相敏檢波——專題

1、1專題：相敏檢波專題：相敏檢波21 、調(diào)制解調(diào)的功用與類型（1）在檢測系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？）在檢測系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？ 在檢測系統(tǒng)中，進入檢測電路的除了傳感器在檢測系統(tǒng)中，進入檢測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檢測電路的一項重要任噪聲的信號中分離出來是檢測電路的一項重要任務。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號務。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦予一定特征，這就是調(diào)制的主要功用賦予一定特征，這就

2、是調(diào)制的主要功用。3（2）什么是信號調(diào)制？）什么是信號調(diào)制？ 調(diào)制調(diào)制就是用一個信號就是用一個信號(測量信號測量信號)（稱為調(diào)制信號（稱為調(diào)制信號）去控制另一個做為載體的信號（稱為載波信號）去控制另一個做為載體的信號（稱為載波信號），讓后者（載波信號）的某一特征參數(shù)按前者），讓后者（載波信號）的某一特征參數(shù)按前者（調(diào)制信號）變化。（調(diào)制信號）變化。 （3）什么是解調(diào)？）什么是解調(diào)？ 在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為被測量值的測量信號，這

3、一過程稱為解調(diào)解調(diào)。4調(diào)制解調(diào)電路的作用：調(diào)制解調(diào)電路的作用：12/25/20215（4）調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號）調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號v調(diào)制是給測量信號賦予一定特征，這個調(diào)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。常以一個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號高頻正弦信號或或脈沖信號脈沖信號作為載體，這作為載體，這個載體稱為個載體稱為載波信號。載波信號。載波信號載波信號)2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t6v用來改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、用來改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號稱為頻率、相位的信號稱為調(diào)制信號調(diào)制信號。v

4、在檢測系統(tǒng)中，通常就用在檢測系統(tǒng)中，通常就用測量信號作調(diào)制測量信號作調(diào)制信號信號。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫已調(diào)信號已調(diào)信號。調(diào)制信號調(diào)制信號x(t)x(t)0 0t t78a) a) 幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM)(AM)( )*( )cos(2)tAtx tyfb) b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)(FM)0( )cos()*2 ( )fy tAttxc) c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM(PM)0( )cos( )*2)y tAftx t9載波信號：載波信號：由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成。脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路：1000( )* ( )cos

5、(2)y tAx tf t緩變信號緩變信號調(diào)制調(diào)制高頻信號高頻信號放大放大放大高放大高頻信號頻信號解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號變信號v調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化化而變化（1 1）調(diào)制原理）調(diào)制原理2 、幅度調(diào)制與解調(diào)12/25/202111幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器X(t)Y(t)X m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器Y(t)x(t)12 先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號先將微弱的緩變信號加載到高

6、頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最后中去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。信號。 例：交流電橋例：交流電橋VinVoR1R3R2R4max0cos2UUf tmax0cos2UUf t幅度調(diào)制實例13 應變電阻的電阻變化量和被測外力引起的應變應變電阻的電阻變化量和被測外力引起的應變 之間之間的關(guān)系為：的關(guān)系為：式中，式中，S：應變片的靈敏度系數(shù)；：應變片的靈敏度系數(shù)； R：應變片初始電阻值。：應變片初始電阻值。所以有：所以有： 上式表明，載波信號上式表明，載波信號 經(jīng)電橋調(diào)幅后，輸出的信號經(jīng)電橋調(diào)幅后

7、，輸出的信號 幅值為幅值為 ，即余弦載波信號的幅值被應變，即余弦載波信號的幅值被應變 所所調(diào)制。而且隨著調(diào)制信號調(diào)制。而且隨著調(diào)制信號 正負半周的改變，調(diào)幅波的正負半周的改變，調(diào)幅波的相位也隨著改變：當調(diào)制信號相位也隨著改變：當調(diào)制信號 為正時，調(diào)幅波與載波為正時，調(diào)幅波與載波同相；當同相；當 為負時，調(diào)幅波與載波反相。為負時，調(diào)幅波與載波反相。 ( ) t( )RStRmax0.25( )SUt( ) t( ) t( ) t( ) t0max01( )cos24USUtf t&U&0U&12/25/202114（2 2） 解調(diào)原理解調(diào)原理解調(diào)器不僅解調(diào)器不僅能將交流輸

