第五章 信號(hào)的變換與處理

1、第五章第五章 信號(hào)的變換與處理信號(hào)的變換與處理放大放大濾波濾波電信號(hào)電信號(hào)被被測(cè)測(cè)量量電壓電壓/電流電流/頻率等頻率等A/D顯示顯示記錄記錄電阻電阻/電感電感/電容等變化電容等變化1 1、了解、了解模擬信號(hào)放大模擬信號(hào)放大電路原理電路原理2 2、了解、了解信號(hào)濾波器信號(hào)濾波器工作原理工作原理3 3、了解、了解信號(hào)調(diào)制解調(diào)信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理原理本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求傳傳感感器器傳感器傳感器基本轉(zhuǎn)基本轉(zhuǎn)換電路換電路 信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。是便于信號(hào)的傳輸與處理。 1 1、傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接送傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接送到顯示、記錄或

2、分析儀器，需要放大，有的還要進(jìn)行阻到顯示、記錄或分析儀器，需要放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換?？棺儞Q。 2 2、有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。需要去掉噪聲，提高信噪比。 3 3、某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。傳感器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。 關(guān)于信號(hào)放大關(guān)于信號(hào)放大 目的：目的：幅度增加，抗干擾、阻抗匹配幅度增加，抗干擾、阻抗匹配放大器類型放大器類型特點(diǎn)特點(diǎn)傳感器典型應(yīng)用傳感器典型應(yīng)用直流放大器直流放大器對(duì)信號(hào)電壓的對(duì)信號(hào)電壓的大小放大大

3、小放大，信，信號(hào)在零點(diǎn)上方或下方波動(dòng)號(hào)在零點(diǎn)上方或下方波動(dòng)電阻應(yīng)變計(jì)、電阻式傳感器、電阻應(yīng)變計(jì)、電阻式傳感器、鉑熱電阻測(cè)溫傳感器等鉑熱電阻測(cè)溫傳感器等交流放大器交流放大器對(duì)信號(hào)電壓大小的對(duì)信號(hào)電壓大小的變化放大變化放大，信號(hào)在零點(diǎn)上下波動(dòng)信號(hào)在零點(diǎn)上下波動(dòng)差動(dòng)變壓器、電容式、電感差動(dòng)變壓器、電容式、電感式傳感器等式傳感器等電荷放大器電荷放大器對(duì)電荷信號(hào)直接放大。對(duì)電荷信號(hào)直接放大。壓電式傳感器。壓電式傳感器。放大器特性比較放大器特性比較 分類分類 直流放大器：直流放大器：低頻保留低頻保留, ,高頻截止高頻截止 交流放大器：交流放大器：高頻保留高頻保留, ,低頻截止低頻截止 電荷放大器電荷放大器

4、 直流電橋直流電橋 交流電橋交流電橋 直直流流放放大大器器交流放大器交流放大器第一節(jié)第一節(jié) 信號(hào)的放大信號(hào)的放大 傳感器輸出的信號(hào)一般很弱，傳感器輸出的信號(hào)一般很弱，mV甚至甚至V級(jí)。級(jí)。 以前由于直流放大器以前由于直流放大器漂移漂移較大，對(duì)于微弱的直流較大，對(duì)于微弱的直流信號(hào)是采取如下途徑放大：信號(hào)是采取如下途徑放大： 集成運(yùn)算放大器根據(jù)其性能可分為集成運(yùn)算放大器根據(jù)其性能可分為通用型通用型、高輸高輸入阻抗型入阻抗型、高速型高速型、高精度型高精度型、低漂移型低漂移型、低功耗型低功耗型等，等，可根據(jù)不同要求選用。利用運(yùn)算放大器可組成可根據(jù)不同要求選用。利用運(yùn)算放大器可組成反相輸入反相輸入、同相

