(duì)t求導(dǎo)數(shù)得到

這一調(diào)頻調(diào)幅信號(hào)。利用包絡(luò)檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號(hào)的信息

。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路微分鑒頻電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器C1r+-+-+-udusC1uousVDVRLC2+Ec-ieic2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路窄脈沖鑒頻電路3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器低通濾波器usUsUsˊ2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（二）斜率鑒頻3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路usus1us2fo1fo2RLRLuo1uo2VD2VD1TC1C2uoc)d)e)f)usUsmus1us2uoOOOOttttuo1-uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化Ωtff2023/2/23.2調(diào)頻式測(cè)量電路（三）數(shù)字式頻率計(jì)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2

鑒頻電路基于頻率測(cè)量法難以測(cè)量瞬時(shí)頻率，采用測(cè)量周期法CPusUU′計(jì)數(shù)器鎖存器清零DG&SRQDZDS前沿后沿后沿2023/2/2(1)非線性；(2)要求CP頻率很高。先用拍頻電路求它們的差拍，然后用頻率計(jì)測(cè)量差拍信號(hào)的頻率。

3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.2

鑒頻電路（三）數(shù)字式頻率計(jì)拍頻電路調(diào)頻信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)差拍信號(hào)頻率計(jì)輸出3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法（一）調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式

調(diào)相就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號(hào)us的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路a)b)c)txOttucusOO3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（一）調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式2023/2/2調(diào)相與調(diào)頻的關(guān)系調(diào)相信號(hào)的頻率也在變化，調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)頻率多普勒測(cè)速系統(tǒng)中，對(duì)于速度是調(diào)頻信號(hào)對(duì)于位移是調(diào)相信號(hào)3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法

VvPW3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（二）傳感器調(diào)制

45132M152436783.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（二）傳感器調(diào)制

OIstφ3.3調(diào)相式測(cè)量電路莫爾條紋信號(hào)的調(diào)制3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（二）傳感器調(diào)制

a)

莫爾條紋形成原理aabWB12YOb)光通量波形c)光電元件的排列d)調(diào)相信號(hào)的形成XY21VP1VPnS1S2SnVP1VP2VP3VPnN2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制

(1)調(diào)相電橋3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-OURUCUsUUCURUTRCUs2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路(2)脈沖采樣式調(diào)相電路U0門(mén)限檢測(cè)電路脈沖發(fā)生器載波頻率鋸齒波發(fā)生器輸出調(diào)相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU03.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1調(diào)相原理與方法

（三）電路調(diào)制

2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路鑒相就是從調(diào)相信號(hào)中將反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)檢出來(lái)，實(shí)現(xiàn)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)，又稱(chēng)為相位檢波。（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相(1)

乘法器鑒相ucusuoxyKxyN3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路在附近，有較高的靈敏度與較好的線性。輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)與參考信號(hào)幅值的影響。2023/2/23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路(2)用開(kāi)關(guān)式相敏檢波電路鑒相usUcRVRR∞-++NuotustUcOtOOtt輸出信號(hào)與cos成正比輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)幅值的影響。3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路(3)用相加式相敏檢波電路檢相作用在兩個(gè)二極管VD1和VD2的電壓分別為uocausT1C1VD1VD2C2R1R2RPT2us1+–edbus2+u′+––ucc

Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ3.3調(diào)相式測(cè)量電路(3)用相加式相敏檢波電路檢相3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路為什么鑒相時(shí)常取參考信號(hào)的幅值等于調(diào)相信號(hào)的幅值？-π0uoπ2π_π2輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)與參考信號(hào)幅值的影響。2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路（二）通過(guò)相位—脈寬變換鑒相

(1)異或門(mén)鑒相a)UCUSDG1=1Uob)UcUsOOtuotUotOBd)c)CPUs計(jì)數(shù)器鎖存器延時(shí)時(shí)鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零UcDG1=1&N-2-0N,uo23.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路(2)RS觸發(fā)器鑒相c)a)N,uoφ0π2π21b)ttttOOBQUsUcuoOOtOQQSR3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路（三）脈沖采樣式鑒相3.信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2鑒相電路uo單穩(wěn)鋸齒波發(fā)生器采樣保持濾波器Uc′ujUcUs′u′e)a)b)c)d)tOU’cOttOU’stOujtOu’uo2023/2/23.3調(diào)相式測(cè)量電路各種鑒相方