傳感與檢測技術(shù)課件：ch22-測量信號調(diào)理-之34

1、 第22章 測量信號調(diào)理22.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.4 信號分離電路(選講)122. 測量信號調(diào)理22.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.1 概述1）調(diào)制解調(diào)的功用及目的 從含噪信號中分離出測量信號是檢測電路的任務(wù)。功用：為便于區(qū)別信號與噪聲，給被測量信號賦予一定特征。方法：先將微弱緩變信號加載到高頻交流信號中，再用交流放大器放大，再從放大器輸出中取出放大的緩變信號。目的：解決微弱緩變信號的放大及信號傳輸問題，提高信號的抗干擾能力。2）調(diào)制與解調(diào)概念調(diào)制是用調(diào)制信號去控制載波信號，讓后者的某一特征參數(shù)（A、 、B）按前者變化。解調(diào)是信號經(jīng)調(diào)制后，經(jīng)過放大、分離等處理，從已調(diào)信號中提取反映原被測

2、值信息的信號的過程。222.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.1 概述2）調(diào)制方法 幅值A(chǔ) 調(diào)幅 高頻正弦信號 頻率 調(diào)頻 載波信號 相位 調(diào)相 高頻脈沖信號 脈沖寬度B 脈沖調(diào)寬 調(diào)制信號原被測信號ux 調(diào)幅信號 載波信號高頻信號uc 調(diào)頻信號 已調(diào)信號調(diào)制后的信號us 調(diào)相信號 調(diào)寬信號TB322.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2調(diào)幅式測量電路1）調(diào)幅原理與方法調(diào)幅是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號的幅值按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。 調(diào)幅信號的一般表達式可寫為： us=(Um+mx)coswct；Umcoswct載波信號；Um 載波信號幅值；x調(diào)制信號；m 調(diào)制

3、度；c為載波信號的角頻率。 a)調(diào)制信號tuxOtb)載波信號OucusOtc)雙邊帶調(diào) 幅信號422.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2調(diào)幅式測量電路1）調(diào)幅原理與方法 調(diào)制信號x可按任意規(guī)律變化，為方便可假設(shè)調(diào)制信號x是角頻率為的余弦信號x=Xmcost，因此，上式調(diào)幅信號可寫為： 它含三個不同頻率的信號: 角頻率為c的載波信號和角頻率分別為c的上下邊頻信號。載波信號中不含調(diào)制信號x的信息，因此可取Um=0，只保留兩個邊頻信號。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制。其數(shù)學(xué)表達式為:為正確進行調(diào)制必須要求c，通常至少要求c10。522.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路1）調(diào)幅原理與方法例：若

4、被測信號變化頻率為0100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號放大器的通頻帶？信號解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？解： 為正確進行信號調(diào)制必須滿足c，通常至少要求c10。這樣，解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號。 被測信號的頻率為0100Hz，則載波信號頻率c1000Hz。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應(yīng)為9001100Hz。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)100Hz，即讓0100Hz的信號順利通過，將900Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200Hz。 622.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路2）傳感器調(diào)制 為提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號一形成

5、就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此，常在傳感器中進行調(diào)制。(1) 通過交流供電實現(xiàn)調(diào)制如，電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。(2) 用機械或光學(xué)的方法實現(xiàn)調(diào)制 除了通過對傳感器用交流供電的方式引入載波信號、實現(xiàn)信號調(diào)制外，還可用機械或光學(xué)方法實現(xiàn)信號調(diào)制。R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號的調(diào)制 圖 測表面粗糙度時進行光電信號的調(diào)制1被測工件2調(diào)制盤3、6光欄4激光器5濾光片7光電元件722.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路3）電路調(diào)制 若傳感器輸出為非調(diào)制信號，也可用電路對信號進調(diào)制。(1) 乘法器調(diào)制圖 用乘法器實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制ux：與測量信號x成比例

