第3章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

第3章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

作用：傳感器輸出的信號(hào)一般很微弱，而且含有各種噪聲。為了將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來，便于放大與遠(yuǎn)距離傳輸。■3.1調(diào)幅式測(cè)量電路★■3.2調(diào)頻式測(cè)量電路★■3.3調(diào)相式測(cè)量電路電路■3.4脈沖調(diào)寬制式測(cè)量電路★■什么是信號(hào)調(diào)制？

調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)(稱為調(diào)制信號(hào))去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)(稱為載波信號(hào))，讓后者的某一特征參數(shù)(幅值、頻率、相位、脈沖寬度)按前者變化。

■什么是信號(hào)解調(diào)？在將測(cè)量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離、放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過程稱為解調(diào)。

第3章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.1調(diào)幅原理與方法3.1.1.1調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式線性調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式可寫為：■什么是調(diào)幅？寫出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形。

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)制信號(hào)載波信號(hào)線性調(diào)幅信號(hào)線性調(diào)幅信號(hào)的波形：設(shè)調(diào)制信號(hào)

，且（一般）

載波信號(hào)上邊頻信號(hào)下邊頻信號(hào)

載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)x的信息，因此可取Um0=0、

m=1，只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)幅，可采用乘法器實(shí)現(xiàn)。雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.1.1.1調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式■何謂雙邊帶調(diào)幅？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出波形。當(dāng)x>0時(shí)，us與

uc同頻同相；雙邊帶調(diào)幅信號(hào)txotucusoto當(dāng)x<0時(shí)，us與

uc同頻反相。雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的波形：為了正確進(jìn)行信號(hào)調(diào)制必須要求，通常至少要求。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，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fc>1000Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為900~1100Hz。信號(hào)解調(diào)后，低通濾波器的上截止頻率應(yīng)大于100Hz，即讓0~100Hz的信號(hào)順利通過，而將900Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為0~200Hz。

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，怎樣選取低通濾波器的通頻帶？3.1.1.1調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式3.1.1調(diào)幅原理與方法3.1.1.2傳感器調(diào)幅1.通過交流電橋(交流供電)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅把電阻、電容和電感式傳感器接入交流電橋?qū)崿F(xiàn)調(diào)幅。R1FR4R2

R3R1R2uouR3R4■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。2.用機(jī)械或光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)幅Ψθθ激光器光欄調(diào)制盤被測(cè)工件濾光片光欄光電元件激光器發(fā)出的光通過光欄、調(diào)制盤照射在被測(cè)件上，由于工件表面粗糙度不同，光電元件接收的光能量不同，由鏡面反射方向與光電器件接收的光能量之比來測(cè)量表面粗糙度。1.乘法器調(diào)幅3.1.1.3電路調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅ucuxuoxyKxya)原理圖

-8V0.1μF0.1μF14

10

1638MC149620μF20μFuc0.1μF21254uoux+12Vb)實(shí)用電路1k1k1k1k1k3.3k3.3k5175075047k680k

uoto

Ucotto

ux3.1.1.3電路調(diào)幅*

2.開關(guān)電路調(diào)幅V1V2——N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，低電平為0夾斷。當(dāng)Uc為高電平“1”時(shí)，V1導(dǎo)通，V2夾斷，uo=ux

；當(dāng)Uc為低電平“0”時(shí)，V1夾斷，V2導(dǎo)通，uo=0。V1uxuoUcV2Uc將歸一化方波余弦載波信號(hào)(0,1)按傅里葉級(jí)數(shù)展開：低頻高頻雙邊帶調(diào)幅帶通濾波后：——雙邊帶調(diào)幅2.開關(guān)電路調(diào)幅3.1.1.3電路調(diào)幅3.信號(hào)相加調(diào)幅T1+

ux

-+

ux

-+

uc

-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)設(shè)，，且Ucm>>Uxm，當(dāng)uc<0時(shí)，，二極管截止。調(diào)RP使uc在T3中抵消。由uc控制二極管，當(dāng)uc>0時(shí)，，二極管導(dǎo)通；3.信號(hào)相加調(diào)幅電路形式為相加，而實(shí)質(zhì)還是用uc控制二極管開關(guān)實(shí)現(xiàn)相乘。T1+

ux

-+

ux

-+

uc

-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)■什么是包絡(luò)檢波？檢出線性調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線。3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.2包絡(luò)檢波電路——線性調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)usotuoot■如何實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波？采用單向?qū)щ娖骷厝フ{(diào)幅信號(hào)中下半部(或上半部)的波形，即可獲得半波檢波信號(hào)，再經(jīng)低通濾波器濾除高頻信號(hào)，就可檢出調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波實(shí)際上就是建立在整流原理的基礎(chǔ)上。3.1.2.1二極管與晶體管包絡(luò)檢波C1與T的一次側(cè)構(gòu)成諧振回路輸入——濾除雜散信號(hào)；VD——單向?qū)щ娖骷?，半波檢波，截去us的下半部波形；V

