测控电路习题课3.ppt

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1、1,作用：传感器输出的信号一般很微弱，而且含有 各种噪声。为了将测量信号从含有噪声的 信号中分离出来，便于放大与远距离传输。, 3.1 调幅式测量电路 3.2 调频式测量电路 3.3 调相式电路 3.4 脉冲调宽制式测量电路,第3章 信号调制解调电路,第三章知识体系,第三章主要针对调制型传感器的应用，从传感器输出的调制后的信号中解调出被测信号来。,其次兼顾如斩波稳零、变压器耦合隔离、信号传输的需要，介绍了调制电路。从内容的组织上来看，四大调制解调电路，分门别类的展开。,测控电路中对信号进行调制解调的目的 四种调制方式，数学含义上理解其区别,第三章知识体系,例：许多系统中用脉宽调制电路，其信号调

2、制特点是改变。 a. 脉冲宽度 b. 信号幅值 c. 信号频率 d. 信号相位,4,1、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。 2、确保信号调制正常进行的条件是什么？ 3、为什么说信号调制有利于提高测控系统的信噪比，有利于提高它的抗干扰能力？它的作用通过哪些方面体现？ 4、为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制？ 5、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形 6、什么是包络检波？精密检波方法?什么是相敏检波? 7、包络检波和相敏检波的电路原理及分析、 区别； 8、相敏检波电路的主要作用：鉴相和选频 9、脉冲调宽信号的解调方式。,第3章 信号调制解调电路,5,调制,传感器调制

3、,电路调制,开关电路调制,乘法器调制,信号相加调制,调相,调频,调幅,脉冲调宽,载波为正弦波,载波为方波,在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅(Amplitude modulation)、调频(Frequency modulation)和调相(Phase modulation) 。 也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽(Pulse width modulation) 。 也可调频和调相,6,7,解调,包络检波,相敏检波,二极管与晶体管包

4、络检波,精密检波,半波,全波,8, 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)，让后者的某一特征参 数(幅值、频率、相位、脉冲宽度)按前者变化。 什么是信号解调？ 在将测量信号调制，并将它和噪声分离、放大等处 理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测 量信号，这一过程称为解调。,第3章 信号调制解调电路,9,调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。 用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。 在测控系统中，通常就用测量信号作调制

5、信号。 经过调制的载波信号叫已调信号。,调制要求：c10 ，,10,3.1 调幅式测量电路,3.1.1 调幅原理与方法 3.1.1.1 调幅信号的表达式,调幅信号的一般表达式可写为：, 什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出波形。 调幅就是用调制信号 x 去控制高频载波信号的幅值。 常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号 x 的线性函数变化。,c载波信号角频率； Um调幅波中载波信号的幅值； m调制的灵敏度；x调制信号。,11,设调制信号 ，且 （一般 ）,载波信号,上边频信号,下边频信号,载波信号中不含调制信号 x 的信息，因此可取Um= 0、 m = 1，只保留两个边频信号。这

6、种调制称为双边带调幅， 可采用乘法器实现。其数学表达式为：,3.1.1.1 调幅信号的表达式, 何谓双边带调幅？写出其数学表达式，并画出波形。,12,当x0时，us与 uc同频同相；,双边带调幅信号,当x0时，us与 uc同频反相。,双边带调幅信号的波形：,13,3.1.1.3 电路调制,2. 用开关电路实现调制,V1V2 N沟道增强型绝缘栅场效应管，低电平为0夹断。,当Uc为高电平“1”时，V1导通，V2夹断，uo= ux ；,当Uc为低电平“0”时，V1夹断，V2导通，uo= 0 。,V1,14, 什么是包络检波？检出调幅信号的包络线。,3.1 调幅式测量电路,3.1.2 包络检波电路,

7、如何实现包络检波？采用单向导电器件截去调幅信号中 下半部 (或上半部)的波形，即可获得半波检波信号，再经 低通滤波器滤除高频信号，即可获得所需调制信号，实现 解调。包络检波实际上就是建立在整流原理的基础上。,整流+滤波,15,3.1.2.2 精密检波电路,1. 半波精密检波电路,与VD1 防止us为正半周时，因VD2断开而使运放 处于开环状态，由此可造成运放饱和。,16,当us0时， ， ；,当us0时， ， 。,2. 全波精密检波电路一,17,当us0时，VD1 VD4通，VD2 VD3 断，N2跟随器工作， ；,当us0时，VD1 VD4断，VD2 VD3通，N1工作， 。,18,4. 高