6、的調(diào)制信號， 為低頻輸入信號uc：載波信號，uc=Umcoswt uo ：輸出為高頻信號822.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路3）電路調(diào)制(2) 開關(guān)電路調(diào)制uxuoUcV2V1Uc uotO Uc OttO uxb)波形圖圖(5) 開關(guān)式相乘調(diào)制Uc為高時Uc為低，Uc為低時Uc為高a)電路圖歸一化方波載波信號的付氏級數(shù)：922.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路3）電路調(diào)制(3) 信號相加調(diào)制T1+ ux -+ ux -+ uc -VD1i1VD2i2 載波信號T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號圖 通過控制開關(guān)電路是實現(xiàn)的信號相加式平衡調(diào)幅電路條件:ux=

7、Uxmcost, uc=Ucmcos ct, UcmUxm; i3=n3(i1-i2)=2n3uxK(ct)/r輸出:uo=Uxmcostcoswct1022.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路4）包絡(luò)檢波電路(1) 包絡(luò)檢波解調(diào)或檢波：從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程。 幅值調(diào)制是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此，調(diào)幅信號的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號一致。若能檢出調(diào)幅信號的包絡(luò)線即能實現(xiàn)解調(diào)。此方法稱包絡(luò)檢波。(2) 包絡(luò)檢波的基本原理 由圖可見，從圖a所示調(diào)幅信號中，截去其下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號(全波檢波或截去其上半部)，再經(jīng)低通濾波，即可獲得所需調(diào)制信號，

8、實現(xiàn)解調(diào)。可見包絡(luò)檢波建立在整流原理基礎(chǔ)上。1122.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)幅式測量電路4）包絡(luò)檢波電路(3) 二極管與三極管包絡(luò)檢波基本電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性 器件 低通濾波器C1a) 二極管檢波電路VRLC2Tic+us_+_非線性 器件 低通濾波器uoEcb) 晶體管檢波電路圖(8) 包絡(luò)檢波電路條件：1/wRLC20usR2R1R3R4us-+N1-+N2b）正輸入等效電路uo=-ususmXm.調(diào)頻的優(yōu)點：抗干擾能力強。 因調(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，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅之中。調(diào)頻的缺點：占頻帶寬度大，系統(tǒng)復(fù)雜

9、。 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20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。3222.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路1）調(diào)頻原理與方法(1) 調(diào)頻信號的一般表達式調(diào)頻：用調(diào)制信號x控制高頻載波信號的頻率。常用線性調(diào)頻，使得被調(diào)信號頻率按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。 調(diào)頻信號us的一般表達式為： us=Umcos(c+mx)t式中 c為載波信號的角頻率；Um為調(diào)頻信號中載波信號的幅度；m為調(diào)制度。調(diào)頻信號的波形如下圖所示。xtOOtusa) 調(diào)制信號b) 調(diào)頻信號3322.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路1）調(diào)頻原理與方法(2

10、) 傳感器調(diào)制 右圖為一個測力或壓力的振弦式傳感器，振弦3的一端與支承4相連，另一端與膜片1連接，振弦的固有頻率隨張力T 變化而變化。振弦在磁鐵2形成的磁場內(nèi)振動時產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其輸出為調(diào)頻信號。圖 測力或壓力的振弦式傳感器3422.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路1）調(diào)頻原理與方法(3) 電路調(diào)制 信號的調(diào)頻采用電路實現(xiàn)。只要能用調(diào)制信號去控制產(chǎn)生載波信號的振蕩器頻率，就可實現(xiàn)調(diào)頻。電容三點式LC振蕩器調(diào)頻電路:LCTC1C2+Ec圖 電容三點式LC振蕩器調(diào)頻電路3522.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路1）調(diào)頻原理與方法(3) 電路調(diào)制多諧振蕩器調(diào)頻電路:a

