測試信號轉換和調理

1、關于測試信號的轉換與調理第一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2 4.3 調制與解調調制解調技術中經(jīng)常使用的術語1、調制信號，就是測試信號，也叫原信號，一般為低頻緩變信號；2、載波信號，也叫工作信號，一般為高頻簡諧信號；3、調制波，就是已調制的信號， 幅值調制時稱為調幅波； 頻率調制時稱為調頻波； 相位調制時稱為調相波。第四章 信號的轉換與調理概念和術語第二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3 4.3 調制與解調4、所謂調制，就是在調制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。5、所謂解調，就是從已調制波中恢復出調制信號的過

2、程。第四章 信號的轉換與調理概念和術語第三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4 4.3 調制與解調調制處理的分類第四章 信號的轉換與調理分類第四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5 4.3.1 調幅與解調1.調幅原理（1）調幅的目的，使緩慢變化的測試信號便于放大和傳輸。（2）解調的目的，恢復原來的測試信號。（3）調幅是將一個高頻簡諧信號（載波信號）與測試信號相乘，使載波信號的幅值隨測試信號的變化而變化。第四章 信號的轉換與調理第五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 第四章 信號的轉換與調理4.3.1 調幅與解調緩變信號調制高頻信號放大放大高頻信號解調放大緩變信號第六張，

3、PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7第四章 信號的轉換與調理 4.3.1 調幅與解調 2.調幅信號的頻譜第七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8第四章 信號的轉換與調理 4.3.1 調幅與解調 2.調幅信號的頻譜（a）時域波形 （b）頻域波形第八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月9第四章 信號的轉換與調理 4.3.1 調幅與解調 3.解調方法同步解調第九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 第四章 信號的轉換與調理第十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月12整流檢波 4.3.1 調幅與解調 3.解調方法第十二張，P

4、PT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月13調制信號+直流分量A-整流-低通濾波-去直流分量-復現(xiàn)原調制信號相敏檢波技術可以解決這一問題。 相敏檢波相敏檢波的原理如下圖4-33所示。第四章 信號的轉換與調理 4.3.1 調幅與解調 3.解調方法第十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月14 （a）調幅波 （b）參考信號（c）檢波電路 （d）相敏檢波輸出波形（e）濾波后的波形第十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月15 4.3.1 調幅與解調 3.解調方法相敏檢波：利用二極管的單向導通作用，將電路輸出極性換向。考慮到交變信號在過零點時符號極性發(fā)生突變，調幅波的相位也相應地發(fā)生180o的

5、相位跳變。利用載波信號與調幅波比相，便能既反映原信號的幅值又反映其極性。相敏檢波電路，相當于在 ，把零線下的負部翻上去；而在 ，則把零線上的正部翻下來；所檢測到的 信號是經(jīng)過“翻轉”后信號的包絡。第四章 信號的轉換與調理第十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月16 4.3.1 調幅與解調舉例第四章 信號的轉換與調理圖4-35 動態(tài)電阻應變儀方框圖第十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月17 4.3.1 調幅與解調粘貼在試件上的電阻應變片，在應變作用下，產(chǎn)生相應的電阻變化，并接于交流電橋；振蕩器產(chǎn)生高頻正弦信號，一般頻率為1020kHz，一方面作為電橋電源（載波信號），另一方面作

6、為相敏檢波的載波信號；攜帶有電阻應變片信息的電橋輸出的調幅波， 經(jīng)放大、相敏檢波、低通濾波，最后得到與原來極性相同但經(jīng)過放大處理的信號，驅動顯示記錄儀表或接入后續(xù)儀器。第四章 信號的轉換與調理舉例說明第十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月18 調頻，也稱為頻率調制，是利用測試信號（調制信號）的幅值控制調頻波的頻率。調頻波為等幅波，其瞬時頻率和測試信號的幅值成正比。頻率調制的優(yōu)點： 對噪聲的幅度影響不太敏感， 抗干擾能力強，信噪比高。調頻波的瞬時頻率、載波頻率及總相角。第四章 信號的轉換與調理 4.3.2 調頻與鑒頻 1. 頻率調制原理第十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1

