第13章 測試信號轉換與調(diào)理

1、江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院測試技術基礎測試技術基礎測試技術基礎測試技術基礎江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院第十三章第十三章 測試信號的轉換與調(diào)理測試信號的轉換與調(diào)理 信號的調(diào)制與解調(diào)信號的調(diào)制與解調(diào) 信號的濾波信號的濾波本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：測試技術基礎測試技術基礎 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋 電阻應變片將應變轉換為電阻的變化量，電阻應變片將應變轉換為電阻的變化量，測量電路測量電路將電阻的變化再轉換為電壓或電流信號將電阻的變化再轉換為電壓或電流信號，最終實現(xiàn)被，最終實現(xiàn)被測量的測量。測量的測量。 1 1、測量電

2、橋、測量電橋應變片應變片電橋按其電源性質(zhì)的不同可電橋按其電源性質(zhì)的不同可以分為以分為直流電橋直流電橋和和交流電橋交流電橋。直流電橋只能測量電阻，而直流電橋只能測量電阻，而交流電橋可用于測量電阻、交流電橋可用于測量電阻、電感和電容的變化。電感和電容的變化。 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋直流電橋的工作原理直流電橋的工作原理IadabURRRRRRRRUUU)(432142310 4231RRRR 平衡條件：平衡條件：輸出輸出定義定義電橋的靈敏度電橋的靈敏度為：為： 工作時，各橋臂阻值變化，則輸出電壓工作時，各橋臂阻值變化，則輸出電壓U0 0 0000/ RRU

3、SB實際使用中，為了簡化橋路設計，同時也為了得到電實際使用中，為了簡化橋路設計，同時也為了得到電橋的最大靈敏度，通常橋的最大靈敏度，通常R1=R2=R3=R4=R0,即為即為等臂電橋等臂電橋. 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋直流電橋的聯(lián)接方式直流電橋的聯(lián)接方式: a) a) 半橋單臂半橋單臂 b) b) 半橋雙臂半橋雙臂 c) c) 全橋全橋 IoURRRRRRRRU)(43421111半橋單臂半橋單臂：111RRR江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院11324112343113141234321411oIIIRR RR RUURRRRRRRR

4、RRRUURRRRRRRR電橋平衡時，鄰臂電阻之比相等，設其比值為電橋平衡時，鄰臂電阻之比相等，設其比值為n，即，即3241RRnRR江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院得得1211oIRnUURn所以所以半橋單臂電橋半橋單臂電橋的靈敏度的靈敏度為：為： 0211/1IUnSURRn實際使用中，為了簡化橋路設計，同時也為了得到電實際使用中，為了簡化橋路設計，同時也為了得到電橋的最大靈敏度，通常橋的最大靈敏度，通常R1=R2=R3=R4=R0,即為即為等臂電橋等臂電橋. 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋通常通常 RRIoURRU0041 IoURRR

5、U00024輸出電壓為輸出電壓為IoURRU0021 IoURRU00222111,RRRRRR半橋雙臂半橋雙臂:全橋接法全橋接法: 444333222111,RRRRRRRRRRRR，江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電橋的工作特性電橋的工作特性: 1 1）不同的接橋方式具有不同的電橋靈敏度，）不同的接橋方式具有不同的電橋靈敏度，盡量采盡量采用用半橋雙臂或全橋半橋雙臂或全橋方式。方式。IoURRU0041 IoURRU0021 IoURRU00在在 R R0 0RR0 0條件下，電橋的輸出與條件下，電橋的輸出與 R R0 0/R/R0 0成正比；成正比；全橋接法可以獲得最大的輸

6、出，其靈敏度為半橋單全橋接法可以獲得最大的輸出，其靈敏度為半橋單臂接法的臂接法的4倍倍 。13.0 電橋電橋123414IoUURRRRR江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院2 2）電橋的和差特性）電橋的和差特性)(4143210SUURRUII全橋接法：全橋接法：4 4橋臂均為工作應變片橋臂均為工作應變片相鄰橋臂：相鄰橋臂：應變極性相同時，電橋輸出電壓與兩應變極性相同時，電橋輸出電壓與兩應變差有關；應變極性相反時，電橋輸出電壓與應變差有關；應變極性相反時，電橋輸出電壓與兩應變和有關。兩應變和有關。相對橋臂：相對橋臂：輸出電壓與應變的關系和相鄰橋臂正輸出電壓與應變的關系和相鄰橋臂正

