沈航傳感與測試技術(shù)第4章信號調(diào)理電路

1、2021-7-3112021-7-311信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路Signal Conditioning Circuit2021-7-312傳感器傳感器調(diào)理與處理調(diào)理與處理顯示或控制顯示或控制裝置裝置被測信號被測信號電信號電信號信號調(diào)理的信號調(diào)理的目的目的是便于信號的傳輸與處理。是便于信號的傳輸與處理。 信號調(diào)理電路的功能：信號調(diào)理電路的功能：(1) 電壓、電流調(diào)幅。電壓、電流調(diào)幅。(2) 構(gòu)成測量電路，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償、調(diào)零等功能。構(gòu)成測量電路，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償、調(diào)零等功能。(3) 調(diào)制與解調(diào)、濾波及線性化處理。調(diào)制與解調(diào)、濾波及線性化處理。2021-7-3132021-7-313(電橋電橋(信號的放大電路信

2、號的放大電路(信號的轉(zhuǎn)換電路信號的轉(zhuǎn)換電路(濾波電路濾波電路(調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)2021-7-314abcdR1R2R3R4I1I2UIUo直流電橋直流電橋電橋電橋指示儀表或放大器指示儀表或放大器R、L、CU(u)或或I(i)測量電橋測量電橋：(1) 把電阻、電容、電感等參數(shù)的變化，變換成電壓或把電阻、電容、電感等參數(shù)的變化，變換成電壓或電流的變化，便于信號的放大和處理。電流的變化，便于信號的放大和處理。(2) 能測量出微弱的阻抗變化量。能測量出微弱的阻抗變化量。(3) 通過采用對稱差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)組成差動(dòng)半橋或全通過采用對稱差動(dòng)式傳感器結(jié)構(gòu)組成差動(dòng)半橋或全橋來實(shí)現(xiàn)非線性誤差的補(bǔ)償，提高電橋

3、輸出的靈敏度。橋來實(shí)現(xiàn)非線性誤差的補(bǔ)償，提高電橋輸出的靈敏度。2021-7-3151. 1.按按分類分類 平衡電橋和不平衡電橋平衡電橋和不平衡電橋。2. 2.按按分類分類 直流電橋和交流電橋。直流電橋又分直流電橋和交流電橋。直流電橋又分為恒壓源電橋和恒流源電橋。為恒壓源電橋和恒流源電橋。 3. 3.按按分類分類 單臂電橋、半橋（雙臂）和全橋單臂電橋、半橋（雙臂）和全橋。 2021-7-316abcdR1R2R3R4I1I2UIUo直流電橋直流電橋：直流電源：直流電源四個(gè)四個(gè)均為電阻均為電阻應(yīng)用應(yīng)用：用于測量電阻、：用于測量電阻、電阻率的變化。常用于電阻率的變化。常用于以以的測量電路。的測量電路

4、。2021-7-317 adabUUUo2411IRIR 4231:)0(RRRRUo 則則若若使使電電橋橋平平衡衡 IURRRRRRRR43214231 相相對對橋橋臂臂電電阻阻乘乘積積相相等等直直流流電電橋橋平平衡衡條條件件：2021-7-318初始狀態(tài)調(diào)零。初始狀態(tài)調(diào)零。常用調(diào)零方法：常用調(diào)零方法：單臂串聯(lián)調(diào)節(jié)單臂串聯(lián)調(diào)節(jié)單臂并聯(lián)調(diào)節(jié)單臂并聯(lián)調(diào)節(jié)雙臂串聯(lián)調(diào)節(jié)雙臂串聯(lián)調(diào)節(jié)雙臂并聯(lián)調(diào)節(jié)雙臂并聯(lián)調(diào)節(jié)（1 1）單臂電橋）單臂電橋abcdR1+RR2R3R4I1I2UIUo電橋單臂電橋單臂04321RRRRR 若若 IoURRRRRRRRU43214231 I00200022URRRRRRRUo