——單向?qū)щ娖骷?，半波檢波，截去us的上半部波形；RLC2——低通濾波器，。C1VRLC2Tic非線性器件Ecb)晶體管檢波電路+u's_+uo_低通濾波器VDRLC2Ti+u's_+uo_非線性器件

低通濾波器C1a)二極管檢波電路■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)電壓超過一定值時(shí)才導(dǎo)通，它們的特性也是一條曲線(即非線性器件)。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。*

3.1.2.2精密檢波電路3.1.2包絡(luò)檢波電路3.1.2.2精密檢波電路1.半波精密檢波電路與VD1——防止us為正半周時(shí)，因VD2斷開而使運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，由此可造成運(yùn)放飽和。+

us–

半波整流器低通濾波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+–uAA–+∞-+N2+∞-+N1+此時(shí)，低頻時(shí)C開路，；高頻時(shí)C短路，uo=0——抑制高頻載波。當(dāng)us>0時(shí)，N1輸出，VD1通，VD2斷，，

；當(dāng)us<0時(shí)，N1輸出，VD1斷，VD2通，。+

us–

半波整流器低通濾波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+–uAA–+∞-+N2+∞-+N1+當(dāng)us>0時(shí)，，

；當(dāng)us<0時(shí)，，

。2.全波精密檢波電路之一+

us–

半波整流器低通濾波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+–uAA–+∞-+N2+∞-+N1+tuAtuootusoo當(dāng)us>0時(shí)，VD1VD4通，VD2VD3斷，N2跟隨器工作，

；當(dāng)us<0時(shí)，VD1VD4斷，VD2VD3通，N1工作，

。3.全波精密檢波電路之二uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2tuootuso4.高輸入阻抗全波精密檢波電路R2usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1∞-++N2a)電路圖uo=-usus<0uAR2R1R3R4usc)負(fù)輸入等效電路∞-++N1∞-++N2R2uo=usus>0usR1R3R4us∞-++N1b)正輸入等效電路∞-++N2us>0時(shí)，VD1通，VD2斷，

；us<0時(shí)，VD1斷，VD2

通，

，

。3.1調(diào)幅式測(cè)量電路3.1.3相敏檢波電路——雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)3.1.3.1相敏檢波的功用和原理■什么是相敏檢波電路？具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位(極性)和選頻能力的檢波電路。■為什么要采用相敏檢波？包絡(luò)檢波有兩個(gè)問題：一是解調(diào)過程主要是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。二是包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率信號(hào)的能力。為了使檢波電路具有判別調(diào)制信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需要采用相敏檢波電路。功能區(qū)別：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，提高測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力。電路結(jié)構(gòu)區(qū)別：相敏檢波電路除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外，還要輸入一個(gè)與調(diào)幅信號(hào)同頻同相(同頻反相)的參考信號(hào)(通常用高頻載波作為參考信號(hào))。有了參考信號(hào)才能鑒別調(diào)制信號(hào)(被測(cè)信號(hào))的相位(極性)和頻率。3.1.3.1相敏檢波的功用和原理■相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能和電路構(gòu)成上的主要區(qū)別是什么？

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。這就是說相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與雙邊帶調(diào)幅電路相似。二者主要區(qū)別是雙邊帶調(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)低通濾波后輸出低頻解調(diào)信號(hào)。因此它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。3.1.3.1相敏檢波的功用和原理■相敏檢波電路與雙邊帶調(diào)幅調(diào)幅電路在構(gòu)成上有哪些相似之處？它們又有哪些區(qū)別？3.1.3.1相敏檢波的功用和原理設(shè)調(diào)制信號(hào)：載波信號(hào)：——單位載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)：則相敏檢波后信號(hào)：低通濾波后信號(hào)：由此可見，相敏檢波電路是由乘法器和低通濾波器組成。1.乘法器構(gòu)成的相敏檢波電路3.1.3相敏檢波電路3.1.3.2相乘式相敏檢波電路ucusuoxyKxya)原理圖