7、好相反。好相反。13.0 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院電橋的和差特性的實際應用：電橋的和差特性的實際應用：提高靈敏度提高靈敏度半橋雙臂或全橋聯(lián)接半橋雙臂或全橋聯(lián)接 相對橋臂：同極性相對橋臂：同極性 相鄰橋臂：反極性相鄰橋臂：反極性實現(xiàn)溫度補償實現(xiàn)溫度補償全橋自動補償全橋自動補償半橋雙臂：半橋雙臂：鄰臂鄰臂( (同一溫度場同一溫度場) )消除非測量載荷的干擾影響消除非測量載荷的干擾影響 13.0 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院; 0; 0;43332111MpMppppMM2;3131總又 測量用應變片測量用應變片補償用應變片補償用應變片pI

8、ISUSUU21410總總測量測量P消除消除M的影響的影響 13.0 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院2 2、溫度誤差及補償、溫度誤差及補償溫度誤差溫度誤差附加應變附加應變 3)3)其他：基底材料、粘合劑等受溫度影響其他：基底材料、粘合劑等受溫度影響tRRtRSR)(211)電阻溫度效應電阻溫度效應2)2)敏感柵與被測試件材料線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的電敏感柵與被測試件材料線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的電阻變化阻變化13.0 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋 橋路補償法橋路補償法電橋的和差特性電橋的和差特性 全橋自動補償；半橋鄰臂全橋自動補

9、償；半橋鄰臂江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院3 3、應變片的布置和接橋方式、應變片的布置和接橋方式 利用適當?shù)睦眠m當?shù)牟计徒M橋方式布片和組橋方式消除溫度變化和復合載消除溫度變化和復合載荷作用的影響，獲得最大的輸出靈敏度。荷作用的影響，獲得最大的輸出靈敏度。1 1）應變片應布置在彈性元件產(chǎn)生）應變片應布置在彈性元件產(chǎn)生應變最大應變最大的位置，并的位置，并沿主應力方向貼片；貼片處的應變盡量與外載荷沿主應力方向貼片；貼片處的應變盡量與外載荷呈線呈線性關系性關系（避開非線性區(qū)），同時應注意使該處不受非（避開非線性區(qū)），同時應注意使該處不受非待測載荷的干擾影響。待測載荷的干擾影響。2

10、 2）根據(jù)）根據(jù)電橋的和差特性電橋的和差特性，選擇適當?shù)慕訕蚍绞?，可以，選擇適當?shù)慕訕蚍绞?，可以使輸出的靈敏度最大，同時又能排除非待測載荷的影使輸出的靈敏度最大，同時又能排除非待測載荷的影響并進行溫度補償。響并進行溫度補償。 13.0 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋應變片應變片應變片的布置和接橋方式應變片的布置和接橋方式江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋交流電橋交流電橋 將直流電橋的電阻將直流電橋的電阻R用阻抗用阻抗Z代替，阻抗寫成代替，阻抗寫成復指復指數(shù)形式數(shù)形式，則交流電橋平衡條件為：，則交流電橋平衡條件為：132

11、41324z zzz 交流電橋平衡必須滿足兩個條件：相對兩臂阻抗之交流電橋平衡必須滿足兩個條件：相對兩臂阻抗之模的乘積應相等，并且它們的阻抗角之和也必須相等，模的乘積應相等，并且它們的阻抗角之和也必須相等，前者稱為交流電橋模的平衡條件，后者稱為相位平衡條前者稱為交流電橋模的平衡條件，后者稱為相位平衡條件。件。江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋 交流電橋有不同的組合，常用的有交流電橋有不同的組合，常用的有電容、電感電橋電容、電感電橋，其相鄰兩臂接入電阻，而另外兩臂接入相同性質(zhì)的阻抗，其相鄰兩臂接入電阻，而另外兩臂接入相同性質(zhì)的阻抗，例如都是電容或電感。例如都是電容