8、能將交流輸入電壓變成入電壓變成與其幅值成與其幅值成正比的直流正比的直流電壓信號，電壓信號，而且還能反而且還能反映交流輸入映交流輸入電壓的相位電壓的相位變化。變化。 12/25/202115a). a). 包絡檢波包絡檢波 v從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解解調(diào)調(diào)或檢波檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此調(diào)幅信號的包絡線形狀與調(diào)制信號一致。只要能檢出調(diào)幅信號的包絡線即能實現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡檢波包絡檢波。12/25/20211612/25/202117b). 相敏檢波相敏檢波 包絡檢波有兩個問題：包絡檢波有兩個問題：v一是解調(diào)的主要過程是對調(diào)幅信號進行半波或一是解調(diào)

9、的主要過程是對調(diào)幅信號進行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號的相位。的相位。v二是包絡檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻二是包絡檢波電路本身不具有區(qū)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(diào)制信號，都以同樣方式對它們整流，以恢復調(diào)制信號，這就是說這就是說它不具有鑒別信號的能力它不具有鑒別信號的能力。為了使檢。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需抗干擾能力，需采用相敏檢波電路采用相敏檢波電路。v相敏檢

10、波電路是具有相敏檢波電路是具有鑒相和選頻鑒相和選頻能力的檢波電能力的檢波電路。路。12/25/20211812/25/202119相敏檢波與包絡檢波的主要區(qū)別相敏檢波與包絡檢波的主要區(qū)別v相敏檢波電路能夠相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號相位鑒別調(diào)制信號相位，從而，從而判別被測量變化的方向。判別被測量變化的方向。v相敏檢波電路具有相敏檢波電路具有選頻選頻的能力，從而提高測的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力?？叵到y(tǒng)的抗干擾能力。v從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入輸入一個參考信號一個參考

11、信號。有了參考信號就可以用它來。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。鑒別輸入信號的相位和頻率。N2N2為過零比較器，載為過零比較器，載波信號波信號 經(jīng)過經(jīng)過N2N2后轉(zhuǎn)換為方波信號后轉(zhuǎn)換為方波信號 。D D為開關(guān)二極管，為開關(guān)二極管，將將N2N2輸出的方波信號輸出的方波信號 加在場效應管加在場效應管G G上。上。20波相敏檢波電路例實例v當當 時時,G,G截止，截止，N1N1同相端高電平，調(diào)幅波同相端高電平，調(diào)幅波 從從N1N1同相端和反相端同相端和反相端同時輸入，同時輸入，N1N1的放大倍數(shù)為：的放大倍數(shù)為： 輸出信號輸出信號 波形是一個幅值與被調(diào)制信號波形是一個幅值與被調(diào)制信

12、號 相同，位于正半周的波形。相同，位于正半周的波形。v當當 時，時，G G導通，導通，N1N1同相端接地，為同相端接地，為低低電平，調(diào)幅波電平，調(diào)幅波 從從N1N1反相端輸反相端輸入，入，N1N1的放大倍數(shù)為：的放大倍數(shù)為： 輸出信號輸出信號 波形是一個幅值與被調(diào)制信號波形是一個幅值與被調(diào)制信號 相反且略大的，位于正相反且略大的，位于正半周的波形。半周的波形。( )cu t( )u t( )u t13511.730WVRAR 13411WWVRRARR ( )0u t ( )mxt0( )x t( )u t( )0u t ( )mxt( )u t0( )x t12/25/2021213、頻率調(diào)

13、制與解調(diào) 調(diào)頻調(diào)頻就是用調(diào)制信號就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號的頻的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號的頻率按調(diào)制信號率按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。的線性函數(shù)變化。 調(diào)頻信號調(diào)頻信號us的的一般表達式一般表達式可寫為：可寫為： us=Umcos(wc+mx)txtOOtusa) 調(diào)制信號b) 調(diào)頻信號12/25/202122 對調(diào)頻信號實現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號中對調(diào)頻信號實現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號中檢出反映被測量變化的調(diào)制信號稱為檢出反映被測量變化的調(diào)制信號稱為頻頻率解調(diào)率解調(diào)或或鑒頻鑒頻。 方法：方法： 將調(diào)頻信號將調(diào)頻信號us=Umcos(wc+mx)t 對對t求求導數(shù)得到導數(shù)得到-Um (wc+mx)sin(wc+mx)t這這一一調(diào)調(diào)頻調(diào)幅信號。利用包絡檢波檢出其幅值頻調(diào)幅信號。利用包絡檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號的信息變化，即可得到含有調(diào)制信號的信息 Um (wc+mx)。12/25/2021234、相位調(diào)制與解調(diào) 調(diào)相調(diào)相就是用調(diào)制信號就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調(diào)相，即