5、輸入同相輸入和和差動(dòng)輸入放大器差動(dòng)輸入放大器。微弱的直微弱的直流信號(hào)流信號(hào)調(diào)制調(diào)制交流交流信號(hào)信號(hào)放放大大解調(diào)解調(diào)強(qiáng)直流強(qiáng)直流信號(hào)信號(hào) 1 1、同相放大器、同相放大器 RfRR/Rf00AUUU 特點(diǎn)：特點(diǎn)：同相放大器具有很高輸入同相放大器具有很高輸入阻抗，低輸出阻抗。由于引入共模阻抗，低輸出阻抗。由于引入共模電壓，因而需要使用高共模抑制比電壓，因而需要使用高共模抑制比的運(yùn)算放大器才能保證精度。廣泛的運(yùn)算放大器才能保證精度。廣泛用于前置放大級(jí)。用于前置放大級(jí)。開環(huán)增益開環(huán)增益A0很大（很大（ ）941010UU因輸入阻抗很高，同相端和反因輸入阻抗很高，同相端和反相端對(duì)相端對(duì)“地地”的輸入阻抗很

6、大的輸入阻抗很大ifUURRRU0fffiARRRRRUU10 一、直流放大器一、直流放大器 反饋電阻反饋電阻Rf值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。為幾十千歐至幾百千歐。R的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源Ui的內(nèi)阻的內(nèi)阻。 2 2、反相放大器、反相放大器 放大器的理想增益為：放大器的理想增益為： RRUUAfif0 3 3、差動(dòng)放大器、差動(dòng)放大器 )()(110112222RRRUUURRRUUUUfiiPii0 0令令 R R1 1=R=R2 2 R Rf f=R=RP P)(1210iifUURRU測(cè)量放大

7、器測(cè)量放大器又稱又稱儀表放大器儀表放大器，它的線性好、共模抑制比，它的線性好、共模抑制比高、輸入阻抗高和噪聲低高、輸入阻抗高和噪聲低, ,是一種高性能的放大器。它是一種高性能的放大器。它由由三個(gè)三個(gè)運(yùn)算放大器組成。運(yùn)算放大器組成。 二、測(cè)量放大器二、測(cè)量放大器 上述三種放大器一般僅適用于上述三種放大器一般僅適用于信號(hào)回路不受干擾或信信號(hào)回路不受干擾或信噪比較大噪比較大的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 實(shí)際應(yīng)用中，傳感器所處的工作環(huán)境往往比較復(fù)雜、實(shí)際應(yīng)用中，傳感器所處的工作環(huán)境往往比較復(fù)雜、惡劣，傳感器輸出信號(hào)中惡劣，傳感器輸出信號(hào)中含有較大的噪聲和共模干擾含有較大的噪聲和共模干擾，這時(shí)需采用測(cè)量放大器。這時(shí)

8、需采用測(cè)量放大器。 共模干擾共模干擾是指在傳感器的兩條傳輸線上產(chǎn)生是指在傳感器的兩條傳輸線上產(chǎn)生的完全相同的干擾。的完全相同的干擾。 測(cè)量放大器是兩級(jí)串聯(lián)放大器，前級(jí)由兩個(gè)測(cè)量放大器是兩級(jí)串聯(lián)放大器，前級(jí)由兩個(gè)同相同相放大器組成，放大器組成，為為對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，輸入阻抗高和抑制共模輸入阻抗高和抑制共模干擾能力強(qiáng)干擾能力強(qiáng)。后級(jí)是。后級(jí)是差動(dòng)差動(dòng)放放大器，將雙端大器，將雙端輸入變?yōu)閱味溯敵觯m應(yīng)對(duì)地負(fù)載的需要。輸入變?yōu)閱味溯敵觯m應(yīng)對(duì)地負(fù)載的需要。A3=R5/R3 若兩個(gè)輸入信號(hào)為共模信號(hào)，因若兩個(gè)輸入信號(hào)為共模信號(hào)，因A1、A2相等，相等，U01、U02也是共模相等。也是共模相等。經(jīng)經(jīng)A3差