7、9調頻波的表達式為當信號電壓為零時，調頻波的頻率就等于中心頻率；當信號電壓為正值時，頻率偏移 增加，調頻波的瞬時頻率提高；當信號電壓為負值時，頻率偏移 減少，調頻波的瞬時頻率降低； 調頻波是頻率隨測試信號而變化的疏密不等的等幅波。第四章 信號的轉換與調理 4.3.2 調頻與鑒頻 1. 頻率調制原理第十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月20 4.3.2 調頻與鑒頻 1. 頻率調制原理 舉例：(b)調頻信號波形(a) 三角波調制信號第二十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月21 直接調頻式 第四章 信號的轉換與調理 4.3.2 調頻與鑒頻 2. 頻率調制方法第二十一張，PPT共六十

8、四頁，創(chuàng)作于2022年6月22以電容傳感器作為調諧參數(shù)為例，若C0的增量為C ， 第二十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月23對調頻波的解調亦稱鑒頻。鑒頻的原理是將調頻信號頻率的變化相應地復原為原來電壓幅值的變化。鑒頻有多種方法，一般采用鑒頻器和鎖相環(huán)解調器。前者結構簡單，在測試技術中經(jīng)常使用；后者解調性能優(yōu)良，但結構復雜，一般用于要求較高的場合。一種測試技術中常用的振幅鑒頻電路原理如圖4-39所示。第四章 信號的轉換與調理 4.3.2 調頻與鑒頻 3.調頻信號的解調第二十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月24第四章 信號的轉換與調理 (a)鑒頻器電路 (b)高通濾波器幅頻

9、特性 (c)恢復出的調制信號等幅的調頻信號Uf(t)的瞬時頻率正比于x(t);高通濾波器幅頻特性H(f)過渡帶線性區(qū)中點頻率f0。Uf(t)經(jīng)高通濾波器后變換為“調幅波” Ua(t);Ua(t)經(jīng)二極管整流檢波器檢出包絡信號Uo(t)=x(t); 4.3.2 調頻與鑒頻 3.調頻信號的解調第二十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月25 4.4 濾波器 4.4.1 概述濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻帶的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。濾波是信號處理的重要內容，特別適合于過濾測試信號中的噪聲。濾波器在自動檢測、自動控制及電子測試儀器中被廣泛應用。第四章 信號的轉換與調理第

10、二十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月26 4.4 濾波器 4.4.1 概述根據(jù)濾波器的選頻作用，一般將濾波器分為以下四種，其幅頻特性如圖。濾波器過渡帶是不希望的，但也是不可避免的。第四章 信號的轉換與調理圖4-40 不同濾波器的幅頻特性(a)低通 (b)高通 (c)帶通 (d)帶阻第二十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月27 4.4 濾波器 4.4.1 概述四種濾波器特性之間是的聯(lián)系 是低通濾波器的特性，而高通濾波器的幅頻特性可以看作是 ，所以，可以用低通濾波器作負反饋回路而獲得高通濾波器； 帶阻濾波器，是低通和高通的組合； 帶通濾波器，可以用帶阻濾波器作負反饋獲得。第四

11、章 信號的轉換與調理第二十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月28 4.4 濾波器 4.4.1 概述濾波器的分類根據(jù)構成濾波器的元件分類：根據(jù)構成濾波器的電路性質：根據(jù)濾波器處理的信號性質：本節(jié)講述模擬濾波器，而且僅限于討論以電壓為輸入、輸出的電路網(wǎng)絡濾波器。第四章 信號的轉換與調理第二十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月29 4.4 濾波器 4.4.2 理想濾波器理想濾波器是一個理想化的模型，物理上不可實現(xiàn)。但是，具有理論分析意義，對于深入理解濾波器的傳輸特性有幫助。 1. 理想濾波器的 數(shù)學模型第四章 信號的轉換與調理第二十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月30

