第四章 信号的调理.pptVIP

5-302 Dave Massy 第4章 信号的调理 目的:便于信号的传输与处理。 原因： ① 缓变信号测量时，电路易产生漂移和衰减，极间耦合复杂，传递困难； ② 传感器输出信号微弱，需要放大和阻抗变换；便于信号的远距离传输； ③ 电参数需转换为电能量； ④ 去掉噪声信号的干扰，提高信噪比； ⑤ 频率信号宽时，需分离出所需频率，作频谱分析； ⑥ 将模拟信号转换成数字信号 解决方法： “调制”的方法提高信号的变化频率，直到后续电路再将其分离出来，即“解调”。 第一节 电桥 电桥： 是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。 特点： ① 电路简单； ② 精度和灵敏度较高； ③ 应用广泛。 分类： ① 按激励电压的性质分： 直流电桥、交流电桥 ② 按输出方式分： 不平衡电桥、平衡电桥 一、直流电桥 1、组成 R1、R2、R3、R4构成四个桥臂； U0为直流电源； 输出为Uy 。 2、工作原理 电桥平衡条件： R1R3 = R2R4 输出电压：Uy = 0； 工作时，将被测量的变化引起的电阻变化接入电桥，当此量变化时，电桥就失去平衡，也就有电压UY输出； 3、直流电桥的特点 1）优点： 稳定U0易获得； UY为直流量，可用直流仪表检测； 对电路的要求低。 2）缺点： 直流放大器复杂； 易产生漂移和受接地电位的影响； 电源电压不稳或环境温度变化时易产生测量误差。 为克服上述缺点，可采用“平衡式电桥”： 工作时电桥处于平衡状态，“零输出”。 这样，测量误差取决于电位器的精度。 二、交流电桥 1、组成 交流电桥的臂由阻抗Z1、Z2、Z3、Z4组成； 电源为交流电源。 2、工作原理 根据电路知识，电桥平衡条件与直流电桥相似： Z1Z3 = Z2Z4 对于交流电桥，即使纯电阻电桥，也由于分布电容的存在，而使电桥变得复杂。 故此，均采用电阻、电容平衡两个调节钮。 3、交流电桥的特点 交流电桥常用音频范围的交流电源（5~10kHz）； 交流放大器电路简单； 无零漂。 第二节 调制与解调 一、调制 1、目的：提高信号的变化频率，便于放大与传输。 2、方法：调幅、调频 调幅（AM）：将一高频正弦信号与缓变信号相乘，再交流放大； 3、调幅原理 将一高频正弦信号与缓变信号相乘的方法； 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。 调频（FM）：利用输入信号电压的幅值控制一个振荡器。 二、解调 1、目的：恢复原缓变信号。 2、原理：在“调制后的信号”上再乘以“载波信号”。 3、恢复“原缓变信号”方法： 1）整流检波： 利用二极管单向导电性能从调幅波中分离正电压信号。 2）相敏检波： 利用二极管单向导通的作用将电路输出极性换向，检测出输出信号的幅值和极性。 3）滤波器： 利用谐振回路将缓变信号从调幅波中分离出来。 4）鉴频器： 利用谐振回路将信号频率转换成电压信号幅值。 例1、被调制信号“无极性”时 整流 + 滤波 例2、被调制信号“有极性变化”时： 偏置 + 滤波 + 反偏置 ： 相敏检波 + 滤波。 第三节 滤波器 1、定义： 2、滤波器分类： 3、滤波器的作用： 结 束 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 由余弦函数的频谱图知： 为高频信号，便于放大与传输。 常用乘法器：霍尔元件、电桥 鉴频： T1 T2 T3 T4 U 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。 只要配上相应的滤波器即可 恢复原信号x(t)。 调制与解调的过程总结： 第四节 信号的指示与记录装置 信号放大 分类： 特点 放大器 直流放大器 交流放大器 电荷放大器 直流电桥 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 电压增益: 1)反相放大器 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。 2)同相放大器 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: 2 交流放大电路 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。 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、C