9、動(dòng)放大，兩共模信號(hào)被完全消除，總輸出信號(hào)差動(dòng)放大，兩共模信號(hào)被完全消除，總輸出信號(hào)U0等于零。等于零。 若兩個(gè)輸入信號(hào)為差模信號(hào)，經(jīng)若兩個(gè)輸入信號(hào)為差模信號(hào)，經(jīng)A1、A2放大后仍為差模信號(hào)。因此，對(duì)放大后仍為差模信號(hào)。因此，對(duì)于差模信號(hào)，兩級(jí)的增益為于差模信號(hào)，兩級(jí)的增益為A。 組成測(cè)量放大器的運(yùn)放須嚴(yán)格匹配，采用組成測(cè)量放大器的運(yùn)放須嚴(yán)格匹配，采用激光調(diào)整工藝激光調(diào)整工藝的集成測(cè)量放大的集成測(cè)量放大器可做到。器可做到。后級(jí)前級(jí)A1=U01/Ui1 =1+2R1/RWA2=U02/Ui2 =1+2R2/RW總增益為：總增益為：A=(1+2R2/RW)R5/R3 常用的單片集成測(cè)量放大器有常用的

10、單片集成測(cè)量放大器有AD521、AD522、INA101、INA118和和LH0038等。其中等。其中LH0038（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品）是一種精密測(cè)量放器，具有低失調(diào)（產(chǎn)品）是一種精密測(cè)量放器，具有低失調(diào)（25V）、低漂）、低漂移移0.25V/）和高共模抑制比）和高共模抑制比( (120dB) )等優(yōu)良特性。等優(yōu)良特性。)2/()103(31LLfRCC 若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容電壓同相放大器。其中電容C1、C2及及C3為隔直流電容為隔直流電容 三、交流放大器三、交流放大器11R

11、RAfvfyiicaiCUUCCCUq)()(當(dāng)當(dāng)KCf(C+Cf)時(shí)時(shí), ,fyCqU 四、電荷放大器四、電荷放大器 電荷放大器是高增益帶電容反饋的運(yùn)算放大器。電荷放大器是高增益帶電容反饋的運(yùn)算放大器。 )(ffyCCKCKqUK=Uy/UiC即輸出電壓與傳感器的電荷量成正比即輸出電壓與傳感器的電荷量成正比 五、隔離放大器五、隔離放大器 在有強(qiáng)電或強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，傳感器的輸出在有強(qiáng)電或強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，傳感器的輸出信號(hào)中混雜著許多干擾和噪聲。其原因是：信號(hào)中混雜著許多干擾和噪聲。其原因是：地回路地回路、靜靜電耦合以及電磁耦合電耦合以及電磁耦合。 為消除這些為消除這些干擾和噪聲，除了將模

12、擬信號(hào)進(jìn)行低干擾和噪聲，除了將模擬信號(hào)進(jìn)行低通濾波，慮掉部分高頻干擾外，還必須通濾波，慮掉部分高頻干擾外，還必須合理處理接地問(wèn)合理處理接地問(wèn)題，將放大器實(shí)行靜電和電磁屏蔽并浮置起來(lái)題，將放大器實(shí)行靜電和電磁屏蔽并浮置起來(lái)。這就是。這就是隔離放大器，其輸入和輸出電路之間沒(méi)有直接的電路連隔離放大器，其輸入和輸出電路之間沒(méi)有直接的電路連接，只有磁路或光路的聯(lián)系。接，只有磁路或光路的聯(lián)系。 隔離放大器的應(yīng)用隔離放大器的應(yīng)用：高噪聲環(huán)境中的便攜式儀器：高噪聲環(huán)境中的便攜式儀器和某些測(cè)試系統(tǒng)；醫(yī)學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，確保人體不受和某些測(cè)試系統(tǒng)；醫(yī)學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，確保人體不受10A10A以上的漏電流和高壓危害；防止因故障

13、而使電網(wǎng)電壓對(duì)以上的漏電流和高壓危害；防止因故障而使電網(wǎng)電壓對(duì)低壓電路造成損壞。低壓電路造成損壞。 隔離放大器由隔離放大器由輸入放大器輸入放大器、輸出放大器輸出放大器、隔離器隔離器以及以及隔離電源隔離電源等幾部分組成。由于采用浮置式（浮置電等幾部分組成。由于采用浮置式（浮置電源、浮置放大器輸入端）設(shè)計(jì)，輸入、輸出端相互隔離，源、浮置放大器輸入端）設(shè)計(jì)，輸入、輸出端相互隔離，不存在公共地線的干擾，因此具有極高的共模抑制能力，不存在公共地線的干擾，因此具有極高的共模抑制能力，能對(duì)信號(hào)進(jìn)行安全準(zhǔn)確的放大，有效防止高壓信號(hào)對(duì)低能對(duì)信號(hào)進(jìn)行安全準(zhǔn)確的放大，有效防止高壓信號(hào)對(duì)低壓測(cè)試系統(tǒng)造成的破壞。壓測(cè)試