5、則則：I004URRURRo ，所所以以：又又I024URRR （2 2）雙臂半橋）雙臂半橋 I00000022URRRRRRRRUo IoURRRRRRRRU43214231 I02URRUo abcdR1+RR3R4I1I2UIUo半橋雙臂半橋雙臂R2-R（3 3）全橋）全橋 IoURRRRRRRRU43214231 I0URRUo I2020202URRRRRUo I20044URRR abcdR1+RI1I2UIUo全橋全橋R2-RR3+RR4-R2021-7-3112設(shè)電橋工作時(shí)，四個(gè)橋臂的電阻值分別變化了R1、R2、R3和R4，則 )()()(2211443333224411RRR

6、RRRRRRRRRRRRREUo）（忽略二階增量并考慮電橋的初始平衡有)(44332211432141RRRRRRRRRRRRRREUo（2021-7-3113故由由R1 R4 =R2R3有有434212RRRRRR)(4433221122121RRRRRRRRRRRREUo（不平衡直流電橋的輸出靈敏度與以下幾個(gè)因素有關(guān)：不平衡直流電橋的輸出靈敏度與以下幾個(gè)因素有關(guān)：與電橋的供電電源電壓與電橋的供電電源電壓E成正比成正比與橋臂電阻的與橋臂電阻的阻值比阻值比有關(guān)有關(guān)與電橋的與電橋的工作臂的個(gè)數(shù)工作臂的個(gè)數(shù)有關(guān)有關(guān) 2021-7-3114不平衡直流電橋的應(yīng)用實(shí)例不平衡直流電橋的應(yīng)用實(shí)例電子秤電子秤

7、2021-7-31153. 平衡直流電橋平衡直流電橋特點(diǎn)：特點(diǎn)： 響應(yīng)速度慢，只適用于緩慢變化響應(yīng)速度慢，只適用于緩慢變化信號的檢測。信號的檢測。 測量精度高，其精度取決于電位測量精度高，其精度取決于電位器的精度。器的精度。 輸出與供橋電源電壓無關(guān)，可避輸出與供橋電源電壓無關(guān)，可避免由于電源電壓的不穩(wěn)定而帶來免由于電源電壓的不穩(wěn)定而帶來的干擾。的干擾。 2021-7-3116交流電橋平衡條件： 即： 幅值平衡 相角平衡 平衡條件平衡條件 144233)1()1(RCjRRCjR1423RRRR即4132CRCR平衡條件平衡條件 144233)()(RLjRRLjR即1423RRRR1423RL

8、RL2021-7-3117交流電橋的誤差分析 電橋中元件之間互感影響；無感電阻的殘余電抗；鄰近交流電路對電橋的感應(yīng)作用；電容的泄漏電阻及元件之間、元件與地之間的分布電容等 2021-7-3118信號放大電路的作用：信號放大電路的作用： 將傳感器輸出的微弱信號放大到足以進(jìn)將傳感器輸出的微弱信號放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理或推動(dòng)指示器、記錄器以及各行各種轉(zhuǎn)換處理或推動(dòng)指示器、記錄器以及各種控制機(jī)構(gòu)。種控制機(jī)構(gòu)。放大電路應(yīng)具有如下性能放大電路應(yīng)具有如下性能 :穩(wěn)定而足夠的放大倍數(shù)；穩(wěn)定而足夠的放大倍數(shù)；高輸入阻抗以與傳感器的輸出阻抗匹配；高輸入阻抗以與傳感器的輸出阻抗匹配；高共模抑制比以抑制共模干擾；

