现代测试技术课件：信号调理

信号调理《现代测试技术》本章学习要求：1.掌握信号放大基本原理2.掌握信号滤波基本原理3.掌握信号调制解调原理4.掌握信号信号变换原理信号调理的的目的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。6.1信号放大

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1直流放大电路

电压增益:1)反相放大器

反馈电阻RF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。R1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。

同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为: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。

3直流电桥●平衡条件VER1R3R2R4令：4交流电桥电感电容传感器传感器●平衡条件电桥的接法：单臂

半桥全桥5电荷放大器F+

理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。6.2信号滤波-理想滤波器

fcH(f)fQ(f)

理想滤波器是不存在的，实际滤波器幅频特性中通带和阻带间没有严格界限,，存在过渡带。

实际滤波器0fA1一阶RC低通滤波器

2一阶RC高通滤波器

3RC带通滤波器

可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联

信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。

6.3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。6.3调制与解调1目的

解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。

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VinVoR1R3R2R42种类调制信号x(t)0t载波信号z(t)0ta)幅度凋制(AM)b)频率调制(FM)c)相位调制(PM)3幅度调制

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幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t)幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t)幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器滤波器z(t)x(t)非抑制调幅

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。调幅解调二极管检波低通滤波调幅波的波形失真a）过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则x(t)的相位将发生180。b)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下边带相重叠．要求:fz＞fm

4频率调制

调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压幅值而变化的疏密度不同的等幅波.鉴频：T1T2T3T4F优点：抗干扰能力强。

调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制足一种非线性调制。

因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中．

缺点：占频带宽度大，复杂

电压/电流变换器（VCC）用来将电压信号变换为与电压成正比的电流信号。用途：常用作传感器或其他检测电路中的基准（参考）恒流源，在磁偏转的示波装置中常用来将线性变化电压变换成扫描用的线性变化电流在控制系统中作为可控电流源驱动某些执行装置，如记录仪记录笔的偏转和电流表的偏转。VCC按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。

6.4信号变换-电压/电流变换特点：要求信号源和运算放大器都能给出要求的负载电流值，这是由于信号UI加于运算放大器反相输入端所造成的。

6.4信号变换-反向式负载浮地型特点：信号接于运算放大器的同相端，由于同相端有较高的输入阻抗，因而信号源只要提供很小的电流。

6.4信号变换-同向式负载浮地型

电流－电压变换器（CVC）用来将电流信号变换为成正比的电压信号。用途：可作为微电流测量装置来测量漏电流；或在使用光敏电阻、光电池等恒电流传感器的场合，是一个常见的光检测电路；可作为电流信号的相加器，这在数字／模拟转换器中是一种常见的输出电路形式。6.4信号变换-电流/电压变换特点：运算放大器的输出阻抗很低，那么可用一般的电压表在输出端直接测定输入电流值大小，其变换系数就是RF值。若被测电流IS很小，为了要有一定的输出电压数值应该取较大的RF值，但RF值越大，必然带来两个问题：一是大阻值的电阻