12、或電感。 a) a) 電容電橋電容電橋 b)b)電感電橋電感電橋 江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院224311)1()1(RCjRRCjR42134231CRCRRRRR圖圖a a電容電橋的平衡條件電容電橋的平衡條件 圖圖b b所示的電感電橋，其平衡條件所示的電感電橋，其平衡條件 224311)()(RLjRRLjR22314231RLRLRRRR13.0 電橋電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.0 電橋電橋直流電橋采用直流電源作激勵電源，穩(wěn)定性好；直流電橋采用直流電源作激勵電源，穩(wěn)定性好；電橋的平衡電路簡單，其輸出為直流量，可用直流儀表電橋的平衡電路簡單

13、，其輸出為直流量，可用直流儀表測量，精度高；測量，精度高；電橋的連接導線不會形成分布電容，因此對連接導線的電橋的連接導線不會形成分布電容，因此對連接導線的方式要求低；方式要求低；缺點缺點：易引入工頻干擾；作直流放大時，由于直流放大：易引入工頻干擾；作直流放大時，由于直流放大器一般比較復雜，且易受零漂和接地電位的影響。器一般比較復雜，且易受零漂和接地電位的影響。直流電橋適合于靜態(tài)量的測量。直流電橋適合于靜態(tài)量的測量。交流電橋輸出為交流信號（交流電橋輸出為交流信號（調(diào)幅波調(diào)幅波），外界工頻干擾不），外界工頻干擾不易被引入電路；但要求供橋電源穩(wěn)定性好。易被引入電路；但要求供橋電源穩(wěn)定性好。交流放大電

14、路簡單，且沒有零漂的影響。交流放大電路簡單，且沒有零漂的影響。直流電橋直流電橋交流電橋交流電橋江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院信號調(diào)理的目的是便于信號的傳輸與處理。信號調(diào)理的目的是便于信號的傳輸與處理。信號調(diào)理的目的信號調(diào)理的目的1 1）傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸）傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一步放大，送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。有的還要進行阻抗變換。2 2）有些傳感器輸出的電信號中混雜有干擾噪聲，需）有些傳感器輸出的電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。要去掉

15、噪聲，提高信噪比。3 3）某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳）某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信號進行調(diào)制解調(diào)處理。感器測量信號進行調(diào)制解調(diào)處理。13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1 目的目的解決微弱緩變信號放大以及信號傳輸問題。解決微弱緩變信號放大以及信號傳輸問題。-101-101-101-101-101江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸然后利用交流

16、放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中提取出放大后的緩變信號。出信號中提取出放大后的緩變信號。 例：交流電橋例：交流電橋VinR1R4R2R3V13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 調(diào)制：調(diào)制：利用某種信號來控制或改變另一信號利用某種信號來控制或改變另一信號( (高頻的高頻的正、余弦或方波正、余弦或方波) )的某個參數(shù)的某個參數(shù)( (幅值、頻率或相位幅值、頻率或相位) )的過程。的過程?？煞譃檎{(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。可分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。 調(diào)制波：調(diào)制波：調(diào)制中的控制信號調(diào)制中的控制信號( (低頻信號低頻信號) ) 載波：載波：載送低頻信號的高頻信號載

17、送低頻信號的高頻信號( (正、余弦或方波正、余弦或方波) ) 已調(diào)制波：已調(diào)制波：經(jīng)調(diào)制所得的高頻信號經(jīng)調(diào)制所得的高頻信號( (調(diào)幅波、調(diào)頻波調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波和調(diào)相波) ) 解調(diào)：解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復出原有低頻調(diào)制信號的過程從已調(diào)制波中恢復出原有低頻調(diào)制信號的過程2 2 基本概念基本概念13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院3 種類種類調(diào)制信號調(diào)制信號x(t)0t載波信號載波信號z(t)0t13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)不同，可分為三類。根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)不同，可分為三類。 002costfAtz江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技

