《信号的调理与记录》PPT课件

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1、第四章信号的调理与记录学习要求：1.了解模拟信号放大电路原理2.掌握调制与解调的基本原理3.了解滤波器的工作原理，掌握滤波器的分类、基本参数和基本特性→是便于信号的传输与处理信号调理的目的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号进行调制解调处理。第四章信号的调理与记录第一节信号的放大通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须用放大电路放大

2、后才便于后续处理。为了保证测量精度的要求，放大电路应具有如下性能:1)足够的放大倍数；2)高输入阻抗，低输出阻抗；3)高共模抑制能力;4)低温漂、低噪声、低失调电压和电流。线性运算放大器具备上述特点，因而传感器输出信号的放大电路都由运算放大器所组成，本节介绍几种常用的运算放大器电路。信号放大电路分类放大器直流放大器交流放大器电荷放大器直流电桥特点交流电桥→低频保留，高频截止→高频保留，低频截止→激励电源为直流源→激励电源为交流源→压电式传感器专用信号放大电路1.直流放大电路电压增益:注意：①输入阻抗低，容易对传感器产生负载效应；②反馈电阻

3、R2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；③R1的取值应远大于信号源ui的内阻。烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器信号放大电路1)反相放大器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。但易引入共模干扰。同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:信号放大电路3)差分放大器差分放大器也不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比。因此由单个运算放大器构成的放大电路在传感器信号放大中很少直接采用。一种常用来提高输入阻抗的办法是在基本放大电路之前串接一级射极跟随器。串接射极跟随器后

4、，电路的输入阻抗可以提高到109欧以上，所以射极跟随器也常被称为阻抗变换器。信号放大电路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、C2及C3为隔直电容。信号放大电路第二节调制与解调目的解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。×调制解调调制与解调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。例：交流电桥VeVR1R3R2R4调制是指利用某种低频

5、信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数(幅值、频率或相位)的过程。调制与解调信号调制信号x(t)0t载波信号z(t)0t调制与解调a)幅值调制(AM)b)频率调制(FM)c)相位调制(PM)←y(t)的幅值随x(t)变化而变化←y(t)的频率随x(t)变化而变化←y(t)的相位随x(t)变化而变化调制类型调制与解调一、幅值调制与解调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。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调制与解调幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t

6、)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t)调制与解调幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器放大器乘法器滤波器x(t)z(t)xm(t)z(t)x(t)调制与解调幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器放大器乘法器滤波器x(t)z(t)xm(t)z(t)x(t)X(f)Z(f)Z(f)X(f)低通滤波器调制与解调Xm(f)-fzfz-2fz2fz调幅信号的解调方法：(1)同步解调上述调制方法，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。它要求有性能良好的线

7、性乘法器，否则会引起信号失真。调制与解调(2)包络检波（整流检波）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。调制与解调①调幅调制与解调②解调二极管检波低通滤波调制与解调调幅波的波形失真过调失真：对于包络检波，要求其直流偏置必须足够大，否则x(t)的相位将发生180。上述方法的关键是准确地加、减偏置电压。若所加的偏置电压未能使信号电压都位于零位的同一侧，那么对调幅之后的波形只进行简单的整流滤波便不能恢复原调制信号，而会造成很大失真。调制与解调重叠失真：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

8、低时，正频端的下边带将与负频端的上边带相重叠。要求:fz＞fm调制与解调(3)相敏检波（整流检波）相敏检波的特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏检波时，对调制信号不必再加直流偏置。相敏检