-8V0.1μF0.1μF51Ω14

10

1638MC14960.1μF0.1μFuc21254uous+12Vb)實(shí)用電路∞-++N0.01μF0.01μFF0071k1k1k3.3k3.3k1k1k200k20k20k10k200k10k6.8k91091047kRRCC2.開關(guān)式相敏檢波電路3.1.3.2相乘式相敏檢波電路tuoouootucotusotuxotˊusuoUcV2UcV1當(dāng)uc>0時(shí)，Uc=1，Uc=0，V1導(dǎo)通，V2截止，uo=us

；當(dāng)uc<0時(shí)，Uc=0，Uc=1，V1截止，V2導(dǎo)通，uo=0。*

2.開關(guān)式相敏檢波電路(全波檢波)V——N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，低電平為負(fù)夾斷。當(dāng)Uc=“1”時(shí)，V導(dǎo)通，N同相輸入端接地，uo=-us

；uousUcRVRR∞-++N當(dāng)Uc=“0”時(shí)，V截止，us同時(shí)從N的同相輸入端和反相輸入端輸入，uo=us

。2.開關(guān)式相敏檢波電路(全波檢波)R6uousR2R3R1R4R5V1UcV2Uc∞-++N當(dāng)Uc=“1”時(shí)，V1導(dǎo)通，V2截止，N同相輸入端通過R4接地，us從反相端輸入，

；當(dāng)Uc=“0”時(shí)，V1截止，V2導(dǎo)通，N反相輸入端通過R3接地，us從同相端輸入，

。2.開關(guān)式相敏檢波電路(全波檢波時(shí)波形圖)Ucotusotuootus與Uc同相(ux>0)當(dāng)ux>0時(shí)，us與

Uc同頻同相；當(dāng)ux<0時(shí)，us與Uc同頻反相。us與Uc反相(ux<0)Ucotusotuoot3.1.3.3相加式相敏檢波電路當(dāng)u'c<0時(shí)，VD1VD2截止，uo=0；當(dāng)u'c>0時(shí)，VD1VD2導(dǎo)通，且Ucm>>Usm，低頻時(shí)C1C2開路，則調(diào)RP使causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+u'c+––uc1.相加式半波相敏檢波電路之一2.相加式半波相敏檢波電路之二uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4AucTUcm>>Usm，低頻時(shí)C1開路，C0很大視為短路。當(dāng)ux>0時(shí)，us與uc同相，uc>0，us>0，VD1VD2導(dǎo)通，i1>i2，uo=(i1-i2)R5>0；當(dāng)ux<0時(shí)，us與uc反相，uc>0，us<0，VD1VD2導(dǎo)通，i1<i2，uo=(i1-i2)R5<0。正半周(uc>0)等效電路2.相加式半波相敏檢波電路之二R1VD1++–VD2+_i1i2uc1uc2usR2R5A–ucTi1-i2uoR1VD1++–VD2+_i1i2uc1uc2usR2R5A–ucTi1-i2uo當(dāng)ux>0時(shí)，us與uc同相，uc<0，us<0，VD3VD4導(dǎo)通，調(diào)RP使流過電表電流為零，uo=0；i4i3R4VD4VD3usR3ucRP+–i4-i3––++uc1uc2當(dāng)ux<0時(shí)，us與uc反相，uc<0，us>0，VD3VD4導(dǎo)通，調(diào)RP使流過電表電流為零，uo=0。i4i3R4VD4VD3usR3ucRP+–i4-i3––++uc1uc2負(fù)半周(uc<0)等效電路2.相加式半波相敏檢波電路之二3.相加式全波相敏檢波電路uc2uc1CR5AR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usT1uous1us2+–+++–––T2ucUcm>>Usm，低頻時(shí)C開路。3.相加式全波相敏檢波電路當(dāng)ux>0時(shí)，us與uc同相，uc>0，us>0，VD1VD2導(dǎo)通，i2>i1，uo=(i2-i1)R5>0；VD1T2R1++VD2_i1i2uc1uc2+uoR2A–us1+usT1i2-i1R5_uc–VD1T2R1++VD2_i1i2uc1uc2+uoR2A–us1+usT1i2-i1R5_uc–當(dāng)ux<0時(shí)，us與uc反相，uc>0，us<0，VD1VD2導(dǎo)通，i2<i1，uo=(i2-i1)R5<0。正半周(uc>0)等效電路3.相加式全波相敏檢波電路當(dāng)ux>0時(shí)，us與uc同相，uc<0，us<0，VD3VD4導(dǎo)通，i4>i3，uo=(i4-i3)R5>0

