信号的调理与记录(第四章)概要.ppt

1、第二节点调制解调器为使用特定低频信号来控制或改变高频振荡信号的一些残奥节计量器(振幅、频率、相位)的过程。 从调制信号中恢复原始低频调制信号来解调过程调制的目的在于降低低频模拟被测量信号的放大、传输、处理的困难。 一些传感器在完成从测量物理量到功率量的转换的过程中应用信号调制原理，例如，差分变压器位移传感器是幅度调制的典型例子。 交流电阻桥实质上也是振幅调制器。 一些电容电感传感器将被测量物理量的变化转换为频率的变化，即频率调制。 1、幅度调制和解调器1、幅度调制器2、幅度调制信号的频域分析器3、幅度调制信号的解调方法和解调器是从调制后的信号恢复原始低频调制信号的过程。 调制和解调是一对相反的

2、信号转换过程，在工艺上很好地结合使用。 振幅调制的解调有同步解调、包络线检波、相敏感检波法。 (1)同步解调、同步解调的频谱图、同步解调器要求33，360具有良好性能的线性乘法器件，否则可能导致信号损耗；(2)进行包络整流检测如果元件选择了满足f0载波信号的频率，则fmax是基带信号的最高频分量。 可在无失真的情况下从经振幅调制的信号获得包络检测器。 如果所施加的偏置电压不能使信号电压都为零，则仅通过简单地对幅度调制后的波形进行整流平滑，无法复原原始调制信号，从而引起较大的失真(参照图416 )。 在这种情况下，可以通过采用相敏检测技术解决该问题。 ()相敏解调、相敏检测的特征是能够判别调制信

3、号的极性，所以在采用相敏检测的情况下，不需要对调制信号施加直流偏置。 相敏检测由于交替信号而在过零时正、负极性急剧变化，振幅调制波的相位(与载波比较)也相应地产生1800的相位跳跃，由此能够反映原始的调制信号的振幅及其极性这两者。 另外，在调制信号x(t )为正时：振幅调制波xm(t )与载波y(t )同相，此时，在载波电压为正时，VD1导通，电流的流动为d1VD125R1接地d。 当载波电压为负时，变压器T1和T2的极性同时改变，VD3导通，并且电流流动到d3VD345R1接地d。 可知在0-t1区间中，流过负载R1的电流方向总是从上向下，输出电压u0(t )为正值。 调制信号x(t )为负

4、时：振幅调制波xm(t )与载波y(t )不同1800时，载波电压为正时，VD2导通，电流的流动为52VD23d接地r1； 当载波电压为负时，VD4导通，电流流过54VD41d接地R1 5。 可知，在t1t2时段中，流经负载负载R1的电流方向总是从下向上，输出电压u0(t )为负值。 如上所述，相敏检测器利用二极管的单向导通作用来反转电路输出极性。 简而言之，该电路相当于在0t1级翻转xm(t )的负部分，在t1t2级翻转xm(t )的正部分。 如果用低通滤波器对u0(t )进行滤波，则得到的信号是xm(t )“反转”的包络线。二、频率调制和解调以及频率调制的基本概念频率调制是指用于使用调制信

5、号控制高频载波信号的频率变化的过程。 在频率调制中，载波的幅度不改变，只有载波的频率与调制信号的幅度成比例地改变。、调频方法、常用的调频方法包括直接调频法、间接调频法、间接调频法、窄带角度调制器、倍频器等，()直接调频法、压控振荡器(VCO )以调制信号x(t )的振幅控制其振荡频率， 使振荡频率随控制电压线性变化的电压控制振荡器技术迅速发展，目前有单板式电压控制振荡器芯片(例如MAXIM公司发售的MAX2622MAX2624 )，振荡器的中心频率和频率范围由厂家预设，频率范围由控制电压、调频信号的解调、调频信号的解调去鉴别器方法：所述去鉴别器由高通滤波器和包络检测器组成。 结构简单，测试技术

6、中常用的锁相环解调器在解调性能上优秀，但结构复杂，可以在通信机等有高要求时使用。 在此仅介绍鉴别器解调。第三节滤波器、一般概念滤波器是这样的频率选择部件，其允许某一频率范围内的信号通过，并且大幅衰减不需要的频带内的信号来阻止通过，筛选出某一频率分量。 作用：对所采集的信号进行频谱分析，去除不需要的干扰噪声，由于滤波器的作用，在设定、修正、制作时使之具有如下性能：1)在通带内，滤波器对信号的衰减越小，越好，理想的衰减为0。 2 )在阻带中，由滤波器引起的信号衰减越大，则衰减理想地无限大。 3 )通带和阻带的边界应清晰，理想情况下应无通带。 4 )在通带内，输入阻抗以及输出阻抗必须与前后的网络阻抗