11、）電路圖b）波形圖Vs將輸出uo穩(wěn)定在Ur；UcUrR4/(R4+R3)使N翻轉(zhuǎn)，輸出-Ur； Uc-UrR4/(R4+R3)使N翻轉(zhuǎn)，輸出Ur。 充電回路時間常數(shù)(R+Rp)C決定震蕩頻率。3622.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路2）鑒頻電路 對調(diào)頻信號實現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號中檢出反映被測量變化的調(diào)制信號稱為頻率解調(diào)或鑒頻。(1) 微分鑒頻原理 將調(diào)頻信號us=Umcos(wc+mx)t 對t求導(dǎo)數(shù)得到調(diào)頻調(diào)幅信號： -Um (wc+mx)sin(wc+mx)t 。 利用包絡(luò)檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號的信息： Um (wc+mx)。(2)微分鑒頻電路C1uous

12、VDVRLC2+Ec-ieic微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波C1usud+r+-圖 微分鑒頻電路3722.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路2）鑒頻電路(3) 窄脈沖鑒頻電路放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 低通濾波器usUsUsuoOc)ustttOOb)a) Usuo圖 窄脈沖鑒頻電路a) 調(diào)頻信號b) 窄脈沖 c) 輸出3822.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.2 調(diào)頻式測量電路2）鑒頻電路(4)數(shù)字式頻率計CpusUU計數(shù)器鎖存器清零DG&SRQDZDS圖 基于測量周期的調(diào)頻信號解決方法3922.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路1）調(diào)相原理與方法(1) 調(diào)相信號的一般表達式

13、調(diào)相就是用調(diào)制信號x控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調(diào)相，即使得被調(diào)相信號的相位按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。 調(diào)相信號us的一般表達式可寫為：us=Umcos(wc t +mx)式中，wc為載波信號的角頻率；Um為調(diào)相信號中載波信號的幅度；m為調(diào)制度。這種調(diào)相信號的波形如圖所示。4022.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路1）調(diào)相原理與方法(1) 調(diào)相信號的一般表達式a)b)c)txOttucusOO圖(35) 調(diào)相信號的波形a）調(diào)制信號；b）載波信號；c）調(diào)相信號 實際上，調(diào)相信號的瞬時頻率也在不斷變化，由上式可得瞬時頻率：w=wc+mdx/dt 可知：若調(diào)制參數(shù)為x，us

14、為調(diào)相，若調(diào)制信號為dx/dt,則us為調(diào)頻。4122.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路1）調(diào)相原理與方法(2) 傳感器調(diào)制 同調(diào)幅、調(diào)頻的情況一樣，為提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號剛一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常常在傳感器中進行調(diào)制。13245M圖 感應(yīng)式扭距傳感器M 4222.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路1）調(diào)相原理與方法(2) 傳感器調(diào)制XY21a)aabWB12VP1VPnYOb)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn圖 莫爾條紋信號的調(diào)制a) 莫爾條紋形成原理；b）光通量波形；c）光電元件的排列；d）調(diào)相信號的形成 ； 1標(biāo)尺光柵 ； 2指示

15、光柵4322.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路1）調(diào)相原理與方法(2) 電路調(diào)制調(diào)相電橋a) 電路圖；b）矢量圖oURUCUsUUCURUTRCUs圖(38) 變壓器式調(diào)相電橋-+N2-+N1RR1R1CUsU2U2U2- 用運放代替變壓器構(gòu)成的調(diào)相電橋 N1，N2形成兩個幅值相同、極性相 反的電壓，加在R,C上。R或 C變化 輸出調(diào)相信號4422.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路1）調(diào)相原理與方法(2) 電路調(diào)制-脈沖采樣式調(diào)相電路U0門限檢測電路脈沖發(fā) 生器載波頻率鋸齒波發(fā)生器輸出調(diào)相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kux+ujtOuxb

