【掌握】雙邊帶調幅信號（表達式、波形及載波信號頻率與調制信號頻率間的關系）；【了解】幾種調幅方法以及包絡檢波；【理解】精密檢波電路作用；【掌握】相敏檢波電路（特點、與包絡檢波電路的比較、相敏檢波電路的選頻特性和鑒相特性）；【掌握】調頻及鑒頻方法、頻率計工作原理；【掌握】調相及鑒相方法；【掌握】脈寬調制及解調方法；第三章信號調制解調電路

1第一節調制解調的功用與類型1、什么是信號調制？調制就是用一個信號（稱為調制信號）去控制另一個作為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數按前者變化。

2、什么是解調？在將測量信號調制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經調制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調。23、什么是調制信號、載波信號、已調信號？調制是給測量信號賦予一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用來改變載波信號的某一參數，如幅值、頻率、相位的信號稱為調制信號。在測控系統中，通常就用測量信號作調制信號。經過調制的載波信號叫已調信號。34、在測控系統中為什么要采用信號調制？

在測控系統中，進入測控電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測控電路的重要任務。為了便于區別信號與噪聲，往往給測量信號賦予一定特征，這就是調制的主要功用。

45、在測控系統中常用的調制方法有哪幾種？在信號調制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。正弦信號有幅值、頻率、相位三個參數，可以對這三個參數進行調制，分別稱為調幅、調頻和調相。也可以用脈沖信號作載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數作調制，最常用的是對脈沖的寬度進行調制，稱為脈沖調寬。

5第二節調幅式測量電路一、調幅原理與方法（一）1、什么是調幅？寫出調幅信號的數學表達式，畫出其波形。

調幅就是用調制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用的是線性調幅，即讓調幅信號的幅值按調制信號x的線性函數變化。調幅信號的一般表達式可寫為：us=(Um+mx)cosωct(3-1)

672、何謂雙邊帶調幅？寫出其數學表達式，畫出波形

假設調制信號x是角頻率為Ω的余弦信號x=XmcosΩt，由式（3-1）調幅信號可寫為：us=Umcosωct+[mXmcos(ωc+Ω)t+mXmcos(ωc-Ω)t]/2

它包含三個不同頻率的信號:角頻率為ωc的載波信號和角頻率分別為ωc±Ω的上下邊頻信號。載波信號中不含調制信號x的信息，因此可以取Um=0，只保留兩個邊頻信號。這種調制稱為雙邊帶調制。其數學表達式為：us=UxmcosΩt

cosωct8tuxOtOucusOtus=UxmcosΩt

cosωct雙邊帶調幅信號9調幅信號峰值與載波信號的頻率間關系101-調制信號Ω2-載波信號ωc=nΩ3、在測控系統中被測信號的變化頻率為0~100Hz，應怎樣選取載波信號的頻率？應怎樣選取調幅信號放大器的通頻帶？信號解調后，怎樣選取濾波器的通頻帶？

為正確調制，要求ωc>>Ω。通常要求ωc>10Ω，保證解調時濾波器能較好地將調制信號與載波信號分開，并保證調制解調精度。被測信號變化頻率為0~100Hz，則載波信號頻率ωc>1000Hz。調幅信號放大器的通頻帶應為900~1100Hz。解調后，濾波器的通頻帶應>100Hz，即讓0~100Hz的信號順利通過，而將900Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200Hz。11（二）傳感器調制1、

為什么在測控系統中常常在傳感器中進行信號調制？為了提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號一形成就已經是已調信號，因此常常在傳感器中進行調制。

122、通過交流供電實現調制如電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應變式傳感器輸出信號的調制133、用機械或光學的方法實現調制Ψθθ123456714（三）電路調制1、乘法器調制a)原理圖ucuxuoxyKxyb)實用電路3.3kΩ0.1μFuo-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ21254ux+12V152、開關電路調制uouxUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

ux163、信號相加調制T1+

ux-+ux

-+uc-VD1i1VD2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調制信號17二、包絡檢波電路什么是包絡檢波？從已調信號中檢出調制信號的過程稱為解調或檢波。幅值調制就是讓已調信號的幅值隨調制信號的值變化，因此調幅信號的包絡線形狀與調制信號一致。只要能檢出調幅信號的包絡線即能實現解調。這種方法稱為包絡檢波。