7、匹配。 滤波器的类型根据选择特性而被分成低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器，按照使用的元件而分类，滤波器是RC滤波器、LC滤波器、石英滤波器、陶瓷滤波器和机械装置滤波器的结构形式吗二、滤波器性能分析，一、理想滤波器，一旦分析了以上述公式表示的频率特性，发现该滤波器的时域中的冲激响应函数h(t )为sinc函数。 从图可以看出，冲激响应的波形在to时刻向滤波器输入单位脉冲之前，即t0时，是非因果系数。 2、与实际的滤波器的特征残奥仪表、截止频率、带宽b、波动振幅质量系数q、倍频选择性、滤波器系数(矩形系数)、(1)截止频率截止频率指振幅特性值为(即，3dB )时所对应的频率点(图42

8、4中的fc1和fc2 ) (2)带宽b滤波器带宽被定义为上下两个截止频率之间的频率范围B=fc2-fc1，以Hz为单位也称为3db带宽。 带宽表示滤波器的分辨率，即，该滤波器分离信号中的相邻频率分量的能力。 (3)波动宽度通带中的幅度特性值的波动变化值称为波动宽度，并且如图4-24中的土所示的那样，该值越小越好。 (4)对于质量系数(q值)带通滤波器，质量系数q被定义为Q=f0/B，其是中心频率f0与带宽b的比率。 q越大，相对带宽越小，滤波器的选择性越好。 (5)倍频选择性表示从阻带到通带或从通带到阻带，实际滤波器具有通带，通带曲线的斜率表示幅度特性衰减的速度，通常由倍频选择性表示。 倍频选

9、择性用dB表示上截止频率fc2和2fc2之间或下截止频率fc1和fc1/2之间的振幅特性的衰减值，即频率变化1倍的衰减量。 衰减越快，选择性越好。 (6)滤波系数(矩形系数)的滤波系数在滤波振幅特性的-60dB带宽与-3dB带宽之比，即理想滤波器中有=1。 对于通常使用的过滤器，通常允许1-5。三、实际的滤波器，a )低通滤波器的频率特性，b )高通滤波器的频率特性，c )带通滤波器的频率特性，3)RC带通滤波器的带通滤波器可视为低通滤波器与高通滤波器的串联，以及该电路及其另外，通过并用LC滤波器、电感和电容，能够使滤波器的谐振特性相对于1次RC电路产生比较陡峭的滤波器边缘。或者，可以通过使用

10、对多个RC链路或LC链路进行级联的方案，显着提高滤波器的性能，改善迁移带曲线的陡峭度。 中的组合图层性质变更选项。 这是因为，如果级联多个中心频率相同的滤波器，则其总振幅特性为各滤波器的振幅特性的乘积，通带外的频率成分会大幅衰减。 然而，许多简单滤波器的级联可以改善滤波器的通带性能，但是应当注意，明显的负载效应和相移增加等问题不可避免。有源滤波器、四、带通滤波器在信号频率分析中的应用，一多通滤波器的并行形式多通滤波器并行常用于信号的频谱分析和信号中特定频率分量的提取。 如果总是将被分析信号输入到中心频率不同的滤波器组中，则各滤波器的输出反映信号中含有的各频率成分。 为了由每个带通滤波器的带宽复

11、盖整个分析的带宽，它们的中心频率可以恰好连接相邻的带宽，通常设置成使得前一滤波器的3dB上截止频率的高端等于下一滤波器的3dB下截止频率的低端在对信号进行光谱分析的情况下，带通滤波器的带宽取决于一定规则，每一个带通滤波器的增益相同而中心频率不同。 两种方法构成了两种常见的带通滤波器组：定带比滤波器和定带滤波器。 (1)固定带宽比滤波器、固定带宽比滤波器指定滤波器的相对带宽是常数。 滤波器上下截止频率之间的关系滤波器中心频率之间的关系滤波器的中心频率上下截止频率之间的关系是BK公司的1616型频率分析校正的构成框图，其带宽为13倍，分析频率为20Hz -40kHz，从而设置了校正前的34个带通滤

12、波器。 以及带通滤波器的中心频率和截止频率、固定带比滤波器的特性：由于固定带比滤波器的通带为低带窄，高带宽，所以滤波器组的频率分辨率为低带好，高带非常差。 在滤波器要求所有频带的良好频率分辨率的情况下，可以采用固定带滤波器。 (2)固定带宽滤波器、固定带宽滤波器的绝对带宽是常数。 为了提高定带宽滤波器的分辨率，需要缩小带宽，但是复盖整个频率范围所需的滤波器数量会变多。 因此，固定带宽滤波器通常不是由固定中心频率和带宽的并行滤波器组实现，而是由中心频率可调的扫描带通滤波器实现。 2中心频率可变式、扫描式频率分析器采用中心频率可变的带通滤波器，通过改变中心频率而随着对分析该滤波器的通带的信道频率范