16、)d)c)e)UcU0圖 脈沖采樣式條相電路a) 框圖b) 參考信號c) 鋸齒波d) 鋸齒波+調(diào)制信號e) 調(diào)相脈沖4522.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路2）鑒相電路鑒相：從調(diào)相信號中將反映被測量變化的調(diào)制信號檢出，實現(xiàn)調(diào)相信號的解調(diào)，又稱為相位檢波。(1) 用相敏檢波器或乘法器鑒相乘法器鑒相;開關(guān)式相敏檢波相加式相敏檢波鑒相(2)通過相位-脈寬變換鑒相異或門鑒相a) 基本電路 b) 波形圖 c) 數(shù)字式相位計d) 輸出特性4622.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路2）鑒相電路(2)通過相位-脈寬變換鑒相a)QQSRUcUsc)N,uo0221ttttb)O

17、OBQUsUcuoOUcUsOOt圖 RS觸發(fā)器鑒相a) 基本電路 b) 波形圖c) 輸出特性4722.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路2）鑒相電路(3)脈沖采樣式鑒相uo單穩(wěn)鋸齒波發(fā)生器采樣保 持濾波器Ucuj UcUsue)tOa)b)c)d)U cOttOU stOujtOuuo圖 脈沖采樣式鑒相電路工作原理圖 脈沖采樣式鑒相電路的波形采得的電壓值由Us與Uc的相位差決定；Us ：被調(diào)相信號4822.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.3 調(diào)相式測量電路3) 各種鑒相方法比較影響鑒相誤差的主要因素：非線性、信號幅值、占空比、門電路與時鐘脈沖頻率等。RS觸發(fā)器鑒相: 精度最高，線

18、性好，對Us和Uc的占空比沒有要求。鑒相范圍：接近2。相敏檢波器或乘法器鑒相: 原理上有非線性，信號幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍：/2 。脈沖采樣鑒相: 鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近2。異或門鑒相: 占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為0。相位脈寬變換鑒相：門電路的動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對精度有影響，但一般誤差較小。4922.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.4 脈寬調(diào)制測量電路1）脈沖調(diào)制原理與方法脈沖調(diào)制指用脈沖作為載波信號的調(diào)制方法。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬(PWM)。 脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達式:B=b+mx，其波形如圖所示。Ua) 調(diào)制信號b) 脈沖調(diào)寬信號txOx

19、TBtO圖 脈沖調(diào)寬信號的波形5022.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.4 脈寬調(diào)制測量電路2）傳感器調(diào)制1243567910118M圖(46) 用激光掃描的方法測量工件直徑1、10為透鏡；2為棱鏡；3為電動機；4為激光源；5、6為反射鏡；7、9為保護玻璃；8為工件；11為光電元件5122.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.4 脈寬調(diào)制測量電路3）電路調(diào)制(1) 參量調(diào)寬R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoVSR3-+NR1Rp3，Rp2是差動工作的傳感器的兩臂，兩者之和不變，因而電路的頻率不變。uCuR3R4CR2RR1uxVSuou+-+Nux為正使u+升高，u+高使uo處于高電平的

20、脈寬加大，uo為低電平的時間縮短；反之，u+下降，使uo處于低電平的脈寬加大，uo處于高電平的脈寬減小，使脈寬受到調(diào)制。(2)電壓調(diào)寬5222.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.4 脈寬調(diào)制測量電路4) 脈沖調(diào)制信號的解調(diào) PWM信號的解調(diào)主要有兩種方式:將脈寬信號Uo 送入一個低通濾波器，濾波后的輸出uo 與脈寬B成正比。 Uo 用作門控信號，只有當(dāng)Uo 為高電平時，時鐘脈沖Cp才能通過門電路進入計數(shù)器。這樣進入計數(shù)器的脈沖數(shù)N與脈寬B 成正比。兩種方法均具有線性特性。5322.3 信號調(diào)制解調(diào)電路22.3.4 脈寬調(diào)制測量電路4) 脈沖調(diào)制信號的解調(diào)脈沖調(diào)制測量電路應(yīng)用舉例:-+N2-+N1S