9、高共模抑制比以抑制共模干擾；低輸入失調(diào)電壓和電流、低溫漂和低噪聲低輸入失調(diào)電壓和電流、低溫漂和低噪聲 2021-7-3119測試系統(tǒng)中的放大電路：測試系統(tǒng)中的放大電路： 基本放大電路、電荷放大電路、儀器放基本放大電路、電荷放大電路、儀器放大電路和可編程增益放大電路。大電路和可編程增益放大電路。4.2.1典型放大電路典型放大電路 直流放大電路和交流放大電路直流放大電路和交流放大電路集成運(yùn)算放集成運(yùn)算放大器構(gòu)成。大器構(gòu)成。包括反相放大器、同相放大器和差包括反相放大器、同相放大器和差動(dòng)放大器。動(dòng)放大器。2021-7-31204.2.1典型放大電路典型放大電路1.直流放大電路直流放大電路反相放大電路反

10、相放大電路 12RRuuAiou 提高提高R2的值可提高放大倍數(shù)，一般的值可提高放大倍數(shù)，一般為幾十千歐至幾百千歐為幾十千歐至幾百千歐 平衡電阻平衡電阻R3=R1/R2 輸入電阻輸入電阻Ri= R1，輸出電阻趨于，輸出電阻趨于0。 特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，抗高頻干擾能力特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，抗高頻干擾能力強(qiáng)，提高輸入阻抗與提高增益之間強(qiáng)，提高輸入阻抗與提高增益之間存在矛盾存在矛盾 。2021-7-31214.2.1典型放大電路典型放大電路1.直流放大電路直流放大電路同相放大電路同相放大電路 特點(diǎn)：是抑制共模干擾能力差、特點(diǎn)：是抑制共模干擾能力差、輸入阻抗高、輸出阻抗低，抗輸入阻抗高、輸出阻抗低，抗高頻干擾能

11、力強(qiáng)，廣泛用于前高頻干擾能力強(qiáng)，廣泛用于前置放大級。置放大級。 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 4.2.1典型放大電路典型放大電路2021-7-3123差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 4.2.1典型放大電路典型放大電路uid差動(dòng)放大電路特點(diǎn)：有效抑制共模干擾信號，電路差動(dòng)放大電路特點(diǎn)：有效抑制共模干擾信號，電路結(jié)構(gòu)簡單，輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難。結(jié)構(gòu)簡單，輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難。 2021-7-31244.2.1 典型放大電路典型放大電路2.交流放大電路交流放大電路引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋后，放大電路的增益為：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋后，放大電路的增益為： 12RRAu321RRuuAiou2021-7

12、-31253.電壓跟隨器電壓跟隨器 特點(diǎn)：輸入阻抗高，輸出阻抗低特點(diǎn)：輸入阻抗高，輸出阻抗低 作用：緩沖、隔離和提高帶載能力。在電路中可以起作用：緩沖、隔離和提高帶載能力。在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級的放大電路更好到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級的放大電路更好的工作的工作 4.2.1 典型放大電路典型放大電路電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)接近電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)接近1。 2021-7-31264.2.2 電荷放大電路電荷放大電路輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系電荷電荷/ /電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 則當(dāng)忽略傳感器的泄漏電阻當(dāng)忽略傳感器的泄漏電阻R Ra

13、a和集成運(yùn)算放大和集成運(yùn)算放大器的輸入電阻器的輸入電阻R Ri i，并且不考慮虛線部分電路，并且不考慮虛線部分電路時(shí)，有時(shí)，有 而 則4.2.3 儀表放大電路儀表放大電路是專門精密差分電壓的放大器，它是專門精密差分電壓的放大器，它源于運(yùn)算放大器源于運(yùn)算放大器，且，且優(yōu)于運(yùn)算放大器優(yōu)于運(yùn)算放大器。具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低。具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)漂移、增益設(shè)置靈活和使用噪聲、低線性誤差、低失調(diào)漂移、增益設(shè)置靈活和使用方便等特點(diǎn)方便等特點(diǎn) 212121RRRuuRuugoogii)(2134ooouuRRu)(1 (212134iigouuRRRRRu202

