信号转换与处理电路

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1、调制解调放大电路信号处理电路采样保持滤波电路信号转换电路U/I转换逻辑电平转换A/D、D/A转换U/F、F/U转换主要内容：信号通常微弱并伴有干扰信号，为剔除干扰信号和提取测试信号中的有用信息，就必须通过滤波、放大、调制、变换等方法对信号进行加工变换，改变信号形式，突出信号中的有用信息成分。传感器的共同特点是把非电量转换为电量，但电量的形式有多种，如电阻、电感、电容、电压、电流、频率、相位等多种形式。当传感器与其他系统相接时，就必须符合各自的要求，因此，还必须对被测信号进行相应的转换。本章从信号的调制与解调、信号放大、信号处理、信号转换等方面介绍信号变换与处理电路。为什

2、么需要信号转换和处理电路？调制与解调在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、力等参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号，对这样一类信号，直接送入直流放大器或交流放大器放大会遇到困难，因为，采用级间直接耦合式的直流放大器放大，将会受到零点漂移的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时，经过逐级放大后，被测信号会被零点漂移淹没。调制就是用一个信号去控制另一个作为载体的信号，让后者的某一特征参数按前者变化。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载

3、波信号。用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。已调制信号一般都便于放大和传输。从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调，解调的目的则是为了恢复原来信号。调制分类：在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相。载波、调制信号及调幅、调频波一.幅值调制与解调1.调幅原理调幅是将一个高频简谐信号(载波信号)与测试信号(调制信号)相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送

4、。常用的方法是线性调幅，即让调幅波的幅值随调制信号x按线性规律变化。调幅波的表达式可写为coswt——载波信号；U——偏置电压；x——测量信号。载波信号测量信号足够大的偏置电压偏置电压为0加上偏置电压，可以直接采用包络检波，否则，需要相敏检波调制原理图3调幅过程(a)偏置电压足够大(b)偏置电压不够大图4调制信号加偏置的调幅波2.调幅波的解调从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波，因此解调的目的是为了恢复被调制的信号。为了解调可以使调幅波和载波相乘，再通过低通滤波器滤波。包络检波若所加的偏置电压未能使信号电压都在零线的一侧，则对调幅波只是简单地整流就不能恢复原调制

5、信号，如图4(b)所示，这就需要采用相敏检波技术。(a)(b)(c)(d)图5包络检波原理1)包络检波包络检波是一种对调幅信号进行解调的方法，其原理是利用二极管所具有的单向导电性能的器件，截去调幅信号的下半部，再用滤波器滤除其高频成分，从而得到按调幅波包络线变化的调制信号(b)包络检波电路图：图6二极管包络检波图7晶体管包络检波2）相敏检波电路图（具体分析详见第4章）图8相敏检波相敏检波器(与滤波器配合)可以将调幅波还原成原应变信号波形，即起解调作用。采用相敏检波时，对原信号可不必再加偏置。交变信号在过零线时符号(+、－)发生突变，调幅波的相位(与载波比较)也相应地发生

6、180°的相位跳变。利用载波信号与之相比，便既能反映出原信号的幅值又能反映其极性。载波相位为0载波相位为180例：动态电阻应变仪是电桥调幅与相敏检波的典型实例。如图9所示，电桥由振荡器供给等幅高频振荡电压，经过放大、相敏检波和滤波取出被测信号。该种电路称作动态电阻应变仪，是因为它最早用于应变测量。实际上电感、电容传感器所接交流电路电桥都采用该种电路。图9动态电阻应变仪方框图二.频率调制与解调1.频率调制由于调频信号在传输过程中不易受到干扰，并且调频和调相也很容易实现数字化，所以在测量、通信和电子技术的许多领域中得到了越来越广泛的应用。调频就是用调制信号去控制高频载波信号

7、的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号的线性函数变化。(a)锯齿波调频(b)正弦波调频图10调频信号的波形2、调频方法常用的调频方法有直接调频法、电参数调频法、电压调频等。直接调频法是利用被测参数的变化直接引起传感器输出信号频率的改变，图11所示的就是一个典型例子，是用于测量力的振弦式传感器的原理图，其中振弦3的一端与支撑相连，另一端与膜片1相连。在外加激励作用下，振弦3按固有频率c振动，且c随张力FT的变化而变化。振弦3在磁场2内振动时产生感应电动势，它就是受张力FT调制的调频信号。图11振弦式调频传感器图12电参数