；當(dāng)ux<0時(shí)，us與uc反相，uc<0，us>0，VD3VD4導(dǎo)通，i4<i3，uo=(i4-i3)R5<0

。ucVD4T1R4+–+VD3_i4i3uc1uc2+uoR3T2A–us2+R5_i4-i3usucVD4T1R4+–+VD3_i4i3uc1uc2+uoR3T2A–us2+R5_i4-i3us負(fù)半周(uc<0)等效電路*

3.1.3.4精密整流型相敏檢波電路當(dāng)Uc=“1”時(shí)，V1截止，V2導(dǎo)通，，

；當(dāng)Uc=“0”時(shí)，V1導(dǎo)通，V2截止，，。UcUcus

CR4uoR1R2R3V1V2uA+

_∞-+N2+∞-+N1+3.1.3.5脈沖鉗位式相敏檢波電路當(dāng)時(shí)，V導(dǎo)通，A點(diǎn)接地，us對(duì)C充電的瞬時(shí)值為：當(dāng)時(shí)，V夾斷，C的放電回路時(shí)常數(shù)很大，保持充電電壓uc，A點(diǎn)電壓為：uoR2R1CVus+∞-+NUcDsA單穩(wěn)V——N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，低電平為0夾斷。3.1.3.5脈沖鉗位式相敏檢波電路(波形圖)當(dāng)時(shí)，，uA全為負(fù)；當(dāng)時(shí)，，uA全為正。N為跟隨器，其后接低通濾波器輸出為uo。該電路不能用于調(diào)幅波的解調(diào)。ttttuA,uo

usooUcoouAuotttuousooUcotouAuA,uo

3.1.3.6相敏檢波電路的選頻和鑒相特性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。若us中含有高次諧波，由此產(chǎn)生的附加輸出為：相敏檢波電路由乘法器和低通濾波器組成，即——相敏檢波電路具有抑制各種高次諧波的能力。1.相敏檢波電路的選頻特性在實(shí)用的相敏檢波電路中，常采用方波信號(hào)作參考信號(hào)，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)的幅值相應(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。1.相敏檢波電路的選頻特性(波形圖)n=1usustouoto++––++––Uctouoto–+++to+–tUco+–ustouoto+++–––++++––to+–Ucn=2n=32.相敏檢波電路的鑒相特性3.1.3.6相敏檢波電路的選頻和鑒相特性■什么是相敏檢波電路的鑒相特性？如果輸入信號(hào)us與參考信號(hào)uc(或Uc)是同頻信號(hào)，但有一定相位差，這時(shí)輸出電壓為：

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為鑒相特性。2.相敏檢波電路的鑒相特性

——輸出信號(hào)仍隨相位差的余弦而變化。若用方波信號(hào)作參考信號(hào)，則2.相敏檢波電路的鑒相特性(波形圖)us與Uc同相Ucto+–uoto++usto–+usto–+Ucto+–uoto––us與Uc反相Ucto+–ust–++ot–++o–uous與Uc相位差90oUcto+–usto–+uoto–++–us與Uc相位差30o3.1.3.7相敏檢波電路的應(yīng)用1.用于調(diào)幅電路的解調(diào)振蕩器+15V傳感器uoVCT123456相敏檢波電路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切換電路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5A7RP63.1.3.7相敏檢波電路的應(yīng)用2.對(duì)稱判斷電路：判斷光電顯微鏡是否瞄準(zhǔn)被測(cè)刻線Φ,uttxoob)瞄準(zhǔn)狀態(tài)txotoΦ,uc)瞄偏狀態(tài)x狹縫光欄刻線像a)工作原理光電元件當(dāng)刻線處于瞄準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，即刻線像對(duì)稱于狹縫，光電器件輸出的信號(hào)如圖b)，經(jīng)相敏檢波電路輸出為零；當(dāng)刻線處于非瞄準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，光電器件輸出信號(hào)如圖c)，經(jīng)相敏檢波電路輸出不為零。3.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.1調(diào)頻原理與方法3.2.1.1調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式■什么是調(diào)頻？寫出調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形。