18包絡檢波的基本工作原理是什么？usuo'OOtta)b)由圖可見，只要從圖a所示的調幅信號中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號(經全波檢波或截去它的上半部也可)，再經低通濾波，濾除高頻信號，即可獲得所需調制信號，實現解調。包絡檢波就是建立在整流的原理基礎上的。

19（一）二極管與三極管包絡檢波1、基本電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性器件

低通濾波器C1a)二極管檢波電路C1VRLC2Tic+us_+_非線性器件

低通濾波器uoEcb)晶體管檢波電路202、峰值檢波與平均值檢波a)二極管iiθUsmωctωctuuo0us=usmcosωct02πimaxπ0uo0tωctb)晶體管iθ0ube0Usmus=usmcosωcti0θIcicmaxωctuo0tπ2π21（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都有一定死區電壓：即二極管的正向壓降、晶體管的發射結電壓超過一定值時才導通；二極管VD和晶體管V的工作特性是非線性曲線；二極管VD和晶體管V若偏離理想特性給檢波帶來誤差；為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。221、半波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+U’s–iiCR4uoR1R’2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–U’AAR2232、全波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+u’s–iiCR4uoR1R’2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u’AA線性全波檢波電路之一若取R1=R2，R’3=2R324

uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2線性全波檢波電路之二若取R1=R425

uousuAVD2VD1R1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)電路圖uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正輸入等效電路uo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)負輸入等效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若取R1=R2=R3=R4/2261、為什么要采用相敏檢波？包絡檢波有兩個問題：解調的主要過程是對調幅信號進行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調制信號的相位。包絡檢波電路本身不具有區分不同載波頻率的信號的能力。對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流，以恢復調制信號，這就是說它不具有鑒別信號的能力。 為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。

三、相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理272、什么是相敏檢波電路？相敏檢波電路是具有鑒別調制信號相位和選頻能力的檢波電路。其機理是將輸入信號與頻率與載波信號相同的參考信號相乘，再通過濾波將高頻載波濾除，提取調制信號。相敏檢波電路的特點：除了需要解調的調幅信號外，還要輸入一個參考信號；有了參考信號可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率；參考信號應與所需解調的調幅信號有相同的頻率，通常采用載波信號做參考信號；調制信號：雙邊帶調幅信號：再乘以載波信號：283、相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能與電路構成上最主要的區別是什么？在功能上：相敏檢波電路——鑒別調制信號相位——判別被測量變化的方向；具有選頻的能力——提高測控系統的抗干擾能力；包絡檢波電路不具有上述功能。從電路結構上：相敏檢波電路——需解調的調幅信號+參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。294、相敏檢波電路與調幅電路在結構上有哪些相似之處？它們又有哪些區別？

調制信號ux×幅值為1的載波信號=雙邊帶調幅信號us；us×載波信號--低通濾波后得調制信號ux。這就是相敏檢波電路在結構上與調制電路相似的原因。二者主要區別是:調幅電路：低頻調制信號×高頻載波信號=高頻調幅信號相敏檢波器：高頻調幅信號×高頻載波信號--濾波后輸出低頻解調信號。它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結構和參數不同。

30（二）常用相敏檢波電路1、乘法器式相敏檢波電路ucusuoxyKxyN0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω-8V1410161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF007us312、開關式相敏檢波電路tuoOu’oOtucOtusOtuxOtusuoUcV2V1Uc32uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)開關式全波相敏檢波電路Uc與us同相Uc與us反相333、相加式相敏檢波電路causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏檢波電路T1+ux-+ux

-+uc-VD1i1VD2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調制信號相加式調幅電路34uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5P–C0+ucT35

uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++–––T2ucVD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_ucucVD4T1R4+–+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3us364、精密整流型相敏檢波電路CR4uoR1R’2R2R3Uc∞-++N1∞-++N2R’3V1V2uAUcus375、脈沖箝位式相敏檢波電路ttuottttttR2R1CVusuoUc′∞-++NUcDsAuA,uousOOuAUc′OUcOuA,uousOOuAuoUcOUc′O38（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不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。參考信號為基波，相敏檢波再經低通濾波得到的電壓為調制信號的一半；若輸入有高次諧波干擾，相敏檢波再經濾波輸出為0；若參考信號取方波，則所有偶次諧波在載波信號的一個周期內平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號的幅值相應衰減為基波的1/n，即信號的傳遞系數隨諧波次數增高而衰減，對高次諧波有一定抑制作用。39

b)a)c)usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc相敏檢波電路的選頻特性n=1n=2n=3402、相敏檢波電路的鑒相特性什么是相敏檢波電路的鑒相特性？如果輸入信號us為與參考信號uc(或Uc)同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓uo=Usmcos∮/2，即輸出信號隨相位差∮的余弦而變化。由于在輸入信號與參考信號同頻但有一定相位差時，輸出信號的大小與相位差有確定的函數關系，可以根據輸出信號的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特性。

