第部分信號(hào)調(diào)理技術(shù)1ppt課件

1、測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理第四章第四章 信號(hào)的調(diào)理與記錄信號(hào)的調(diào)理與記錄本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1. 1. 了解模擬信號(hào)放大電路原理了解模擬信號(hào)放大電路原理 2. 2. 掌握調(diào)制與解調(diào)的根本原理掌握調(diào)制與解調(diào)的根本原理 3.3.了解濾波器的任務(wù)原理，掌握濾波器了解濾波器的任務(wù)原理，掌握濾波器 的分類、根本參數(shù)和根本特性的分類、根本參數(shù)和根本特性測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理是便于信號(hào)的傳輸與處置是便于信號(hào)的傳輸與處置 信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的 1.1.傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能 直接保送到顯示、記錄或分析儀器中去，直接保送到

2、顯示、記錄或分析儀器中去， 需求進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)展阻抗變換。需求進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)展阻抗變換。 2.2.有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲， 需求去掉噪聲，提高信噪比。需求去掉噪聲，提高信噪比。3.3.某些場(chǎng)所，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)間隔傳輸，需求某些場(chǎng)所，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)間隔傳輸，需求 對(duì)傳感器丈量信號(hào)進(jìn)展調(diào)制解調(diào)處置。對(duì)傳感器丈量信號(hào)進(jìn)展調(diào)制解調(diào)處置。 第四章第四章 信號(hào)的調(diào)理與記錄信號(hào)的調(diào)理與記錄測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理第一節(jié)第一節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大 通常情況下，傳感器的輸出信號(hào)都很微弱，必需通常情況下，傳感器的輸出信號(hào)都很

3、微弱，必需用放大電路放大后才便于后續(xù)處置。為了保證丈量用放大電路放大后才便于后續(xù)處置。為了保證丈量精度的要求，放大電路應(yīng)具有如下性能精度的要求，放大電路應(yīng)具有如下性能: :1) 足夠的放大倍數(shù)；足夠的放大倍數(shù)；2) 高輸入阻抗，低輸出阻抗；高輸入阻抗，低輸出阻抗；3)高共模抑制才干高共模抑制才干;4)低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流。低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流。 線性運(yùn)算放大器具備上述特點(diǎn)，因此傳感器輸出線性運(yùn)算放大器具備上述特點(diǎn)，因此傳感器輸出信號(hào)的放大電路都由運(yùn)算放大器所組成，本節(jié)引見(jiàn)信號(hào)的放大電路都由運(yùn)算放大器所組成，本節(jié)引見(jiàn)幾種常用的運(yùn)算放大器電路。幾種常用的運(yùn)算放大器電路。信號(hào)

4、放大電路信號(hào)放大電路 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理分類分類放大器放大器直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器電荷放大器電荷放大器直流電橋直流電橋特點(diǎn)特點(diǎn)交流電橋交流電橋低頻保管，高頻截止低頻保管，高頻截止高頻保管，低頻截止高頻保管，低頻截止鼓勵(lì)電源為直流源鼓勵(lì)電源為直流源鼓勵(lì)電源為交流源鼓勵(lì)電源為交流源壓電式傳感器公用壓電式傳感器公用信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理1. 1. 直流放大電路直流放大電路 電壓增益電壓增益: :21vRAR 留意：輸入阻抗低，容易對(duì)傳感器產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)；留意：輸入阻抗低，容易對(duì)傳感器產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)；反響電阻反響電阻R2 值不能太

5、大，否那么會(huì)產(chǎn)生較大的噪值不能太大，否那么會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，普通為幾十千歐至幾百千歐；聲及漂移，普通為幾十千歐至幾百千歐；R1的取的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源ui 的內(nèi)阻。的內(nèi)阻。 煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器酒精傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 1) 1) 反相放大器反相放大器 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理2) 2) 同相放大器同相放大器 同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。但易引入共很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。但易引入共模干擾。模干擾。 同相放大器也是最根本同相放大

6、器也是最根本的電路的電路 ，其閉環(huán)電壓增益，其閉環(huán)電壓增益AvAv為為: :2v11RAR信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理3) 3) 差分放大器差分放大器 差分放大器也不能提供差分放大器也不能提供足夠的輸入阻抗和共模足夠的輸入阻抗和共模抑制比。因此由單個(gè)運(yùn)抑制比。因此由單個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路在算放大器構(gòu)成的放大電路在傳感器信號(hào)放大中很少直接采用。傳感器信號(hào)放大中很少直接采用。 一種常用來(lái)提高一種常用來(lái)提高輸入阻抗的方法是在輸入阻抗的方法是在根本放大電路之前串根本放大電路之前串接一級(jí)射極跟隨器。接一級(jí)射極跟隨器。串接射極跟隨器后，電路的輸入阻抗可以提高到串接射

