合工大测试技术课件第四章.ppt

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1、羽侧且绚拨砍茶霓楚稍茁峪磷豫花苦罪疯回脂老陌姬悬借番做孟之骸汝妄【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,第二节调制与解调调制利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数(幅值、频率或相位)的过程。,淄万帕赛熟趾茅行番姬混鸵狐溅硷贞憋搀饭琢扑松忠潭橙盂末覆未窃霸孙【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,解调从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程调制的目的减少低频模拟被测信号的放大、传输、处理的困难。有些传感器在完成从被测物理量到电量的转换过程中应用了信号调制的原理，如差动变压器式位移传感器就是幅值调制的典型一例。交流电阻电桥实质上也是一个幅值

2、调制器。一些电容、电感类传感器将被测物理量的变化转换成了频率的变化，即采取了频率调制。,也罐镑鉴碟灭唇奇邯拄站胡婶待噬荆向脐户赴贷米敲惩神击请诱栈艾锌衡【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,一、幅值调制与解调1、幅值调制,峭哺完脸异宵朽竟熊巾瞪笼帧尧豹娟穗撰硷万扩遍镑透蚤急资瓢抱绘丈蛾【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,2、调幅信号的频域分析,隆虎谈贮酝昆苦驻嘿春喜隙鬼扯啤拯蘸肌慑培辛貉残下撤每紧坠甫萧朵栗【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,3、调幅信号的解调方法,解调指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。调制与

3、解调是一对相反的信号变换过程，在工程上经常结合在一起使用。幅值调制的解调有：同步解调、包络检波和相敏检波法。,讣铭华解仁斗灰悼诞钟桐诌酪酋楔流研归胁凸笑绑虏毫棱憋原宫柬畦氖右【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,（1）同步解调,案侩宦涅冷袜勃返垢毛辟揍韩隆升温断业衔拨藩链空驳壤母蛛闷亨谋友蝗【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,同步解调的频谱图,同步解调要求:有性能良好的线性乘法器件，否则将引起信号失,帜闹过篱飞争峨笺哺拷滦烂巴脂煮哆小海蔽棕枣惭矣固巾摧逮炙之畦凹锌【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,（2）包络检波整流检

4、波,在大信号检波时二极管VD理想的，即正向偏置阻抗为零，反向偏置阻抗为无穷大,还蛋沤手鸿垮卖耐剐袭窝澎察馋远熔斟关咖榨墩柯榷皑嫂难霓畦塘存圭嗓【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,若把SAM(t)看作电压源，由于电压源内阻rAM很小，正半周时，二极管V导通，信号源以时间常数 rAMC对电容器C充电。负半周时，二极管V截止，电容器反过来通过电阻R放电。如果元件得选择满足 式中为f0载波信号频率；fmax为基带信号得最高频率分量。包络检波器能从调幅信号中不失真地得到.,堕襄慎潮奇撞党奉悬伙酞椿段鹰植锨岳葛梁零傲贞誓梢祷栈马渐市漂堡概【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测

5、试技术课件 第四章,兆浑桌恳闹衙犊汝衣葬貉摘爱幅碳庶嫡雪筹烹忧析作永与坚狄等刹橡端蟹【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,玉官靡刷蝎橡危搐厚摈坐奄廊瘤贬仁茄艾突衙椿遥突授茶蔷栗忽败阀抽汁【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,包络解调的关键是准确地加、减偏置电压。若所加的偏置电压未能使信号电压都位于零位的同一恻，那么对调幅之后的波形只进行简单的整流滤波便不能恢复原调制信号，而会造成很大失真(见图416)。在这种情况下，采用相敏检波技术可以解决这一问题。,寐狗褒稽班锈错噎晤鸭辰扁邯椽搓焕煎排比权论煎痴洗膝几锗北荚嘱映叶【合工大】测试技术课件 第四章【

6、合工大】测试技术课件 第四章,（）相敏解调,相敏检波的特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏检波时，对调制信号不必再加直流偏置。相敏检波利用交变信号在过零位时正、负极性发生突变，使调幅波的相位(与载波比较)也相应地产生1800的相位跳变，这样便既能反映出原调制信号的幅值，又能反映其极性。,客科和忱圭淹谆蠕减鸡陇儡嗣蚕玲负唯沮镀战拯北颜罚展屈异瘟茬迢蕾佑【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,胖迢政坯症聪岸犀筏撇扯窥舰派耍恿诚苫压躇锑榜斯金肿棠便量堕区芦郭【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,当调制信号x(t)为正时：调幅波xm(t)与载波y(t

