6信号调理的目的,信号放大,调制与解调
为什要对信号进行调制
为什么要对信号进行调制 2我们通过声音、面部表情、手势向他人和外界传达信息，这些都是人与人之间的沟通方式。
通信技术研究将信息从一个地方发送到另一个地方。
本篇开始，班长将与大家讨论各种类型的调制，这是任何通信技术的基础。
在我们开始这个话题之前，我们先聊一聊为什么需要调制。
调制的目的调制可以定义为用信号改变载波某些特性的过程，就是把信号转换成适合在信道中传输形式的一种过程。
可以分为基带调制和载波调制（也称为带通调制），正常我们所说的调制均指载波调制。
载波调制就是用调制信号控制载波信号参数的过程，常见的名词有：1.调制信号：就是你想要传递的消息。
来自信源的消息信号。
这种信号如说话声音、计算机比特流等，频率很低，也叫做基带信号。
2.载波信号：通常使用的载波是正弦波，也可以是非正弦波，其在物理上与信息源无关。
3.已调信号：载波调制后称为已调信号；4.解调：也叫做检波，调制的逆过程，将已调信号中的调制信号恢复出来。
很多同学在这里有个误区！总是认为载波是调制信号，然后去调制我们的输入信号。
其实恰恰相反，我们的载波是规则的、整齐的信号，它才是被调制的对象哦！好好的基带信号，为什么要动它？在无线通信中，信号以电磁波形式通过天线辐射出去，这里存在一个理论：如果要获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长差不多，一般天线长度应大于波长的1/4！这就麻烦了，正常的基带信号频率是很低的，那么它的波长必然很长。
想想看，如果一个基带信号2KHz，那么直接通过天线辐射传输，至少需要17公里的天线，很明显搞不定！所以通过调制，把基带信号的频谱搬移至较高的载波频率上，天线尺寸就下降了。
比如说GSM的900MHz频率，天线尺寸仅为8cm。
一旦调制搬移了，哈哈，这样操作空间就大咯，把你搬到哪，我们说了算！所以我们可以同时传输多路基带信号，只要搬移到不同的频段，我们就可以区分出！再有，调制到哪？直接影响这个信号的抗干扰与衰落能力！所以调制对通信系统的有效性与可靠性有着很大的影响与作用，采用什么样的调制方式，直接影响通信系统的性能。
6信号调理的目的,信号放大,调制与解调
5.2 信号放大电路 令：
R2 R R 1 R
R3 R
R R dR 4
RR R ( R dR ) V E ( R R )( R R dR )
E dR 4 R
5.2 信号放大电路
4 交流电桥
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z Z Z Z 1 3 2 4
5.3调制与解调
调幅
5.3调制与解调
解调
二极管检波
低通滤波
5.3调制与解调
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。
5.3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．要求: fz＞fm
缓变信号调制高频信号放大放大高频信号解调放大缓变信号华中科技大学机械学院53调制与解调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乘法器乘法器滤波器滤波器华中科技大学机械学院53调制与解调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乘法器乘法器滤波器滤波器华中科技大学机械学院53调制与解调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乘法器乘法器滤波器滤波器华中科技大学机械学院53调制与解调实验
z(t)
0 t
5.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y ( t ) [ A * x ( t )] cos( 2 ft )
b) 频率调制(FM)
y ( t ) A cos( 2 [ f x ( t )] * t ) 0
c) 相位调制(PM)
y ( t ) A cos( 2 ft [ x ( t )]) 0
第四章_信号调理
电阻应变仪
Resistance Strain Meter
利用电阻应变片作 为传感元件来测量应 变的专用电子仪器称 为电阻应变仪。
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电阻应变仪分类
（按频率分类）
静态电阻应变仪（5Hz ） 静动态电阻应变仪（0~200Hz） 动态电阻应变仪（0~1500Hz） 超动态电阻应变仪（几十千赫兹）
f (t ) (t ) f (0) (t ), f (t ) (t t 0 ) f (t 0 ) (t t 0 )
2）积分特性
f (t ) (t ) f (0), f (t ) (t t 0 ) f (t 0 )
3）卷积特性
f (t ) * (t ) f ( ) (t )d f (t )
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3.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。
第四章 信号调理
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4.2 信号放大
1 目的
(1)抗干扰; 信号放大目的 幅度增加 (2)阻抗匹配
2 分类
时间域 直流放大器 放大器 交流放大器 电荷放大器 幅度增大 幅度增大 电荷增大 频率域 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
整流检波
xm(t)=[A+x(t)]cos2πf0t
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若把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量，使偏置 后的信号都具有正电压，那么调幅波的包络线将具有原调 制信号的形状，如图所示。把该调幅波进行简单的半波或 全波整流、滤波，并减去所加的偏置电压就可以恢复原调 制信号。 这种方法又称作包络分析。
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第四章 信号调理
信号调制解调
调制与解调的原理与应用一．概述调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。
例如某中波广播电台的频率为 540kHz ，这个频率是指载波的频率，它是由高频电磁振荡产生的等幅正弦波频率。
用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。
其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。
解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。
对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。
即从调制后的载波中分离出音乐或语言信号。
二．分类按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。
用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。
按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制（如对非相干光调制）等。
调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。
正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。
此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。
脉冲调制也可以按类似的方法分类。
此外还有复合调制和多重调制等。
不同的调制方式有不同的特点和性能。
三．调制的原理此处介绍正弦波的调幅，调频，调相的原理。
根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：·调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。
调幅的技术和设备比较简单，频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中·调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。
·调相，利用原始信号控制载波信号的相位。
