第4章信号调理与记录_4

车辆测试技术
幅度调制与解调过程（频谱分析）
x(t)
X( f )
z(t) xm (t)x(t)co s(2fzt)
Z( f )
乘法器
xm(t) 放大器
ym(t)xm(t)z(t)
Xm( f )
1 2x (-ftz )1 2x (t)fzco s(4fzt)
z(t)
Z( f )
xm (t)x(t)co s 低(通滤2 波器 fzt)
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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。
y (t) [x (t)A 0 ]c o s (2ft)
缓变
调
高频
放
信号
制
信号
大
放大高
解
放大缓变信号
频信号
调
幅度调制与解调过程（波形分析） x(t)
z(t) 乘法器
xm(t) 放大器
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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
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信号调理的目的 →是便于信号的传输与处理
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。
直流电桥 交流电桥
→激励电源为直流源 →激励电源为交流源
电荷放大器
→压电式传感器专用
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1. 直流放大电路
1) 反相放大器
电压增益:
Av
R2 R1
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。
y (t) x (t) [A c o s (2f t) ]
b) 频率调制(FM)
← y(t)的频率随x(t)变化而变化
y (t) A c o s (2[f0 x (t)]t)
c) 相位调制(PM)
← y(t)的相位随x(t)变化而变化
y (t) A c o s { 2ft [0 x (t) ]}
例：交流电桥
R1 Ve
R2
调制是指利用某种低频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。
R3
V R4
•信号 调制信号 载波信号
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x(t)
0
t
z(t)A co s(2 ft)
z(t)
0
t
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•调制类型
a) 幅值调制(AM)
← y(t)的幅值随x(t)变化而变化
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。
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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:
车辆测试技术 (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。
x (t)
x'(t)Dx(t)
x m (t) [D x (t)]c o s (2ft)
① 调幅
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② 解调 二极管检波 低通滤波
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•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。
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
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2) 同相放大器
同相放大器也是最基本的电路 ，其闭环电压增益 Av为:
Av
1
R2 R1
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。
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。
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。
放大器
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分类
特点
直流放大器
→低频保留，高频截止
交流放大器
→高频保留，低频截止
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 。
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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
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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，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。
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2. 交流放大电路 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。
Av
1
RF R2
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。
C 1 C 3 (3 ~ 1 0 )/(2R L fL )
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•目的
第二节 调制与解调
解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
调制
×
Leabharlann Baidu解调
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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。
z(t) 乘法器
滤波器 x(t)
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x(t)
幅度调制与解调过程（数学分析）
z(t) 乘法器
xm(t)
放大器
z(t)cos(2fzt)
xm (t)x(t)co s(2 fzt)
乘法器
滤波器 x(t)
z(t) ym(t)xm(t)z(t)
x(t)cos2(2fzt)
1 2x (t)1 2x (t)co s(4fzt)
乘法器
滤波器
-2fz
x(t)
2fz X(f )
调幅信号的解调方法： (1) 同步解调
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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 能良好的线性乘法器，否则会引起信号失真。