第三章 测试信号调理电路

安徽工业大学-测试技术

第五章 信号调理,处理与记录被测量经传感器转换为电量后，最终要送到 处理或显示设备以便输出测试结果。然而有些传 感器输出的电量可能过于微弱，且变化缓慢不易 传输及无法驱动处理和显示设备；有些传感器输 出的电量特别容易受到外界的干扰，为了能有效 的解决这这些问题，需对传感器输出的信号进行 技术处理即调理，以及将被测量不失真地传给处 理器或显示设备。

安徽工业大学-测试技术

第一节 电桥 电桥电路的作用就是 将传感器转换元件输 出的电参量的变化转 换成电压量的变化 直流电桥 交流电桥

B

R1A

R2C

RL

R4D

R3

E

安徽工业大学-测试技术

1.直流电桥的平衡条件及测量连接方式 若在输出端B,D两点之间的负载为无穷大，即接 入的仪表或放大器的输入阻抗较大时。可以视为 开路，这时有电桥的电流为：I1 I2 ui R1 R2 ui R3 R4

因此，电桥输出电压为：

安徽工业大学-测试技术

根据上式可知，当:R1 R3 R2 R4 时电桥输出为0,成为电桥的平衡条件。

安徽工业大学-测试技术

半桥单臂联接方式中，只有一个桥臂阻值随被测 量的变化而变化。图中只有R1的阻值增加了。 这时输出电压值为：u0 ( R1 R1 R4 )ui R1 R1 R2 R3 R4

安徽工业大学-测试技术

为了提高电桥的灵敏度，还可以采用半桥双臂 接法，这时有两个桥臂的阻值随被测量而变化， 电桥输出为：

全桥接法是，四个桥臂都随被测量发生变化， 电桥输出为：

全桥接法可以获得最大的电压输出，灵敏度是 半桥单臂接法的四倍。

安徽工业大学-测试技术

交流电桥平衡条件： | Z1 | | Z 3 | | Z 2 | | Z 4 | 1 3 2 4

安徽工业大学-测试技术

第二节 信号的放大因为传感器输出的电压，电流或者电 荷信号微弱，其幅值或功率不足以进行后 续的转换处理，或驱动指示仪，记录仪及 各种控制机构，所以需要对信号进行放大 处理。

安徽工业大学-测试技术

一.基本放大器右图所示为集成运放的符 号，它有两个输入端和一个输 出端。 其中：标有+的为同相输 入端(输出电压的相位与该输 Ui 入电压的相位相同) 。标有- 的为反相输入端(输出电压的 相位与该输入电压的相位相反)

U-

_ A + U0

U+

安徽工业大学-测试技术

当集成运放工作在线性放大区时的条件是： (1) U U (2) I I 0

注：(1)即:同相输入端与反相输入端的电位 相等，但不是短路。我们把满足这个条件称为 "虚短" (2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集 成运放输入端不取电流。

安徽工业大学-测试技术

1.反相放大器特点：输入信号和反馈信号都加在反相输入端 输出特性：U 因为： U 0, I I 0 U U Ui I1 i 所以： R1 R1 U U0 U0 I2 R2 R2Ui R1 R2

U0

+

从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，AVf U0 R 2 Ui R1

安徽工业大学-测试技术

2.同相放大器输出

特性：U 因为： U U i , I I 0R1 所以： U R R U 0 1 2 U0 ( R1 R2 R )U (1 2 )U i R1 R1Ui + R1 R2

U0

从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，U0 R2 AVf 1 Ui R1

安徽工业大学-测试技术

二.测量放大电路

U0 R4 2 R1 AVf (1 ) U i1 U i 2 R3 RG

安徽工业大学-测试技术

第三节 调制与解调在测试过程中，常会遇到诸如力、位移等一 些变化缓慢且经传感器转换成的电信号又比较微 弱的量,直接传输受到干扰并且信号损失大.为此 常设法将这些低频信号转换为高频信号，这一过 程称为调制；经调制的高频信号用高频放大器进 行放大后，再将其恢复为原缓变信号，这一将高 频信号转变回原缓变信号的过程，称为解调

安徽工业大学-测试技术

信号调制的方法是利用传感器输出的缓变信号 来控制或改变高频振荡波的幅值、频率或相位 的变化。 当被控的量是高频振荡波的幅值时，称为 幅 值调制 ，简称 调幅(AM) ;当被控制量是 高频振荡波的频率时，称为频率调制，简称为 调频(FM);若被控量是高频振荡波的相位 时，称为相位调制，简称调相(PM)。 用于控制高频振荡波的缓变信号称为 调制信 号，被控的高频振荡波称为载波，经调制后的 高频信号称为已调制波。

安徽工业大学-测试技术

一、调幅与解调1、调幅若将传感器输出的缓变信号与一高频的正弦 (或余弦)波相乘，则缓变信号大小的变化就变成 了高频正弦(或余弦)波幅值的变化，如图4-1所 示。

图4-1 调幅原理 (a)高频的余弦信号 z (t ) cos 2

f ot ;(b)调制信号x(t);(c)已调波 xm (t ) x(t ) cos 2 f ot

安徽工业大学-测试技术

由傅氏变换的性质知，两信号在时域中相乘，在频域中与之相对应的 便是该两信号傅氏变换的卷积即： F[ x(t ) z(t )] F[ x(t )] F[ z(t )] X ( f ) Z ( f ) (4-1)

将式(4-2)代入(4-1)得：

Z ( f ) F[cos 2 f ot ] 0.5 ( f f 0 ) 0.5 ( f f 0 )

(4-2) (4-3)

F[ x(t ) z (t )] 0.5 X ( f ) ( f f 0 ) 0.5 X ( f ) ( f f 0 ) 图4-2是式(4-3)的图形表示，调制信号x(t)与载波z(t)的乘积在频域上相 当于将x(t)在原点处的频谱图形移至载波频率处，但幅值减小了一半。调幅 过程在频域上相当于一个移频过程。

(a)Z( f )

图4-2 调幅的频域表达 (b) (c)X( f )

X m ( f ) X ( f ) Z( f )

安徽工业大学-测试技术

解调: 把调幅波再次与远载波信号相乘,从图中可以 看出，若用一低通滤波器滤掉集中在2 fo 处的高频信号， 便可实现幅值调制的解调。由于此解调方法与已调波 相乘的高频波与载波是同一个波,因此这一解调方法 称为同步解调。

图4-5 同步解调

安徽工业大学-测试技术

包络检波解调

图4-4 整流检波解调过程 (a) 调制信号 (b) 已调波 (c) 整流后的已调波 1-原调制信号 2-偏置直流分量

后的调制信号

安徽工业大学-测试技术

相敏检波解调相敏检波解调是利用相敏检波器既能鉴别信号的幅值变化,又能识别信 号极性的功能来完成幅值调制的解调工作,其工作原理是：四个特征相同 的二极管D1 、D2 、D3、D4分别接到电桥的四个臂上,电桥的四个端点2、 4和1、3分别接在两个变压器A和B的次级绕组上,如图4-5所示。

(a)相敏检波器

图4-5 相敏检波解调工作原理 (b),(c) u i 、 x 的极性相同 (d),(e) u i 、 x 的极性相反 u u

安徽工业大学-测试技术

u 当已调波 ui和参考信号 u x 的极性相同即 ui 、 x 同时大于零 u 或 ui 、 x 同时小于零时，从图4-5(b)和4-5(c)中可以看出，电 流 i1 流进负载电子R1的方向均为逆时针方向，其输出电压为 正，o 0 。 u

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k361.html