14、1-7-31272021-7-31284.2.3 儀表放大電路儀表放大電路gRkG4 .491集成儀表放大器集成儀表放大器AD620AD620特點(diǎn)：高共模抑制比、高輸入阻抗、特點(diǎn)：高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移、低輸?shù)驮肼?、低線性誤差、低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移、低輸入偏執(zhí)電流和失調(diào)電流誤差、充裕的帶寬、具有入偏執(zhí)電流和失調(diào)電流誤差、充裕的帶寬、具有“檢測檢測”端和端和“參考參考”端。端。2021-7-31294.2.3 儀表放大電路儀表放大電路集成儀表放大器集成儀表放大器AD620AD620AD620AD620特點(diǎn)是體積小、功耗低、噪聲低和輸入偏置電流特

15、點(diǎn)是體積小、功耗低、噪聲低和輸入偏置電流低，通過外接電阻可以實(shí)現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)，工作電源范低，通過外接電阻可以實(shí)現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)，工作電源范圍為圍為(2.318)V(2.318)V，為雙對稱電源供電，一般常用，為雙對稱電源供電，一般常用12V12V。AD620AD620可作為電橋和熱電偶的放大電路，增益可作為電橋和熱電偶的放大電路，增益要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，不同類型的熱電偶的增益要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，不同類型的熱電偶的增益選擇不同。選擇不同。 2021-7-31304.2.4 程控增益放大電路程控增益放大電路是通過是通過的方法，的方法，也稱為可編程增益放大電路，簡稱也稱為可編程增益放大電路，簡稱P

16、GAPGA。 結(jié)構(gòu)形式多種多樣，分為結(jié)構(gòu)形式多種多樣，分為。 多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)A A2 2A A1 1A A0 0為地址選擇端，為地址選擇端，COMCOM為公共為公共端，端，GNDGND為接地端，當(dāng)為接地端，當(dāng)A A2 2A A1 1A A0 0 000000時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān)S S0 0閉合，通道閉合，通道I0I0與公與公共端共端COMCOM接通，其他開關(guān)斷開；當(dāng)接通，其他開關(guān)斷開；當(dāng) A A2 2A A1 1A A0 0 001001時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān)S S1 1閉合，通閉合，通道道I1I1與公共端與公共端COMCOM接通，其他開關(guān)接通，其他開關(guān)斷開；斷開；，依此類推。當(dāng)禁止端，依此類

17、推。當(dāng)禁止端EN=0EN=0時(shí)，通道時(shí)，通道I0I0I7I7均不通。均不通。 2021-7-31314.2.4 程控增益放大電路程控增益放大電路1.1.單運(yùn)放程控增益放大電路單運(yùn)放程控增益放大電路 )821(12，iRRAiu2.2.儀表放大器程控增益儀表放大器程控增益放大電路放大電路3.3.集成程控增益放大電路集成程控增益放大電路LH0084LH00844.2.4 程控增益放大電路程控增益放大電路集成程控增益放集成程控增益放大器是將大器是將等集成等集成在一起制成的單在一起制成的單片集成電路。片集成電路。. .可變增益輸入級可變增益輸入級. .差分輸出級差分輸出級. .譯碼器譯碼器. .開關(guān)驅(qū)

18、動(dòng)器開關(guān)驅(qū)動(dòng)器. .電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)。3.集成程控增益放大電路集成程控增益放大電路LH00844.2.4 程控增益放大電路程控增益放大電路.輸入級增益：輸入級增益：D1D0=00，Sa1、Sb1閉合閉合A1和和A2為電壓跟隨器。為電壓跟隨器。 Au1=1D1D0=01，Sa2、Sb2閉合閉合 D1D0=10，Sa3、Sb3閉合閉合 D1D0=11，Sa4、Sb4閉合閉合 2021-7-31343.集成程控增益放大電路集成程控增益放大電路LH0084當(dāng)當(dāng)6 6與與1010相連、相連、1313接地時(shí)接地時(shí) 19112RRAu當(dāng)當(dāng)7 7與與1010相連、相連、1212接地時(shí)接地時(shí)4913112RR