这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要1，抑制载波的AM最简单的调幅方案是利用带有信息的信号即调制信号对载波进行调制。
【学习】第五章信号调理电路
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
33
整理课件
34
§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
整理课件
24
从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
整理课件
27
g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
测试信号的调理技术
b
R2 R2
uo a
I1
I2
c uo a
I1
I2
c uo
R4
R3
R4 R4
R3 R3
d
d
ui
a) 半桥单臂
ui
b) 半桥双臂
ui
c) 全桥
图2 直流电桥的联接方式
半桥单臂联接：工作中 只有一个桥臂阻值随被 测量的变化而变化。
uo
( R1 R1 R1 R1 R2
R4 R3 R4
)ui
实际使用中，为了简化桥路设计，往往取相邻两桥臂电
a) b)
c)
d) e) f)
整流检波解调
x(t)
x(t)
A
A
0
t0
t
xm(t)
xm(t)
0
0
t
t
a) 偏置电压足够大
b) 偏置电压不足
调制信号加偏置的调幅波
调幅波的波形失真
a）过调失真：对于非抑制 b)重叠失真：调幅波是由 调幅，要求其直流偏置必须 一对每边为fm的双边带信 足够大，否则x(t)的相位将 号组成．当载波频率fz较 发生180变化。只是简单的 低时，正频端的下边带将 整流就无法恢复原调制信号。 与负频端的下边带相重
注意：
交流电桥的供桥电源要求具有良好的电压波形 和频率稳定性。
一般采用（5~10）kHz音频交流电源。 采用交流电桥时，还要注意影响测量误差的一 些参数，如：
电桥中元件之间的互感影响； 邻近交流电路对电桥的感应作用； 元件之间、元件与地之间的分布电容等等。
Z4
u1 i1
4.1.3 带感应耦合u 臂的W电1 桥 G
4.1.2 交流电桥
第四章 信号调理和处理
第四章 信号调理和处理
幅值调制器实际 上是个乘法器
1
y 1( t )
0 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
调制信号
乘法器
载波
调幅波
2.963
−3
2 3
3 2 0 t 10
1 y 3( t ) y 2( t ) 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Uy
∆R 4⋅ Ro
⋅ Uo
2
− 2.963
解调： 解调：是从已调制波中恢复出调 制信号（测试信号）的过程。 制信号（测试信号）的过程。 解调是调制的逆过程。 解调是调制的逆过程。
10
第四章 信号调理和处理
调幅与解调过程（数学描述与波形频谱分析） 调幅与解调过程（数学描述与波形频谱分析） 与波形频谱分析
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波） 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相 使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。 乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。
3
第四章 信号调理和处理
4.2 调制与解调
本节内容
调制与解调的基本概念 调幅及其解调 调频及其解调
4
第四章 信号调理和处理
在测试技术中， 在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用 的一种调理方法， 的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及 信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、 信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、力等 参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号， 参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号，对 这样一类信号，直接送入直流放大器放大会遇到困难，因为， 这样一类信号，直接送入直流放大器放大会遇到困难，因为， 采用级间直接耦合式的直流放大器放大， 采用级间直接耦合式的直流放大器放大，将会受到零点漂移 的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时， 的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时，经过逐级 放大后，被测信号会被零点漂移淹没。 放大后，被测信号会被零点漂移淹没。为了很好地解决缓变 信号的放大问题， 信号的放大问题，信息技术中采用了一种对信号进行调制的 方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去， 方法，即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， 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。 取出放大了的缓变信号。上述信号传输中的变换过程称为调 制与解调。 制与解调。
信号调理电路工作原理
信号调理电路工作原理一、引言信号调理电路是指对输入信号进行处理和调整，使其能够适应后续电路的工作要求。
它是电子系统中非常重要的一部分，能够对信号进行放大、滤波、增益控制等操作，以保证信号在传输过程中的稳定性和准确性。
本文将从信号调理电路的基本原理、常见的调理方法以及应用案例等方面进行介绍。
二、信号调理电路的基本原理信号调理电路的基本原理是通过对输入信号进行各种操作，以使得信号能够适应后续电路的工作要求。
其核心思想是根据输入信号的特点和要求，选择合适的电路结构和参数，对信号进行放大、滤波、增益控制等处理，以达到信号传输的目的。
三、常见的信号调理方法1. 放大放大是信号调理电路中最常见的操作之一。
通过放大电路，可以将输入信号的幅度增大，以增强信号的强度和稳定性。
常见的放大电路有运算放大器、差分放大器等。
2. 滤波滤波是对信号进行频率选择性处理的方法。
通过滤波电路，可以去除输入信号中的杂波和干扰信号，保留需要的有效信号。
常见的滤波电路有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
3. 增益控制增益控制是调节信号放大倍数的方法。
通过增益控制电路，可以根据需要调整信号的放大倍数，以满足不同信号传输要求。
常见的增益控制电路有可变增益放大器、自动增益控制器等。
4. 去噪去噪是对输入信号中的噪声进行消除或减弱的方法。
通过去噪电路，可以提高信号的信噪比，使得信号更加清晰和可靠。
常见的去噪电路有降噪滤波器、自适应滤波器等。
四、信号调理电路的应用案例1. 传感器信号调理在传感器应用中，信号调理电路起到了至关重要的作用。
传感器常常输出微弱的信号，需要通过信号调理电路进行放大和滤波，以提高信号的可靠性和准确性。
2. 通信系统中的信号调理在通信系统中，信号调理电路用于对输入信号进行放大、滤波和增益控制等处理。
通过信号调理电路，可以保证信号在传输过程中的稳定性和完整性，提高通信质量。
3. 生物医学信号调理生物医学领域中的信号调理电路常常用于对生物信号进行处理和分析。
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3 直流电桥
R1 R3
●平衡条件
R1 R3 R2 R4
R4
E
R2
V
V
R1 R3 R2 R4 ( R1 R2 )( R3 R4 )
E
5.2 信号放大电路 令：
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R1 R
R2 R
R3 R
R4 R dR
V
RR R ( R dR ) ( R R )( R R dR )
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
5.2 信号放大电路 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:
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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。
5.2 信号放大电路
