调制与解调幅度调制与解调过程频谱分析

第五章、测试信号调理技术工程测试技术基础本章学习要求：1.了解模拟信号放大电路原理2.了解信号调制解调原理3.了解信号滤波器工作原理信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。5.1信号调理的目的第五章、测试信号调理技术1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行调制解调处理。5.2信号放大第五章、测试信号调理技术分类放大器直流放大器交流放大器电荷放大器直流电桥特点交流电桥低频保留,高频截止高频保留,低频截止1直流放大电路5.2信号放大电路电压增益:1)反相放大器1RRAFv反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器2)同相放大器5.2信号放大电路同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:11RRAFv2交流放大电路5.2信号放大电路R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定。)2/()10~3(31LLfRCC11RRAFv若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。3直流电桥5.2信号放大电路●平衡条件4231RRRRVER1R3R2R4ERRRRRRRRV))((432142315.2信号放大电路令：RR1dRRR4RR2RR3EdRRRRRdRRRRRV))(()(RdRE45.2信号放大电路4交流电桥电感电容传感器传感器●平衡条件4231ZZZZ5.2信号放大电路电桥的接法：单臂半桥全桥5电荷放大器5.2信号放大电路fyiicaiCeeCCCeq)()(ffyKCCCKqe)(F+第五章、测试信号调理技术5.3调制与解调1目的解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。第五章、测试信号调理技术先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。例：交流电桥VinVoR1R3R2R45.3调制与解调2种类调制信号x(t)0t载波信号)2cos()(ftAtzz(t)0t5.3调制与解调a)幅度凋制(AM))2cos()](*[)(fttxAtyb)频率调制(FM))*)]([2cos()(0ttxfAtyc)相位调制(PM))])([2cos()(0txftAty5.3调制与解调3幅度调制调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化．)2cos()](*[)(0fttxAty缓变信号调制高频信号放大放大高频信号解调放大缓变信号5.3调制与解调幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t)5.3调制与解调幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t)5.3调制与解调幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t))(tx)2cos()()(tftxtxzm)(tz)(tztftxtyzm2cos)()(2)22cos()()(21tftxtxz5.3调制与解调实验：同步调治与解调实验上述调制方法，将信号x(t)直接与载波z(t)相乘．这种调幅波具有极性变化，解调时必须再乘与z(t)相位相同的z’(t)方能复原出原信号，故称同步解调．5.3调制与解调非抑制调幅若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D，使偏置后的信号都具有正电压。)2cos()]([)(fttxDtxm)()('txDtx)(tx5.3调制与解调调幅5.3调制与解调解调二极管检波低通滤波5.3调制与解调调幅波的波形失真a）过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则x(t)的相位将发生180。5.3调制与解调b)重叠失真：调幅波是由一对每边为fm的双边带信号组成．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．要求:fz＞fm5.3调制与解调动手做：用个人测试实验室中数字信号发生器、波形运算器等软件芯片，设计一个非抑制调幅与解调系统。5.3调制与解调4频率调制调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波.)*)]([2cos()(0ttxfAty5.3调制与解调5.3调制与解调鉴频：T1T2T3T4F5.3调制与解调优点：抗干扰能力强。调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制足一种非线性调制。因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中．缺点：占频带宽度大，复杂5.3调制与解调案例：旋转机械扭距测量5.3调制与解调案例：铁路机车调度信号检测调制频率8.5Hz，绿灯调制频率23.5Hz，红灯5.3信号的滤波第五章、测试信号调理技术滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分．第五章、测试信号调理技术1滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）低通高通第五章、测试信号调理技术带通带阻2滤波器的串/并联低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。5.3信号的滤波3理想滤波器理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。5.3信号的滤波fcH(f)fQ(f)理想滤波器的物理不可实现理想滤波器在时域内的脉冲响应函数h（t）为sinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。给理想滤波器一个脉冲激励，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，滤波器就已经有响应了。故物理不可实现。5.3信号的滤波fcH(f)4实际滤波器理想滤波器是不存在的，实际滤波器幅频特性中通带和阻带间没有严格界限,，存在过渡带。5.3信号的滤波0fA5.3信号的滤波0ffc1fc2A00.707A01)截止频率fc：0.707A0所对应的频率．d2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值3)带宽B和品质因数Q：下两截频间的频率范围称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数。BQ=W0/B4)倍频程选择性W指在上截止频率fc2与2fc2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。5.3信号的滤波倍频程衰减量以dB/oct表示（Octave，倍频程）。衰减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。5恒带宽、恒带宽比滤波器实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中心频率与带宽之问的数值关系，可以分为两种。5.3信号的滤波2)恒带宽比带通滤波器1)恒带宽带通滤波器5.3信号的滤波1/3倍频程滤波器6RC无源滤波器在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件。1)一阶RC低通滤波器5.3信号的滤波5.3信号的滤波2)一阶RC高通滤波器5.3信号的滤波3)RC带通滤波器可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联5.3信号的滤波产品5.3信号的滤波LineDa:LTC1564MAXIM:MAX74xx5.3信号的滤波2.2信号的时域波形分析6滤波器的应用超门限报警案例：旅游索道钢缆检测5.3信号的滤波由案例提炼的典型实验：钢管无损探伤滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警5.3信号的滤波案例：机床轴心轨迹的滤波处理5.3信号的滤波案例：机床轴心轨迹的滤波处理滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律5.3信号的滤波动手做：调节计算机mp3播放器等软件中的声音均衡器，试验其对音乐信号的滤波情况。5.3信号的滤波思考题：1信号调理的内容和目的？2信号放大电路的种类，如何根据传感器输出特性选择合适的放大电路？3信号调制与解调的种类？4幅度调制与解调的原理？5调幅波的失真，如何消除？6信号滤波器的种类？7如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的频谱来选择滤波器种类和设定其参数？