21、R-+N3uoR2R1VD1VD2DFV1V2V3V4-6V+12VUcC1C2QQ圖 脈寬調(diào)制式電容測量電路5422.4 信號分離電路(選講)22.4.1 濾波器的基本知識 濾波是測量系統(tǒng)排除干擾、抑制噪聲常用的方法。濾波技術(shù)分為硬件濾波和軟件濾波。硬件濾波是用電路組成濾波器對信號進行處理，抑制不需要的頻率成分信號；軟件濾波是通過計算機程序，采用某些算法對信號進行處理。 硬件濾波器是一種選頻電路，它讓指定頻段的信號以固定增益通過，而抑制其余頻段的信號或使其極大地衰減。 作用：一是濾除噪聲，二是分離各種不同的信號。依據(jù)不同分類方法，濾波器有多種不同類型： 按處理信號的性質(zhì)不同分為模擬濾波器和數(shù)

22、字濾波器； 根據(jù)濾波器以何種方法逼近理想濾波器，可分為巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器和貝塞爾濾波器等； 根據(jù)濾波器處理信號的頻帶，濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器及全通濾波器等。 5522.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識1) 模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性(1) 傳遞函數(shù)：輸出與輸入信號電壓或電流的拉氏變換之比，它表達了濾波器的輸入與輸出間的傳遞關(guān)系。 經(jīng)分析，任意個互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡單的一階與二階濾波電路級聯(lián)構(gòu)成。(2) 頻率特性 若濾波器的輸入信號Ui是角頻率為的單位

23、信號，其輸出Uo(j)=H(j)表達了在單位信號輸入下輸出信號隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡稱頻率特性。 頻率特性H(j)的幅值A(chǔ)()稱為幅頻特性，其幅角()表示輸出信號的相位相對輸入信號相位的變化，稱相頻特性。5622.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識2）濾波器的主要特性指標(biāo)(1) 特征頻率通帶截頻fp= p/(2): 通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個規(guī)定下限。阻帶截頻fr= r/(2)： 阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一個規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率fc= c/(2)：為信號幅值衰減到0.707(約3dB)時的頻率，在很

24、多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。固有頻率f0= 0/(2)：電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個固有頻率。 5722.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識2）濾波器的主要特性指標(biāo)(2) 增益與衰耗 濾波器在通帶內(nèi)的增益，并非常數(shù)。低通濾波器：通帶增益Kp， 一般指=0時的增益；高通指 時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。帶阻濾波器：應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。通帶增益變化量Kp：指通帶內(nèi)各點增益的最大變化量，若Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。 5822.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識2）濾波器的主要特性指標(biāo)(3) 阻尼系數(shù)與品

25、質(zhì)因數(shù)阻尼系數(shù)：表征濾波器對角頻率為0信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標(biāo)。品質(zhì)因數(shù)：評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標(biāo)，是阻尼系數(shù)的倒數(shù)： Q= 0/ 式中，為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬， 0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。 5922.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識2）濾波器的主要特性指標(biāo)c)a)b)OOA()A()d)OA()OA()圖 各種濾波器頻率特性示意帶通濾波器帶阻濾波器低通濾波器高通濾波器6022.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識3）濾波器特性的逼近 理想濾波器要求幅頻特性A()在通帶內(nèi)為常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，

26、沒有過渡帶，還要求群延時函數(shù)在通帶內(nèi)為一常量，這在物理上無法實現(xiàn)。 實踐中往往選擇適當(dāng)逼近方法，實現(xiàn)對理想濾波器的最佳逼近。 測控系統(tǒng)中常用的三種逼近方法為：巴特沃斯逼近，切比雪夫逼近，貝賽爾逼近 。(1)巴特沃斯逼近 其基本原則是使幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，并且單調(diào)變化。其幅頻特性為：6122.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識3）濾波器特性的逼近(1)巴特沃斯逼近n階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為:其中,0.51.0/0n=2n=4n=5120A1-1800/0n=5n=4n=2-3602/() 三種巴特沃斯低通濾波器頻率響應(yīng)6222.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本

