第五章信號調(diào)理技術(shù)信號調(diào)理的目的傳感器信號放大電路調(diào)制解調(diào)電路濾波電路第五章信號調(diào)理技術(shù)信號調(diào)理的目的1目的

解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。

5.4調(diào)制與解調(diào)1目的解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸

先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。例：交流電橋VinVoR1R3R2R4先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交調(diào)制與解調(diào)2種類調(diào)制信號x(t)0t載波信號z(t)0t調(diào)制與解調(diào)2種類調(diào)制信號x(t)0t載波信號z(t)0t調(diào)制與解調(diào)a)幅度調(diào)制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)相位調(diào)制(PM)調(diào)制與解調(diào)a)幅度調(diào)制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)調(diào)制與解調(diào)3幅度調(diào)制

調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化．緩變信號調(diào)制高頻信號放大放大高頻信號解調(diào)放大緩變信號調(diào)制與解調(diào)3幅度調(diào)制調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器放大器x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器放大器x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）乘法器放大器x(t)調(diào)制與解調(diào)實驗：同步調(diào)制與解調(diào)實驗

上述調(diào)制方法，將信號x(t)直接與載波z(t)相乘．這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時必須再乘與z(t)相位相同的z’(t)方能復(fù)原出原信號，故稱同步解調(diào)．

調(diào)制與解調(diào)實驗：同步調(diào)制與解調(diào)實驗上述調(diào)制方法，將信號x(調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅

若對信號x(t)進行偏置，疊加一個直流分量D，使偏置后的信號都具有正電壓。調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅若對信號x(t)進行偏置，疊加一個調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)解調(diào)二極管檢波低通濾波調(diào)制與解調(diào)解調(diào)二極管檢波低通濾波

調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真a）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180。調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真a）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要

調(diào)制與解調(diào)b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信號組成．當(dāng)載波頻率fz較低時，正頻端的下邊帶將與負頻端的下邊帶相重疊．要求:fz＞fm調(diào)制與解調(diào)b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信調(diào)制與解調(diào)4頻率調(diào)制

調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.調(diào)制與解調(diào)4頻率調(diào)制調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)鑒頻：T1T2T3T4F調(diào)制與解調(diào)鑒頻：T1T2T3T4F調(diào)制與解調(diào)優(yōu)點：抗干擾能力強。

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20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因為頻率調(diào)制足一種非線性調(diào)制。

因為調(diào)頻信號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現(xiàn)在振幅之中．

缺點：占頻帶寬度大，復(fù)雜調(diào)制與解調(diào)優(yōu)點：抗干擾能力強。調(diào)頻波通常要求很寬的頻

調(diào)制與解調(diào)案例：鐵路機車調(diào)度信號檢測調(diào)制頻率8.6Hz，綠燈調(diào)制頻率23.6Hz，紅燈調(diào)制與解調(diào)案例：鐵路機車調(diào)度調(diào)制頻率8.6Hz，綠燈調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分．5.5信號的濾波濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過按照電氣和電子工程師學(xué)會(IEEE)制定的頻譜劃分低頻頻率為30~300kHz，中頻頻率為300~3000kHz，高頻頻率為3~30MHz，頻率范圍在30~300MHz的為甚高頻，在300~1000MHz的為特高頻。

相對于低頻信號，高頻信號變化非?？?、有突變；低頻信號變化緩慢、波形平滑。按照電氣和電子工程師學(xué)會(IEEE)制定的頻譜劃分相對于低頻1理想濾波器

理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號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。fcH(f)fQ(f)1理想濾波器理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號的幅值和理想濾波器的物理不可實現(xiàn)

理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸。

給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實現(xiàn)。fcH(f)理想濾波器的物理不可實現(xiàn)理想濾波器在時域內(nèi)的脈2實際濾波器

理想濾波器是不存在的，實際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴(yán)格界限,，存在過渡帶。0fA2實際濾波器理想濾波器是不存在的，實際濾波器0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.707A0所對應(yīng)的頻率．

d2)紋波幅度d：繞幅頻特性均值A(chǔ)0波動值3)帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q：下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)。BQ=W0/B0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.703濾波器分類

1）：通帶和阻帶的分布不同3濾波器分類1）：通帶和阻帶的分布不同濾波器的串/并聯(lián)

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分解為這兩種類型的濾波器。濾波器的串/并聯(lián)低通濾波器和高通濾波器是2）：按濾波器以何種方法逼近理想濾波器來分，（1）巴特沃斯濾波器特點：而不考慮相頻特性，具有最大平坦幅度特性，即在其通帶和阻帶內(nèi)的幅頻特性都沒有起伏變化

2）：按濾波器以何種方法逼近理想濾波器來分，（1）巴特沃斯濾（2）：切比雪夫濾波器ε是決定通帶波紋大小的系數(shù)，紋波的產(chǎn)生是由于實際濾波網(wǎng)絡(luò)中含有電抗元件；Tn為第一類切貝雪夫多項式。切比雪夫濾波器的特點是幅頻特性在通帶內(nèi)呈等波紋起伏，而在阻帶內(nèi)則呈單調(diào)下降。