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)的一般表達(dá)式可寫為：調(diào)頻信號(hào)的波形：xtootus調(diào)制信號(hào)調(diào)頻信號(hào)tuco載波信號(hào)3.2.1調(diào)頻原理與方法3.2.1.2傳感器調(diào)頻支承磁鐵膜片張力TNS振弦測(cè)量力或壓力的振弦式傳感器振弦的固有頻率隨張力T變化，從而使感應(yīng)電勢(shì)的頻率發(fā)生變化。把電容或電感傳感器接入LC諧振回路，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。1.電容三點(diǎn)式LC振蕩器調(diào)頻電路3.2.1調(diào)頻原理與方法3.2.1.3電路調(diào)頻把電容或電感傳感器接入LC振蕩器中，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。LCTC1C2+Ec*

2.RC多諧振蕩器調(diào)頻電路3.2.1.3電路調(diào)頻+FUruuouc+Ur-Ur-FUrotT2T1T0——充電與放電回路的時(shí)間常數(shù)RPuo∞-++NCR310k5k10kR1RR4VS15k30k10kR2uc(T1=T2，占空比不變，而頻率隨C而變化)1.工作原理將調(diào)頻信號(hào)

對(duì)t求導(dǎo)數(shù)得到：

——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。通過定零和靈敏度標(biāo)定從而得到x。3.2調(diào)頻式測(cè)量電路3.2.2鑒頻電路■什么是鑒頻？對(duì)調(diào)頻信號(hào)的解調(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)稱為頻率解調(diào)或鑒頻。3.2.2.1微分鑒頻2.微分鑒頻電路微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波uo+C1usVDVRLC2Ec-ieicC1usud+r++---要求：——微分電流r——三極管發(fā)射結(jié)正向電阻；VD

——為V提供直流偏壓，為電容C1提供放電回路。3.2.2.1微分鑒頻3.窄脈沖鑒頻電路3.2.2.1微分鑒頻uooustttooτusuo放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器低通濾波器UsUsˊUsˊ要求：——避免發(fā)生頻率混疊現(xiàn)象。3.2.2.2斜率鑒頻利用LC諧振回路得到調(diào)頻調(diào)幅波，在亞諧振區(qū)。再通過包絡(luò)檢波得到。圖3-33采用雙失諧回路，使靈敏度提高一倍，線性范圍增大。fcfffus1usRLuo1VD1TC1CLus1usus1us2uooooottttuo1uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsinΩtfcfm調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化Ωtff3.2.2.2斜率鑒頻3.2.2.3數(shù)字式頻率計(jì)(脈沖計(jì)數(shù)法)鎖存器每次得到的數(shù)代表us周期Ts，從而確定us的頻率，由此得到調(diào)制信號(hào)ux。要求：CP頻率f0>>ux的頻率us計(jì)數(shù)器UUˊSRQCPDSDZDG&鎖存器清零調(diào)頻波us經(jīng)整形器成為方波U，再經(jīng)單穩(wěn)形成窄脈沖。窄脈沖使RS觸發(fā)器置1，計(jì)數(shù)器的門DG打開，時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器。us變化一個(gè)周期后，出現(xiàn)第二個(gè)窄脈沖時(shí)發(fā)出鎖存指令，將計(jì)數(shù)器計(jì)的數(shù)送入鎖存器。脈沖計(jì)數(shù)法測(cè)量周期的誤差：t1：DG打開后第一個(gè)時(shí)鐘上升沿較Ts上升沿滯后的時(shí)間；t2：DG關(guān)閉后第一個(gè)時(shí)鐘上升沿較Ts下降沿滯后的時(shí)間。

——t1-t2構(gòu)成誤差，最大測(cè)量誤差為±T0。t2TsnT0T0t1圖3-35測(cè)量周期的波形圖U2為U的二分頻信號(hào)，其高電平的時(shí)間為Ts(圖3-35)。t1和t2的測(cè)量圖t1V2V1C1ADC1SRQ1&U2Uˊ延時(shí)1DG1t2V4V3C2ADC2Q2延時(shí)2SR&U2UˊDG1CPDF1DF2U0I0

在U上升沿時(shí)(U2為高電平)，窄脈沖U

通過DG1將DF1置1，V1導(dǎo)通，V2截止，恒流源I0通過V1向C1充電。'