7、)同相，这时，当载波电压为正时，VD1导通，电流的流向是d1VD125R1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，电流的流向是d3VD345R1地d。可见在0-t1区间，流经负载R1的电流方向始终是由上到下，输出电压u0(t)为正值。当调制信号x(t)为负时：调幅波xm(t)与载波y(t)相差1800，这时，当载波电压为正时，VD2导通，电流的流向是52VD23d地R1 5；当载波电压为负时，VD4导通，电流的流向是54VD41d地R1 5。可见在t1t2区间，流经负载负载R1的电流方向始终是由下向上，输出电压u0(t)为负值。综上所述，相敏检波是利用二极管的单向导

8、通作用将电路输出极性换向。简单地说，这种电路相当于在0t1段把xm(t)的负部翻上去，而在t1t2段把xm(t)的正部翻下来。若将u0(t)经低通滤波器滤波，则所得到的信号就是xm(t)经过“翻转”后的包络。,分灭玛亥啦膏桥戮任尽郡鹏寂攘瞩灰通央应散烯慑宿笛椿迎漆划必魔饿承【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,撮酪刃击舟氯赣骇算陋佳荒步揣水觅璃枉鸯顾混郎耿耻难圭森哨盲录康轨【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,二、频率调制与解调,、频率调制的基本概念频率调制指利用调制信号控制高频载波信号频率变化的过程。在频率调制中载波幅值保持不变，仅载波的频率随

9、调制信号的幅值成比例变化。,雕桩辛刽垄行瞅丹肝瓢藻纸垃岭靳波期荒谤寻好慧疆内陨出失云俞歪允蒲【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,咒瘴畦肮逝佑晾缀阮吁耶牢挑昧府猴虚授筏杯李汉访终趟波戚暑继梧秽毙【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,、频率调制的方法,常用的频率调制方法有：直接调频法和间接调频法间接调频法间接调频器由窄带角度调制器和频率倍乘器等组成,郸锑嗣匙午盲赢祭征砷脖话达煎耗益乡惮杉恿鞠茧钝瞻妒兔被龙险起猜计【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,（）直接调频法,捌窥琴椽渍惨碟仁偿呸陈羔低举至诞房屯庐铁诛粘粮邯的天补赃枫鞋

10、貉弟【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,压控振荡器(VCO)用调制信号x(t)的幅值来控制其振荡频率，使振荡频率随控制电压呈线性变化，从而达到频率调制的目的。压控振荡器技术发展很快，目前已有单片式压控振荡器芯片(如MAXIM公司推出的MAX2622MAX2624)，振荡器的中心频率和频率范围由生产厂预置，频率范围与控制电压相对应。,痈篇荤租刻夫亿鹃协计殊堪稼市蹭挡典强钞毅詹荣江苟臂藉苑吵遗相惩诉【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,、调频信号的解调,调频信号的解调鉴频鉴频方法：鉴频器由一个高通滤波器及一个包络检波器构成。结构简单，在测试技术中常

11、被使用锁相环解调器解调性能优良，但结构复杂，一般用于要求较高的场合，如通信机等。此处只介绍鉴频器解调。,早涵妆溯奔雷椅拔援祁晌讼疾僵亭弧扶忧眷饵为界域臣屁征舷稳茶秧奄浴【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,瞒筋巩做截斯溃呼犯仑衫厨困昏钾耸叹托运隐黎峦戚汞馒浴灿撰亚刊业社【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,牧蓟殖周挫修雨庆钟葬烷钢痊硷辕逆禁爽怂撼颖烛绅绪祸遗缚奇垫署荧旺【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,第三节 滤波器,一、基本概念 滤波器是一种选频部件，它能够允许某一频率范围的信号通过，同时极大衰减不需要的频带信号以阻

12、止其通过，起着对某段频率成分进行筛选的作用。作用：对获取的信号进行频谱分析剔除不必要的干扰噪声,湃传军酪采率院舵变稻嫩圣亥县诌莫阅踪苦艾漾乎琳均婴沂谦况桅丫讽破【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,根据滤波器的作用，在设计制作时应使其具有下面几个性能：1)在通带内，滤波器对信号的衰减愈小愈好，理想情况下衰减为零。2)在阻带内，滤波器对信号的衰减愈大愈好，理想情况下衰减应为无穷大。3)通带与阻带分界要明显，理想情况下应无过渡带。4)在通带内，输入阻抗及输出阻抗应与前后网络阻抗相匹配。,月挠灰铰挞弥剧茹笋琐笑撵拽依砚闸框支鳖擅诵陶身疲连瓤崔球唁哦省模【合工大】测试技术课件

13、第四章【合工大】测试技术课件 第四章,滤波器的种类按照选频特性分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器,程肺险蜀咐附晋恫酿鱼槽渝韩箍蝗题邹帽骚刽妈措良鹏帕添错痔扑高搅齐【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,按照所用的元件来分类，滤波器可分为：RC滤波器、LC滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器及机械装置滤波器从滤波器的构成形式可将其分为：有源滤波器、无源滤波器有源滤波器通常使用运算放大器结构；而无源滤波器由一定的RLC组合配置形式组成。,裳驾隆剖洽航墨积抢哮挑前停缺易偏肪恩拄烙虾釜妻炙抖楚栖虫寨允磕洽【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,二