19、RAu當(dāng)當(dāng)8 8與與1010相連、相連、 1111接地時(shí)接地時(shí)1091513112RRRRAu.輸出級增益輸出級增益Au2：2021-7-31354.2.5 放大電路應(yīng)用實(shí)例放大電路應(yīng)用實(shí)例1.1.高精度壓力放大電路高精度壓力放大電路 2021-7-31364.2.5 放大電路應(yīng)用實(shí)例放大電路應(yīng)用實(shí)例2.2.光敏信號放大電路光敏信號放大電路 2021-7-31374.2.5 放大電路應(yīng)用實(shí)例放大電路應(yīng)用實(shí)例3.3.霍爾傳感器放大電路霍爾傳感器放大電路 4.3 信號的轉(zhuǎn)換電路信號的轉(zhuǎn)換電路將將電壓、電流、電阻和頻率電壓、電流、電阻和頻率等各類信號進(jìn)行等各類信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換的電路的電路 屬

20、于一種轉(zhuǎn)換電路屬于一種轉(zhuǎn)換電路將將電阻、電容、電感等轉(zhuǎn)電阻、電容、電感等轉(zhuǎn)換成電壓信號。換成電壓信號。 測試系統(tǒng)中常用的轉(zhuǎn)換電路：測試系統(tǒng)中常用的轉(zhuǎn)換電路：電壓和電流的轉(zhuǎn)換電壓和電流的轉(zhuǎn)換、頻頻率和電壓的轉(zhuǎn)換率和電壓的轉(zhuǎn)換等。等。 2021-7-31394.3 信號的轉(zhuǎn)換電路信號的轉(zhuǎn)換電路4.3.1 阻抗與電壓的轉(zhuǎn)換阻抗與電壓的轉(zhuǎn)換2.2.電容電容/ /電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路運(yùn)算放大電路法運(yùn)算放大電路法REFREFoxRVVR|1.1.電阻電阻/ /電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路ifxixfoUCCuCjCjU112021-7-31402.2.電容電容/ /電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路諧振電路法諧振電

21、路法4.3.1 阻抗與電壓的轉(zhuǎn)換阻抗與電壓的轉(zhuǎn)換2021-7-31414.3.2電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換 1.1.電壓電壓/ /電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 2021-7-3142引腳名 稱功 能1FB緩沖放大器輸出引腳，輸入信號一般不直接加在該引腳上2-SIG緩沖放大器的負(fù)引腳輸入3+SIG緩沖放大器的正引腳輸入42V FS輸入量程選擇引腳。接地： 02V；懸空：010V5COM公共端64mA ADJ4mA偏置電流微調(diào)端。該引腳上電壓不允許超過1V710V (FORCE)10V參考電壓輸出端。采用10V 參考電壓時(shí)，要求電源電壓大于12.5V82V (SENSE)2V 參考電壓輸

22、出端。腳7與腳8短接時(shí)，得到2V 參考電壓。采用2V 參考電壓時(shí)，要求電源電壓+4.5V+36V94mA(ON/OFF)4mA偏置電流選通端。接地，輸出420mA；接3V電壓，輸出020mA10ALARM輸出開路或越限(腳11電壓高于Vs-2V)報(bào)警端。報(bào)警時(shí)，引腳被拉低，最大灌入電流20mA12Iout電流輸出端。使用外接NPN晶體管輸出時(shí)，接晶體管基極。13Vs電源電壓，+4.5V+36V14BW ADJ帶寬調(diào)節(jié)端。在腳13、14 之間接適當(dāng)電容與內(nèi)部900電阻構(gòu)成低通濾波15Vos ADJ輸入緩沖放大器偏置調(diào)節(jié)端。16Vos ADJ同上工作電壓是工作電壓是+4V+4V+36V+36V，輸