7、極跟隨器后，電路的輸入阻抗可以提高到109109歐以上，所以射極跟隨器也常被稱為阻抗變換歐以上，所以射極跟隨器也常被稱為阻抗變換器。器。信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理2. 2. 交流放大電路交流放大電路 R1普通取幾十千歐。耦合電容普通取幾十千歐。耦合電容 C1、C3可根據(jù)交可根據(jù)交流放大器的下限頻率流放大器的下限頻率 fL 來(lái)確定。來(lái)確定。 13(3 10)/(2)LLCCR f F21vRAR 假設(shè)只需求放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成假設(shè)只需求放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及及C3為隔

8、直電容。為隔直電容。 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)目的目的 處理微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)處理微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問(wèn)題。的傳輸問(wèn)題。 調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理 先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，然后利用交流放大器進(jìn)展放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯娜缓罄媒涣鞣糯笃鬟M(jìn)展放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。輸出信號(hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。 例：交流電橋例：交流電橋VeVR1R3R2R4調(diào)制是指利用某種低頻信號(hào)調(diào)制

9、是指利用某種低頻信號(hào)來(lái)控制或改動(dòng)一高頻振蕩信來(lái)控制或改動(dòng)一高頻振蕩信號(hào)的某個(gè)參數(shù)號(hào)的某個(gè)參數(shù) ( (幅值、頻率幅值、頻率或相位或相位) )的過(guò)程。的過(guò)程。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理信號(hào)信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)x(t)0 0t載波信號(hào)載波信號(hào)( )cos(2)z tAft z(t)0 0t調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理a) 幅值調(diào)制幅值調(diào)制(AM)( )cos(2)yxtttAf b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)0( )cos(2 *( )y tAfx tt c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM)0( )cos(2()y tAfttx z(t) z(t)

10、的幅值隨的幅值隨x(t)x(t)變化而變變化而變化化 z(t) z(t)的頻率隨的頻率隨x(t)x(t)變化而變變化而變化化 z(t) z(t)的相位隨的相位隨x(t)x(t)變化而變變化而變化化調(diào)制類型調(diào)制類型調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理一、幅值調(diào)制與解調(diào)一、幅值調(diào)制與解調(diào) 調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)或稱載波與調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)或稱載波與測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化?；兓?( )cos()2)y tAfxtt緩變緩變信號(hào)信號(hào)調(diào)調(diào)制制高頻高頻信號(hào)信號(hào)放放大大放大高放大高頻信號(hào)頻信號(hào)解解調(diào)調(diào)放大

11、緩放大緩變信號(hào)變信號(hào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程波形分析幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程波形分析乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程數(shù)學(xué)分析幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程數(shù)學(xué)分析乘法器乘法器放大器放大器乘法器乘法器濾波器濾波器( )cos(2()mzxx ttf t 2c() os2)zxf tt 1122( )cos(4)( )zx ttx tf x(t)z(t)xm(t)z(t)x(t)m( )( )( )mytxtz t 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)

12、測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程頻譜分析幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程頻譜分析乘法器乘法器放大器放大器乘法器乘法器濾波器濾波器x(t)z(t)xm(t)z(t)x(t)X( f )Z( f )Xm( f )Z( f )X(f )低通濾波器低通濾波器調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法：調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)方法： (1) 同步解調(diào)同步解調(diào) 上述調(diào)制方法，將信號(hào)上述調(diào)制方法，將信號(hào) x(t)直接與載波直接與載波 z(t) 相乘。這種相乘。這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時(shí)必需再乘與時(shí)必需再乘與 z(t) 相位一樣相位一樣的的 z(t)

13、方能復(fù)原出原信號(hào)，方能復(fù)原出原信號(hào)，故稱同步解調(diào)。它要求有性故稱同步解調(diào)。它要求有性能良好的線性乘法器，否那能良好的線性乘法器，否那么會(huì)引起信號(hào)失真。么會(huì)引起信號(hào)失真。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理(2) (2) 包絡(luò)檢波整流檢波包絡(luò)檢波整流檢波 假設(shè)對(duì)信號(hào)假設(shè)對(duì)信號(hào) x(t) 進(jìn)展偏置，疊加一個(gè)直流分量進(jìn)展偏置，疊加一個(gè)直流分量 D，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓。使偏置后的信號(hào)都具有正電壓。 ( )cos(2( )mx txtDft ()Dx tx t ( )x t調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理 調(diào)幅調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理