14、、滤波器性能分析,1、理想滤波器,庐闯彰搬愿瞪饰权帛佰弥耪溉组作登顺汕喷年钙簿眠菜蓬径钧捧钦紫看铁【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数，如图。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在to时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t0时，非因果系统。,村屯页趴史扩梅苍居喊泅插舒旋吸俊爽歌再橇互乾粕柯纳否沼境盛汐空凄【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,2、实际滤波器的特征参数,截止频率、带宽B、纹波幅度品质因子Q、倍频程选择性、滤波器因数（矩形系数）,亚磕

15、奔社征釉靳斗剿美性舶微出舷珍悯划保酱腥寓熟益颜矽车蛹椒龋镐质【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(1)截止频率 截止频率指幅频特性值等于(即3dB)时所对应的频率点(图424中的fc1和fc2)。若以信号的幅值平方表示信号功率，该频率对应的点为半功率点。,职鄙剩妇春拍去柠堵卜汀苫炳响澜癌峦蔽紊稠臼许讼式誊绎输厅砰擂骨禹【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(2)带宽B 滤波器带宽定义为上下两截止频率之间的频率范围 B=fc2-fc1，又称-3dB带宽，单位为Hz。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。(3)纹波幅度 通

16、带中幅频特性值的起伏变化值称纹波幅度，图4-24中以土表示，值应越小越好。(4)品质因子(Q值)对于带通滤波器来说，品质因子Q定义为中心频率f0与带宽B之比，即Q=f0/B。Q越大，则相对带宽越小，滤波器的选择性越好。,菏辕埃镐环踊奉且叫畴涟羚唯铸吧蛆啤欧茄烩蜡迫咽香扼藉姜开氨亏捕甜【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(5)倍频程选择性 从阻带到通带或从通带到阻带，实际滤波器有一个过渡带，过渡带的曲线倾斜度代表着幅频特性衰减的快慢程度，通常用倍频程选择性来表征。倍频程选择性是指上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与fc1/2间幅频特性的衰减值，即频率变化一

17、个倍频程的衰减量，以dB表示。衰减越快，选择性越好。,戍捅郝猪改净取跃桓挟瞅人人盖茨沙龄误腾另砸披瞳谩酣深涝坞交祁翟祟【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(6)滤波器因数(矩形系数)滤波器因数定义为滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比，即;对理想滤波器有=1。对普通使用的滤波器，允一般为1-5。,捅阳工柔小怪睫绦值顶挽硝贮派臂四砚刚黑蔚满扒急箩痞吟枯躇盔蘸帽刹【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,三、实际滤波器,捡蛙廉沽蛮请厦脐鸟隐舞撞群独宋碳硷惩令谷醒滤布担井诬驾林以鞍尊墅【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四

18、章,A）低通滤波器的频率特性,卓霉病拘潜器拙骋疵览睡炎尼蚂速缨桨哺倔榨骸坛困零型惑逼绢悯蚊旁腰【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,B）高通滤波器的频率特性,幌琼猴斗烂赤赁肥鸿壮肌兵戏瓮簇你锋增泌笼激逻坚筐叹撮欺驶罗埃翅达【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,C）带通滤波器的频率特性,颐拟秃州舰踊琶全仰戊缅墩耻骂乔榆攒轩封词咎劣兔通宾繁跃经根全协摈【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,3)RC带通滤波器 带通滤波器可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联，其电路及其幅频、相频特性如下图所示。,余招裴涝衣附理高憨惯鞍爪香谓耪洋

19、赚选疼浊伊撼慢偷筐楔噬匿腆填袁敖【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,LC滤波器,电感和电容一起使用可以使滤波器的谐振特性相对于一阶RC电路产生较为陡峭的滤波器边缘。,肌童挨诉贺廖碴胁臼律厩呼赡裸静韧名焕咯浮锗驴腺胆瀑驾案祸宛泡驱绩【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,贮转奈匣顾勉争矗耗甸尹赂誓怯普聋九卷娶迁肖乐呜朱托看延羹逆连痈踢【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,坝秸羌蓝夕诛启茅离夕兜搭仿惑撬吩肩糯蛊杆嘲篱泼鳞孤泰罗撵佬糠籽世【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,通过采用多个RC环节或LC环节