12、 4.4 濾波器 4.4.2 理想濾波器2. 理想濾波器的單位脈沖響應理想低通濾波器在頻域為矩形窗函數(shù)，其對應的脈沖響應函數(shù)是sinc 函數(shù)，如圖所示。第四章 信號的轉換與調理(a) t0=0 (b) to0 第三十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月31 4.4 濾波器 4.4.2 理想濾波器2. 理想濾波器的單位階躍響應第四章 信號的轉換與調理第三十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月32 4.4 濾波器 4.4.2 理想濾波器2. 理想濾波器的單位階躍響應tdB=1表明，低通濾波器階躍響應的上升時間 與通 頻帶寬 成反比，或者說，上升時間與帶寬之積為常數(shù)。物理意義：低通濾波

13、器阻衰了高頻分量，通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，通過濾波器的信號能量越大，所以上升時間就短；反之，則長。第四章 信號的轉換與調理第三十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月33 4.4 濾波器 4.4.3 實際RC濾波器理想帶通濾波器的幅頻特性：細實線實際帶通濾波器的幅頻特性：粗實線第四章 信號的轉換與調理第三十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月34 4.4 濾波器 4.4.3 實際RC濾波器1. 實際濾波器的基本參數(shù)上、下截止頻率：fc2 , fc1 帶寬 B= fc2 - fc1 ,表示濾波器的分辨力。波紋幅度 越小越好。品質因子 Q=f0/B 越大濾波器的選擇性越好。倍頻

14、程選擇性 fc2與2fc2之間過渡帶頻率衰減值。濾波器因數(shù) 一般為15。 第四章 信號的轉換與調理第三十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月35 4.4 濾波器 4.4.3 實際RC濾波器2 .實際RC濾波器電路及其基本特性RC濾波器，電路簡單、抗干擾性強；選用標準元件，容易實現(xiàn)，應用廣泛。第四章 信號的轉換與調理第三十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月364.4.3 實際RC濾波器 2 . 實際RC濾波電路及其 基本特性一階RC低通濾波器第三十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月384.4.3 實際RC濾波器 2 .

15、 實際RC濾波電路及其 基本特性一階RC高通濾波器第三十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月40 2 . 實際RC濾波電路及其基本特性 RC帶通濾波器第四十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月424.4.3 實際RC濾波器 2 . 實際RC濾波電路及其基本特性 RC帶阻濾波器 （a）T型網(wǎng)絡 （b）雙T型網(wǎng)絡第四十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月434.4.3 實際RC濾波器 2 . 實際RC濾波電路及其基本特性 高階濾波器 濾波器在過渡帶內的衰減速率非常慢，性能較差。

16、如要加大衰減率、實現(xiàn)較為陡峭的濾波器邊緣，應提高濾波器的階數(shù)，將多個 RC環(huán)節(jié)或 LC環(huán)節(jié)級聯(lián)，可以使濾波器的性能有顯著的提高，使過渡帶曲線的陡峭度得到改善。但同時也會帶來負載效應或耦合影響。第四十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月444.4.3 實際RC濾波器 2 . 實際RC濾波電路及其基本特性 基于運算放大器的有源濾波器 有源濾波器具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，有利于多級串聯(lián)，參數(shù)調整更加容易，并能方便地在不同濾波器類型之間進行轉換 。 有源低通濾波器的一個典型應用是在數(shù)字信號采集系統(tǒng)中用作抗混濾波。第四十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月45 4.4.4 可實

17、現(xiàn)的典型濾波函數(shù)實用中的濾波器特性，在通頻帶內不平坦；在過渡帶內不陡直；阻帶部分不為零。而濾波器的設計往往是在一定限度內對理想濾波器進行的逼近。由集中參數(shù)元件構成的濾波系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)和頻響函數(shù)的一般形式如下。第四章 信號的轉換與調理第四十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月46 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)濾波器階次n 值影響著傳遞函數(shù)特性，對于同一類型的逼近函數(shù)， n 值越大，逼近特性越好，系統(tǒng)所需元件數(shù)量越多越復雜。對理想濾波器的“最佳逼近特性”的標準是根據(jù)濾波器性能的不同需要而規(guī)定的?？梢詮姆l特性提出較高的要求，而不考慮相頻特性；最常用的濾波器有巴特沃思（Butterwo

