工程信號(hào)-5 信號(hào)變換

1、大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換5.1測(cè)量電橋測(cè)量電橋5.2濾波器濾波器5.3信號(hào)調(diào)制與解調(diào)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)5.4模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換工程測(cè)試與信號(hào)分析工程測(cè)試與信號(hào)分析大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換5.1 5.1 測(cè)量電橋測(cè)量電橋 功能功能:LRC輸出iu ,按激勵(lì)電壓的不同可分為按激勵(lì)電壓的不同可分為直流電橋直流電橋 交流電橋交流電橋按工作方式不同可分為按工作方式不同可分為不平衡電橋不平衡電橋 平衡電橋平衡電橋一直流電橋一直流電橋 1.電橋變換原理電橋變換原理大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)1210RRRUUba4430RRR

2、UUda0432142310434211)()(URRRRRRRRURRRRRRUUUdabay電橋平衡電橋平衡4231RRRR0yU第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)單臂工作單臂工作03241RRRRRRRUUy40等臂電橋等臂電橋RRRRRRR4321443210RRRRRRRRUUy半橋雙臂半橋雙臂RRRRR21340RRUUy20第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 2.電橋工作特性電橋工作特性 (1)加減加減特性特性444321043210kURRRRRRRRUUykRR 鄰臂相減、對(duì)臂相加鄰臂相減、對(duì)臂相加 進(jìn)行溫度補(bǔ)償，進(jìn)行溫度補(bǔ)

3、償，提高電橋靈敏度提高電橋靈敏度全橋全橋0URRUyRRRRRR4231第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)kUkUkURRRRRRRRUUy24440041043210）（-增加輸出增加輸出第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)-消除溫度影響消除溫度影響T熱輸出熱輸出kUkUUTTy2400）（）（1R4R第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) (2)電橋非線性電橋非線性)1()(4321022221RRRRRRRRURRRRUy)(1/11332212441112RRRRRRRRRRRR 雙臂差動(dòng)工作時(shí)雙臂差動(dòng)工作時(shí)全橋差

4、動(dòng)工作時(shí)全橋差動(dòng)工作時(shí)RRR21043RRRRRRRR4231,0 當(dāng)橋臂電阻成對(duì)差動(dòng)工作時(shí)，電橋輸入輸出為線性關(guān)系；當(dāng)橋臂電阻成對(duì)差動(dòng)工作時(shí)，電橋輸入輸出為線性關(guān)系；利用加減特性合理接橋，可以消除溫度影響，增加輸出。利用加減特性合理接橋，可以消除溫度影響，增加輸出。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 3.平衡電橋平衡電橋 被測(cè)量變化被測(cè)量變化不平衡電壓輸出不平衡電壓輸出調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R5重新平衡重新平衡 G回零回零GR1R2R3R4R5 優(yōu)點(diǎn)：精度高（不受供橋電壓影響）優(yōu)點(diǎn)：精度高（不受供橋電壓影響）第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)二交流電橋二

5、交流電橋1.交流電橋的結(jié)構(gòu)交流電橋的結(jié)構(gòu)橋臂電阻橋臂電阻橋臂阻抗橋臂阻抗直流供橋電壓直流供橋電壓交流電壓交流電壓第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u0uyz1z2z3z42.交流電橋的平衡條件交流電橋的平衡條件043214231)(uzzzzzzzzUy4231zzzz423104020301)(0402)(030104403302201142314321;ZZZZeZZeZZeZZeZZeZZeZZjjjjjj同時(shí)滿足：則：設(shè)：設(shè)：第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)例：例：u0uyR1R2R3R4C1C41111CjRz4441CjRz33

6、22RzRz24431111RCjRRCjR）（）（2431RRRR4213CRCR交流電橋要滿足兩個(gè)平衡條件交流電橋要滿足兩個(gè)平衡條件第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分在測(cè)試裝率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分在測(cè)試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析聲或進(jìn)行頻譜分析5.25.2濾波器濾波器 廣義地講，任何一種信息傳輸?shù)耐ǖ溃劫|(zhì)）廣義地講，任何一種信息傳輸?shù)耐ǖ溃劫|(zhì)）