23、入電壓范圍為，輸入電壓范圍為0V0V2V2V，或，或0V0V10V10V；輸出電流范圍為輸出電流范圍為0 020mA20mA或或4 4 20mA20mA。 2021-7-3143輸入量程選擇引腳輸入量程選擇引腳4 4懸空，表示輸入電壓范圍為懸空，表示輸入電壓范圍為0 010V10V，4mA4mA偏置電流選擇引腳偏置電流選擇引腳9 9接地，表示輸出電接地，表示輸出電流范圍流范圍4 420mA 20mA 。2021-7-31444.3.2 電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換電壓和電流的相互轉(zhuǎn)換 2.2.電流電流/ /電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 iRRiuo1iRRRVRRuPo31212)1 ()1 (2021-

24、7-3145集成電流集成電流/ /電壓轉(zhuǎn)換芯片電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472MAX472 A A、B B、C C三點(diǎn)的電位相三點(diǎn)的電位相等，因此有等，因此有i isensesenseR Rsensesense= =i iOUTOUT R RG G1 1，得：得： senseGOUTsenseOUTOUToiRRRRiu1senseGOUTsenseOUTOUToiRRRRiu14.3.3 電壓和頻率的轉(zhuǎn)換電壓和頻率的轉(zhuǎn)換 1.1.電壓電壓/ /頻率轉(zhuǎn)換電路頻率轉(zhuǎn)換電路 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路能把電壓頻率轉(zhuǎn)換電路能把信號輸信號輸出，輸出頻率與輸入電壓信號成比例，也稱為電壓出，輸出頻率與輸入電壓信號成比例，也

25、稱為電壓控制振蕩器（壓控振蕩器，控制振蕩器（壓控振蕩器，VCOVCO） 常用的電壓常用的電壓/ /頻率轉(zhuǎn)換電路有：頻率轉(zhuǎn)換電路有： 2021-7-31474.3.3 電壓和頻率的轉(zhuǎn)換電壓和頻率的轉(zhuǎn)換 (1)(1)積分復(fù)原型積分復(fù)原型 包括集成運(yùn)放包括集成運(yùn)放A1等構(gòu)成的等構(gòu)成的積分器積分器、集成運(yùn)放集成運(yùn)放A2等構(gòu)等構(gòu)成的成的 比較器比較器和三和三極管極管T與電阻與電阻R3構(gòu)構(gòu)成的成的復(fù)原開關(guān)復(fù)原開關(guān)組組成。成。2111UUTCRuiiouUUCRTf)(11211T2 T1，所以，所以T= T1+ T2T1，輸出脈沖的頻率輸出脈沖的頻率fo ZaURRRURRRU7667671ZaURRRU

26、RRRU7667672(1)(1)積分復(fù)原型積分復(fù)原型 4.3.3 電壓和頻率的轉(zhuǎn)換電壓和頻率的轉(zhuǎn)換 2021-7-3149K閉合t0期間放掉的電荷量Q1為 (2)(2)電荷平衡型電荷平衡型 )(01iItQsK斷開t1期間，ui對電容充電電荷量Q2= t1i，而Q1=Q2，有： 001) 1()(tiIiiIttss輸出脈沖uo的頻率fo為： 1001011RtIutIittTfsiso2021-7-3150(3)(3)集成電壓集成電壓/ /頻率轉(zhuǎn)換芯片頻率轉(zhuǎn)換芯片LM331 LM331 輸出脈沖uo的頻率fo為： LttisoRCRuRTf09. 212021-7-31512.2.頻率頻率

