CH 3 信号的转换与调理 2节

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,测试技术基础,第四章 信号调理与记录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 信号的转换与调理,3.1,电桥,3.2,调制与解调,3.3,滤波,3.4,模拟信号与数字信号转换,声音信号,广播电台发射塔,接收,调制,Modulation,解调,Demodulation,3. 2,调制与解调,传感器输出的电信号一般为,较低频率分量,（在直流至几,十,kHz,之间），当被测信号比较弱时，为了实现,低频缓变,信号的传输尤其是远距离传输，可以采用,放大,或,调制与解调,。,信号传输过程中容易受到,工频,及其它信号的干扰，若采用放大则在传输过程中必须采用一定措施抑制干扰信号的影响。,实际应用中，往往采用更有效的,先调制后交流放大,，将信号,从低频区推移到高频区,，可以提高电路的,抗干扰能力,和信号的,信噪比,。,调制,就是使,载波信号,的某些,参数,在,控制信号（调制信号）,的控制下发生变化的过程。,对应于信号的,幅值,、,频率,、,相位,三个要素，调制可以分为,调幅,(AM),、,调频,(FM),、,调相,(PM),，其波形分别称为,调幅波、调频波,、,调相波,。,高频简谐信号,被测信号,(a),(b),(c),(d),载波信号,调制信号,调幅,波形,调频,波形,信号的调制与解调,3.2.1,调幅及其解调,设调制信号为 ，其最高频率成分为 ，载波信号为 ， ，则调幅波为：,由傅里叶变换的,卷积性质,将,载波信号,与,调制信号,相乘,，使载波信号的幅值随调制信号的变化而变化。,(1),调幅的工作原理,则,而,调幅使被测信号,x,(,t,),的频谱,由原点平移至载波频率,f,0,处,，而,幅值降低一半,，但,x,(,t,),中所包含的全部信息都完整地保存在调幅波中。调幅过程就相当于,频谱“搬移”,过程。,当载波中心频率,f,0,较低时，正频端的下边带将与负频端的上边带重叠，类似于采样频率较低时所发生的,频率混叠,现象。实际应用中，往往要求,载波中心频率,f,0,必须远大于调制信号,x(t,),中的最高频率,f,m,，一般需满足,f,0,(510),f,m,。,重叠失真,(2),调幅信号的解调,目的是为了,恢复,被调制的信号,。,1,）同步解调,式（,3-7,）,调幅波与载波时域乘积，频域卷积,调幅波,载波,截止频率,用,低通滤波器,滤除中心频率为,2,f,0,的高频成分，则可以复现原信号的频谱（只是其,幅值为原来的一半,，可用放大来补偿），这一过程称为,同步解调,。“,同步”指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位,。,上述调制方法，是将调制信号直接与载波信号相乘。这种调幅波具有,极性变化,，即在信号过零线时，其幅值发生由正到负（或由负到正）的突变，此时调幅波的相位（相对于载波）也相应地发生,180,的相位变化。此种调制方法称为,抑制调幅,。,抑制调幅波必须采用,同步解调,或,相敏检波解调,的方法，才能反映出原信号的幅值和极性。,2),整流检波法,/,包络分析法,把调制信号进行,偏置,，叠加一个直流分量，使其大于零。,(a),(b),(c),(d),(e),(f),调幅波的包络线具有调制信号的形状。,这种调制方法称为,非抑制调幅,或,偏置调幅,。,将调制波进行,整流,（半波或全波）、,滤波,，并减去直流偏置即可恢复原调制信号。,对非抑制调幅，要求其,直流偏置必须足够大,，否则,x,(,t,),的相位将发生倒相，此称为,过调,。此时，如果采用包络法检波，则检出的信号就会产生失真，而不能恢复出原信号，这时需要采用,相敏检波法,。,过调失真,3),相敏检波法,抑制调幅,变压器,B,的二次线圈的输出应大于变压器,A,的二次线圈的输出。