7、都可視為是一種濾波器因?yàn)?，任何裝置的響應(yīng)特都可視為是一種濾波器因?yàn)?，任何裝置的響應(yīng)特性都是激勵(lì)頻率的函數(shù)，都可用頻域函數(shù)描述其傳性都是激勵(lì)頻率的函數(shù)，都可用頻域函數(shù)描述其傳輸特性因此，構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，諸輸特性因此，構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，諸如機(jī)械系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、甚至連接導(dǎo)線如機(jī)械系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、甚至連接導(dǎo)線等等，都將在一定頻率范圍內(nèi)，按其頻域特性，對(duì)等等，都將在一定頻率范圍內(nèi)，按其頻域特性，對(duì)所通過(guò)的信號(hào)進(jìn)行變換與處理所通過(guò)的信號(hào)進(jìn)行變換與處理第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)被測(cè)結(jié)構(gòu)加速度計(jì)襯墊例：用壓電式加速度計(jì)測(cè)量結(jié)構(gòu)的加速度

8、時(shí)，如果例：用壓電式加速度計(jì)測(cè)量結(jié)構(gòu)的加速度時(shí)，如果只對(duì)較低頻率的振動(dòng)成分感興趣，可以在結(jié)構(gòu)與加只對(duì)較低頻率的振動(dòng)成分感興趣，可以在結(jié)構(gòu)與加速度計(jì)的連接處加一個(gè)襯墊，以減少測(cè)量的高頻噪速度計(jì)的連接處加一個(gè)襯墊，以減少測(cè)量的高頻噪聲。這就是機(jī)械濾波器的例子。聲。這就是機(jī)械濾波器的例子。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)一、一、濾波器分類(lèi)濾波器分類(lèi) 根據(jù)濾波器的選頻作用分為根據(jù)濾波器的選頻作用分為1.1.低通濾波器低通濾波器 從從O Of f2 2頻率之問(wèn)，幅頻特性平直，它可以使信號(hào)中低于頻率之問(wèn)，幅頻特性平直，它可以使信號(hào)中低于f f2 2的頻率成分幾乎不受衰減地通過(guò)，

9、而高于的頻率成分幾乎不受衰減地通過(guò)，而高于f f2 2的頻率成分受到極的頻率成分受到極大地衰減大地衰減幅頻特性幅頻特性第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)2.2.高通濾波器高通濾波器 與低通濾波相反，從頻率與低通濾波相反，從頻率f f11，其幅頻特性平直它使信，其幅頻特性平直它使信號(hào)中高于號(hào)中高于f f1 1的頻率成分幾乎不受衰減地通過(guò)，而低于的頻率成分幾乎不受衰減地通過(guò)，而低于f f1 1的頻率的頻率成分將受到極大地衰減。成分將受到極大地衰減。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)3.3.帶通濾波器帶通濾波器 如圖所示帶通濾波器，它的通頻帶在如圖

10、所示帶通濾波器，它的通頻帶在f f1 1f f2 2之間它使信號(hào)之間它使信號(hào)中高于中高于f f1 1而低于而低于f f2 2的頻率成分可以不受衰減地通過(guò)，而其他成的頻率成分可以不受衰減地通過(guò)，而其他成分受到衰減。分受到衰減。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)4.4.帶阻濾波器帶阻濾波器 與帶通濾波相反，阻帶在頻率與帶通濾波相反，阻帶在頻率f f1 1f f2 2之間它使信號(hào)中高于之間它使信號(hào)中高于f f1 1而低于而低于f f2 2的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號(hào)幾乎不的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號(hào)幾乎不受衰減地通過(guò)。受衰減地通過(guò)。第五章、信號(hào)的變換第五

11、章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以由這兩種類(lèi)型的濾波器組合而成。其它的濾波器都可以由這兩種類(lèi)型的濾波器組合而成。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)二、二、理想濾波器理想濾波器 理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，阻理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明

12、顯的分界線。也就是說(shuō)，理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應(yīng)為常數(shù)，的分界線。也就是說(shuō)，理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應(yīng)為常數(shù)，相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應(yīng)為零。相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應(yīng)為零。其它0)(020cftjffeAfH理想低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為：理想低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為： 其它0| )(|0cffAfHcffftf02)(第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)A(f)A(f)ffc2ffc1A(f)A(f)ffc2ffc1fc1fc2第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)三、三、實(shí)際濾波器實(shí)際濾波器 理想濾波