18、大學機械工程學院a) 幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM)b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM) 002costftxAty txtfAty002cos13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 00d2costtxktfAty江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 調(diào)幅是將一個高頻正弦信號調(diào)幅是將一個高頻正弦信號(或稱載波或稱載波)與測試信號與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化。相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化。緩變信號緩變信號調(diào)制調(diào)制高頻信號高頻信號放大放大放大高頻放大高頻信號信號解調(diào)解調(diào)放大緩變放大緩變信號信號 tftxAty02cos4 幅值調(diào)制幅值調(diào)

19、制江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院幅度調(diào)制與解調(diào)過程幅度調(diào)制與解調(diào)過程( (波形分析波形分析) )乘法器放大器x(t)z(t)y(t)乘法器濾波器z(t)x(t)-101-101-101-101-101-1014 幅值調(diào)制幅值調(diào)制江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院幅度調(diào)制與解調(diào)過程幅度調(diào)制與解調(diào)過程( (頻譜分析頻譜分析) )乘法器放大器x(t)z(t)y(t)乘法器濾波器z(t)x(t)mfmf0f0f0f0f0f0f02 f02 fmfmfmfmf4 幅值調(diào)制幅值調(diào)制江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院幅度調(diào)制與解調(diào)過程（數(shù)學分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過

20、程（數(shù)學分析）乘法器放大器x(t)z(t)y(t)乘法器濾波器z(t)x(t)(tx tftxty02cos)(tz)(tz tftxtym022cos tftxtx04cos2124 幅值調(diào)制幅值調(diào)制江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院解調(diào)方法之一：同步解調(diào)解調(diào)方法之一：同步解調(diào) 解調(diào)時，所乘信號必須保證其頻率和相位與原載波信解調(diào)時，所乘信號必須保證其頻率和相位與原載波信號相同，故稱同步解調(diào)。號相同，故稱同步解調(diào)。 -505-101-505-101-505-101-505-101-505-1015 幅值解調(diào)幅值解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院解調(diào)方法之二：整流

21、檢波解調(diào)方法之二：整流檢波 若對信號若對信號x(t)進行偏置，疊加一個直流分量進行偏置，疊加一個直流分量D，使，使偏置后的信號都具有正電壓。偏置后的信號都具有正電壓。 txDt x tx調(diào)幅之前調(diào)幅之前5 幅值解調(diào)幅值解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 tftxDty02cos解調(diào)解調(diào)二極管檢波二極管檢波低通濾波低通濾波調(diào)幅調(diào)幅 ty5 幅值解調(diào)幅值解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 相敏檢波是利用交變信號在過零位時正、負極性發(fā)生突變，使調(diào)幅波相位（與載波信號比較）也相應地產(chǎn)生180相位跳變，從而既反映原信號的幅值又反映其相位。 特點: (1) 可以鑒別調(diào)制

22、信號的極性； (2) 不必對調(diào)制信號加直流偏置。解調(diào)方法之三：相敏檢波解調(diào)方法之三：相敏檢波5 幅值解調(diào)幅值解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院解調(diào)：相敏檢波解調(diào)：相敏檢波(e) 濾波后波形(d) 相敏檢波后波形(b) 載波(c) 放大后調(diào)幅波(a) 調(diào)制信號exR(t)e0e01e02=KR(t)5 幅值解調(diào)幅值解調(diào)典型相敏檢波電路江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 (a) 過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生的相位將發(fā)生180變化變化。y(t)t0 x(t)t06

23、幅值調(diào)制的失真幅值調(diào)制的失真江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 (b) 重疊失真：當載波頻率重疊失真：當載波頻率f 0 小于被測信號最高頻小于被測信號最高頻率率f m 時，調(diào)幅波頻譜將出現(xiàn)頻率重疊時，調(diào)幅波頻譜將出現(xiàn)頻率重疊 要求：要求： f 0f m Y( f )-f0f006 幅值調(diào)制的失真幅值調(diào)制的失真江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院動態(tài)電阻應變儀動態(tài)電阻應變儀 電橋由振蕩器提供等幅高頻振蕩電壓（相當于載波）。被測量(力、應變等，相當于調(diào)制波)通過電阻應變片控制電橋輸出。電橋輸出為調(diào)幅波，放大后，經(jīng)相敏檢波與低通濾波，提取出被測信號。7 幅值調(diào)制與解調(diào)的應用

