第四章 信号的转换与调理

俗语信号的调制过程
信号的调制过程是一种将信息编码到载波信号中的过程，以便在信道中进行传输。

调制是通信系统中的核心环节，它将低频信号转换为高频信号，以便在无线信道中传输。

调制的过程可以分为以下几个步骤：
1.信号的调制：将原始信号（基带信号）调制到载波信号上，以搬移基带信号的频谱。

调制可以通过多种方式实现，如调幅、调频和调相。

2.已调信号的传输：已调信号通过信道传输到接收端。

在传输过程中，可能会受到噪声和其他干扰的影响，导致信号质量下降。

3.信号的解调：在接收端，使用与发送端相反的解调过程将已调信号还原为原始信号。

解调器从已调信号中提取出基带信号，以便后续处理。

4.信号的解调参数：在解调过程中，需要正确设置解调参数，如载波相位、载波频率和调制系数等。

这些参数的设定对于解调质量至关重要。

5.信号的恢复：最后，通过进一步处理和解码，将解调后的基带信号恢复成原始信息形式，以便于终端用户使用。

在实际应用中，调制过程通常由调制器和解调器完成。

调制器负责将基带信号调制到载波上，而解调器则负责从已调信号中还原出基带信号。

不同的调制方案具有不同的特点和适用场景，需要根据实际需求选择合适的调制方式。

第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。

解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩积分区间取（-T/2，T/2）00000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, ) T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±± 。

(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nInR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩ ππ21,3,,(1cos )00,2,4,6, n An A c n n n n ⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩πππ1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nI n nRπn c πφn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

图1-4 周期方波信号波形图1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。

解答：00002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰rmsx ==== 1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。

阎石数电第六版课后习题答案详解第四章答案4.1 课后习题答案4.1.1 选择题1.D2.A3.C4.B5.D4.1.2 填空题1.根据电压传输特性，高电平有效表示1，低电平有效表示0。

2.BJT的三个极性分别为：发射极（E），基极（B）和集电极（C）。

3.晶体管的三种基本工作状态依次为：截止状态、放大状态和饱和状态。

4.按照输入信号的种类，门电路可以分为与门、或门和非门。

5.集合的补集就是集合中没有包含的元素的集合。

4.1.3 简答题1.电流的方向取决于载流子的类型和移动方向。

对于正电荷载流子而言，电流方向与电荷运动方向相同；对于负电荷载流子而言，电流方向与电荷运动方向相反。

2.PN结正向偏置时，外加电压的正极连接在PN结P 区，负极连接在N区；PN结反向偏置时，外加电压的正极连接在PN结N区，负极连接在P区。

3.开关电路的基本特点是可以根据输入端的信号状态，控制输出端的电信号的开闭状态，实现信号的转换和处理。

4.门电路是由多个晶体管组成的电子元器件，主要用于逻辑运算和处理。

根据输入的不同电平状态，门电路可以控制输出信号的开闭状态，并实现逻辑运算或处理。

5.满足布尔代数规律的基本逻辑运算有与运算、或运算和非运算。

与运算表示两个输入信号都为高电平时输出高电平，否则输出低电平；或运算表示两个输入信号只要有一个高电平时输出高电平；非运算表示输入信号取反输出。

4.2 课后习题详解4.2.1 选择题1.D。

根据题意，要求电路在正常情况下工作，应选择晶体管的工作状态为饱和状态。

2.A。

根据题意，要求晶体管作为开关，VBE应大于0.7V才能导通。

由VBE = 1.5V，符合要求。

3.C。

根据题意，要求晶体管作为开关，VCBO应大于15V才能保证不失效。

由VCBO = 25V，符合要求。

4.B。

根据题意，要求晶体管作为开关，VCEO应大于20V才能保证不失效。

由VCEO = 40V，符合要求。

5.D。

根据题意，要求晶体管作为开关，ICBO应尽可能小以避免漏电流过大。

第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。

这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。

2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。

3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛性 。

4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬变周期 信号。

5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方差 。

6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 关于Y 轴 （偶） 对称，虚频谱（相频谱）总是 关于原点（奇） 对称。

（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。

（ √ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

（ √ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。

（ × ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。

（ × ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。

（ √ ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。

2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。

3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。

4、求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。

5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。

第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。

2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。

（机械制造⾏业）机械⼯程测试技术基础课后试题及答案《机械⼯程测试技术基础》课后答案章节测试题第⼀章信号及其描述（⼀）填空题1、测试的基本任务是获取有⽤的信息，⽽信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。

这些物理量就是，其中⽬前应⽤最⼴泛的是电信号。

2、信号的时域描述，以为独⽴变量；⽽信号的频域描述，以为独⽴变量。

3、周期信号的频谱具有三个特点：，，。

4、⾮周期信号包括信号和信号。

5、描述随机信号的时域特征参数有、、。

6、对信号的双边谱⽽⾔，实频谱（幅频谱）总是对称，虚频谱（相频谱）总是对称。

（⼆）判断对错题（⽤√或×表⽰）1、各态历经随机过程⼀定是平稳随机过程。

（）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

（）3、⾮周期信号的频谱⼀定是连续的。

（）4、⾮周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲⼀样。

（）5、随机信号的频域描述为功率谱。

（）（三）简答和计算题1、求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值µ|x|和均⽅根值x rms 。