13、器是不存在的。在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中，通理想濾波器是不存在的。在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中，通帶和阻帶之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個(gè)過(guò)帶和阻帶之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個(gè)過(guò)渡帶。在過(guò)渡帶內(nèi)的頻率成分不會(huì)被完全抑制，只會(huì)受到不同渡帶。在過(guò)渡帶內(nèi)的頻率成分不會(huì)被完全抑制，只會(huì)受到不同程度的衰減。希望過(guò)渡帶越窄越好，也就是希望對(duì)通帶外的頻程度的衰減。希望過(guò)渡帶越窄越好，也就是希望對(duì)通帶外的頻率成分衰減得越快、越多越好。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)際濾波器時(shí)，率成分衰減得越快、越多越好。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)際濾波器時(shí)，總是通過(guò)各種方法使其盡量逼近理想濾波器。總是通過(guò)各種方法使其盡量逼近理想

14、濾波器。 第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)1.1.實(shí)際濾波器的基本參數(shù)實(shí)際濾波器的基本參數(shù) （1 1）紋波幅度）紋波幅度d d 在一定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變?cè)谝欢l率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化其波動(dòng)幅度化其波動(dòng)幅度d d與幅頻特性的平均值與幅頻特性的平均值A(chǔ) A0 0相比，越小越好，一般相比，越小越好，一般應(yīng)遠(yuǎn)小于一應(yīng)遠(yuǎn)小于一3dB3dB。707.0223log2000AddBAd（2 2）截止頻率）截止頻率f fc c 幅頻特性值等于幅頻特性值等于0.707A0.707A0 0所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為濾波器的截止頻所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為濾波

15、器的截止頻率以率以A A0 0為參考值，為參考值，0.707A0.707A0 0對(duì)應(yīng)于一對(duì)應(yīng)于一3dB3dB點(diǎn)，即相對(duì)于點(diǎn)，即相對(duì)于A A0 0衰減衰減3dB3dB若以信號(hào)的幅值平方表示信號(hào)功率，則所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)正好是若以信號(hào)的幅值平方表示信號(hào)功率，則所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)正好是半功率點(diǎn)。半功率點(diǎn)。2)(0AfAc第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)（3 3）帶寬）帶寬B B和品質(zhì)因數(shù)和品質(zhì)因數(shù)Q Q值值 上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為濾波器帶寬，或一上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為濾波器帶寬，或一3dB3dB帶寬，單位為帶寬，單位為HzHz帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率帶寬決定

16、著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力成分的能力頻率分辨力頻率分辨力 12ccffB 對(duì)于帶通濾波器，通常把中心頻率對(duì)于帶通濾波器，通常把中心頻率f f0 0和帶寬和帶寬B B之比稱(chēng)為濾之比稱(chēng)為濾波器的品質(zhì)因數(shù)波器的品質(zhì)因數(shù)Q Q例如一個(gè)中心頻率為例如一個(gè)中心頻率為500HZ500HZ的濾波器，若其的濾波器，若其中一中一3dB3dB帶寬為帶寬為10Hz10Hz，則稱(chēng)其，則稱(chēng)其Q Q值為值為5050Q Q值越大，表明濾波器值越大，表明濾波器頻率分辨力越高頻率分辨力越高 BfQ0第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)比值越小，通頻帶外衰減越快，濾波器的選擇性越好比值越小，通頻帶

17、外衰減越快，濾波器的選擇性越好（4 4）倍頻程選擇性）倍頻程選擇性濾波器選擇性的一種描述，帶寬外頻率成分的衰減能力描述。濾波器選擇性的一種描述，帶寬外頻率成分的衰減能力描述。在兩截止頻率外側(cè)，實(shí)際濾波器有一個(gè)過(guò)渡帶，這個(gè)過(guò)渡帶在兩截止頻率外側(cè)，實(shí)際濾波器有一個(gè)過(guò)渡帶，這個(gè)過(guò)渡帶的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決定著的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決定著濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力通常用倍頻程選擇性濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力通常用倍頻程選擇性來(lái)表征來(lái)表征倍頻程：若兩頻率倍頻程：若兩頻率fafa、f fb b滿足滿足f fb b=2fa=2fa，則，則fafa

