信號調(diào)理、處理和記錄課件

信號調(diào)理、處理和記錄返回一、直流電橋二、交流電橋§1電橋目錄一、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)頻及其解調(diào)§2調(diào)製與解調(diào)目錄一、濾波器分類二、理想濾波器三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器§3濾波器目錄§1電橋電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。分類：按激勵電壓的性質(zhì)直流電橋交流電橋

按輸出方式不平衡橋式電路平衡橋式電路目錄一、直流電橋1、電磁形式

2、平衡條件為直流電源要使電橋平衡，輸出為零，應(yīng)滿足為輸出電壓上頁目錄3、輸出特性（1）半橋單臂接法

輸出電壓為了簡化設(shè)計，取相鄰兩橋臂電阻相等，即若，則輸出電壓因，所以上頁目錄可見，電橋的輸出與激勵電壓成正比，且在條件下，與成正比。靈敏度上頁目錄（2）半橋雙臂接法輸出靈敏度與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋的輸出與成完全線性關(guān)係。上頁目錄（3）全橋接法輸出靈敏度上述電橋是在不平衡條件下工作的，它的缺點(diǎn)是當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定，或環(huán)境溫度變化時，會引起電橋輸出的變化，從而產(chǎn)生測量誤差。因此，在某些情況下採用平衡電橋。上頁目錄平衡電橋設(shè)被測量等於零時，電橋處於平衡狀態(tài)，此時指示儀錶G及可調(diào)電位器H指零。當(dāng)某一橋臂隨被測量變化時，電橋失去平衡，調(diào)節(jié)電位器H，改變電阻R5觸電位置，可使電橋重新平衡，電錶G指針回零。電位器H上的標(biāo)度與橋臂電阻值的變化成比例，故H的指示值可以直接表達(dá)被測量的數(shù)值。上頁目錄二、交流電橋交流電橋採用交流激勵電壓。電橋的四個臂可為電感、電容或電阻。電橋平衡條件把各阻抗用指數(shù)式表示代入上式上頁目錄阻抗角是各橋臂電流與電壓之間的相位差。純電阻時電流與電壓同相位，φ=0；電感性阻抗，φ>0；電容性阻抗，φ<0。上頁目錄電橋平衡必須滿足兩個條件其中，為各阻抗的模；為阻抗角。

電容感測器電感感測器電阻感測器上頁目錄第二節(jié)調(diào)製與解調(diào)調(diào)製：使一個信號的某些參數(shù)在另一信號的控制下發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，後一信號（控制信號）稱為調(diào)製信號。最後的輸出是已調(diào)製波。解調(diào)：最終從已調(diào)製波中恢復(fù)出調(diào)製信號的過程。根據(jù)載波受調(diào)製的參數(shù)不同，調(diào)製可分為調(diào)幅（AM）調(diào)頻（FM）調(diào)相（PM）上頁目錄一、調(diào)幅及其解調(diào)調(diào)幅：將一個高頻簡諧信號（載波）與測試信號（調(diào)製信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。1、調(diào)幅原理由傅立葉變換的性質(zhì)知：在時域中兩個信號相乘，則對應(yīng)在頻域中這兩個信號進(jìn)行卷積，即余弦函數(shù)的頻域圖形是一對脈衝譜線一個函數(shù)與單位脈衝函數(shù)卷積的結(jié)果，就是將其圖形由座標(biāo)原點(diǎn)平移至該脈衝函數(shù)處。上頁目錄若以高頻余弦信號作載波，把信號x(t)和載波信號相乘，其結(jié)果就相當(dāng)於把原信號的頻譜圖形由原點(diǎn)平移至載波頻率處，幅值減半。即，上頁目錄調(diào)製器上頁目錄x(t)y(t)從調(diào)幅原理看，載波頻率必須高於原信號中的最高頻率才能使已調(diào)波仍保持原信號的頻譜圖形，不致重疊。為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬相對中心頻率（載波頻率）應(yīng)越小越好。實(shí)際載波頻率常至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍於調(diào)製信號。上頁目錄乘法器低通2、解調(diào)（1）同步解調(diào)把調(diào)幅波再次與原載波信號相乘，則頻域圖形將再一次進(jìn)行“偏移”。若用一個低通濾波器濾去中心頻率為的高頻成分，那麼將可以複現(xiàn)原信號的頻譜（幅值減小為一半），這一過程稱為同步解調(diào)?！巴健敝附庹{(diào)時所乘的信號與調(diào)製時的載波信號具有相同的頻率和相位。上頁目錄載波y(t)調(diào)幅波x(t)（2）偏置解調(diào)把調(diào)製信號進(jìn)行偏置，疊加一個直流分量A，使偏置後的信號都具有正電壓，那麼調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)製信號的形狀。把該調(diào)幅波簡單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)製信號。如果原調(diào)製信號中有直流分量，則在整流後應(yīng)準(zhǔn)確地減去所加的偏置電壓。若所加的偏置電壓未能使信號電壓都在零線的一側(cè)，則對調(diào)幅波簡單地整流不能恢復(fù)原調(diào)製信號。相敏檢波技術(shù)可解決此問題。上頁目錄3、相敏檢波A54123BCd....上頁目錄工作原理：調(diào)幅波與載波y(t)同相載波電壓為正均為正（原信號x(t)為正）載波電壓為負(fù)調(diào)幅波與載波y(t)異相載波電壓為正均為負(fù)（原信號x(t)為負(fù)）載波電壓為負(fù)上頁目錄4、動態(tài)電阻應(yīng)變儀上頁目錄二、調(diào)頻及其解調(diào)調(diào)頻（頻率調(diào)製）是利用信號電壓的幅值控制一個振盪器，振盪器輸出的是等幅波，但其振盪頻率偏移量和信號電壓成正比。當(dāng)信號電壓為零時，調(diào)頻波的頻率等於中心頻率；信號電壓為正值時頻率提高，負(fù)值時則降低。上頁目錄兩種常用的調(diào)頻方法及一種解調(diào)方案：（一）直接調(diào)頻測量電路把被測量的變化直接轉(zhuǎn)換為振盪頻率的變化稱為直接調(diào)頻式測量電路，其輸出也是等幅波。（二）壓控振盪器壓控振盪器的輸出暫態(tài)頻率與輸入的控制電壓值成線性關(guān)係。上頁目錄（三）變壓器耦合的諧振回路鑒頻法調(diào)頻波的解調(diào)又稱為鑒頻，是將頻率變化恢復(fù)成調(diào)製信號電壓幅值變化的過程。隨著測量參數(shù)的變化，幅值隨調(diào)頻波頻率近似線性變化，調(diào)頻波的頻率和測量參數(shù)保持近似線性關(guān)係。因此，把進(jìn)行幅值檢波就能獲得測量參量變化的資訊，且保持近似線性關(guān)係。頻率-電壓線性變換部分幅值檢波部分目錄上頁第三節(jié)濾波器一、概述1、作用：選頻作用①進(jìn)行頻譜分析