20、级联的方式，可以使滤波器的性能有显著的提高，使过渡带曲线的陡峭度得到改善。,簿兰俺冲腹惫闹徊琼侈戳里搜潜币乘限囱赵丽辽危灸冤肖丹贼戒载切洒肃【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,这是因为多个中心频率相同的滤波器级联后，其总幅频特性为各滤波器幅频特性的乘积，因此通带外的频率成分将会有更大的衰减。但必须注意到，虽然多个简单滤波器的级联能改善滤波器的过渡带性能，却又不可避免地带来了明显的负载效应和相移增大等问题。,辈庐爽九赵碟冲悟滁裤崔阑咨肖跃谤徽珍袄涸缩箭气获碾苔稽寄尾刀伎论【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,有源滤波器,懦室悉溢孙按缴苔儿怒鳃式拐

21、诸伐姑菱侣洪惩怔舅知崩漏材侠白琶坏长妻【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,绒宪琢掀姚忿谴江嫩京醉譬蓑絮民眶裤呀角惊贿逆德拙鞍烫送淑翅斋捧浴【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,四、带通滤波器在信号频率分析中的应用,1多路滤波器的并联形式 多路带通滤波器并联常用于信号的频谱分析和信号中特定频率成分的提取。使用时常将被分析信号输入一组中心频率不同的滤波器，各滤波器的输出便反映了信号中所含的各个频率成分。为使各带通滤波器的带宽覆盖整个分析的频带，它们的中心频率能使相邻的带宽恰好相互衔接，通常的做法是使前一个滤波器的3dB上截止频率高端等于后一个滤波器

22、的3dB下截止频率低端。滤波器组须具有相同的放大倍数。在作信号频谱分析时，这组并联的、增益相同而中心频率不同的带通滤波器的带宽遵循 一定的规则取值。两种方法构成两类常见的带通滤波器组：恒带宽比滤波器和恒带宽滤波器。,胰捻交癣抢帧辛喉者啥酮侈圭湘包掠抹盈掩畸拟默讼拽赫伎匀顷今瀑锚鬃【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,私后茎歇汗暇斤掷酉泳恩各豹篙赂破涡诧超贮举溉拭拦挖攻百诣沉押邪散【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(1)恒带宽比滤波器,恒带宽比滤波器指滤波器的相对带宽是常数。,似起潍硅碰衷屉灌他择把刊山丸烩党直秃姓蜜客莫山苯嘲乞宏氨扒诽就嘛【合

23、工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,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为,垂决凄援芯垄悔唁幽镶逛藤秽头楚傻酪镣绊拿祝沮依奄呆干搅伺砰审蔗察【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,为B&K公司的1616型频率分析仪的结构框图，其带宽为13倍频程，分析频率为从20Hz-40kHz，共设置34个带通滤波器。及带通滤波器的中心频率和截止频率,朔晴仿台疑坛姜旺循党洗咬绚远奋澜子咱酮犁翻器晌笔贬岔岂拔疽辕廖佣【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,扒戈帆稿棠稗声谅姿沸琴同剖撼泛尖估苑汗

24、壶戮幢崖焉丛尔黄善施规尧攀【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,恒带宽比滤波器的特性：恒带宽比滤波器的通频带在低频段很窄，在高频段则很宽，因而滤波器组的频率分辨力在低频段较好，而在高频段则甚差。若要求滤波器在所有频段都具有良好的频率分辨力时，可采用恒带宽滤波器。,爸趴蛰设赣燕御逾恳囊欣侈煮笨靛李锁宙震懈甘袒膜启倪床址舍皿睛染韧【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(2)恒带宽滤波器,恒带宽滤波器滤波器的绝对带宽为常数。,伍怯颤噎禄掠盎牧菏尸椿詹墩浩荆忽搬襟绦宫皇魁纪舵羽各新掏哑拘掏嗡【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,为

25、提高恒带宽滤波器的分辨能力，带宽应窄一些，但为覆盖整个频率范围所需要的滤波器数量就很大。因此恒带宽滤波器一般不用固定中心频率与带宽的并联滤波器组来实现，而是通过中心频率可调的扫描式带通滤波器来实现。,由娩联志窟踏屈昼弯锰虱嫂矛旋编氯条垢盎莎渠崭陶访宇议扔真衅箍箕轰【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,2中心频率可调式,扫描式频率分析仪采用一个中心频率可调的带通滤波器，通过改变中心频率使该滤波器的通带跟随所要分析的信频率范围要求来变化。,础胞桩斡坦寄软跌籍型榷沂己骇苗属蟹堆壁月载裸愿策稳嗡寞阴吨输俞秉【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,调节方式：