18、與與f fb b之間為一個(gè)倍之間為一個(gè)倍 頻程；若頻程；若f fb b=2=2n nfa,fa,則則fafa與與f fb b之間為之間為n n個(gè)倍頻程個(gè)倍頻程. .或或)()2(22ccfAfA)()2/(11ccfAfA)()2/(log2011ccfAfA)()2(log2022ccfAfA第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)2. 2. RCRC無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器 1)1)一階一階RCRC低通濾波器低通濾波器 xyyeedtdeRC11)(SsH1)2(1| )(|2ffH)2()(farctgf當(dāng)當(dāng)f f很小時(shí)，很小時(shí)，A(f)=1A(f)=1，信號(hào)不受衰減的通

19、過(guò)；當(dāng)，信號(hào)不受衰減的通過(guò)；當(dāng)f f很大時(shí)，很大時(shí)，A(f)=0A(f)=0，信號(hào)完全被阻擋，不能通過(guò)。，信號(hào)完全被阻擋，不能通過(guò)。 第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)2)2)一階一階RCRC高通濾波器高通濾波器 xyyedteRCe11)(SSsH1)2(2| )(|2fffH)21()(farctgf 當(dāng)當(dāng)f f很小時(shí)，很小時(shí)，A(f)=0A(f)=0，信號(hào)完全被阻擋，不能通過(guò)；當(dāng)，信號(hào)完全被阻擋，不能通過(guò)；當(dāng)f f很大時(shí)，很大時(shí)，A(f)=1A(f)=1信號(hào)不受衰減的通過(guò)信號(hào)不受衰減的通過(guò)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)3)RC3)R

20、C帶通濾波器帶通濾波器 帶通濾波器可以看作為低通濾波器和高通濾波器帶通濾波器可以看作為低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián)的串聯(lián) )()()(21SHSHsH)()(| )(|21fAfAfH)()()(21fff 極低和極高的頻率成分都完全被阻擋，不能通過(guò)；只有極低和極高的頻率成分都完全被阻擋，不能通過(guò)；只有位于頻率通帶內(nèi)的信號(hào)頻率成分能通過(guò)。位于頻率通帶內(nèi)的信號(hào)頻率成分能通過(guò)。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 要注意，當(dāng)高、低通兩級(jí)串聯(lián)時(shí)，應(yīng)消除兩級(jí)耦要注意，當(dāng)高、低通兩級(jí)串聯(lián)時(shí)，應(yīng)消除兩級(jí)耦合時(shí)的相互影響，因?yàn)楹笠患?jí)成為前一級(jí)的合時(shí)的相互影響，因?yàn)楹笠患?jí)成為前一級(jí)的“

21、負(fù)載負(fù)載”，而前一級(jí)又是后一級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻實(shí)際上兩級(jí)間常而前一級(jí)又是后一級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻實(shí)際上兩級(jí)間常用射極輸出器或者用運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離所以實(shí)際用射極輸出器或者用運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離所以實(shí)際的帶通濾波器常常是有源的有源濾波器由的帶通濾波器常常是有源的有源濾波器由RCRC調(diào)諧網(wǎng)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成運(yùn)算放大器既可作為級(jí)間隔離絡(luò)和運(yùn)算放大器組成運(yùn)算放大器既可作為級(jí)間隔離作用，又可起信號(hào)幅值的放大作用作用，又可起信號(hào)幅值的放大作用 直接相連并非直接相連并非H H1 1(S)H(S)H2 2(S)(S)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)5.35.3調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 在測(cè)試

22、技術(shù)中，調(diào)制是工程測(cè)試信號(hào)在傳輸過(guò)程中常用在測(cè)試技術(shù)中，調(diào)制是工程測(cè)試信號(hào)在傳輸過(guò)程中常用的一種調(diào)理方法，主要是為了解決微弱緩變信號(hào)的放大以及的一種調(diào)理方法，主要是為了解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問(wèn)題。信號(hào)的傳輸問(wèn)題。調(diào)制：使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下發(fā)生變化調(diào)制：使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下發(fā)生變化 的過(guò)程。的過(guò)程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)信號(hào)調(diào)制的類(lèi)型：幅度凋制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制三種信號(hào)調(diào)制的類(lèi)型：幅度凋制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制三種 簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)幅

