CH 3 信号的转换与调理 2节.pptVIP

测试技术基础 第四章 信号调理与记录 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 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 （Modulation） (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f0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。在频域，调幅过程就相当于频谱“搬移”过程。 当载波中心频率 f0不够大时，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 f0必须远大于调制信号x(t)中的最高频率fm ，一般需满足 f0＝ (5~10) fm。 重叠失真 调幅以后，原信号x(t)中所包含的全部信息均转移到以 f0为中心、宽度为2 fm的频带范围之内，即将有用信号从低频区推移到高频区。 (2) 调幅信号的解调 目的是恢复被调制的信号。 1）同步解调 式（3-7） Demodulation 若把调幅波再次与载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“搬移”。 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2f0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。 ? ? 2fm 2fm ? ? 2fm 2fm 1/4 2fm 1/4 2fm 2fm 1/4 1/2 2fm ? ? 2fm 2fm 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 Xm( f ) 0 ? -f0 f0 Xm(f )*Y(f ) 0 ? f0 -f0 低通 -fc fc -fm fm 2fm 1/4 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/全波)、(低通)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 调制信号 调幅波 载波 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~t1)， xm(t)与y(t)同相，检波器输出uf(t)0 x(t)0时(t1~t2)， xm(t)与y(t)反相，检波器输出uf(t)0 1 1 2 2 3 3 t1 t1 1 3 2 2 1 3 t1 t2 t2 t2 回路i1起点 回路i2起点 + + 电压: 从负?正,为(+)正; 负载从上?下为(+)正 调制信号x(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~t1段相当于对xm(t)全波整流，解调后的频率是原调制波的两倍。 调制信