2、求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x µ，均⽅值2x ψ，和概率密度函数p(x)。

3、求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。

4、求被截断的余弦函数≥<=T t T t tt x ||0||cos )(0ω的傅⽴叶变换。

5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。

第⼆章测试装置的基本特性（⼀）填空题1、某⼀阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输⼊信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω，幅值=y ，相位=φ。

2、试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。

3、为了获得测试信号的频谱，常⽤的信号分析⽅法有、和。

一、填空（每空1份，共20分）1.测试技术的基本任务是获取有用的信息2.从时域看，系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。

3.信号的时域描述，以时间(t) 为独立变量；而信号的频域描述，以频率f 或)(ω为独立变量。

4.如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于 100Hz。

5.在桥式测量电路中，根据其激励电压（或工作电压或桥压或电源）的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。

6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体机械形变引起的电阻变化，后者利用半导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。

7.压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。

8.带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1，其带宽B =12ccff-；若其带宽为1/3倍频程则fc2= 32 fc1。

9.属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器电容式传感器、电感式传感器等。

10. 根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。

11. 相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理12 测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数进行数学描述。

二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题1分，共10分）1．不能用确定的数学公式表达的信号是 D 信号。

A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机2．平稳随机过程必须 B 。

A 连续 B统计特征与时间无关 C 各态历经 D 统计特征等于时间平均3．一阶系统的动态特性参数是 C 。

A 固有频率B 阻尼比C 时间常数D 灵敏度4．系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 A 。

A 回程误差B 绝对误差C 相对误差D 非线性误差5．电阻应变片的输入为 B 。

A 力B 应变C 速度D 加速度6． D 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。

第四章 信号调理主要内容:电桥、滤波器、调制解调电路和模数转换电路的工作原理及用途。

本章要求:了解各种转换电路的基本概念、工作原理、用途和特点；掌握各种转换电路的一般应用。

第一节 电 桥按激励电压分:供桥电源电压是直流电压时，称直流电桥；供桥电源电压为交流电压时，称交流电桥。

按工作方式分: 电桥的工作方式有偏差工作方式和调零工作方式。

一、直流电桥1．平衡电桥输出电压为： U 0=U BA -U DA =I 1R 1-I 2R 4 =S S U R R R U R R R 434211+-+=S U R R R R R R R R ))((43214231++-由上式可见：若R 1R 3=R 2R 4，则输出电压必为零，此时电桥处于平衡状态，称为平衡电桥。

平衡电桥的平衡条件为：R 1R 3=R 2R 42．非平衡电桥（1）单臂工作电桥这里以桥臂电阻R 1作为工作臂，如图4-1。

设R 2=R 3=R 4=R 0，R 1=R 0+ΔR ，其中R 0为一常数，则输出电压为S O U R R R R R R R R U ))((43214231++-=若电桥用于微电阻变化测量，有ΔR 远小于R 0，则（2）双臂工作电桥两个邻边桥臂有相同的微电阻变化，如电阻R 1有变化R 0+ΔR ，R 2有变化R 0-ΔR 0，可导出公式（3）四臂工作电桥四个桥臂均有相同的微电阻变化，且电阻变化以差动方式增大或减小，满足以下关系： R 1=R 2=R 3=R 4=R 0ΔR 1=ΔR 2=ΔR 3=ΔR 4=ΔRSO U R R U 04∆≈SO U RR U 02∆=图4-1直流电桥SU RR R ∆+∆=240其输出电压为3．讨论（1）电桥的灵敏度 在电桥电路中灵敏度定义为它将ΔR/R 0作为输入，而不是仅把ΔR 当作输入。

由此可以求得上述各种电桥的灵敏度分别为S 1=1/4U O ；S 2=1/2U O ；S 4=U O 。

《机械工程测试技术基础》课后答案章节测试题第一章 信号及其描述(一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息,而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。

这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。

2、 信号的时域描述，以 时间（t ） 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率（f) 为独立变量。

3、 周期信号的频谱具有三个特点(离散性,谐波性,收敛性）4、 非周期信号包括准周期信号和 非周期瞬态 信号。

5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ，均方值2x ψ，方差2x σ6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 ｙ轴 对称,虚频谱（相频谱)总是对称。

(二)判断对错题（用√或×表示)1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。

(√ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

(√ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。

( ╳ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。

（╳ )5、 随机信号的频域描述为功率谱。

（√ )(三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|ｘ｜和均方根值x ｒms 。

2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p （x ）。

3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。

4、 求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。

5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。

第一章 信号及其描述(一）1、信号；2、时间(t ）,频率（f ）;３、离散性，谐波性,收敛性;４、准周期,非周期瞬态;５、均值x μ，均方值2x ψ，方差2x σ；６、偶,奇;（二）1、√;2、√；3、╳;4、╳；5、√；（三）1、π02x ,20x ;２、０,220x ，)cos(10ϕωπ+t x ；３f j a A π2+、；4、()()T f c T T f c T )2(sin )2(sin 00ωπωπ-++； 5、fa j f a πωπω44202220+--；第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ,输入信号2sin )(t t x =,则输出信号)(t y 的频率为=ω ,幅值=y ,相位=φ 。