信号的中间转换与记录调制解调课件.pptVIP

第5章信号的中间转换与记录2调制解调

1为什么要调制与解调由于传感器输出的电信号一般是频率较低的微弱信号，如果采用直接放大、传送，则在传输过程中容易受到工频（50Hz或60Hz的市电频率）及其他信号的干扰。为了实现这种缓变微弱信号的远距离传输，必须采用有效措施抑制干扰信号的影响。在实际工程应用中，往往采用先调制、后交流放大的方法，即在被测低频信号上叠加一高频信号，将它从低频区推移到高频区，因为高频信号不容易受到外界工频信号的干扰，由此可以提高电路的抗干扰能力和信号的信噪比。

2要使信号的能量以电场和磁场的形式向空中发射出去传向远方，需要较高的振荡频率方能使电场和磁场迅速变化；同时信号的波长要与天线的长度相匹配。语言或音乐信号的频率太低，无法产生迅速变化的电场和磁场；相应地，它们的波长又太大，即使选用它的最高频率20000Hz来计算，其波长仍为15000m，实际上是不可能架设这么长的天线的。看来要把信号传递出去，必须提高频率，缩短波长。可是超过20kHz的高频信号，人耳就听不见了。为了解决这个矛盾，只有采用把音频信号“搭乘”在高频载波上，也就是调制，借助于高频电磁波将低频信号发射出去，传向远方。

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4基本概念调制:使一个高频信号的某些参数在另一个缓变信号的控制下发生变化的过程；载波:参数希望改变的高频信号；调制信号：也叫控制信号，通常是缓变信号；已调波：经过调制以后的高频信号解调：从高频已调波中取出原调制信号的反调制过程。在调制过程中，一般载波都采用高频正（余）弦波，则根据正（余）弦载波的三要素：幅值、频率和相位，随调制信号而变化的过程，可以分为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种调制方式。其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。

5调幅与解调调幅就是用调制信号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线性函数变化。

6二、调幅与解调（定性分析）调幅过程:用调制信号去控制高频载波信号的幅值，则调幅波为则调幅波的频谱分析如下傅里叶变换定理结果相当于在频域把原信号频谱图形由原点“搬移”到载波频率fz处，而幅值减半。这就是调幅过程

7则调幅波的频谱分析如下利用傅立叶变换得频移性质

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9同步解调过程：把调幅波x(t)再次与载波z(t)信号相乘m对上式两边做傅立叶变换，得

10(a)调幅波频谱X(f)1Y(f)??(b)载波信号频谱-f0f0?0-fmfm?02fm(d)调制信号频谱(c)同步解调后频谱同步解调

11注意事项：当载波频率fz较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带相重叠。为保证频移后的频谱不失真，载波频率fz必须高于两倍原信号中的最高频率fm，才能使已调制波仍能保持原信号的频谱图形，不致重叠。通常取数倍至数十倍的fm。F10fzm

12解调方法2：偏置调幅与包络检波包络检波法要求调制信号x(t)具有单极性，即要求x(t)0.如果x(t)是过零的双极性信号，可以通过偏置调幅的方法获得单极性的调幅波.

13包络检波法的优缺点包络检波法的最大优点是不需要传送同步载波信号，检波电路非常简单。但是包络检波有两个问题：一是解调的主要过程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。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。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。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路

14解调方法3：(二极管相敏检波电路)相敏检波要求引入调制时的载波信号，与调幅波进行比较，既能反映原信号的幅值，又能反映其极性。调制信号过零点处，高频载波相位有180°突变----载波反相点调幅波调制信号

15参考：互感型（差动变压器式）传感器（P45）差动相敏检波电路的工作原理

16当位移Δx0时，Xm与Z同频同相，当Δx0时Xm与Z同频反相B的二次边输出远大于A的二次边输出当调制信号x(t)0时（0～tl-时间内），x(t)与z(t)同相。m若x(t)0，z(t)0，则二极m管D1、D2导通，在负载上+形成两个电流回路：f—a-+—D1—b—e—g—f及f—g—e—b—D2—c—f，其中回路1在负载电容C及电阻R上产生的输出为f回路2在负载电容C及电阻Rf上产生的输出为总输出：u(t)=u(t)+u(t)=x(t)ff1f2m

17若x(t)0，z(t)0，则m二极管D3、D4导通，在负载上形成两个电流回路：f—c—D3—d—e—g—f及f—g—e—d—D4—a—f，其中回路1在负载电容C及电阻Rf上产生的输出为回路2在负载电容C及电阻R上f产生的输出为总输出：u(t)=u(t)+u(t)=x