27、/ /電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 輸出電壓輸出電壓u uo o和輸入頻率和輸入頻率f fi i的關(guān)系為：的關(guān)系為： sittLoRfCRRu09. 22021-7-3152傳感器傳感器信號信號放大、放大、運(yùn)算等運(yùn)算等？回顧學(xué)過的濾波電路都有哪些？回顧學(xué)過的濾波電路都有哪些？2021-7-3153 也稱濾波器）就是一種選頻裝置，可也稱濾波器）就是一種選頻裝置，可使信號中使信號中，而極大的衰減其他，而極大的衰減其他頻率成分。頻率成分。 ：濾除測試系統(tǒng)中由于各種原：濾除測試系統(tǒng)中由于各種原因引入的噪聲和干擾；濾除信號調(diào)制過程中的載因引入的噪聲和干擾；濾除信號調(diào)制過程中的載波等無用信號；用于分離各種不同

28、的頻率信號，波等無用信號；用于分離各種不同的頻率信號，提取感興趣的頻率成分；對系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)行提取感興趣的頻率成分；對系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償。 2021-7-31541.1.按按分分 分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩類分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩類 2.2.按按分分 分為無源濾波器和有源濾波器兩類分為無源濾波器和有源濾波器兩類 3.3.按信號選通的按信號選通的分分 分低通、高通、帶通和帶阻濾波器分低通、高通、帶通和帶阻濾波器 2021-7-3155低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器 指通帶內(nèi)的幅頻特性的幅值。指通帶內(nèi)的幅頻特性的幅值。 f fp

29、 p= =p p/2/2為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。點(diǎn)信號增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。 f fr r= =r r/2/2為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號衰耗點(diǎn)信號衰耗( (增益的倒數(shù)增益的倒數(shù)) )下降到一人為規(guī)定的下限。下降到一人為規(guī)定的下限。 f fc c= =c c/2/2為信號增益下降了為信號增益下降了3dB3dB時(shí)的頻率，常作時(shí)的頻率，常作為截止頻率。為截止頻率。2021-7-31562021-7-31572021-7-3158(1)(1)無源無源RCRC低通濾波器低通濾波

30、器 1111)()()(sRCssUsUsHio1)2(1| )(|)(2ffHfAfarctgf2)(時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)= =RCRC。將將s s= =j2f代入得代入得 2021-7-3159(2)(2)無源無源RCRC高通濾波器高通濾波器 11)()()(ssRCsRCssUsUsHio1)2(2| )(|)(2fffHfAfarctgf290)(時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)=RC。將將s=j2f代入得代入得 2021-7-3160(3)(3)無源無源RCRC帶通濾波器帶通濾波器 111)()()(21121ssssHsHsH2021-7-3161(1)(1)有源低通濾波器有源低通濾波器 1+1)+1

31、 (= 1+1)+1 (=)()(=)(1212s RRRCsRRsUsUsHio1111)()()(11sRRRCsRRsUsUsHio2021-7-3162（2 2）二階有源低通濾波器）二階有源低通濾波器 1+1+1=)1+1(1+1=)(2122211sKssCRRRsCRsHf可改寫為可改寫為 2222)(nnnssKsH2RRKf其中其中 22112111CRCRn)(2)(2221121CRCRnn2021-7-3163（3 3）二階有源高通濾波器）二階有源高通濾波器 2222)(nnssKssH其中其中 )1 (34RRK22111CRCRn22112111222)1 (CRCR

32、CRCRCRK2021-7-3164二階有源帶通濾波器二階有源帶通濾波器 其中其中 222)(nnssKssH1211CRRRRKf2143242CCRRRRRn)111(21141231312CRRRCRCRCRfn2021-7-3165頻率特性為頻率特性為 222)()(nnjjKjjH幅頻特性為幅頻特性為 2222)()2()(nnKA將將= =n n代入得通帶增益為代入得通帶增益為 nKA20得品質(zhì)因數(shù)為：得品質(zhì)因數(shù)為： 二階有源帶通濾波器二階有源帶通濾波器 2021-7-3167用于信號的頻譜分析和信號中特定頻率成用于信號的頻譜分析和信號中特定頻率成分的提?。环值奶崛。挥糜跒V出信號中