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a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO–++O–uouotO–++–uotO––相敏檢波電路的鑒相特性0o180o90o30o42（四）相敏檢波電路的應用振蕩器+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++15VRP5P調幅式電感測微儀電路43

光電顯微鏡瞄準原理txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)工作原理瞄準狀態瞄偏狀態44第三節調頻式測量電路一、調頻原理與方法（一）什么是調頻？寫出調頻信號的數學表達式，畫出其波形。調頻就是用調制信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調頻，即讓調頻信號的頻率按調制信號x的線性函數變化。調頻信號us的一般表達式可寫為：us=Umcos(wc+mx)t

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xtOOtusa)調制信號b)調頻信號調頻信號的波形46（二）傳感器調制421TNS3測力或壓力的振弦式傳感器47（三）電路調制1、電容三點式LC振蕩器調頻電路LCTC1C2+Ec482、多諧振蕩器調頻電路uo∞-++NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+FUruuouc+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)49二、鑒頻電路什么是鑒頻？對調頻信號實現解調，從調頻信號中檢出反映被測量變化的調制信號稱為頻率解調或鑒頻。（一）微分鑒頻1、工作原理將調頻信號us=Umcos(wc+mx)t

對t求導數得到

-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t這一調頻調幅信號。利用包絡檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調制信號的信息Um(wc+mx)。502、微分鑒頻電路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分網絡包絡檢波C1usud+r++---513、窄脈沖鑒頻電路uoOc)ustttOOτb)a)UsˊuoUs放大與電平鑒別器單穩態觸發器

低通濾波器usUsˊ52（二）斜率鑒頻us+–us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1-uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm調頻波瞬時頻率變化Ωtff53（三）相位鑒頻I1L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLU1Cuo1uo2uo耦合網絡平衡疊加型鑒相器U2RLCˊU2EΦI2U1ˊ54（四）比例鑒頻U5L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLCU3auo耦合網絡U2R1C3C4C5R2U4bU1ˊa)b)c)U3U4U22_U3U4U3U4U22_U1ˊU1ˊU1ˊ_U22U22U22U2255（五）數字式頻率計CpusUU′計數器鎖存器清零DG&SRQDZDS56第四節調相式測量電路一、調相原理與方法（一）什么是調相？寫出調相信號的數學表達式，畫出其波形。調相就是用調制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調相，即讓調相信號的相位按調制信號x的線性函數變化。調相信號us的一般表達式可寫為：

us=Umcos(wct

+mx)57

a)b)c)txOttucusOO58（二）傳感器調制13245M扭矩測量59

XY21a)aabWB12VP1VPnYOb)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫爾條紋信號的調制60（三）電路調制1、調相電橋oURUCUsUUCURUTRCUs∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-612、脈沖采樣式調相電路U0門限檢測電路脈沖發生器載波頻率鋸齒波發生器輸出調相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)U'cU062二、鑒相電路鑒相就是從調相信號中將反映被測量變化的調制信號檢出來，實現調相信號的解調，又稱為相位檢波。ucusuoxyKxyN（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相1、乘法器鑒相(ppt31)uo=KUsmUcm/2cos∮

632、用開關式相敏檢波電路鑒相（ppt32)3、用相加式相敏檢波電路鑒相（ppt34)為什么常取參考信號的幅值等于調相信號的幅值？b)a)Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ-ππ2_π2π0Ψuo64（二）通過相位—脈寬變換鑒相1、異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uoc)CPUs計數器鎖存器

延時時鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零UcDG1=1&Nd)-2-0N,uo2b)UcUsOOtuotUotOB652、RS觸發器鑒相a)QQSRUs’Uc’c)N,uoφ0π2π21ttttb)OOBQUsUcuoOU/cU/sOOt66