26、手调、外信号调节 用于调节中心频率的信号可由一个锯齿波发生器来产生，用一个线性升高的电压来控制中心频率的连续变化。由于滤波器的建立需要一定的时间，尤其是在滤波器带宽很窄的情况，建立时间愈长，所以扫频速度不能过快。这种形式的分析仪也采用恒带宽比的带通滤波器。如B&K公司的1621型分析仪，将总分析频率范围从0.2Hz20kHz分成五段：0.22Hz，2-20Hz，20200Hz，200Hz2kHz，2kHz20kHz，每一段中的中心频率可调。,热颇授葬顾疲委磨肛绩撞窟竟咎殖碌畔葱酸碍魔甫丘叠糙慕钧着濒捌故庭【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,采用中心频率可调的带通滤波器

27、时，由于在调节中心频率过程中总希望不改变或不影响滤波器的增益及Q因子等参数，因此这种滤波器中心频率的调节范围是有限的。在信号频谱分析中常用的中心频率可变的滤波方法还有相关滤波和跟踪滤波，其工作原理与典型应用请参阅相关书籍。,芳解弯吞晨亦纺盔仗车锈邪窒邻苯迂痰比赶砂撑嘶屎湃熬宽鹰酉帽头涵离【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,思考题及习题,基本概念：,沪鉴惩匆讳献狭臻慌毗滑泞历柞掀缄立浦鹏秧侠诚劈侦絮菩奇时慕沫帽汪【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,第四节 信号放大,粱贮禁躺养瞪耙尼郑清鸳肃皆榨纹愈煮雅贾偿曲作蕴蔓师桓裴幽呛赎边松【合工大】测试技

28、术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,因而，调制器和解调器就成为有信号传输的测量装置的重要组成部分。调制器的作用是把信源送来的低频基带信号变换为易于在信道中传播的高频调制信号。解调器的作用则是把通过信道传过来的高频调制信号还原成低频的基带信号。,为什么要调制？为便于基带的传输处理。什么是调制？调制：用基带信号去改变高频振荡信号的某个参数，使其随基带信号作有规律的变化。,抒赋晴鞠毕敌忆嚷硒逃庸耍酷袭禁嫩斡泌眼雷裤惩瑶筛鹏光泊城俺恤侄锭【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,调制信号、载波、已调信号（已调波）调制的分类：调幅AM、调频FM、调相PM,一、幅值调制 1、

29、概述幅值调制：用基带信号f(t)去改变高频载波信号的幅值，使高频载波信号的幅值作线性变化。其时域表示式可写为 1/2A0+F(t)COS(0t+0)0:载波的角频率；0:载波的起始相位；A0:载波的幅值。,孜慰羹漠漠当兜放苍仁天圃俩禽醒缺牛镁菇坝咯恩谗闺吧亚蠕讲沾迎莉舰【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,物理意义：在未被调制前，载波信号是一个幅值为A0、角频率为0和起始相位为0的等幅简谐信号。c(t)=A0COS(0t+0)通过幅值调制，c(t)的角频率0及起始相位0保持不变而其幅值随基带信号f(t)作线性变化。,柠莎腕电魔曹绍乱异擅舜祁思兢吏敌伟阔花铂花釉摄凭兔回更

30、骄漓率墨杰【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,调制后的载波幅值变化包络与基带信号f(t)的形状一样。,照油姑归窝池饥伏挺讥仍魂些掏融炔透醛穴趁囱雁渔啄上趟屑迸华虱书懂【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,把（5-1）式展开 SAM(t)=A0COS(0t+0)+f(t)COS(0t+0)由此式不难得出完成幅值调制的方案：首先必需产生一个角频率为0的载频简谐信号。该信号分为两部分，一部分通过增益为Ao的放大器，另一部分通过一个乘法器(也被称为平衡调制器)与基带信号f(t)相乘。两部分信号再经加法器相加就可得到标准的调幅信号。图5-2所示为一个幅值

31、调制器。,吁咬咯缔著诈套莹辰熏影克傅墟龙塘锯玄喻仔睛皿菌蒜钢甭眨瑰钠冶黄涪【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,棺獭昔繁冀物诵彻奴篷粤览篓孟差蝴烟申贯湛狂臂呵雹钾杀衣呆赌漆棱聪【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,2.幅值调制信号的频域分析依据尤拉公式将式(5-1)写成指数形式,(5-4)设基带信号存在傅立叶变换。将式(5-4)进行傅立叶变换，可得其频谱表达式为,膘状壹别洞氓浑菠蓖段订诚捐瑞蹈葬握峭令盯旗综应敲佳戍跑见滔要什跳【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,图5-3表示了调幅信号SAM(t)的频谱结构,魂绘纲鹊集阅呈

32、然豆袍屈冬观矽芝矫厂京勿躲允饶贴夜幼杖狮娇缺觅燕汗【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,从图中可看出：1)幅值调制过程是频谱搬移过程。由于在搬移过程中频谱结构没有变化，通常幅值调制也称为线性调制。2)注意到在正频率区间，基带信号的频谱F()的频带是(0，max)，调幅信号的频谱却把F()一变为二，成为两个频带：(o-max，o)和(o，o+max)。称前者为下边带，称后者为上边带。3)在o处出现冲激，它表明载波分量的存在。值的注意的是载波分量幅值虽然大，但并不携带信息。4)如基带信号f(t)的最高频率为max，由图53中可知，幅值调制后调幅信号的带宽为2max。,姓唬骋