（2）：切比雪夫濾波器ε是決定通帶波紋大小的系數(shù)，紋波的產(chǎn)生（3）：貝塞爾濾波器

又稱最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比，即為線性關(guān)系，但是由于它的幅頻特性欠佳，因而限制了它的應(yīng)用。（3）：貝塞爾濾波器

又稱最平時延或恒時延濾波器。其相3）：按處理信號的性質(zhì)4）：按電路組成無源濾波器和有源濾波器模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩大類。

5）:按傳遞函數(shù)的微分方程階次：一階濾波器、二階濾波器和高階濾波器

3）：按處理信號的性質(zhì)4）：按電路組成無源濾波器和有源濾波器一階和二階濾波器的傳遞函數(shù)階次低通高通帶通帶阻一階

二階一階和二階濾波器的傳遞函數(shù)階次低通高通帶通帶阻一階

二階4RC無源濾波器

在測試系統(tǒng)中，常用RC濾波器。因為這一領(lǐng)域中信號頻率相對來說不高。而RC濾波器電路簡單，抗干擾強，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件。1)一階RC低通濾波器

4RC無源濾波器在測試系統(tǒng)中，常用RC濾波器調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件2)一階RC高通濾波器

2)一階RC高通濾波器3)RC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)

3)RC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)5模擬有源濾波器

1)壓控電壓源型濾波電路

5模擬有源濾波器1)壓控電壓源型濾波電路有限增益LPF有限增益LPF有限增益高通濾波器有限增益高通濾波器有限增益帶通濾波器有限增益帶通濾波器有限增益帶阻濾波器有限增益帶阻濾波器6：開關(guān)電容濾波器

開關(guān)電容濾波器的基本原理是采用開關(guān)和電容來取代傳統(tǒng)RC有源濾波器中的電阻，而等效電阻的阻值由開關(guān)頻率來決定。

6：開關(guān)電容濾波器開關(guān)電容濾波器的基本原理是采用開關(guān)（a）一階低通濾波器；b）等效開關(guān)電容濾波器（a）一階低通濾波器；b）等效開關(guān)電容濾波器(1)當(dāng)時鐘頻率一定時，開關(guān)電容濾波器的特性僅取決于電容的比值。由于采用了特種工藝，這種電容的比值精度可達0.01％，并且具有良好的溫度穩(wěn)定性。(2)當(dāng)電路結(jié)構(gòu)確定之后，開關(guān)電容濾波器的特性僅與時鐘頻率有關(guān)，改變時鐘頻率即可改變其濾波器特性。(3)開關(guān)電容濾波器可直接處理模擬信號，而不必像數(shù)字濾波器那樣需要A/D、D/A變換，簡化了電路設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。此外，由于MOS器件在速度、集成度、相對精度控制和微功耗等方面都有獨特的優(yōu)勢，為開關(guān)電容濾波器電路的迅猛發(fā)展提供了很好的條件。開關(guān)電容濾波器的特點(1)當(dāng)時鐘頻率一定時，開關(guān)電容濾波器的特性僅取決于電容的比7濾波器的應(yīng)用超門限報警

案例：旅游索道鋼纜檢測7濾波器的應(yīng)用超門限報警案例：旅游索道鋼纜檢測5.5信號的濾波

由案例提煉的典型實驗：鋼管無損探傷濾除信號中的零漂和低頻晃動，便于門限報警5.5信號的濾波由案例提煉的典型實驗：鋼管無損探傷濾除案例：機床軸心軌跡的濾波處理濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規(guī)律

案例：機床軸心軌跡的濾波處理濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀第五章信號調(diào)理技術(shù)信號調(diào)理的目的傳感器信號放大電路調(diào)制解調(diào)電路濾波電路第五章信號調(diào)理技術(shù)信號調(diào)理的目的1目的

解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。

5.4調(diào)制與解調(diào)1目的解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸

先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。例：交流電橋VinVoR1R3R2R4先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交調(diào)制與解調(diào)2種類調(diào)制信號x(t)0t載波信號z(t)0t調(diào)制與解調(diào)2種類調(diào)制信號x(t)0t載波信號z(t)0t調(diào)制與解調(diào)a)幅度調(diào)制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)相位調(diào)制(PM)調(diào)制與解調(diào)a)幅度調(diào)制(AM)b)頻率調(diào)制(FM)c)調(diào)制與解調(diào)3幅度調(diào)制

調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化．緩變信號調(diào)制高頻信號放大放大高頻信號解調(diào)放大緩變信號調(diào)制與解調(diào)3幅度調(diào)制調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器放大器x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）乘法器放大器x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）乘法器放大器x(t)z(t)xm(t)乘法器濾波器z(t)x(t)調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析）乘法器放大器x(t)調(diào)制與解調(diào)實驗：同步調(diào)制與解調(diào)實驗

上述調(diào)制方法，將信號x(t)直接與載波z(t)相乘．這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時必須再乘與z(t)相位相同的z’(t)方能復(fù)原出原信號，故稱同步解調(diào)．

調(diào)制與解調(diào)實驗：同步調(diào)制與解調(diào)實驗上述調(diào)制方法，將信號x(調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅

