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模拟信号的含义与定义
信号是数据的电气表示。信号可以表示消息、图像、声音、测量值以及定义为一组值的任何其他内容。
本文将讨论模拟信号、它们的处理方式以及用于处理模拟信号的工具。模拟信号与数字信号的不同之处在于模拟信号是连续的，在数据点之间具有无限小的渐变。数字信号是离散的，在设定的时间间隔内具有不同的值。
什么是模拟电信号？
模拟信号是根据某个时变参数连续无限变化的电压、电流或物理量。例如，无线电波、电视波或声波都是模拟信号的示例。
模拟信号的两种类型：
- 连续时间信号：任何连续的时间函数都被认为是连续时间信号。最常见的例子是正弦曲线。
- 离散时间信号：由相等时间增量（或样本）分隔的任何实数序列都被视为离散时间信号。一个常见的例子是数字音频信号，它代表一系列相等时间增量的瞬时振幅。
Common Analog Signal Issues and Troubleshooting Steps
Using this checklist, you can diagnose and fix the most common types of analog signal problems. Engineers can troubleshoot and resolve signal quality problems effectively by systematically going through each step.
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模拟信号处理
模拟信号处理使用电子设备对连续的模拟信号进行放大、滤波和限幅等各种操作。它涉及连续时间处理，其中数量随时间连续变化。
用于模拟信号处理的工具包括示波器、电源、函数发生器、信号发生器、射频模拟信号发生器和其他电子测试设备。
- 示波器：示波器是一种电子测试设备，允许工程师实时查看电路的行为。来自被测电路的输入信号从输入通道发送到示波器的“水平”输入端，然后在屏幕上显示为波形。
- 电源：将低电压、高电流电压转换为更可用形式的电子设备。
- 函数发生器：函数发生器是一种产生波形的电子测试设备。这些用于测试其他电子测试设备的正常运行或创建用于收听或测量的音频信号。大多数函数发生器产生各种波形，通过前面板上的按钮切换到电路中。这些波形类型包括正弦波、锯齿波、三角波、方波、脉冲波和斜坡波。
- 模拟音频信号发生器：在电子学中，音频信号发生器是一种电子测试设备，可产生音频范围内的电信号。这些信号通常使用压控振荡器或脉冲序列创建，然后在发送到扬声器之前路由到放大器，扬声器的输出构成所需的声音。
- 函数发生器：函数发生器是一种产生波形的电子测试设备。这些用于测试其他电子测试设备的正常运行或创建用于收听或测量的音频信号。大多数函数发生器产生各种波形，通过前面板上的按钮切换到电路中。这些波形类型包括正弦波、锯齿波、三角波、方波、脉冲波和斜坡波。
- 射频模拟信号发生器： RF 模拟信号发生器是一种测试设备，用于生成和应用正弦波、方波（脉冲）、锯齿波和三角波等信号。它还可以用于在给定范围内扫描频率。
测量模拟信号
模拟信号源的振幅为以伏特为单位，模拟信号的频率以赫兹为单位。正弦波峰峰值电压振幅的单位称为伏特。伏特和电流之间的关系也可以通过欧姆定律表示：：伏特 = 电流 × 电阻.