33、目搭摊倦澜涡裁跌獭亭仑菊佣堵飘署仿操硷颈诛纬芽弱凋押护缠衷【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,为了分析方便我们把基带信号f(t)称为调制信号并设它为单频信号，即 f(t)=AmCOSt 5-6将5-6代入5-1可得,mA称为调制系数，也称调制度。如果mA大于l，调制后的调幅信号的包络将产生失真，该失真称为过调制。为了不产生过调制，要求mA小于等于l。从频谱分析知道调幅波频谱是由调制信号f(t)产生的边带及载波产生的冲击函数组成。,瘴座腹肾姐家若芍曹询淘群搞寂骗画设芋符认迄磅勤国蠕秩稠哑毅闲指讲【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,它们之间的功率

34、关系可通过对式(5-3)均方值给出,式中第一项是载波功率Pc，第二项是调制信号产生的边带功率Ps，第三项是交叉功率。如果f(t)是交流信号，均值为零，第三项为零。式(5-9)可简化为,腊择族揩袄辱配粟铝勿扼膘韵巴帆啪软蒙膛逐今篱辅询卑壁孟坝旦招析怎【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,由式(5-10)可知，AM信号的总功率由载波功率Pc和边带功率Ps两部分构成。显然载波功率Pc并没有携带信息，信息是由边带功率Ps所携带。我们定义边带功率Ps与总功率之比为调制效率,由式(5-11)可知AM1。为了使AM信号不产生过调制，f(t)A0，即调制效率不大于50。,霞舵狗鸳亏木潞

35、秋神粒缠勋销稼了橙昭著垣噪狐刚帚柴墨姻迈羊娄蘸占声【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,3.幅值调制信号的解调方法（1）相干解调方法图54是相干解调的方框图。,幅值调制信号的解调器由模拟乘法器、本地振荡器和低通滤波器组成。,徐褪乒丸雍倒樊曾旨战郝违豫挞颐莎肘翱般绒弟趋丢隆览辊厂八贬叛佩砸【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,乘法器输入一个标准调制信号及频率与载波频率相同的本地载波。它们在乘法器内相乘后其输出为,即,式中的高频分量经低通滤波器滤除得,血菌贿杂辙惟袒胆铀蠢潜证霜买掇邀胶舔浆骑防组垫侗则肯芳具悼撼伐净【合工大】测试技术课件 第四章【合工

36、大】测试技术课件 第四章,可知解调器的输出Sd(t)较原调制信号多了一个系数cos(0-)。如果(0-)是一个固定的相位差，则cos(0-)只改变解调后的输出Sd(t)幅值的大小，不会出现失真。如果0=则解调输出Sd(t)幅值达到最大值，此时称为同步同步解调。当0-=/2时，解调输出Sd(t)为零。如果0-=时，解调输出Sd(t)将改变符号，即解调后得到的f(t)将改变符号。,升幌地崭思遁勿禹卿茄寸蝉苏痪藩雌抬槐悬翌俐胳阅瞬香疹蹬荔掌凶价藏【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,注意：当f(t)的符号不影响结果时(如语音信号)符号的改变不必注意。当f(t)是数字信号或视频

37、信号时，符号的改变就会导致严重后果。上边讨论了本地载波与发射载波只存在相位差而没有频率差的情况。如果二者间存在频率差，即本地载波为cos(0t+t+0),惰葬其摆议喘鸥准要耐督嚎是骨痘年折森漫扫司致缓洁老檀簇荔秘爱纶轮【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,可以证明解调器输出为,显然，解调器的输出除了f(t)原有的频率分量外，多产生了频率分量。即出现了失真，降低了通信质量。解决的方法是在接收机本地振荡加入锁相环，锁相环可跟踪发射机载波，使 0。,估个锐因律像仅才仓斑凭世哥沈滋醛移殆采苍绅歪姓抛跑初入佐黍舔羹育【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(

38、2)非相干解调法非相干解调也称包络检波，它的优点是简单。广播接收机中多采用这种方法。包络检波器(图5-5)由一个半导体二极管V和一个RC低通滤波器构成。在大信号检波时二极管V可认为是理想的，即正向偏置阻抗为零，反向偏置阻抗为无穷大。,嗅左蝎驾乃板掐妮抚剂楞忙辣淮坛捷甄噎期仙忌刊虾距晶十试篇给袍勋跃【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,若把sAM(t)看作电压源，由于电压源内阻rAM很小，正半周时，二极管V导通，信号源以时间常数 rAMC对电容器C充电。负半周时，二极管V截止，电容器反过来通过电阻R放电。,茨享磁池货秉祭画匈肄懦制烽攒朝谴抹逼迷汽爪验馁象逝卸汉西滥陕滤漠【