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2 交流放大电路
5.3调制与解调
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动手做： 用个人测试实验室中数字 信号发生器、波形运算器 等软件芯片，设计一个非 抑制调幅与解调系统。
5.3调制与解调
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4 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.
x(t)
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乘法器
z(t)
x m(t)
放大器
乘法器
z(t)
滤波器
x(t)
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（数学分析）
x(t)
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乘法器
z(t)
x (t )
z (t )
x m(t)
放大器
xm (t ) x (t ) cos(2f z t )
z (t )
z(t)
y (t ) [ A0 * x (t )] cos(2ft )
调制
放大
缓变信号
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
x(t)
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乘法器
z(t)
x m(t)
放大器
乘法器
z(t)
滤波器
x(t)
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（频谱分析）
5.3调制与解调
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非抑制调幅
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 ) D x (t )
xm (t ) [ D x (t )] cos(2ft )
5.3调制与解调
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调幅
5.3调制与解调
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，因为频率调制足一种非线性调制。
5.3调制与解调
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案例：旋转机械扭距测量
5.3调制与解调
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案例：铁路机车调度 信号检测
调制频率8.5Hz，绿灯 调制频率23.5Hz，红灯
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 f L )
5.2 信号放大电路
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b) 频率调制(FM)
y (t ) A cos(2 [ f 0 x (t )] * t )
c) 相位调制(PM)
y (t ) A cos(2ft [ 0 x (t )])
5.3调制与解调
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3 幅度调制
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 化而变化．
第五章、测试信号调理技术
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5.2 信号放大
分类
直流放大器 特点 低频保留,高频截止
交流放大器
放大器 直流电桥 交流电Hale Waihona Puke 电荷放大器高频保留,低频截止
5.2 信号放大电路
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1 直流放大电路
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。
y (t ) A cos(2 [ f 0 x (t )] * t )
5.3调制与解调
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5.3调制与解调
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鉴频：
T2
T4
T1
T3
F
5.3调制与解调
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优点：抗干扰能力强。
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．
E 4 dR R
E
5.2 信号放大电路
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4 交流电桥
传感器
传感器
●平衡条件 电感
Z1Z 3 Z 2 Z 4
电容
5.2 信号放大电路 电桥的接法：
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单臂
半桥
全桥
5.2 信号放大电路
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5 电荷放大器
q e i (C a C c C i ) ( e i e y )C f
工程测试技术基础
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第五章、测试信号调理技术
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.了解信号滤波器工作原理
第五章、测试信号调理技术
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5.1 信号调理的目的
信号调理的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 对传感器测量信进行调制解调处理。
R1 R3
Vin
R2
Vo
R4
5.3调制与解调
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2 种类
x(t) 调制信号
0 t
载波信号
z (t ) A cos(2ft )
z(t)
0 t
5.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
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y (t ) [ A * x (t )] cos(2ft )
乘法器
y m (t ) x (t ) cos 2f z t
2
滤波器
x(t)
x (t ) 1 x (t ) cos(2 2 f z t ) 2
5.3调制与解调
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实验：同步调治与解调实验 上述调制方法，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．
ey Kq (C C f ) KC f
+
F
第五章、测试信号调理技术
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5.3调制与解调
1 目的
解决微弱缓变信号的放大以及信号 的传输问题。
第五章、测试信号调理技术
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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
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解调
二极管检波
低通滤波
5.3调制与解调
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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。
5.3调制与解调
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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．要求: fz＞fm