,二极管相敏检波电路,x,(,t,)0,时,(0,t,1,),，,x,m,(,t,),与,y,(,t,),同相，检波器输出,u,f,(,t,)0,x,(,t,)0,时,(,t,1,t,2,),，,x,m,(,t,),与,y,(,t,),反相，检波器输出,u,f,(,t,)0,时，无论调制波是否为正，相敏检波器的输出波形,均为正,，保持与调制信号极性相同。电路在,0,t,1,段相当于对,x,m,(,t,),全波整流,，解调后的频率是原调制波的两倍。,调制信号,x,(,t,)0,时，不管调制波极性如何，相敏检波器的输出波形,均为负,，保持与,x,(,t,),一致。电路在,t,1,t,2,段相当于对,x,m,(,t,),全波整流后反相,，解调后的频率是原调制波的两倍。,4),调幅应用,动态电阻应变仪,x,(,t,),0,t,交流电桥,放大器,相敏检波,低通滤波,显示记录,载波振荡器,x,(,t,),0,t,y,(,t,),电阻应变片,0,t,x,m,(,t,),0,t,x,(,t,),0,t,x,m,(,t,),3.2.2,调频及其解调,(1),原理,利用,调制信号,的,幅值,控制,载波信号频率,的过程。,调频波是,等幅波,，但,频率的变化量与调制信号幅值成正比,。,调频波以,载波频率的变化,反映,被测信号的幅值变化,。,调频波与调制信号幅值的关系,(a),锯齿波调频,(b),正弦波调频,信号电压为,正值,时，调频波的频率,升高,，,负值,时则,降低,；,信号电压为,零,时，调频波的频率,等于,中心频率。,设调制信号,载波信号为,调频时,载波的幅值,Y,0,和初始相位角,0,不变,，,瞬时频率,f,(,t,),围绕着,f,0,随调制信号幅值作线性变化,：,频率偏移与,调制信号的幅值,X,0,成正比，,与调制信号的频率,f,m,无关,，这是调频波的基本特征之一。,频率偏移,调频波的瞬时频率：,f,=,f,0,f,f,0,为载波频率,(,中心频率,),。,f,为频率偏移，与调制信号,x,(,t,),的,幅值,成正比。,在测量系统中，常利用,电抗元件,（,电感,或,电容,）组成,调谐振荡器,，以电抗元件感受被测量的变化，作为调制信号，振荡器原有的振荡信号作为载波。当有调制信号输入时，振荡器的输出就是调频波。,电容,C,和电感,L,并联组成的振荡器的谐振频率为,(2),调频波的解调,调频波的解调是先将,调频波,变换成,调频调幅波,，然后进行,幅值检波,。,调频波的解调由,鉴频器,完成。鉴频器通常由,线性变换电路,、,幅值检波电路,组成。,(b),频率,-,电压特性曲线,u,a,0,n,0,t,t,u,a,0,u,a,t,0,调频调幅波,调频波,u,f,半波整流,(a),鉴频器,u,f,C,1,L,1,L,2,C,2,C,R,u,0,u,a,频率电压线性变换,幅值检波,低通滤波,当调频波,U,f,的频率等于,并联谐振回路,的谐振频率,f,n,时，,L,1,、,L,2,的,耦合电流最大,，副边输出电压,U,a,也最大,；,U,f,的频率偏离,f,n,时，,U,a,也随之下降,。从而将调频波的频率变化转换为电压幅值的变化。通常利用特性曲线的,亚谐振区近似直线的一段,实现频率,-,电压变换。,调频较之调幅的一个重要的优点是,改善了信噪比,。,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,干扰信号的干扰作用则主要表现在振幅之中,。,调频的缺点：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；,调频系统较复杂,，因为频率调制,是,非线性调制,，,不能运用叠加原理,。,2,f,m,2,f,m,2,f,m,2,f,m,1/4,2,f,m,1/4,2,f,m,2,f,m,1/4,1/2,2,f,m,2,f,m,2,f,m,同步解调,(a),调幅波频谱,(b),载波信号频谱,(c),同步解调后频谱,X,m,(,f,),0,-f,0,f,0,X,m,(,f,),*,Y,(,f,),0,f,0,-f,0,低通,-,f,c,f,c,-f,m,f,m,2,f,m,1/4,