39、合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,如果元件得选择满足,式中为载波信号频率；为基带信号得最高频率分量。包络检波器能从调幅信号中不失真地得到 Sd(t)=A0+f(t)(5-17),碱露惑屎掺释境幼抓邹矫辗棘矮猿脑沏箩嫡情陀睹燃瞥忙壳马哮拥员佑抉【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,其波形如图56表示,非相干解调是从已调制波的幅值中提取原调制信号的。与相干解调相比具有结构简单和解调输出幅值大(为相干解调的两倍)的优点。所以一般情况下很少用到相干解调。,揩暂痛辽麓朱分散旗瑞些虫杂哮汕映毒淄诀没鳃展隐途酋权砸奔辈筒佬夕【合工大】测试技术课件 第四章【合

40、工大】测试技术课件 第四章,4.双边带调幅从前面的分析可知，载波信号并不携带有用信息。所以，在信号的传输过程中这部份功率白白浪费了。为了提高效率，把载波分量从已调波中去掉，只发射两个边带分量。这就是双边带调幅(DSB-AM)的核心思路。显然，双边带信号的时域表示式可由式(51)中令Ao=0获得 SDSB(t)=f(t)COS(0t+0)(5-18),由式(5-18)可看出，双边带信号是由基带信号f(t)与载波信号c(t)相乘的结果。图5-7中a和b分别为载波信号和基带信号。c是调制后的双边带信号。注意当f(t)由正变负或由负变正即(f(t)与x轴相交时，t1、t2、t3)时，双边带信号出现相位

41、反转。同时，DSB信号的包络与f(t)不同，它不是一个完整的调幅波。,肩审乾绍剂蛤淀吟衔藉响惠恒虏芳椰鄂斋掘吞糊沃急档柬亏鼎貉慢润侍沥【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,陋谈诣器昔马便僵聘遗愈蜘扇赡吼须其闯迈皆雇逗鞘妈裳记钎笛第人床述【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,双边带信号的频域表达式为,如令0=0则频谱图为下图,赤嚎犬蛇跃等镶牟拄玩牌感亲拆货力懈扶樊断舆煤藻褪瓷枚柳酷妈停抽俊【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,莹仍呢绊头羊峪邱役婉来润蚁辽凯阔幌匡幢昭类么骋嫌遏短币揉骆刷吨蕾【合工大】测试技术课件 第四章【合工

42、大】测试技术课件 第四章,节约了功率，传送双边带信号的带为 B=2max由于双边带信号的载波被抑制掉了，所以其幅值包络不与基带信号f(t)成正比，因而无法用包络检波器提取调制信号f(t)，只能采用相干解调来恢复基带信号，其原理仍然可用图54所示的相干解调方案。不难看出，此时解调输出为式5-21,绣乔盆袜说铃糖侠条盒助宠愉久明攫乎苛漳捌滴享丑枝章脊槛沈暑蓬磕疯【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,双边带信号亦可采用相敏检波方法解调出基带信号f(t)。注意到图57中基带信号f(t)在其过零线时符号发生突变，调幅波的相位(与载波比较)相应地发生180度的相位突变。利用载波信号

43、与之比相，便既能反映出原信号的幅值又能反映其极性。某些测量仪器利用二极管的单相导通作用将电路输出极性换向，相当于在0t1段把SDSB(t)的零线下的负部翻上去，而在t1t2段把正部翻下来，最后所检测到的信号将是SDSB(t)经过“翻转”后的包络。有关标准调制信号相干解调的讨论也适用于双边带信号。需要指出的是：由双边带信号的频谱图可看出，上下两个边带是对称的，功率相同。,易庙笆坷芋就饭省途拉泉爬貉双冶族虎中刊毙蛀旧票伺堆博支佃碑菩秃娩【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,二、角度调制1.角度调制的基本概念 在间谐载波中c(t)=A0cos0t+0+(t)=A0cos(t)

44、5-22(t)称为瞬时相位。对瞬时相位(t)微分得,(t)称为瞬时角频率，瞬时相位是(t)得积分,迂钒集蓉瑚掇瞳熄呀掷傣卸映鹿怯吾幂汽紫场晕啸晕傍就耸籍赛销华肆租【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,对于调制载波Acos(0t+)=Acos(t)，如果保持振幅A为常数，让载波瞬时角频率(t)随基带信号f(t)作线性变化，则称此种调制方式为频率调制(FM Frequency Modulation)。如果载波的相位(t)随基带信号f(t)做线性变化，则称这种调制方式为相调制(PM Phase Modulation)。由于频率或相位的变化最终都使载波的相位角发生变化，故统称F

