第五部分：計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理技術(shù)1 32頁(yè)

1、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)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.了解信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理了解信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理 3.3.了解信號(hào)濾波器工作原理了解信號(hào)濾波器工作原理華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。 5.1 5.1 信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的 第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)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)

2、不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。 2.2.有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。3.3.某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.2 5.2 信號(hào)放大信號(hào)放大 第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)分類(lèi)分類(lèi)放大器放大器直流放大器

3、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留低頻保留, ,高頻截止高頻截止高頻保留高頻保留, ,低頻截止低頻截止華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院1 1 直流放大電路直流放大電路 5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 電壓增益電壓增益: :1) 1) 反相放大器反相放大器 1RRAFv 反饋電阻反饋電阻R RF F值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1R1的的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源UiUi的內(nèi)阻的內(nèi)阻。 煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器酒精

4、傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2)2)同相放大器同相放大器 5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻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)?？购艿偷奶攸c(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。 同相放大器也是最基同相放大器也是最基本的電路本的電路 ，其閉環(huán)電壓，其閉環(huán)電壓增益增益AvAv為為: :11RRAFv華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2 2 交流放大電路交流放大電路 5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 R1R1一般取幾十千歐。耦合電容一般取幾十千歐。耦合電容C1C1、C3C3可根據(jù)交流

5、可根據(jù)交流放大器的下限頻率放大器的下限頻率fLfL來(lái)確定。來(lái)確定。 )2/()103(31LLfRCC11RRAFv 若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成若只需要放大交流信號(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C1C1、C2C2及及C3C3為隔直電容。為隔直電容。 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院3 3 直流電橋直流電橋5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 平衡條件平衡條件4231RRRRVER1R3R2R4ERRRRRRRRV)(43214231華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 令：令：RR 1dRR

6、R4RR 2RR 3EdRRRRRdRRRRRV)()(RdRE4華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 4 4 交流電橋交流電橋電感電感電容電容傳感器傳感器傳感器傳感器平衡條件平衡條件4231ZZZZ華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 電橋的接法：電橋的接法：?jiǎn)伪蹎伪?半橋半橋全橋全橋華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5 5 電荷放大器電荷放大器5.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 fyiicaiCeeCCCeq)()(ffyKCCCKqe)(F+華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)第五章、

7、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)5.35.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1 1 目的目的 解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問(wèn)題。的傳輸問(wèn)題。 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù)第五章、測(cè)試信號(hào)調(diào)理技術(shù) 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)行放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯娜缓罄媒涣鞣糯笃鬟M(jìn)行放大，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VinVoR1R3R2R4華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)2

8、2 種類(lèi)種類(lèi)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)x(t)x(t)0 0t t載波信號(hào)載波信號(hào))2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)a) a) 幅度凋制幅度凋制( (AM)AM)2cos()(*)(fttxAtyb) b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制( (FM)FM)*)(2cos()(0ttxfAtyc) c) 相位調(diào)制相位調(diào)制( (PMPM)(2cos()(0txftAty華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)3 3 幅度調(diào)制幅度調(diào)制 調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱(chēng)載波）與調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱(chēng)載波）與測(cè)

9、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)的變化而變化化而變化)2cos()(*)(0fttxAty緩變信號(hào)緩變信號(hào)調(diào)制調(diào)制高頻信號(hào)高頻信號(hào)放大放大放大高放大高頻信號(hào)頻信號(hào)解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號(hào)變信號(hào)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)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)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)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

10、器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)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x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)(tx)2cos()()(tftxtxzm)(tz)(tztftxtyzm2cos)()(2)22cos()()(21tftxtxz華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)：同步調(diào)治與解調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：同步調(diào)治與解調(diào)實(shí)驗(yàn) 上述調(diào)制方法，將信號(hào)上述調(diào)制方法，將信號(hào)x(t)x(t)直

11、接與載波直接與載波z(t)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)必須再乘與時(shí)必須再乘與z(t)z(t)相位相同相位相同的的z(t) z(t) 方能復(fù)原出原信號(hào)，方能復(fù)原出原信號(hào)，故稱(chēng)同步解調(diào)故稱(chēng)同步解調(diào) 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅非抑制調(diào)幅 若對(duì)信號(hào)若對(duì)信號(hào)x(t)x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量D 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。 )2cos()()(fttxDtxm)()( txDtx)(tx華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)

12、制與解調(diào)調(diào)幅調(diào)幅華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)解調(diào)解調(diào)二極管檢波二極管檢波低通濾波低通濾波華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真調(diào)幅波的波形失真a a）過(guò)調(diào)失真：對(duì)于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏）過(guò)調(diào)失真：對(duì)于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則置必須足夠大，否則x(t)x(t)的相位將發(fā)生的相位將發(fā)生180180。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)b)b)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fmfm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fzf

13、z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)頻端的下邊帶相重疊要求與負(fù)頻端的下邊帶相重疊要求: : fzfzfmfm 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)動(dòng)手做：動(dòng)手做：用個(gè)人測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中數(shù)字用個(gè)人測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、波形運(yùn)算器信號(hào)發(fā)生器、波形運(yùn)算器等軟件芯片，設(shè)計(jì)一個(gè)非等軟件芯片，設(shè)計(jì)一個(gè)非抑制調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)。抑制調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4 4 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 調(diào)頻是利用信號(hào)調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說(shuō)，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)率，或者說(shuō)，調(diào)頻

14、波是一種隨信號(hào)x(t)x(t)的電壓的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波幅值而變化的疏密度不同的等幅波. . )*)(2cos()(0ttxfAty華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)鑒頻：鑒頻：T1T2T3T4F華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院5.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的所要求帶寬的2020倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制足一種非線性調(diào)制。雜，因?yàn)轭l率調(diào)制足一種非線性調(diào)制。 因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主之中