测控电路内科大老师上课培训课件.pptx
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1、第一节 调制解调的功用与类型4、在测控系统中常用的调制方法有哪几种?、在测控系统中常用的调制方法有哪几种?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、调频和调相调幅、调频和调相。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,称为脉冲调宽脉冲调宽。第一节 调制解调的功用与类型5、什么是调制信号、载波信号、已调信号?、什么是调制信号、载波信号、已调信号?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
2、载波信号信号。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调制信号。在测控系统中,通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号已调信号。第二节 调幅式测量电路一、调幅原理与方法一、调幅原理与方法(一一)1、什么是调幅?写出调幅信号的数学表、什么是调幅?写出调幅信号的数学表达式,画出其波形。达式,画出其波形。调幅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。调幅信号的一般表达式一般表达式可写为:us=(Um+mx)coswct 第二节 调幅式测量电路 txOtOucusa)调制信号b)载波信号Otc)
3、双边带调幅信号第二节 调幅式测量电路 2、何谓双边带调幅?写出其数学表达式,画出波形、何谓双边带调幅?写出其数学表达式,画出波形 假设调制信号x是角频率为的余弦信号x=Xmcost,由式(3-1)调幅信号可写为:us=Umcosct+mXmcos(c+)t+mXmcos(c-)t/2 它包含三个不同频率的信号:角频率为c的载波信号和角频率分别为c的上下边频信号。载波信号中不含调制信号x的信息,因此可以取Um=0,只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调制双边带调制。其数学表达式数学表达式为:us=Uxmcost cosct第二节 调幅式测量电路 3、在测控系统中被测信号的变化频率为在测控系统中
4、被测信号的变化频率为0100Hz,应怎,应怎样选取载波信号的频率?应怎样选取调幅信号放大器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?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与载波信号分开,检出调制信号。若被测信号的变化频率为0100Hz,则载波信号的频率c1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为9001100 Hz。信号解调后,滤波器的通频带应100 Hz,即让0100Hz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。第二
5、节 调幅式测量电路(二)传感器调制1、为什么在测控系统中常常在传感器中进行信为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制?号调制?为了提高测量信号抗干扰能力,常要求从信号一形成就已经是已调信号,因此常常在传感器中进行调制。第二节 调幅式测量电路另一种方法基于测量信号的周期,根据在信号的一个周期内进入计数器的高频时钟脉冲数即可测得信号的周期,从而确定它的频率。第二节 调幅式测量电路调频信号us的一般表达式可写为:us=usmcosct若被测信号的变化频率为0100Hz,则载波信号的频率c1000 Hz。测量频率有两种方法:一种是测量在某一时段内(例如1秒或0.调制是给测量信号赋予一定特征,这个特
6、征由作为载体的信号提供。第二节 调幅式测量电路Uc=1 时uo=-Us什么是相敏检波电路的选频特性?第三节 调频式测量电路而且电容的左端虚地,电容上的充电电压不影响二极管的通断。对高次谐波有抑制作用。相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。第二节 调幅式测量电路第五节 脉冲调制式测量电路第四节 调相式测量电路脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。2、通过交流供电实现调制第二节 调幅式测量电路2、通过交流供电实现调制、通过交流供电实现调制 如,电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4应变式传感器输出信号的调制 第二节 调幅
7、式测量电路3、用机械或光学的方法实现调制、用机械或光学的方法实现调制1234567第二节 调幅式测量电路(三)电路调制1、乘法器调制、乘法器调制a)原理图ucuxuoxyKxyb)实用电路-8V47k0.1F1k0.1F5175014 10 161k38MC14961k3.3k3.3k7501k680k20F20Fuc1k0.1F21254uoux+12V第二节 调幅式测量电路2、开关电路调制、开关电路调制uxuoUcV2V1Uc uotO Uc OttO ux第二节 调幅式测量电路3、信号相加调制、信号相加调制T1+ux -+ux -+uc -VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+u
8、o_RP调制信号第二节 调幅式测量电路二、包络检波电路二、包络检波电路n什么是包络检波?什么是包络检波?从已调信号中检出调制信号的过程称为解调解调或检波检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化,因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波包络检波。第二节 调幅式测量电路n包络检波的基本工作原理是什么?包络检波的基本工作原理是什么?由图可见,只要从图a所示的调幅信号中,截去它的下半部,即可获得图b所示半波检波后的信号(经全波检波或截去它的上半部也可),再经低通滤波,滤除高频信号,即可获得所需调制信号,实现解调。包络检波就是建立在
9、整流的原理基础上的。usuoOOtta)b)第二节 调幅式测量电路(一)二极管与三极管包络检波1、基本电路、基本电路VDRLC2Ti+us_+uo_非线性 器件 低通滤波器C1a)二极管检波电路C1VRLC2Tic+us_+_非线性 器件 低通滤波器uoEcb)晶体管检波电路第二节 调幅式测量电路2、峰值检波与平均值检波、峰值检波与平均值检波a)二极管iiUsmctctuuo0us=usmcosct0imax/20uo0tctb)晶体管i0ube0Usmus=usmcoscti0Icicmaxctuo0t第二节 调幅式测量电路(二)精密检波电路n为什么要采用精密检波电路?为什么要采用精密检波电