33、的高頻干擾和噪聲；用于濾出信號中的高頻干擾和噪聲；用于聲發(fā)射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲；用于聲發(fā)射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲；用作電渦流測振儀中的陷波器用作電渦流測振儀中的陷波器 2021-7-31682021-7-3169就是用一個(gè)信號（稱為調(diào)制信號）去控制另一個(gè)就是用一個(gè)信號（稱為調(diào)制信號）去控制另一個(gè)作為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特作為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。征參數(shù)按前者變化。是從已經(jīng)調(diào)制的信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程是從已經(jīng)調(diào)制的信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程 。以高頻正弦信號作為載波信號時(shí)，可以對幅以高頻正弦信號作為載波信號時(shí)，可以對幅值、頻率

34、和相位這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為：值、頻率和相位這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為： 幅值調(diào)制幅值調(diào)制(AM)，即，即； 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)，即，即； 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM)，即，即2021-7-31701.1.幅值調(diào)制幅值調(diào)制 幅值調(diào)制（調(diào)幅）幅值調(diào)制（調(diào)幅）就是用被測低頻緩變信號與高頻就是用被測低頻緩變信號與高頻信號相乘，使高頻信號的信號相乘，使高頻信號的而而變化，輸出的已調(diào)制波的過程。變化，輸出的已調(diào)制波的過程。常用的方法常用的方法是是線性調(diào)幅線性調(diào)幅，將被測信號，將被測信號x(t)和載波信號和載波信號y(t)=sin0(t)通過乘法器后，輸出通過乘法器后，輸出xm(t)= x(t)

35、 y(t)= x(t) sin0(t)即為調(diào)幅波即為調(diào)幅波 )(21)(212sinsin)(0000ffffjtftty)(*)(21)(*)(212sin)()(000fffXfffXjtftxtxm)(21)(21)(00ffXffXjtxm2021-7-3171幅幅值值調(diào)調(diào)制制 調(diào)幅的過程相等于頻譜調(diào)幅的過程相等于頻譜“搬移搬移”的過程的過程 2021-7-312.2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (1)(1)包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法 圖：圖：RCRC低通濾波器，采用適當(dāng)?shù)屯V波器，采用適當(dāng)?shù)亩O管實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的解調(diào)。的二極管實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的解調(diào)。還可以選用三極管和場效應(yīng)還可以選用三極管和場效應(yīng)管來

36、實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的解調(diào)。管來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的解調(diào)。2021-7-3173732.2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) 當(dāng)原始的被測信號不全為正當(dāng)原始的被測信號不全為正時(shí)，會出現(xiàn)什么情況？時(shí)，會出現(xiàn)什么情況？可見：出現(xiàn)了失真現(xiàn)象?？梢姡撼霈F(xiàn)了失真現(xiàn)象。2021-7-31742.2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (2)(2)同步解調(diào)法同步解調(diào)法與載波信號相乘與載波信號相乘 )4cos1 (21)(2sin2sin)()()(000tftxtftftxtytxm)2(21)2(214cos000fffftf)2(41)2(41)(21)4cos1 (21)()()(000ffXffXfXtftxtytxm再通過低通濾波器和放大器，恢復(fù)原始的低頻被測信號。再通過低通濾波器和放大器，恢復(fù)原始的低頻被測信號。2021-7-312.2.幅值調(diào)制的解調(diào)幅值調(diào)制的解調(diào) (3)(3)相敏檢波法相敏檢波法通過判斷調(diào)制信號極性通過判斷調(diào)制信號極性 當(dāng)調(diào)制信號當(dāng)調(diào)制信號( (被測信號被測信號) ) x x( (t t) )為正時(shí)，調(diào)幅波為正時(shí)，調(diào)幅波x xm m( (t t