第四章信号的调理

第四章 信号的调理

第一节 电桥

电桥是将电阻、电容、电感等参量的转变变成电压或电流输出的一种测量电路。

电桥

一、直流电桥

()()

4321423

1043421

1R R R R R R R R U R R R R R R U U U ad

ab y -=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-+=-=

∴ 电桥平稳条件：4231R R R R =，即对臂电阻乘积相等。

实际选择电阻为04321R R R R R ====

直流电桥⎪

⎩

⎪⎨⎧⎩⎨

⎧全桥式

半桥双臂半桥单臂半桥式

1、半桥单臂：设1R 在工作中发生转变R R R ∆+=11

()

000

0000

042422R R U R R

U R

R R U R

R R R R R U y <<∆∆≈∆+∆=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-∆+∆+=∴

00

41U R S =

∴（近似为常值）

∴此电路在测量进程中存在非线性误差。

2、半桥双臂

注意：双臂中，1R 与2R 应一增加，一减少。

⎩⎨⎧交流

直流图4-1 直流电桥

00

2U R R

U y ∆=

3、全桥：四臂中相邻臂转变方向相反。

00

U R R U y ∆=

讨论：①全桥连接灵敏度最高。

②半桥单臂连接存在非线性误差。 ③相邻臂应变符号应相反。

缺点：上述电桥是在不平稳条件下工作的，当电源电压不稳固或环境温度转变时，产生测量误差。 改良：采纳平稳电桥。

练习：一个半臂电桥，已知该电桥的输出电压0

11

41e R R e y ∆=

，但该表达式是

经简化后取得的，真正的输出

'

y

e 与1R ∆成非线性，试求由于非线性引发的相对

误差

'

'

y

y

y e e e -=ε。

解：

1

10

1

11

1

11011

2242441R R e R R R e R R R e R R ∆=

∆+∆∆+∆-∆=

ε

二、交流电桥

电桥的四臂可为电感、电容、或电阻。 其平稳条件4231Z Z Z Z =

若1011ϕj e Z Z = 2022ϕj e Z Z = 3033ϕj e Z Z = 4

044ϕj e Z Z =

那么有：⎩⎨

⎧+=+=4

23104

020301ϕϕϕϕZ Z Z Z

∴ 交流电流平稳条件：①相对两臂阻抗之模的乘积应相等

②它们的阻抗角之和也应相等。

讨论：为了知足平稳条件，电桥两臂接入同性质的阻抗。

注意：交流电桥中纯电阻时，除有电阻平稳，还应有电容平稳。（由于导线间散布电容的存在）

第二节调制与解调

调制：确实是使一个信号的某些参数在另一个信号的操纵下而发生转变的进程。

载波：前一信号成为载波，一样为高频交流信号。

调制信号：后一信号称为调制信号，一样为低频信号。

解调：从已调制波中恢复出调制信号的进程。

调制：⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

调相调频调幅

一、幅值调制与解调

一、幅值调制

调幅：将一高频信号与测试信号相乘，使高频信号的幅值随测试信号的转变而转变。

设调制信号为被测信号x(t)，其最高频率成份为，载波信号为，那么可得调幅波：

二、调幅信号的频域分析

图4－2 调幅信号的频谱

由傅立叶变换的性质知：

()()()()f

Y

f

X

t y

t x*

⇔

()()0002

1

212cos f f f f t f ++-⇔

δδπ()()()()()()()0000021

2121

212cos f f X f f X f f f X f f f X t

f t x ++-=+*+-*⇔

∴δδπ

从调制进程看，载波频率必需高于原信号中的最高频率才能使已调制

波仍能维持原信号的频谱图形，不致重叠。为了减少放大电路可能引发的失真，信号的频宽(

)相对中心频率(载波频率

)越小越好。调幅以后，原信号

中所包括的全数信息均转移到以为中心，宽度为

的频带范围之内，即将

原信号从低频区推移至高频区。因为信号中不包括直流分量，能够用中心频率为，通频带宽是

的窄带交流放大器放大，然后，再通过解调从放大的调制

波中掏出原信号。因此，调幅进程相当于频谱“搬移”进程。

3、调幅信号的解调方式

为了从调幅波中将原测量信号恢复出来，就必需对调制信号进行解调。经常使用的解调方式有同步解调、整流检波解调和相敏检波解调。

（1) 同步解调

同步解调是将已调制波与原载波信号再作一次乘法运算，即

(6-17

)

在同步解调时，所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。 （2) 整流检波解调

在时域上，将被测信号即调制信号x (t )在进行幅值调制之前，先预加一直流分量A ，使之再也不具有正负双向极性，然后再与高频载波相乘取得已调制波，这种解调方式称为整流检波解调。在解调时，只需对已调制波作整流和检波，最后去掉所加直流分量A ，就能够够恢恢复调制信号，如图4-4(a)所示。

此方式尽管能够恢恢复信号，但在调制解调进程中有一加、减直流分量A 的进程，由于实际工作中要使每一直流本身很稳固，且使两个直流完全对称是较难实现的，如此原信号波形与经调制解调后恢复的波形尽管幅值上能够成比例，