14、測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理 解調(diào)解調(diào)二極管檢波二極管檢波低通濾波低通濾波調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理調(diào)幅波的波形失真調(diào)幅波的波形失真過(guò)調(diào)失真：對(duì)于包絡(luò)檢波，要求其直流偏置必需過(guò)調(diào)失真：對(duì)于包絡(luò)檢波，要求其直流偏置必需 足夠大，否那么足夠大，否那么 x(t) 的相位將發(fā)生的相位將發(fā)生180。上述方法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地加、減偏置電壓。假設(shè)所上述方法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地加、減偏置電壓。假設(shè)所加的偏置電壓未能使信號(hào)電壓都位于零位的同一側(cè)，加的偏置電壓未能使信號(hào)電壓都位于零位的同一側(cè)，那么對(duì)調(diào)幅之后的波形只進(jìn)展簡(jiǎn)單的整流濾波便不那么對(duì)調(diào)幅之后的波形只進(jìn)展簡(jiǎn)單的整流濾波便不能恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，而會(huì)

15、呵斥很大失真能恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，而會(huì)呵斥很大失真 。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理重疊失真：調(diào)幅波是由一對(duì)每邊為重疊失真：調(diào)幅波是由一對(duì)每邊為 fm 的雙邊帶信的雙邊帶信號(hào)組成。當(dāng)載波頻率號(hào)組成。當(dāng)載波頻率 fz 較低時(shí)，正頻端的下邊帶將較低時(shí)，正頻端的下邊帶將與負(fù)頻端的上邊帶相重疊。要求與負(fù)頻端的上邊帶相重疊。要求: fz fm 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理(3) (3) 相敏檢波整流檢波相敏檢波整流檢波 相敏檢波的特點(diǎn)是可以鑒別調(diào)制信號(hào)的極性，相敏檢波的特點(diǎn)是可以鑒別調(diào)制信號(hào)的極性，所以采用相敏檢波時(shí)，對(duì)調(diào)制信號(hào)不用再加直流偏所以采用相敏

16、檢波時(shí)，對(duì)調(diào)制信號(hào)不用再加直流偏置。相敏檢波利用交變信號(hào)在過(guò)零位時(shí)正、負(fù)極性置。相敏檢波利用交變信號(hào)在過(guò)零位時(shí)正、負(fù)極性發(fā)生突變，使調(diào)幅波的相位發(fā)生突變，使調(diào)幅波的相位 (與載波比較與載波比較)也相應(yīng)地也相應(yīng)地產(chǎn)生產(chǎn)生180的相位跳變，這樣便既能反映出原調(diào)制信的相位跳變，這樣便既能反映出原調(diào)制信號(hào)的幅值，又能反映其極性。號(hào)的幅值，又能反映其極性。調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理假設(shè)假設(shè)y(t) 0，那么，那么VD1通：通：d1VD1 25R1地地dVD1 或或VD3通通假設(shè)假設(shè)y(t) 0 x(t) 0時(shí)時(shí)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理假設(shè)假設(shè)

17、y(t) 0，那么，那么VD2通：通： 52VD23d地地R15假設(shè)假設(shè)y(t) 0，那么，那么VD4通：通：54VD41d 地地 R15 調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅信號(hào)x(t) 0 x(t) 0時(shí)時(shí)VD2 或或VD4通通調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀框圖動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀框圖測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理二、頻率調(diào)制二、頻率調(diào)制 調(diào)頻是利用信號(hào)調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說(shuō)，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)或者說(shuō)，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)的電壓幅值而變的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波?；氖杳芏炔煌牡确?。0

18、( )cos(2 ( )y tAftx t調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1. 1. 頻率調(diào)制的根本概念頻率調(diào)制的根本概念00( )cos()y tAt 或者或者載波：載波：載波的瞬時(shí)頻率：載波的瞬時(shí)頻率：0( )( )xttk 調(diào)頻信號(hào)：調(diào)頻信號(hào)：00( )co( )s()y tAtxkt dt 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)已調(diào)制信號(hào)已調(diào)制信號(hào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理 頻率調(diào)制普通用振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如頻率調(diào)制普通用振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如LCLC振蕩電路、振蕩電路、變?nèi)荻O管調(diào)制器、壓控振蕩器等。以變?nèi)荻O管調(diào)制器、壓控振蕩器等。以LCLC振蕩回路為振蕩回路為例，如下圖，該電路常被用于電容、渦流、電感等傳例，如下圖，該電路常被用于電容、渦流、電感等傳感器的丈量電路，將電容感器的丈量電路，將電容 ( (或電感或電感) )作為自激振蕩器的作為自激振蕩器的諧振回路的一調(diào)諧參數(shù)，那么電路的諧振頻率為諧振回路的一調(diào)諧參數(shù)，那么電路的諧振頻率為2. 2. 頻率調(diào)制方法頻率調(diào)制方法001 2fLC 001(1)ffC C 00(12)fCC 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)3.3.調(diào)