23、（簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)幅（AMAM）、調(diào)頻（）、調(diào)頻（FMFM）、調(diào)相（）、調(diào)相（PMPM）。）。載波：等幅高頻振蕩載波：等幅高頻振蕩 調(diào)制信號(hào)：帶有信息的低頻信號(hào)調(diào)制信號(hào)：帶有信息的低頻信號(hào)已調(diào)制波：已調(diào)制波：調(diào)制后的調(diào)制后的高頻振蕩高頻振蕩信號(hào)信號(hào)一、一、調(diào)幅及其解調(diào)調(diào)幅及其解調(diào) 1.1.調(diào)調(diào)幅幅 調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱(chēng)載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱(chēng)載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化 第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué))()(212coszzzfffftfF由卷積定理由卷積定理)()()

24、()(fZfXtztx)()(21)()()()(212cos)(zzzzzffXffXfffXfffXtftxF結(jié)論：調(diào)幅將一個(gè)高頻載波與調(diào)制信號(hào)相乘，在頻域相當(dāng)于結(jié)論：調(diào)幅將一個(gè)高頻載波與調(diào)制信號(hào)相乘，在頻域相當(dāng)于 頻譜頻譜“搬移搬移” ” 。設(shè)：設(shè)：tftzz2cos)(tftxtxzm2cos)()(第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)2.2.解調(diào)解調(diào)（1 1）同步解調(diào)）同步解調(diào) 將調(diào)幅波將調(diào)幅波x xm m(t(t) ) 與原高頻載波與原高頻載波z(t)z(t)信號(hào)再次相信號(hào)再次相乘。乘。 )()(2

25、1)()(2121)()(21)()(21)(2cos)(zzzzzzzzzmzmzzmzmfffXfffXfffXfffXffXffXfffffXtftxF第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué))2(21)()2(21212cos)(zzzmffXfXffXtftxF頻譜搬移頻譜搬移 頻譜搬移頻譜搬移 原信號(hào)頻譜原信號(hào)頻譜 若用一個(gè)低通濾波器濾除中心頻率為若用一個(gè)低通濾波器濾除中心頻率為2f2fz z的高頻成分，那末的高頻成分，那末將可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜（只是其幅值減少了一半，這可用放將可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜（只是其幅值減少了一半，這可用放大處理來(lái)補(bǔ)償），這一過(guò)程稱(chēng)為大處

26、理來(lái)補(bǔ)償），這一過(guò)程稱(chēng)為同步解調(diào)同步解調(diào)“同步同步”指解調(diào)時(shí)指解調(diào)時(shí)所乘的信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率和相位所乘的信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率和相位 濾波濾波 濾波濾波 保留保留 第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 上述的調(diào)制方法，是將調(diào)制信號(hào)上述的調(diào)制方法，是將調(diào)制信號(hào)x(t)x(t)直接與載波信號(hào)直接與載波信號(hào)z(t)z(t)相乘這種調(diào)幅波具有極性變化，即在信號(hào)過(guò)零線時(shí)，其幅值相乘這種調(diào)幅波具有極性變化，即在信號(hào)過(guò)零線時(shí)，其幅值發(fā)生由正到負(fù)（或由負(fù)到正）的突然變化，此時(shí)調(diào)幅波的相位發(fā)生由正

27、到負(fù)（或由負(fù)到正）的突然變化，此時(shí)調(diào)幅波的相位（相對(duì)于載波）也相應(yīng)地發(fā)生（相對(duì)于載波）也相應(yīng)地發(fā)生180180的相位變化此種調(diào)制方法的相位變化此種調(diào)制方法稱(chēng)為抑制調(diào)幅抑制調(diào)幅波須采用同步解調(diào)或相敏檢波解調(diào)的稱(chēng)為抑制調(diào)幅抑制調(diào)幅波須采用同步解調(diào)或相敏檢波解調(diào)的方法，方能反映出原信號(hào)的幅值和極性方法，方能反映出原信號(hào)的幅值和極性（2 2）整流檢波）整流檢波 若把調(diào)制信號(hào)若把調(diào)制信號(hào)x(t)x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量A A，使偏置后，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓的信號(hào)都具有正電壓. .這種調(diào)制方法稱(chēng)為偏置調(diào)幅其調(diào)幅波的這種調(diào)制方法稱(chēng)為偏置調(diào)幅其調(diào)幅波的包絡(luò)線具有原信號(hào)