13、围的要求而变化。 调整方式：手动调整、外部信号调整用于调整中心频率的信号可以在锯齿波发生器中产生，用线性上升的电压控制中心频率的连续变化。 创建滤镜需要一定的时间，特别是在滤镜带宽较窄的情况下，创建时间越长，扫描速度越快。 这种形式的分析修正也采用固定带宽比的带通滤波器。 像BK公司的1621型分析仪一样，将总分析频率范围从0.2Hz20kHz分为5个阶段：0.22Hz、2-20Hz、20200Hz、200Hz2kHz、2kHz20kHz，各阶段的中心频率可以调整。 在采用中心频率可调整的带通滤波器时，这种滤波器的中心频率的调整范围有限，这是因为期望在调整中心频率的过程中不改变或者不影响滤波器

14、的增益、q因子等残奥仪表。信号频谱分析中常用的中心频率可变的滤波方法有相关滤波和跟踪滤波，其工作原理和典型应用请参阅相关书籍。思考题和练习问题、基本概念：第四节由于信号放大，调制器和解调器成为有信号传输测量装置的重要组成部分。 调制器的作用是将从信道源发送的低频基带信号转换为易于在信道上传播的高频调制信号。 解调器的作用是将信道上发送的高频调制信号复用成低频基带信号。 为什么要调制？ 为了使基带的传输处理变得容易。 什么是调制？ 调制：使用基带信号使高频振荡信号的某一残奥仪表变化，根据基带信号规则地变化。 调制信号、载波、调制信号(调制波)调制的分类：振幅调制AM、频率调制FM、调制PM、1、

15、振幅调制1、概要振幅调制：使高频载波信号的振幅以基带信号f(t )变化，使高频载波信号的振幅成为线性时的域式为1/2 a 0 0:载波的开始相位A0:载波的幅度。 物理意义：在未调制之前，载波信号是具有幅度A0、三角频率0和开始相位0的等幅退化信号。 c(t)=A0COS(0t 0)通过幅度调制，c(t )的角频率0和开始相位0保持不变，并且其幅度根据基带信号f(t )而线性改变。 调制后的载波振幅变化包络与基带信号f(t )的形状相同。 将(5-1)式展开为SAM(t)=A0COS(0t 0) f(t)COS(0t 0)式，由此，完成振幅调制的方法不容易：首先，必须产生角频率为0的载波频率退

16、化信号. 该信号被划分成2个部分，其中一个通过增益Ao的放大器，另一个通过也被称为平衡调制器的乘法器被乘以基带信号f(t )。 用加法器将两个信号相加得到标准的振幅调制信号。 图5-2表示振幅调制器。 2 .根据幅度调制信号的频域分析单元方程式以指数形式重写方程式(51 )，假设(54 )基带信号中存在傅立叶变换。 对式(5-4)进行傅立叶变换时，其频谱式在图5-3中表示振幅调制信号SAM(t )的频谱构造，由图可知，1 )振幅调制过程是频谱移位过程。 由于在移动期间在谱结构上没有改变，所以幅度调制通常也称为线性调制。 2 )注意，在正频率间隔中，基带信号的频谱f ()的频带改变为(0，max

17、 )，幅度调制信号的频谱改变为f () 2，并且频带变为(o-max，o )和(o，o max )两个频带3)o中出现脉冲，表示载波成分的存在。 值的注意是载波分量的幅度大，但是没有信息。 4 )设基带信号f(t )的最高频率为max，则幅度调制后的幅度调制信号的带宽为2max，如从图53中可以看出的。 为了便于分析，通过将基带信号f(t )称为调制信号并且将单频信号即f(t)=AmCOSt 5-6代入5-1而获得的基带信号f(t )被称为调制因子并且也被称为调制因子。 如果mA大于l，则在调制的幅度调制信号的包络上产生失真，将该失真称为过调制。 为了不产生过度调制，要求mA在l以下。 从频谱分析可知的振幅调制波的频谱由基于调制信号f(t )的边带和基于载波的冲击函数构成。 它们之间的功率关系可以由方程(53 )的均方值给出。 在该表达式中，第一项是载波功率Pc，第二项是基于调制信号的边带功率Ps，并且第三项是交叉功率。 如果f(t )是交流信号，则平均值为0，第3项为0。 从式(5-9)可知，AM信号的总功率由载波功率Pc和边带功率Ps这两个部分构成。 显然运营商功率Pc不携带信息，而是由边带功率Ps携带信息。 我们将边带功率Ps与总功率的比定义为调制效率，从式(511 )知道AM1。