工程测试技术基础-6.信号调理技术.ppt

中南大学机电工程学院 第六章、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。 6.1 信号调理的目的　 第六章、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。 6.2 信号放大 第六章、测试信号调理技术 信号放大目的 幅度增加 (1)抗干扰; (2)阻抗匹配 2 分类 放大器 直流放大器 交流放大器 电荷放大器 时间域 频率域 幅度增大 低频保留,高频截止 幅度增大 高频保留,低频截止 电荷增大 △Z ? V 1 目的 电桥 2 直流放大电路 1) 反相放大器 6.2 信号放大电路 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。 反相放大器是最基本的电路，其闭环电压增益Av为: 烟雾报警器 酒精传感器 二氧化碳传感器 2)同相放大器 6.2 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: 3 交流放大电路 6.2 信号放大电路 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。 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。 4 电荷放大器 6.2 信号放大电路 F + 5 电桥 6.2 信号放大电路 1）直流电桥 ●平衡条件 d V 6.2 信号放大电路 2）交流电桥 ●平衡条件 ~ 6.3调制与解调 第六章、测试信号调理技术 1 目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。 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。 6.3调制与解调 2 种类 调制信号x(t) 载波信号 a) 幅度凋制(AM) b) 频率调制(FM) c) 相位调制(PM) 6.3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． 6.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形与频谱分析） 乘法器 放大器 x(t) z(t) x m(t) 乘法器 滤波器 z(t) x(t) 6.3调制与解调 幅度调制与解调过程（数学描述） 乘法器 放大器 x(t) z(t) x m(t) 乘法器 滤波器 z(t) x(t) 6.3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． 6.3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 , 6.3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。 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＞fm 实验 6.3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。 6.3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. 6.3调制与解调 优点：抗干扰能力强。 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 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。 6.3 信号的滤波　 第六章、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． 1 滤波器分类（根据滤波器的选频作用分） 低通 高通 带通 带阻 实验 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。 6.3 信号的滤波　 3 理想滤波器 　 理想滤波器是