gccs电桥调制ppt课件

1、重庆大学材料学院重庆大学材料学院第五章、测试信号调理技术第五章、测试信号调理技术工程测试技术基础工程测试技术基础本章学习要求：本章学习要求：1.1.了解模拟信号放大电路原理了解模拟信号放大电路原理 2.2.了解信号调制解调原理了解信号调制解调原理 3.3.了解信号滤波器工作原理了解信号滤波器工作原理重庆大学材料学院重庆大学材料学院信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 5.1 5.1 信号调理的目的信号调理的目的 第五章、测试信号调理技术第五章、测试信号调理技术1.1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显

2、示、记录或分析仪器中去，需直接输送到显示、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。要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。 2.2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪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。声，需要去掉噪声，提高信噪比。3.3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行调制解调处理。对传感器测量信进行调制解调处理。 重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.2 5.2 信号放大信号放大 第五章、测试信号调理技术第五章、测试信号调理技术分类分类放大器放大器直流放大器直流放大器交流放大器交流

3、放大器电荷放大器电荷放大器直流电桥直流电桥特点特点交流电桥交流电桥低频保留低频保留, ,高频截止高频截止高频保留高频保留, ,低频截止低频截止重庆大学材料学院重庆大学材料学院0 0 集成运算放大器的运用注意事项集成运算放大器的运用注意事项 5.2 信号放大电路信号放大电路 1.1.调零消除失调误差调零消除失调误差 基本针对直流放大器。零漂：运放输入为基本针对直流放大器。零漂：运放输入为0 0，输出不，输出不为为0 0。调零原理：在运放输入端外加一个补偿电压，以抵。调零原理：在运放输入端外加一个补偿电压，以抵消运放本身的失调电压。注意：一般均需要调零电路，消运放本身的失调电压。注意：一般均需要调

4、零电路，运放一般有运放一般有“调零端调零端”。但若零漂系数很小，也可在后。但若零漂系数很小，也可在后续电路中进行补偿续电路中进行补偿。2.2.相位补偿消除高频自激相位补偿消除高频自激 运放一般为多级耦合，应用时一般接成闭环负反馈电运放一般为多级耦合，应用时一般接成闭环负反馈电路。工作频率升高，附加相移易形成正反馈，造成自激路。工作频率升高，附加相移易形成正反馈，造成自激震荡。补偿方法：运用小电容。补偿位置：内部补偿或震荡。补偿方法：运用小电容。补偿位置：内部补偿或通过通过“补偿端补偿端”。3.3.过载保护过载保护( (工作参数不能超过极限参数工作参数不能超过极限参数) ) 重庆大学材料学院重庆

5、大学材料学院1 1 直流放大电路直流放大电路5.2 信号放大电路信号放大电路 电压增益电压增益: :1) 1) 反相放大器反相放大器 1RRAFv 反馈电阻反馈电阻R RF F值不能太大，否则会产生较大的值不能太大，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。噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1R1的的取值应远大于信号源取值应远大于信号源UiUi的内阻的内阻。 0) 0) 虚短和虚断的概念虚短和虚断的概念 输入端高阻抗，电流可认为输入端高阻抗，电流可认为0 -“0 -“断路断路”; ;两个输入端相当于短接两个输入端相当于短接 -“-“短路短路”。 重庆大学材料学院重庆大学材料学

6、院2)2)同相放大器同相放大器 5.2 信号放大电路信号放大电路 同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻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。抗很低的特点，广泛用于前置放大级。 同相放大器也是最基同相放大器也是最基本的电路本的电路 ，其闭环电压，其闭环电压增益增益AvAv为为: :11RRAFv重庆大学材料学院重庆大学材料学院2 2 交流放大电路交流放大电路 5.2 信号放大电路信号放大电路 R1R1一般取几十千欧。耦合电容一般取几十千欧。耦合电容C1C1、C3C3可根据交流可根据交流放大器的下限频率放大器的下限频率fLfL来确定。来确定。 )2/()103(31

7、LLfRCC11RRAFv 若只需要放大交流信号，可采用图示的集成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。其中电容运放交流电压同相放大器。其中电容C1C1、C2C2及及C3C3为隔直电容。为隔直电容。 重庆大学材料学院重庆大学材料学院3 3 直流电桥直流电桥5.2 信号放大电路信号放大电路 平衡条件平衡条件1423R RR RVER1R3R2R4142312341()()R RR RVERRRR）单臂电桥重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.2 信号放大电路信号放大电路 令：令：RR 1dRRR4RR 2RR 3EdRRRRRdRRRRRV)()(4Ed RR /4VESd

8、R R 电桥灵敏度重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.2 信号放大电路信号放大电路 ()RRVERRdRRRdR2Ed RR /2VESdR R 电桥灵敏度2 )2 )双臂电桥双臂电桥1(1(两电路变化相反两电路变化相反) ) 半桥半桥双臂双臂(1)R-dRR+dR注意：可补偿温漂。在不考虑应变片电阻变化，仅考虑注意：可补偿温漂。在不考虑应变片电阻变化，仅考虑 温漂情况下分析。温漂情况下分析。重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.2 信号放大电路信号放大电路 ()RdRRVERdRRdRRR2Ed RR/2VESdR R 电桥灵敏度2 )2 )双臂电桥双臂电桥2(2(两电路变化相反两电路变化相反

