第六章 模拟信号的变换与处理 （模拟信号调理技术）
本章学习要求：
1.了解模拟信号放大电路原理 2.了解信号调制解调原理 3.掌握信号滤波器工作原理
1
第六章 模拟信号的变换与处理 （模拟信号调理技术）
本章学习内容： §6.1 信号调理的目的 §6.2 信号的放大电路 §6.3 信号的调制与解调 §6.4 信号的滤波技术
的传输问题。
13
§6.3 调制与解调
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 输出信号中取出放大了的缓变信号。
例：交流电桥
R1
R3
Vin
Vo
R4 R2
14
二、 分类 调制信号
§6.3 调制与解调
x(t)
0
t
载波信号 z(t) Acos(2ft )
2
§6.1 信号调理的目的
信号调理的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 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。
2.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。
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测试信号进行调制解调处理。
V
R4 R2
V R1R3 R2R4 E (R1 R2 )(R3 R4 )
8
§6.2 信号的放大电路
令： R1 R R2 R R3 R R4 R dR
V RR R(R dR) E (R R)(R R dR)
E dR 4R
9
§6.2 信号的放大电路
四、 交流电桥
传感器
传感器
●平衡条件 Z1Z3 Z2Z4
电感
电容
10
§6.2 信号的放大电路
电桥的接法：
单臂
半桥
全桥
11
§6.2 信号的放大电路
五、 电荷放大器
q ei (Ca Cc Ci ) (ei ey )C f
F
+
ey
(C
Kq Cf )
KC f
12
§6.3 调制与解调
一、 目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号
运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3 为隔直电容。
Av
1
RF R1
R1一般取几十千欧。耦合电容C1 、 C3可根据交 流放大器的下限频率fL来确定。
C1 C3 (3 ~ 10) /(2RL fL )
7
§6.2 信号的放大电路
三、 直流电桥
●平衡条件
R1
R3
R1R3 R2 R4
E
20
§6.3 调制与解调
幅度调制与解调过程（3. 数学分析）
x(t) z(t)
乘法器
x m(t)
放大器
x(t) z(t)
xm (t) x(t) cos(2fzt)
z(t)
乘法器 z(t) ym (t) x(t) cos2 2fzt
滤波器
x(t)
x(t)
1 2
x(t)
cos(2
2
f
zt)
21
§6.3 调制与解调
测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变 化而变化．
y(t) [A0 * x(t)]cos(2ft )
调制
缓变信号
放大
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
17
§6.3 调制与解调
幅度调制与解调过程（1. 波形分析）
x(t) z(t)
乘法器
x m(t)
放大器
z(t)
乘法.3 调制与解调
4. 非抑制调幅（或称偏置调幅） 若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D，
使偏置后的信号都具有正电压。
x(t)
x(t)
x ′ (t)
x'(t) D x(t)
xm (t) [D x(t)]cos(2ft)
22
调幅:
§6.3 调制与解调
23
解调:
§6.3 调制与解调
二极管检波
低通滤波
24
§6.3 调制与解调
5. 调幅波的波形失真
a）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x(t)的相位将发生180°变化.
25
§6.3 调制与解调
b)重叠失真：调幅波是由一对每边为fm的双边带信号组 成．当载波频率fz较低时，正频端的下边带将与负频端的下 边带相重叠．所以要求: fz ＞fm
幅度调制与解调过程（2.频谱分析 ） 参P171
x(t) z(t)
乘法器
x m(t)
放大器
z(t)
乘法器
2
滤波器
x(t)
19
§6.3 调制与解调
实验：同步调制与解调实上验述调制方法，将信号x(t)
直接与载波z(t)相乘．这种 调幅波具有极性变化，解调 时必须再乘与z(t)相位相同 的z’(t) 方能复原出原信号， 故称同步解调．
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化 之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主 要表现在振幅之中．
缺点：占频带宽度大，复杂
调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅 所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复 杂，因为频率调制是一种非线性调制。
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
5
§6.2 信号的放大电路
2)同相放大器
同相放大器也是最基 本的电路 ，其闭环电压 增益Av为:
Av
1
RF R1
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。
6
§6.2 信号的放大电路
二、 交流放大器 若只需要放大交流信号，可采用图示的集成
26
§6.3 调制与解调
四、频率调制 调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频
率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压 幅值而变化的疏密度不同的等幅波.
y(t) Acos(2[ f0 x(t)]t )
27
§6.3 调制与解调
28
鉴频：
§6.3 调制与解调
T2
T4
T1
T3
F
29
§6.3 调制与解调 优点：抗干扰能力强
z(t)
0
t
15
§6.3 调制与解调
a) 幅度凋制(AM)
y(t) [A x(t)]cos(2ft )
b) 频率调制(FM)
y(t) Acos(2[ f0 x(t)]*t )
c) 相位调制(PM)
y(t) Acos(2ft [0 x(t)])
16
§6.3 调制与解调
三、幅度调制 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与
3
§6.2 信号的放大电路
分类：
直流放大器
放大器
交流放大器 直流电桥 交流电桥
电荷放大器
特点： 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
4
§6.2 信号的放大电路
一、 直流放大器
1) 反相放大器
电压增益:
Av
RF R1
反馈电阻RF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。R1的取值应远大于 信号源Ui的内阻。