27、知識3）濾波器特性的逼近(2) 切比雪夫逼近 這種逼近方法的基本原則是允許通帶內(nèi)有一定的波動量Kp。其幅頻特性為：(3) 貝賽爾逼近 與前兩種不同，它主要側(cè)重于相頻特性，其基本原則是使通帶內(nèi)相頻特性線性度最高，群時延函數(shù)最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小。6322.4 信號分離電路22.4.1 濾波器的基本知識3）濾波器特性的逼近/000.51221341.0A-180-3600121234/0246800.20.40.60.81.0t/t0213uo(t)/ui圖 四種五階低通濾波器的頻率特性a）幅頻特性b）相頻特性 1為貝賽爾濾波器；2為巴特沃斯濾波器； 3為通帶波動為0.5d

28、B的切比雪夫濾波器； 4為通帶波動為2dB的切比雪夫濾波器圖 三種二階低通濾波器的單位階躍響應(yīng)1為貝賽爾逼近；2為巴特沃斯逼近；3為通帶波動為2dB的切 比雪夫逼近6422.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式1）壓控電壓源型濾波電路 如下圖1所示為壓控電壓源型二階濾波電路的基本結(jié)構(gòu)圖，該電路的傳遞函數(shù)為: 當(dāng)yi(i=1,2,3,4,5)選擇電阻和電容元件，電路即可構(gòu)成低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等濾波電路。圖1 壓控電壓源型二階濾波電路的基本結(jié)構(gòu)6522.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式1）壓控電壓源型濾波電路低通濾波器 在上圖

29、1中取y1與y2為電阻，y3和y5為電容，y4=0可構(gòu)成低通濾波器，如圖a所示。不同值的二階低通濾波器的幅頻和相頻特性分別如圖b，c所示。6622.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式1）壓控電壓源型濾波電路高通濾波器 在上圖1中取y1與y2為電容，y3和y5為電阻，y4=0可構(gòu)成高通濾波器，如圖a所示。不同值的二階高通濾波器的幅頻和相頻特性分別如圖b，c所示。6722.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式1）壓控電壓源型濾波電路帶通濾波器 在基本結(jié)構(gòu)圖1中取y2與y4為電容，y1,y3和y5為電阻，可構(gòu)成帶通濾波器, 如圖a所示,其品質(zhì)因數(shù)

30、為:為帶寬。 不同值二階帶通濾波器的幅頻特性和相頻特性如圖b、c所示。6822.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式1）壓控電壓源型濾波電路帶阻濾波器 下圖是基于RC雙T網(wǎng)絡(luò)的二階帶阻濾波電路。為滿足帶阻濾波傳函的要求，必須有：R1R2C3=(R1+R2)(C1+C2)R3或者R3=R1/R2, C3=C1/C2。實際取C1=C2=C3/2即可。其品質(zhì)因數(shù) 為:Q=0/= -1。 不同值二階帶阻濾波器的幅頻特性和相頻特性如圖a, b所示。6922.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式2）無限增益多路反饋型濾波電路 下圖所示為無限增益多路反饋型濾波電路的基本結(jié)構(gòu)圖，該電路的傳遞函數(shù)為： 當(dāng)yi(i=1,2,3,4,5)選擇不同的元件時，電路即可構(gòu)成低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等濾波電路。圖2 無限增益多路反饋型濾波電路基本結(jié)構(gòu)7022.4 信號分離電路22.4.2 二階RC有源濾波器的幾種電路形式2）無限增益多路反饋型濾波電路 在上圖2中取y4和y5為電容，其余為電阻，即可構(gòu)成低通濾波器，如圖a所示。 在上圖2中取y4和y5為電阻，其余為電容，即可構(gòu)成高通濾波器，如圖b所示。 在上圖2中取y2和y3為電容,y1,y4和y5為電阻，可