28、形狀，如圖包絡(luò)線具有原信號(hào)形狀，如圖(a)(a)所示對(duì)于非抑制調(diào)幅波，一所示對(duì)于非抑制調(diào)幅波，一般采用整流、濾波（或稱(chēng)包絡(luò)法檢波）以后，就可以恢復(fù)原信般采用整流、濾波（或稱(chēng)包絡(luò)法檢波）以后，就可以恢復(fù)原信號(hào)號(hào). . 第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)二、二、頻率調(diào)制頻率調(diào)制 調(diào)頻是利用信號(hào)調(diào)頻是利用信號(hào)x(tx(t) )的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說(shuō)，調(diào)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說(shuō)，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波波第五章、

29、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率可表示為：調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率可表示為：f=ff=f0 0+df +df 式中式中f f0 0為載波信號(hào)頻率；為載波信號(hào)頻率；dfdf為頻率偏移，與調(diào)制為頻率偏移，與調(diào)制信號(hào)信號(hào)x(t)x(t)的幅值成正比。的幅值成正比。 鑒頻就是對(duì)調(diào)頻波進(jìn)行解調(diào)，將信號(hào)的頻率變化再鑒頻就是對(duì)調(diào)頻波進(jìn)行解調(diào)，將信號(hào)的頻率變化再變換為電壓幅值的變化。變換為電壓幅值的變化。第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 頻率調(diào)制較之幅度調(diào)制的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是改善頻率調(diào)制較之幅度調(diào)制的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是改善了信噪比調(diào)頻波之所以改善了信號(hào)傳輸

30、過(guò)程中的信了信噪比調(diào)頻波之所以改善了信號(hào)傳輸過(guò)程中的信噪比，是因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化噪比，是因?yàn)檎{(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中現(xiàn)在振幅之中 調(diào)頻方法也存在著嚴(yán)重缺點(diǎn)：調(diào)頻波通常要求很寬調(diào)頻方法也存在著嚴(yán)重缺點(diǎn)：調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的2020倍；調(diào)頻系統(tǒng)較倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制，之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制，它不能運(yùn)用疊加原理因此，分析調(diào)頻波要比分析調(diào)它不能運(yùn)用疊加原

31、理因此，分析調(diào)頻波要比分析調(diào)幅波困難，實(shí)際上，對(duì)調(diào)頻波的分析是近似的幅波困難，實(shí)際上，對(duì)調(diào)頻波的分析是近似的。 第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換5.45.4模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換 在測(cè)試系統(tǒng)中，不僅需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)在測(cè)試系統(tǒng)中，不僅需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，還要將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，還要將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量進(jìn)行模擬量顯示、記錄或者輸入到控制環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)控?cái)M量進(jìn)行模擬量顯示、記錄或者輸入到控制環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)控制等。因此模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換在測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)

32、用廣泛。制等。因此模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換在測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換一、一、數(shù)字?jǐn)?shù)字/ /模擬轉(zhuǎn)換器模擬轉(zhuǎn)換器 1.1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)模擬電壓模擬電壓VDN-1D0數(shù)字量數(shù)字量B基本原理基本原理 V = K BV = K B大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換2.2.工作原理工作原理例：二進(jìn)制加權(quán)網(wǎng)絡(luò)例：二進(jìn)制加權(quán)網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器Di=1Si接通接通VR Di=0Si接地接地 RDRDRDRDVInnnnR102121222BKDDDDRVnnnnnR100112211122222V=KB 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)第五章、信號(hào)的變換第五章、信號(hào)的變換二、二、模擬模擬/ /數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字轉(zhuǎn)換器 1.逐次比較式逐次比較式ADC一般原理一般原理輸入模擬量輸入模擬量經(jīng)內(nèi)部經(jīng)內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換為