波放大器和相敏检波

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1、§5-3载波放大器和相敏检波§5-3-1载波放大器的工作原理和结构§5-3-2相敏检波器§5-3-3在线性差动变压器中的应用§5-4供电容式传感器使用的特殊信号调节电路§5-5分解器－数字变换器和数字－分解器变换器§5-5-1自动同步器－分解变换器§5-5-2数字－分解器变换器§5-5-3分解器－数字变换器1载波放大器的作用用于输出为调幅交流信号(AM)，且能响应正负值信号的传感器，完成信号交流放大、解调和低通滤波。如LVDT、交流电桥、磁通闸门、SQUID、电磁流量计等。单片集成电路包括NE5521(

2、Signetics公司)、AD598/AD698(AD公司)2载波放大器的组成§5-3载波放大器和相敏检波§5-3-1载波放大器的工作原理和结构3载波信号形式例1：与差动传感器相结合的交流分压器与差动传感器相结合的分压器的输出(式5.5)为：Vo=Ve(1＋x)/2若激励电压为峰值Ve的正弦电压Ve(t)=Vecos2πfet(5.35)并假定被测对象是具有峰值为X的正弦阻抗相对变化x(t)=Xcos(2πfxt+φx)(5.36)则有：Vo=Ve(t)[1＋x(t)]/2=Vecos2πfet[1＋X

3、cos(2πfxt+φx)]/2=(Ve/2)cos2πfet+(VeX/4)cos[2π(fe+fx)t+φx]+(VeX/4)cos[2π(fe-fx)t-φx](5.37)§5-3-1载波放大器的工作原理和结构例2：与差动传感器相结合的交流电桥与差动传感器相结合的分压器的输出(式5.7)为：Vo=Ve(x/2)若激励电压为峰值Ve的正弦电压Ve(t)=Vecos2πfet(5.35)并假定被测对象是具有峰值为X的正弦阻抗相对变化x(t)=Xcos(2πfxt+φx)(5.36)则有：Vo=Ve(t

4、)x(t)/2=Ve×cos2πfet×Xcos(2πfxt+φx)／2=(VeX/4)cos[2π(fe+fx)t+φx]+(VeX/4)cos[2π(fe-fx)t-φx](5.38)§5-3-1载波放大器的工作原理和结构Z1=Z0(1＋x)，Z2=Z0(1-x)4交流放大器的要求线性放大器：输入电流或电压窄带放大器：中心频率为fe（通常fe>>fx）5解调器的要求应能够恢复X,fx和φx。简单的整流不能给出信号的符号。在图5.20中，(a)、(c)对应简单整流的情况：无论输入信号为正相或反相，输出

5、相同。希望得到(b)、(d)对应的结果，输入信号反相时，输出符号相反。§5-3-1载波放大器的工作原理和结构5解调器的要求相敏（同步或相干）解调分为两个过程，如图5.21所示：将已调信号Vo(t)与载波(激励)信号Ve(t)同相的参考信号Vr(t)相乘；然后再用低通滤波器对得到的信号滤波。若参考信号为Vr(t)=Vrcos2πfrt(5.39)输入信号来自交流电桥,则乘法器输出为：Vp(t)=Vr(t)Vo(t)=Vr(t)Ve(t)[x(t)/2]=[x(t)/2][VrVe/2][cos2π(fe-

6、fr)t＋cos2π(fe+fr)t]由于激励信号和参考信号频率相同fe=fr，位相相同，得到：Vp(t)=[x(t)/2][VrVe/2][1＋cos2π2fet]经过滤波器lpf(lowpassfilter)后得到：Vd(t)=lpf{Vp(t)}=[x(t)/2][VrVe/2]=[VrVe/4]Xcos(2πfxt+φx)§5-3-1载波放大器的工作原理和结构5解调器的要求(相敏解调)电感式传感器的典型激励频率为5kHz~10kHz，调整信号最大允许带宽通带0Hz~1500Hz。电容式传感器的典

7、型激励频率为10kHz~500kHz，调整信号最大允许带宽通带0Hz~25kHz。§5-3-1载波放大器的工作原理和结构载波放大器的关键是相敏解调器，然而上节所述的由精密乘法器和滤波器构成的相敏解调器价格十分昂贵。较简单的同步解调器可以用幅度为＋Vr和－Vr的对称方波作为参考。其傅立叶级数为：与调制信号相乘后，经过低通滤波，输出电压为：上式与5.42的区别只是比例因子不同。实现上述功能的单片电路有OPA675/6(Burr-Brown公司),AD630(AD公司),HA2400/04/05(Harris

8、公司)§5-3-2相敏检波器用分立元件实现的开关增益放大器S1断开,S2导通时的增益为Vd=-Vo+2VoRon/(Ron+Roff)≈-VoS1导通,S2断开时的增益为Vd=-Vo+2VoRoff/(Ron+Roff)≈Vo§5-3-2相敏检波器例5.6电容差动传感器，每个电容容量10pF,满量程电容变化1pF，激励电压在20kHz时是5V(峰值),为了在测量范围两端获得Va=3V(峰值)，确定第一级电路参数。确定高通滤波器(HPF)、开