9、) ) 半桥半桥双臂双臂(2)R+dRR-dR注意：亦可补偿温漂。注意：亦可补偿温漂。重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.2 信号放大电路信号放大电路 ()RdRRdRVERdRRdRRdRRdRd RER /VSEdR R 电桥灵敏度具有最高灵敏度和最好的线性3 ) 3 ) 全桥全桥( (相邻电阻变化相反相邻电阻变化相反) )注意：可补偿温漂。注意：可补偿温漂。全桥全桥R+dRR-dRR+dRR-dR重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.2 信号放大电路信号放大电路 4 4 交流电桥交流电桥电感电感电容电容传感器传感器传感器传感器平衡条件平衡条件4231ZZZZ重庆大学材料学院重庆大学材料学院

10、5.2 信号放大电路信号放大电路 电桥的接法：电桥的接法：半桥半桥单臂单臂 半桥半桥双臂双臂全桥全桥重庆大学材料学院重庆大学材料学院5 5 电荷放大器电荷放大器5.2 信号放大电路信号放大电路 fyiicaiCeeCCCeq)()(ffyKCCCKqe)(F+重庆大学材料学院重庆大学材料学院第五章、测试信号调理技术第五章、测试信号调理技术5.35.3调制与解调调制与解调0 0 目的目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。的传输问题。(直流放大存在零漂和级直流放大存在零漂和级间耦合的问题间耦合的问题) 重庆大学材料学院重庆大学材料学院第五章、测试信号调理技术

11、第五章、测试信号调理技术 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，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。输出信号中取出放大了的缓变信号。 例：交流电桥例：交流电桥VinVoR1R3R2R4重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调1 1 几个概念几个概念调制：指在时域上用一个低频信号调制：指在时域上用一个低频信号( (缓变信号缓变信号) )对人为提供的对人为提供的高频信号的某特征参量高频信号的某特征参量( (幅值、频率或相位幅值、频率或相位) )进行控制

12、，使该进行控制，使该特征量随该缓变信号的变化而变化。特征量随该缓变信号的变化而变化。 调制信号：控制高频振荡信号的缓变信号调制信号：控制高频振荡信号的缓变信号( (低频信号低频信号) )。 载波：载送缓变信号的高频振荡信号。载波：载送缓变信号的高频振荡信号。已调制波：经过调制后的高频振荡信号称为已调制波。已调制波：经过调制后的高频振荡信号称为已调制波。 重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调2 2 种类种类调制信号调制信号x(t)x(t)0 0t t载波信号载波信号)2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解

13、调a) a) 幅度调制幅度调制(AM)(AM)2cos()(*)(fttxAtyb) b) 频率调制频率调制(FM)(FM)*)(2cos()(0ttxfAtyc) c) 相位调制相位调制(PM(PM)(2cos()(0txftAty重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调3 3 幅度调制幅度调制 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与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测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化化而变化)2cos()(*)(0fttxAty缓变信号缓变信号调制调制高频信号高频信号放大放大放大高放大高频信号频

14、信号解调解调放大缓放大缓变信号变信号重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调幅度调制与解调过程（波形分析）幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调幅度调制与解调过程（数学分析）幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)(tx)2cos()()(tftxtxzm)(tz)(tztftxtyzm2cos)()(21122( )( )cos(2 2)zx tx tf

15、 t1( ) ( )* ()( )* ()2mzzxfX fffX fff111( )( )(2 )(2 )244mzzyfX fX ffX ff重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调幅度调制与解调过程（频谱分析）幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调抑制调幅抑制调幅 上述调制方法，调制信号上述调制方法，调制信号x(t)x(t)直接与载波信号直接与载波信号z(t)z(t)相乘，这种调幅波具有极性变化。即信号过相乘，这种调幅波具有极性变

16、化。即信号过零线时，其幅值发生由正到负或由负到正的突变，零线时，其幅值发生由正到负或由负到正的突变，调幅波相位调幅波相位( (相对于载波相对于载波) )也相应发生也相应发生180180的相位的相位变化。此种调制方法称为抑制调幅。需采用同步变化。此种调制方法称为抑制调幅。需采用同步解调或相敏检波解调的方法，方能反映出原信号解调或相敏检波解调的方法，方能反映出原信号的幅值和极性。的幅值和极性。同步解调：同步解调：即将已调制波与原载波信号再做一次即将已调制波与原载波信号再做一次乘法运算，保证解调时所乘信号与调制时的载波乘法运算，保证解调时所乘信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。信号具有相同的

17、频率和相位。重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调非抑制调幅非抑制调幅(包络检波包络检波) 对信号对信号x(t)x(t)进行偏置，叠加一个直流分量进行偏置，叠加一个直流分量D D，使偏置后的信号都具有正电压。使偏置后的信号都具有正电压。 )2cos()()(fttxDtxm)()( txDtx)(tx重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调调幅调幅重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调解调解调二极管检波二极管检波低通滤波低通滤波重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调调幅波的波形失真调幅波的波形失真a a）过调失真：对

18、于非抑制调幅，要求其直流偏置）过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则必须足够大，否则x(t)x(t)的相位将发生的相位将发生180180转变。转变。重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调b)b)重叠失真：调幅波是由一对每边为重叠失真：调幅波是由一对每边为fmfm的双边带信的双边带信号组成当载波频率号组成当载波频率fzfz较低时，正频端的下边带将较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带相重叠要求与负频端的下边带相重叠要求: : fz fzfm(fm(原信号原信号最高频率最高频率) ) 重庆大学材料学院重庆大学材料学院5.3调制与解调调制与解调4 4 频率调制频率调制 调频是利用信号调频是利用信号x(t)x(t)的幅值调制载波的频的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是一种随信号率，或者说，调频波是一种随信号x(t)x(t)的电压的电压幅