10、路?二极管VD和晶体管V都有一定死区电压,即二极管的正向压降、晶体管的发射结电压超过一定值时才导通,它们的特性也是一根曲线。二极管VD和晶体管V的特性偏离理想特性会给检波带来误差。为了提高检波精度,常需采用精精密检波电路密检波电路,它又称为线性检波电路线性检波电路。第二节 调幅式测量电路1、半波精密检波电路、半波精密检波电路+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA不影响检波输出二极管的死区和非线性即sAAsd
11、dAdsSdASAASSsuRRuuRRuKuRRKuRRKRRuuKuiRuuuuuiRuuRiu12212121212111)1(1)1(1虚地止,通,时ADDasuVVuu21,0,0通止,时21,0,0DDasVVuu21Rii于若运放的输入阻抗远大+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2+uA+uAA称正负半周期负载基本对同时也使电路在输入的环状态而进入饱和;无反馈而使运放处于开截止周期因反回路:防止输入正半21DDVV构成低通滤波器、与CRRN432对于高频信号,电容接近于短路,深负反馈,高频信号受到抑制。而且电容的左端虚
12、地,电容上的充电电压不影响二极管的通断。因此完成平均值检波。第二节 调幅式测量电路2、全波精密检波电路、全波精密检波电路+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2R3+uA+uAA213412341234343322,020,0)2(2RRuRRuuRRRRuuRRuuuRRuuuuuRRuRRsssosAssoAssAo若)(,时;,时当取2、开关式半波相敏检波电路-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t这一调频调幅信号。第二节 调幅式测量电路1、为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制?(一)相敏检波的功用和原理第二节 调幅式
13、测量电路第二节 调幅式测量电路3、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别是什么?第三节 调频式测量电路Uc副半周时,作用在VD4,R4所经回路上的电压:uc1+us脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。第二节 调幅式测量电路调相信号us的一般表达式可写为:对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流,以恢复调制信号,这就是说它不具有鉴别信号的能力。而且电容的左端虚地,电容上的充电电压不影响二极管的通断。第四节 调相式测量电路第二节 调幅式测量电路将调制信号 乘以幅值为1的载波信号 就可以得到双边带调幅信号
14、us ,将双边带调幅信号us再乘以载波信号,经低通滤波后就可以得到调制信号ux。在测控系统中,通常就用测量信号作调制信号。异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。OtuAOtuoOtus+us 半波整流器低通滤波器+usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+u i-+N1-+N2R3+uA+uAA第二节 调幅式测量电路 uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2线性全波检波电路之二sosoDDDDssoDDDDsuuuuVVVVuuuVVVVu止,通,通,止,时通,止,止,通,时43214321,0,0第二节 调幅式测量电路 uo=usus0usR2R1R3R4us-+
15、N1-+N2b)正输入等效电路线性全波检波电路之三 高输入阻抗线性全波整流电路sssoDDsuuRRRuRRRuNRRaVVu43443423221)1(,0的反相端输入到、点跟随输入,并通过止,通,时uo=-usus0,Vd1,Vd2导通;Uc0,Vd1,Vd2导通;第四节 调相式测量电路相加式半波相敏检波电路第二节 调幅式测量电路(三)相敏检波电路的选频与鉴相特性1、相敏检波电路的选频特性、相敏检波电路的选频特性什么是相敏检波电路的选频特性?什么是相敏检波电路的选频特性?相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波,所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平
16、均输出为零,即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,5等各奇次谐波,输出信号的幅值相应衰减为基波的1/n,即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减,对高次谐波有一定抑制作用。第二节 调幅式测量电路 b)a)c)usustOuotO+UctOuotO+tO+tUcO+ustOuotO+tO+Uc如果输入信号与参考信号同频,但有一定的相位差,这时输出电压cos2)2()cos(21cos24)()2)cos()cos(2)(cos)cos(212020200smcccsmcccccsmcccsmutdttutdttttuttdtuu2、相敏检波电路的鉴相特性、相敏检波电路的鉴相特性什么是相敏检波电路
17、的鉴相特性?什么是相敏检波电路的鉴相特性?第二节 调幅式测量电路(相敏检波电路的鉴相特)性相敏检波电路的鉴相特)性 如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号,但有一定相位差,这时输出电压 uo=Usm/2cos,即输出信号随相位差的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时,输出信号的大小与相位差有确定的函数关系,可以根据输出信号的大小确定相位差的值,相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性鉴相特性。第二节 调幅式测量电路 a)b)c)d)UctO+ustO+uotO+UctO+UctO+UctO+ustO+ustO+ustO+OtO+OuouotO+uotO第二节 调幅式测
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