②濾除干擾雜訊2、分類

①低通濾波器按選頻作用分②高通濾波器

③帶通濾波器

④帶阻濾波器

上頁目錄

①RC諧振濾波器按構(gòu)成元件類型分②LC諧振濾波器

③晶體諧振濾波器按構(gòu)成電路性質(zhì)分①有源濾波器

②無源濾波器按所處理的信號信號分①模擬濾波器

②數(shù)字濾波器上頁目錄二、理想濾波器若濾波器的頻率回應(yīng)H(f)滿足條件則稱為理想濾波器。上頁目錄f0脈衝回應(yīng)函數(shù)在頻域?yàn)榫匦未昂瘮?shù)的“理想”低通濾波器的時域脈衝回應(yīng)函數(shù)是sinc函數(shù)。如無相角滯後，即，則h(t)具有對稱的圖形。上頁目錄理想濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閔(t)是濾波器在δ(t)作用下的輸出，其圖形卻表明，在輸入δ(t)到來之前，即t<0,濾波器就有了與輸入相對應(yīng)的輸出。顯然，這違背了因果關(guān)係，任何現(xiàn)實(shí)的濾波器不可能有這種預(yù)知未來的能力，所以理想低通濾波器是不可能存在的?？梢酝普摚硐氲母咄?、帶通、帶阻濾波器都是不存在的。上頁目錄階躍回應(yīng)給濾波器以單位階躍輸入u(t)，濾波器的輸出y(t)將是該輸入和脈衝回應(yīng)函數(shù)h(t)的卷積：不考慮前、後皺波，輸出從零值（a點(diǎn)）到應(yīng)有穩(wěn)定值（b點(diǎn)）需要一定的建立時間。上頁目錄0ty(t)時移只影響輸出曲線y(t)的右移，不影響值。濾波器的通頻帶越寬，即越大，則h(t)的圖形越陡峭，回應(yīng)的建立時間也將越小。上頁目錄低通濾波器對階躍回應(yīng)的建立時間和帶寬B成反比，或者說帶寬和建立時間的乘積是常數(shù)，即上頁目錄需要一定建立時間的解釋：輸入信號如有突變處必然含有豐富的高頻分量。低通濾波器阻衰了高頻分量，其結(jié)果是把輸出波形“圓滑”了。通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多、更快地通過，所以建立時間就短；反之，則長。三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器（一）基本參數(shù)1、紋波幅度d

2、截止頻率

幅頻特性值等於所對應(yīng)的頻率。3、帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q值上下兩截止頻率之間的頻率範(fàn)圍稱為濾波器帶寬。中心頻率和帶寬B之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。4、倍頻程選擇性倍頻程選擇性是指在上截止頻率與之間，或者在下截止頻率與之間幅頻特性的衰減量。5、濾波器因數(shù)λ

A(f)fff0c1c2.dd上頁目錄（二）RC調(diào)諧式濾波器的基本特性1、一階RC低通濾波器電路的微分方程式：令τ=RC，稱時間常數(shù)。傳遞函數(shù)上頁目錄1o、當(dāng)時，A(f)=1,φ(f)-f近似於一條通過原點(diǎn)的直線。此時，RC低通濾波器是一個不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。2o、當(dāng)時，，即

表明，RC值決定著上截止頻率。3o、當(dāng)時，輸出與輸入的積分成正比，即此時，RC低通濾波器起著積分器的作用。上頁目錄2、RC高通濾波器微分方程式令RC=τ，則傳遞函數(shù)上頁目錄1o、當(dāng)時，濾波器的-3dB截止頻率為2o、當(dāng)時，；

RC高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。3o、當(dāng)時，輸出與輸入的微分成正比，

RC高通濾波器起著微分器的作用。上頁目錄動態(tài)演示3、RC帶通濾波器帶通濾波器可看成是低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成。串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通濾波器的截止頻率為下截止頻率，即其上截止頻率為原低通的截止頻率，即分別調(diào)節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時間常數(shù)（及），就可得到不同的上、下截止頻率和帶寬的帶通濾波器。上頁目錄四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器

①使帶通濾波器的中心頻率可調(diào)，通過改變RC

調(diào)諧參數(shù)而使其中心頻率跟隨所需量測的信號頻段。