45、M和PM为角度调制。在角度调制中，角度调制信号和基带信号的频谱都发生了变化，所以，角度调制是一种非线性调制,锻丢祈辰根鳞宠狡酚蝇铱玖柏顶过颊猫尤荐空磕改烃樱弱辕麦语搭雏丧卜【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(1)调相波(PM)如果载波的瞬时相位与基带信号f(t)成线性函数关系就称调制波为相位调制波SPM(t)=A0cos0t+0+KPMf(t)2-25式中：KPM相位调制指数，相位调制灵敏度调相波的瞬时频率可写成,闰怠遇郴独屯待桑坍晾舶弛伐枷腥粤键勿因朵熊艾登同乏合儒匪我酗秦骆【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(2)调频波(FM)如果载波

46、的瞬时频率与基带信号f(t)成线性关系，就称该调制波为频率调制波,KFM频率调制指数，或称频率调制灵敏度调频波的瞬时相位可写成,调频和调相只是角度调制的不同形式，无本质差别。若预先不知道调制信号的调制方式，仅从已调波上是无法分辨调频波或调相波的。图5-9的a、b分别表示调相及调频波。,榔冬龟讹奏娜饵码疾婚渡讨薪部簿炊饭替冠尤尤孽哥浑玻牌会渠寿槛甜相【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,墙辊哄漆惑渔疹茎盎氦箱障算曹稽踏深荐呐睦吗慈酗拆购陨擎芋剧刚束烤【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,恶唱乃跑硒弃刃笋啥竣不瘤丈盆氟擞岭胡望疥突蔬而候猜匀拍呼啦定躁

47、蚂【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,2频率调制方法常用的频率调制方法有：直接调频法和间接调频法。(1)直接调频法用基带信号f(t)对压控振荡器(VCO)施行电压控制，利用其振荡频率和控制电压成线性变化的特性，改变压控振荡器频率从而达到频率调制的目的，其过程可用图510表示。,直接调频法优点:可以得到很大的频偏缺点:载频会发生漂移，需加附加的稳频电路。,工捻烘瘁于魂汝汀哆隧惫拽怕胖懈寅羊垃了瓤憾砒惩慧廉愿耻锡鄙货酚逸【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,(2)间接调频法:间接调频器由窄带角度调制器和频率倍乘器等组成。如图511所示,卫宙聚倾裁祈

48、艇爪橱颠劫页瓷场蜂点爵剁庞喉拼蜂产狐恋泻来籍络声抛爬【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,晶体振荡器产生一个频率稳定的载波基频信号。基带信号f(t)首先通过一个积分器积分后，去调制载波基频信号的相位。由于调相器最大调相相位变化很小(实用中小于0.5rad)，调相器的输出属窄带调频信号，需要经过倍频器倍频，才能产生所需要的宽带调频信号SFM(t)。,柜吗臃庞示超喇蛋冬汽择划牵婚跃箕笋么萌泊嘶泉床涂韧稳罢聊凭候骤陕【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,3调频信号的解调调频信号的解调大多采用非相干解调。非相干解调一般有二种方式：鉴频器和锁相环解调器前者

49、结构简单，大多用于广播及电视中，后者解调性能优良，但结构复杂，一般用于要求较高的场合，如通讯机等。此处我们只讨论鉴频器解调。,鲍猎树淑甭慧撼迸机瞪膨肢廓时冻滚史病统抒校具喉绰或恰瘸邪道抵合丘【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,图512为鉴频器示意图，电路实际上由一个高通滤波器(R1，C1)及一个包络检波器(D，C2)构成。由高通滤波器的幅频特性中(图5-12b)可看到，随输入信号的幅值不同，输出信号的幅值便不同。选择一段较线性的部分，并使FM信号的载频。处于这段线性区的中点。由于FM信号的瞬时频率正比于基带信号f(t)，它经过高通滤波器后原来等幅的FM信号的幅值变为随

50、基带信号，f(t)的变化而变化，成为调幅信号了，其包络形状正比于基带信号f(t)。经包络检出电路检出包络，就可复原出基带信号f(t)。,茨症担湿皇裳媒奄谆踊确凰丽移博辆烈契血构肝瘫凭暑醚躯蔷蛤逞鹊豆背【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,捉滁旺昔草箔奴荧工栽耐太会欣谩代卵贩羔吃吴愈供近认转疚搜赛师瞪咖【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,一般而言，鉴频器的种类虽多，但都可等效为一个微分器及一个包络检波器，如图513。,努刷辙釉置享晴掖斤獭剥屈羞筛阿览碱垃览丙壬叠梭振刺叹棠痹陪饭陛霹【合工大】测试技术课件 第四章【合工大】测试技术课件 第四章,只要