24、幅值調(diào)制與解調(diào)的應用江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院8 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻是利用信號調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率。的幅值調(diào)制載波的頻率。因此，調(diào)頻波是一種等幅波，但其疏密度因此，調(diào)頻波是一種等幅波，但其疏密度（即頻率）隨信號（即頻率）隨信號x(t)的幅值變化而變化。的幅值變化而變化。 00cosdy tAtk x tt13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 0tkx t其中其中江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院鋸齒波調(diào)頻鋸齒波調(diào)頻正弦波調(diào)頻正弦波調(diào)頻8 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 13.1 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科

25、技大學機械工程學院鑒頻：鑒頻：變壓器耦合的諧振回路鑒頻變壓器耦合的諧振回路鑒頻 第一步：第一步： 先將等幅調(diào)頻波轉換為幅值隨頻率變化的調(diào)頻先將等幅調(diào)頻波轉換為幅值隨頻率變化的調(diào)頻調(diào)幅波調(diào)幅波; ;調(diào)頻波的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波調(diào)頻波的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波 第二步：第二步： 檢測幅值的變化，得到原調(diào)制信號。檢測幅值的變化，得到原調(diào)制信號。 8 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào)江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院鑒頻：鑒頻：8 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào)回路輸入為等幅調(diào)頻波，當頻率偏離諧振頻率時，輸出幅值隨之下降。通常在諧振回路特性曲線的亞諧振接近直線段進行頻率電壓變換。 頻率與 相同

26、，幅度受 頻率變化而變化。aefefe江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院優(yōu)點：抗干擾能力強。優(yōu)點：抗干擾能力強。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的帶寬的20倍；頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制，調(diào)頻系統(tǒng)倍；頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制，調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)更為復雜。較之調(diào)幅系統(tǒng)更為復雜。 調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并調(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而外界干擾主要影響信號的幅值。非振幅之中，而外界干擾主要影響信號的幅值。 缺點：占頻帶寬度大，復雜缺點：占頻帶寬度大，復雜8 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào)

27、江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院濾波器是一種選頻裝置，可以使濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。大地衰減其它頻率成分。13.2 濾波濾波 Krohn-Hite 濾波器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院1 濾波器分類（根據(jù)濾波器選頻作用）濾波器分類（根據(jù)濾波器選頻作用） 低通低通高通高通13.2 濾波濾波江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院帶通帶通帶阻帶阻1 濾波器分類（根據(jù)濾波器選頻作用）濾波器分類（根據(jù)濾波器選頻作用） 13.2 濾波濾波江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程

28、學院2 濾波器的串濾波器的串/并聯(lián)并聯(lián)低通濾波器和高通濾波器是兩種最基本的濾波器形低通濾波器和高通濾波器是兩種最基本的濾波器形式，其它濾波器可看做為這兩種濾波器的組合。式，其它濾波器可看做為這兩種濾波器的組合。低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器13.2 濾波濾波江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院3 理想濾波器理想濾波器 理想濾波器指能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都理想濾波器指能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)頻率成分都衰減為零的濾波器。不失真，阻帶內(nèi)頻

29、率成分都衰減為零的濾波器。其它0)(020ffeAfHctfj)(2)(22)(000ttfttfsinfAthccc13.2 濾波濾波)()()(thtxty江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院理想濾波器的理想濾波器的物理不可實現(xiàn)物理不可實現(xiàn) 理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應函數(shù)理想濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應函數(shù) 為為 函數(shù)。脈沖響應的波形沿橫坐標向左、右無限延伸。函數(shù)。脈沖響應的波形沿橫坐標向左、右無限延伸。3 理想濾波器理想濾波器)(thcsin)( fHcf)(tht 給理想濾波器一個脈沖激勵，在給理想濾波器一個脈沖激勵，在 時刻單位脈時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已有響應