若對信號x(t)進行偏置，疊加一個直流分量D，使偏置后的信號都具有正電壓。調(diào)制與解調(diào)非抑制調(diào)幅若對信號x(t)進行偏置，疊加一個調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)解調(diào)二極管檢波低通濾波調(diào)制與解調(diào)解調(diào)二極管檢波低通濾波

調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真a）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180。調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的波形失真a）過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要

調(diào)制與解調(diào)b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信號組成．當(dāng)載波頻率fz較低時，正頻端的下邊帶將與負頻端的下邊帶相重疊．要求:fz＞fm調(diào)制與解調(diào)b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信調(diào)制與解調(diào)4頻率調(diào)制

調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.調(diào)制與解調(diào)4頻率調(diào)制調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)鑒頻：T1T2T3T4F調(diào)制與解調(diào)鑒頻：T1T2T3T4F調(diào)制與解調(diào)優(yōu)點：抗干擾能力強。

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20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因為頻率調(diào)制足一種非線性調(diào)制。

因為調(diào)頻信號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現(xiàn)在振幅之中．

缺點：占頻帶寬度大，復(fù)雜調(diào)制與解調(diào)優(yōu)點：抗干擾能力強。調(diào)頻波通常要求很寬的頻

調(diào)制與解調(diào)案例：鐵路機車調(diào)度信號檢測調(diào)制頻率8.6Hz，綠燈調(diào)制頻率23.6Hz，紅燈調(diào)制與解調(diào)案例：鐵路機車調(diào)度調(diào)制頻率8.6Hz，綠燈調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分．5.5信號的濾波濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過按照電氣和電子工程師學(xué)會(IEEE)制定的頻譜劃分低頻頻率為30~300kHz，中頻頻率為300~3000kHz，高頻頻率為3~30MHz，頻率范圍在30~300MHz的為甚高頻，在300~1000MHz的為特高頻。

相對于低頻信號，高頻信號變化非?？?、有突變；低頻信號變化緩慢、波形平滑。按照電氣和電子工程師學(xué)會(IEEE)制定的頻譜劃分相對于低頻1理想濾波器

理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號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。fcH(f)fQ(f)1理想濾波器理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號的幅值和理想濾波器的物理不可實現(xiàn)

理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）為sinc函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸。

給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實現(xiàn)。fcH(f)理想濾波器的物理不可實現(xiàn)理想濾波器在時域內(nèi)的脈2實際濾波器

理想濾波器是不存在的，實際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴(yán)格界限,，存在過渡帶。0fA2實際濾波器理想濾波器是不存在的，實際濾波器0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.707A0所對應(yīng)的頻率．

d2)紋波幅度d：繞幅頻特性均值A(chǔ)0波動值3)帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q：下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)。BQ=W0/B0ffc1fc2A00.707A01)截止頻率fc：0.703濾波器分類

1）：通帶和阻帶的分布不同3濾波器分類1）：通帶和阻帶的分布不同濾波器的串/并聯(lián)

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分解為這兩種類型的濾波器。濾波器的串/并聯(lián)低通濾波器和高通濾波器是2）：按濾波器以何種方法逼近理想濾波器來分，（1）巴特沃斯濾波器特點：而不考慮相頻特性，具有最大平坦幅度特性，即在其通帶和阻帶內(nèi)的幅頻特性都沒有起伏變化

2）：按濾波器以何種方法逼近理想濾波器來分，（1）巴特沃斯濾（2）：切比雪夫濾波器ε是決定通帶波紋大小的系數(shù)，紋波的產(chǎn)生是由于實際濾波網(wǎng)絡(luò)中含有電抗元件；Tn為第一類切貝雪夫多項式。切比雪夫濾波器的特點是幅頻特性在通帶內(nèi)呈等波紋起伏，而在阻帶內(nèi)則呈單調(diào)下降。

（2）：切比雪夫濾波器ε是決定通帶波紋大小的系數(shù)，紋波的產(chǎn)生（3）：貝塞爾濾波器

又稱最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比，即為線性關(guān)系，但是由于它的幅頻特性欠佳，因而限制了它的應(yīng)用。（3）：貝塞爾濾波器

又稱最平時延或恒時延濾波器。其相3）：按處理信號的性質(zhì)4）：按電路組成無源濾波器和有源濾波器模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩大類。

5）:按傳遞函數(shù)的微分方程階次：一階濾波器、二階濾波器和高階濾波器

3）：按處理信號的性質(zhì)4）：按電路組成無源濾波器和有源濾波器一階和二階濾波器的傳遞函數(shù)階次低通高通帶通帶阻一階

二階一階和二階濾波器的傳遞函數(shù)階次低通高通帶通帶阻一階

二階4RC無源濾波器

在測試系統(tǒng)中，常用RC濾波器。因為這一領(lǐng)域中信號頻率相對來說不高。而RC濾波器電路簡單，抗干擾強，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)阻容元件。1)一階RC低通濾波器

4RC無源濾波器在測試系統(tǒng)中，常用RC濾波器調(diào)制與解調(diào)幅度調(diào)制與解調(diào)過程課件2)一階