电压是最常见和最方便的能量形式之一，因为它比其他类型的能量（例如电流）需要更少的空间。
从模拟信号中获得的信息
模拟信号包含三种类型的信息：
- 振幅（或幅度）
- 频率
- 相位
振幅：交流正弦波的电压与其峰峰值和平均值成正比。例如，如果我们有两个振幅不同但频率相同的正弦波，除非我们先对它们的振幅进行归一化，否则它们在示波器上将无法区分。如果我们将每个电压测量值除以信号振幅，那么我们可以将电压用作自变量。
频率：波形的角频率是每秒振荡的弧度数，可以用赫兹（每秒周期数）来测量。例如，如果我们有两个频率不同但振幅相等的正弦波，除非我们先对它们的振幅进行归一化，否则它们在示波器上将无法区分。如果将每个频率乘以其相应的归一化振幅测量值，则可以将频率用作自变量。
相位：相位是一个波形与另一个具有相同频率和振幅的波形相比“落后”或“提前”的时间。可以将其视为波形在其周期中的距离。
使用示波器测量模拟信号
模拟示波器是一种测量仪器，用于将随时间变化的模拟信号作为波形显示在屏幕上。屏幕上显示的波形可以是 AC（交流）信号或脉冲 DC（直流）信号。
- 交流信号是电压或电流极性反复反转的信号。
- 直流信号是电压或电流极性恒定的信号。
数字示波器是一种将波形数字化并在屏幕上显示的仪器。它利用采样原理来测量模拟信号。在离散的时间实例中对输入信号进行采样，称为采样，然后将这些采样绘制为 x 轴（时间轴）上的电压电平。
模拟信号可以用垂直或水平偏转显示， 而数字信号只能用水平偏转显示。
关于带宽和速度，与数字示波器相比，模拟示波器的带宽往往更宽但扫描速度更慢，数字示波器往往带宽更窄但扫描速度更快。此外，由于模拟信号的性质，示波器必须为每次新的屏幕更新重建波形，从而导致测量之间的延迟并影响示波器的带宽和速度。
用示波器测量电压信号
电压信号是根据其振幅e（也称为强度或强度）来测量的。电压信号通常是相对于地测量的，因为当有参考点时它们很容易测量。在实验中有时会同时使用正电压和负电压，因此示波器需要为每个被监控的输入提供两个垂直通道，以同时显示波形的两个极性。
模拟示波器上的控件
模拟示波器上的控件是不同的选项，可让您控制输入信号在其屏幕上的显示方式。这些控件包括
- 垂直增益
- 水平时基
- 触发方式
- 标记设置
垂直增益控制是一个旋钮，可让您调整信号在示波器屏幕上向上或向下移动时的幅度变化量。这不能针对数字信号进行调整，因为每个方波都有无限的幅度，这意味着它们将在两种电压状态（正和负）之间不断变化。
水平时基控制示波器在一个波形完成后用新波形刷新屏幕之前等待的时间。这取决于您的输入信号是模拟信号还是数字信号，也可以通过标记为“A”和“μs/DIV”的预设按钮或标记为“1X”和“10”的旋钮进行控制。
触发方式控制示波器在检测到大部分输入信号后如何触发其屏幕刷新。根据您的输入信号是模拟还是数字，有不同的模式可供选择，每种触发模式都有相应的按钮，分别标记为“AUTO”、“EXT TRIG”和“INT TRIG”。
标记设置控制可以在输入波形顶部显示多少电压值，以及这些电压值是否显示为点或刻度（代表时间单位）。
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主要术语
| 占空比 | 占空比的计算方法是将 1 除以波形的周期，然后将结果乘以 100%。 |
| 上升时间 | 上升时间是信号从一种状态变为另一种状态的速度。上升时间仅适用于数字信号，因为模拟信号自然具有零上升时间，因为它们在两种状态（正/负）之间不断变化。 |
| 下降时间 | 下降时间是信号从一种状态变为另一种状态的速度。与上升时间一样，下降时间仅适用于数字信号，因为模拟信号自然具有零下降时间，就像它们的上升时间一样。 |
| 频率内容 | 仅适用于模拟或脉冲输入，因为正弦波固有地携带频率信息。 |
| 波峰因数 | 仅适用于具有显著振幅的电压和频率，因为它指的是在示波器的 x 轴上显示时，信号的峰值与其平均值相比要高多少。 |
| 带宽 | 带宽是电子信号可以通过的范围。 |
| 噪音水平 | 噪声水平是指设备或电路能够放大的频率范围。 |
| 模拟频率 | 也称为基带信号，是调制数字数据传输的连续波形。 |
| 模拟信号多路复用器 | 一种用于模拟信号组合多个信号以共享信号带宽的设备。 |
| 模拟信号延迟电路 | 允许用户将输入的电信号存储特定的时间量，并在稍后的时间或以另一个电压电平输出存储的电信号。 |
| 模拟信号放大电路 | 放大模拟信号强度的设备。仪器中使用的电路有几种不同的类型，例如示波器和函数发生器，它们可以分为线性和非线性配置。 |
| 模拟信号调制 | 通过直接改变信号的振幅、频率或相位来传输信号的方法。一个简单的例子是正弦波作为 AM 无线电波传输。 |
Common Analog Signal Issues and Troubleshooting Steps
Using this checklist, you can diagnose and fix the most common types of analog signal problems. Engineers can troubleshoot and resolve signal quality problems effectively by systematically going through each step.
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