18、rth）、切比雪夫(Chebyshev)和橢圓（Elliptic）濾波器等；也可以只滿足相頻特性而不必關心幅頻特性，貝塞爾(Bessel)濾波器等。第四章 信號的轉換與調理第四十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月47 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)1. 巴特沃思濾波器巴特沃思濾波器具有最大平坦幅度特性，隨著 n值的增大，巴特沃思濾波函數(shù)特性逼近理想濾波器。第四十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月48 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)2. 切比雪夫濾波器通帶內等波紋、阻帶內單調的濾波器。波紋大小由系數(shù) 決定， 值越小通帶波紋越小，一般小于0.05dB。Tn 是第一類切比雪夫

19、多項式。第四十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月49 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)3. 橢圓濾波器通帶和阻帶內均為等波紋，能滿足過渡過程寬度最小的要求，在給定的性能指標下能以最低的階次實現(xiàn)。第四十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月50 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)4. 貝塞爾濾波器又稱恒時延濾波器，其相移和頻率成正比，即時移 值對所有頻率為一常數(shù)。當通帶中要求線性相移時，選擇貝塞爾濾波器是最合適的。第五十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月51 4.4.5 數(shù)字濾波技術模擬濾波器在理論上和實踐上都已達到很高的水平，但是在需要更多更靈活以及程序可控制性的場合，數(shù)

20、字濾波器得到廣泛的應用。數(shù)字濾波也稱為軟件濾波。通過一定的計算程序對采樣信號進行平滑加工，減少干擾在有用信號中的比重。可靠性高，穩(wěn)定性好。第四章 信號的轉換與調理第五十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月52 4.4.5 數(shù)字濾波技術 1.程序判斷慮波 限幅濾波第四章 信號的轉換與調理 限速濾波第五十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月53 4.4.5 數(shù)字濾波技術2. 遞推平均慮波 又稱算術平均濾波。3. 加權遞推平均濾波第五十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月54 4.4.5 數(shù)字濾波技術 4. 動態(tài)濾波前述的RC 濾波網(wǎng)絡都屬于模擬動態(tài)濾波。動態(tài)濾波器的數(shù)字化設

21、計任務，可以通過模擬濾波器的離散化來實現(xiàn)。設計過程如下： 將數(shù)字濾波器的技術指標轉換為模擬濾波器的技術指標。 設計模擬濾波器G(s) 。將G(s)轉換為數(shù)字濾波器G(z) 。可以利用MATLAB信號處理工具箱。第四章 信號的轉換與調理第五十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月55 4.4.6 濾波原理的綜合應用1. 濾波器的串聯(lián)為加強濾波效果，將兩個具有相同中心頻率的帶通濾波器串聯(lián)，其合成系統(tǒng)的總幅頻特性是兩濾波器幅值特性的乘積，從而使通帶外的頻率成分有更大的衰減。高階濾波器便是由低階濾波器串聯(lián)而成的。但由于串聯(lián)系統(tǒng)的相頻特性是各環(huán)節(jié)相頻特性的相加，因此將增加相位的變化，在使用中應加以

22、注意。第四章 信號的轉換與調理第五十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月56 4.4.6 濾波原理的綜合應用2. 濾波器的并聯(lián)用于信號的頻譜分析和信號中特定頻率成分的提取。將被分析信號輸入一組中心頻率不同的濾波器，各濾波器的輸出便反映了信號中所含的各個頻率成分。這組并聯(lián)的、增益相同而中心頻率不同的帶通濾波器的帶寬，通常有兩種不同的構成方法：恒帶寬濾波器和恒帶寬比濾波器。第四章 信號的轉換與調理第五十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月574.4.6 濾波原理的綜合應用2. 濾波器的并聯(lián)第四章 信號的轉換與調理第五十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月584.4.6 濾波原理的綜合應用2. 濾波器的并聯(lián)第四章 信號的轉換與調理第五十八張，PPT共六十四頁