在U2上升沿后第一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP來到時(shí)，DF1置0，V1截止，恒流源I0停止向C1充電。V1導(dǎo)通的時(shí)間等于t1，C1上的電壓與t1成正比，再經(jīng)ADC1得到t1值。t1V2V1C1ADC1SRQ1&U2UˊDG1CPDF1U0I0延時(shí)1t1的測(cè)量圖調(diào)頻波us變化一個(gè)周期后，U2變?yōu)榈碗娖?，U2變?yōu)楦唠娖?。同理利用t2的測(cè)量圖也可得到t2的值。3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.1調(diào)相原理與方法3.3.1.1調(diào)相信號(hào)的表達(dá)式■什么是調(diào)相？寫出調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形。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)的一般表達(dá)式可寫為：調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)調(diào)相信號(hào)txottucusoo調(diào)相信號(hào)的波形：3.3.1調(diào)相原理與方法3.3.1.2傳感器調(diào)相彈性軸傳感器齒輪M磁電感應(yīng)式扭矩傳感器齒輪傳感器兩個(gè)傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的相位差與扭矩M成正比。3.3.1.2傳感器調(diào)相XYaabWB標(biāo)尺光柵指示光柵VP1VPnYoNS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫爾條紋信號(hào)的調(diào)相標(biāo)尺光柵指示光柵1.調(diào)相電橋3.3.1調(diào)相原理與方法3.3.1.3電路調(diào)相oURUCUSUURUCUTRCUS運(yùn)放代替變壓器，N1N2形成兩個(gè)幅值相等、極性相反的電壓。∞-++N2∞-++N1RR1R1CUSU2U2U2-傳感器R或C變化時(shí)，對(duì)應(yīng)電壓UR或UC變化，從而使US幅值不變，而相位變化。2.脈沖采樣式調(diào)相電路3.3.1.3電路調(diào)相U0門限檢測(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+U'cUsusottoujtoux+ujtoux參考信號(hào)U'cU0鋸齒波鋸齒波+調(diào)制信號(hào)調(diào)相脈沖3.3調(diào)相式測(cè)量電路3.3.2鑒相電路3.3.2.1乘法器和低通濾波器鑒相■什么是鑒相？對(duì)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)，從調(diào)相信號(hào)中檢出反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)稱為相位檢波或鑒相。ucusuoxyKxy

uo隨的余弦變化，但受us和uc的幅值影響。3.3.2.2相敏檢波電路鑒相1.開關(guān)式相敏檢波電路鑒相2.相加式相敏檢波電路鑒相：Ucm=Usm，Us1=Us2=Us···電容C1和C2兩端電壓分別為：······usT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––ac當(dāng)Ucm=Usm時(shí)在

時(shí)，輸出uo為：工作范圍：，在附近，線性好，靈敏度高。

在

與時(shí)，輸出uo相同，故鑒相器不能鑒別相位超前與滯后，只能鑒別相位大小。Us-UsU1UcU2·····1.異或門鑒相UcUsDG1=1Uo3.3.2鑒相電路3.3.2.3通過相位—脈寬變換鑒相CPUs鎖存器延時(shí)時(shí)鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零UcDG1=1&N計(jì)數(shù)器鑒相范圍：uo——Uo通過低通濾波器后的輸出，。UcUsootuotUotoB2.RS觸發(fā)器鑒相3.3.2.3通過相位—脈寬變換鑒相ttttooBQUsUcuooootUcˊUsˊ用Q代替上圖中的Uo作門控信號(hào)。鑒相范圍：QQRSU'cU's3.3.2.4脈沖采樣式鑒相uo單穩(wěn)鋸齒波發(fā)生器采樣保持電路反向放大濾波器uj

UcUcˊUsˊuˊ鑒相范圍：toottotoujtououˊUsˊUcˊ各種鑒相方法比較(精度、誤差因素、鑒相范圍)

影響鑒相誤差的主要因素有：非線性、信號(hào)幅值、占空比、門電路與時(shí)鐘脈沖頻率等。

RS觸發(fā)器鑒相精度最高，線性好，對(duì)Us和Uc的占空比沒有要求。鑒相范圍接近2。相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號(hào)幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為±/2

。脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近2。異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為0~。通過相位—脈寬變換鑒相時(shí)門電路的動(dòng)作時(shí)間與時(shí)鐘脈沖頻率誤差對(duì)精度有影響，但一般誤差較小。3.3.2鑒相電路脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：B=b+mx3.4脈沖調(diào)寬式測(cè)量電路3.4.1脈沖調(diào)寬原理與方法3.4.1.1脈沖調(diào)寬信號(hào)的表達(dá)式■什么是脈沖調(diào)制？寫出脈沖調(diào)寬信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出其波形。脈沖調(diào)制是指用