8、输入阻抗全波精密检波电路,us0时，VD1 通，VD2 断， ；,us0时，VD1 断，VD2 通， ， 。,如实现检波还需要什么电路？,19,3.1 调幅式测量电路,3.1.3 相敏检波电路,3.1.3.1 相敏检波的功用和原理, 什么是相敏检波电路？具有鉴别调制信号相位(极性)和 选频能力的检波电路。, 为什么要采用相敏检波？ 包络检波有两个问题：一是解调过程主要是对调幅信 号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信 号的相位。二是包络检波电路本身不具有区分不同载波频 率信号的能力。为了使检波电路具有判别调制信号相位和 频率的能力，提高抗干扰能力，需要采用相敏检波电路。,由此可见，

9、相敏检波电路是由乘法器和低通滤波器组成。,20,相敏检波,乘法器相敏检波,开关式相敏检波,相加式相敏检波,21,2. 开关式相敏检波电路(全波检波),V N沟道结型场效应管，低电平为负夹断。,当Uc= “1”时，V导通，N同相输入端接地，uo= - us ；,当Uc= “0”时，V截止， us同时从N的同相输入端和反 相输入端输入，uo= us 。,3.1.3 相敏检波电路,22,2. 开关式相敏检波电路(全波检波),当Uc= “1”时，V1导通，V2截止，N同相输入端通过R4 接地，us从反相端输入， ；,当Uc= “0”时，V1截止，V2导通，N反相输入端通过R3 接地，us从同相端输入，

10、 。,23,2. 开关式相敏检波电路(波形图),当ux0时，us与 Uc同频同相；,当ux0时，us与Uc同频反相。,24,3.1.3.4 精密整流型相敏检波电路,当Uc= “1”时，V1截止，V2导通， ， ；,当Uc= “0”时，V1导通，V2截止， ， 。,25,1. 相敏检波电路的选频特性(波形),26,2. 相敏检波电路的鉴相特性(波形),us与Uc同相,Uc,t,o,+,us,t,o,+,uo,t,o,+,+,Uc,t,o,+,Uc,t,o,+,Uc,t,o,+,us,t,o,+,us,t,o,+,us,t,+,+,o,t,+,+,o,uo,uo,t,o,+,+,uo,t,o,us

11、与Uc反相,us与Uc相位差90o,us与Uc相位差30o,27,3.2 调频式测量电路,3.2.1 调频原理与方法 3.2.1.1 调频信号的表达式,调频信号的一般表达式可写为：, 什么是调频？写出调频信号的数学表达式，画出波形。 调频就是用调制信号 x 去控制高频载波信号的频率。 常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号 x 的线性函数变化。,28,3.3 调相式测量电路,3.3.1 调相原理与方法 3.3.1.1 调相信号的表达式, 什么是调相？写出调相信号的数学表达式，画出波形。 调相就是用调制信号 x 去控制高频载波信号的相位。 常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号

12、x 的线性函数变化。,调相信号的一般表达式可写为：,29,脉冲调宽的数学表达式为： B=b+mx,3.4 脉冲调制式测量电路,3.4.1 脉冲调制原理与方法 3.4.1.1 脉冲调制信号的表达式, 什么是脉冲调宽制？写出脉冲调制信号的数学表达式， 并画出其波形。 脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。在脉 冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。,30,例、在测控系统中被测信号的变化频率为0-100Hz，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，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c，通常至少要求c10。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号

13、与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0-100Hz，则载波信号的频率c1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为900-1100 Hz。信号解调后，滤波器的通频带应100 Hz，即让0-100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz以上的信号抑制，可选通频带为200 Hz。,31,相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在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的区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向。 在性能上最主要的区别是 相敏检波电路具有判别信号相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。 从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。,32,开关式全波相敏检波电路,33,精密整流型全波相敏检波电路,