30、了。故物理不沖輸入濾波器之前，濾波器就已有響應了。故物理不可實現(xiàn)?？蓪崿F(xiàn)。0t江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 理想濾波器的單位階躍響應理想濾波器的單位階躍響應 濾波器階躍響應的建立時間和帶寬成反比。濾波器階躍響應的建立時間和帶寬成反比。 通帶越寬，衰減的高頻分量越少，信號能量更多、通帶越寬，衰減的高頻分量越少，信號能量更多、更快地通過，因此建立時間越短。更快地通過，因此建立時間越短。 濾波器的帶寬表示它的頻率分辯能力。通帶窄，濾波器的帶寬表示它的頻率分辯能力。通帶窄，則分辨力高則分辨力高濾波器的高分辯能力與測量時的快速濾波器的高分辯能力與測量時的快速響應要求相矛盾。響應要求相

31、矛盾。3 理想濾波器理想濾波器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院4 實際濾波器實際濾波器 理想濾波器是不存在的，實際濾波器幅頻特性中理想濾波器是不存在的，實際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴格界限，存在過渡帶。通帶和阻帶間沒有嚴格界限，存在過渡帶。 0fA13.2濾波濾波江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院02A0ABWQ/0d0B2cf1cff1) 截止頻率截止頻率 ： 所對應的頻率。所對應的頻率。2) 紋波幅度紋波幅度 ：繞繞幅頻特性均值幅頻特性均值 波動值波動值3) 帶寬帶寬 和品質(zhì)因數(shù)和品質(zhì)因數(shù) ：上下兩截止頻率間的范圍上下兩截止頻率間的范圍稱為帶寬。中心頻

32、率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù)稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質(zhì)因數(shù) 。cfd0707. 0AQ0AB4 實際濾波器實際濾波器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院4) 倍頻程選擇性倍頻程選擇性W 在上截止頻率在上截止頻率fc2與與2fc2之間幅頻特性的衰減值，之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。 倍頻程衰減量以倍頻程衰減量以dB/oct表示表示(Octave，倍頻程，倍頻程)。衰。衰減越快減越快(即即W值越大值越大)，濾波器的選擇性越好。，濾波器的選擇性越好。22220lgccfAfAW4 實際濾波器實際濾波器江蘇科技大學機械工程學院江

33、蘇科技大學機械工程學院5 恒帶寬、恒帶寬比濾波器恒帶寬、恒帶寬比濾波器 實際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實際濾實際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實際濾波器中心頻率與帶寬之間的關系，可分為兩種。波器中心頻率與帶寬之間的關系，可分為兩種。13.2 濾波濾波江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院1) 恒帶寬帶通濾波器恒帶寬帶通濾波器 中心頻率為上下截止頻率的算術平均值。中心頻率為上下截止頻率的算術平均值。2)(210ccfff 5 恒帶寬、恒帶寬比濾波器恒帶寬、恒帶寬比濾波器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院2) 恒帶寬比帶通濾波器恒帶寬比帶通濾波器 中心頻率為上下截止頻率的幾何平均值。中心頻率為上下截止頻率的幾何平均值。帶寬與中心頻率的比值稱相對寬度。帶寬與中心頻率的比值稱相對寬度。210ccfffQbfBb10 5 恒帶寬、恒帶寬比濾波器恒帶寬、恒帶寬比濾波器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院倍頻程濾波器倍頻程濾波器 5 恒帶寬、恒帶寬比濾波器恒帶寬、恒帶寬比濾波器江蘇科技大學機械工程學院江蘇科技大學機械工程學院 6 濾波電路濾波電路(1) 無源濾波器無源濾波器 由無源器件（R、L、C）構成的濾波器。帶載能力差，當負載變化時，其放大倍數(shù)和通帶截止頻率均發(fā)生變化，往往不能滿足信號處理的要求。(2) 有源濾波器有源濾波器由有源器件（三極