14、系統(tǒng)造成的破壞。 輸入級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)間的耦合輸出級(jí)間的耦合 變壓器耦合變壓器耦合采用載波調(diào)制采用載波調(diào)制- -解調(diào)技術(shù)，解調(diào)技術(shù)，具有較高的線性度和隔離性能，共模抑具有較高的線性度和隔離性能，共模抑制比高，技術(shù)較成熟，但通常帶寬較窄，制比高，技術(shù)較成熟，但通常帶寬較窄，約數(shù)約數(shù)KHzKHz以下以下( (高性能的變壓器耦合隔離高性能的變壓器耦合隔離放大器帶寬可達(dá)放大器帶寬可達(dá)20KHz20KHz左右左右) )，且體積大、，且體積大、工藝成本復(fù)雜。工藝成本復(fù)雜。 電容耦合電容耦合采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)( (電壓電壓- -頻頻率變換或電壓率變換或電壓- -脈沖占空比變換脈沖占空比變換) )

15、，將輸，將輸入信號(hào)以數(shù)字量的形式由差分耦合電容入信號(hào)以數(shù)字量的形式由差分耦合電容耦合到輸出側(cè)，可靠性好，帶寬較寬，耦合到輸出側(cè)，可靠性好，帶寬較寬，具有良好的頻率特性。具有良好的頻率特性。 光電耦合光電耦合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、器件重量輕、頻帶寬，但光耦合器是非線性重量輕、頻帶寬，但光耦合器是非線性器件，尤其在信號(hào)較大時(shí)，將出現(xiàn)較大器件，尤其在信號(hào)較大時(shí)，將出現(xiàn)較大的非線性誤差。的非線性誤差。 第二節(jié)第二節(jié) 電電 橋橋?qū)㈦娮鑼㈦娮? /電感電感/ /電容等的變化轉(zhuǎn)換為電壓電容等的變化轉(zhuǎn)換為電壓/ /電流輸出的電流輸出的電電 路。路。特點(diǎn)：連接簡(jiǎn)單、靈敏度和精度較高，測(cè)試中

16、應(yīng)用廣特點(diǎn)：連接簡(jiǎn)單、靈敏度和精度較高，測(cè)試中應(yīng)用廣 泛。泛。依據(jù)激勵(lì)電源的不同，有依據(jù)激勵(lì)電源的不同，有直流電橋直流電橋和和交流電交流電橋橋電橋電路的兩種工作方式：電橋電路的兩種工作方式：平衡電橋平衡電橋和和不平衡電橋。不平衡電橋。 一一、直流電橋直流電橋043213241)(URRRRRRRRUUUadab當(dāng)電橋輸出端連接當(dāng)電橋輸出端連接阻抗較大阻抗較大的儀表或的儀表或放大器時(shí)，可視為放大器時(shí)，可視為開路開路，則有，則有平衡條件：平衡條件：3241RRRR當(dāng)電橋輸出為零，稱當(dāng)電橋輸出為零，稱電橋平衡電橋平衡。直流電橋直流電橋)(443210RRRRRRRRUU 被測(cè)量變化被測(cè)量變化 電橋臂

17、阻值變化電橋臂阻值變化 輸出電壓或電流變化輸出電壓或電流變化 當(dāng)電橋的當(dāng)電橋的四個(gè)橋臂是電阻應(yīng)變片四個(gè)橋臂是電阻應(yīng)變片時(shí)，有時(shí)，有)(443210KUU 四個(gè)橋臂的三種基本組合方式：四個(gè)橋臂的三種基本組合方式：半橋單臂半橋單臂、半橋雙臂半橋雙臂、全橋全橋 二、交流電橋二、交流電橋 交流電橋是為適應(yīng)電感、電容式傳感器及交流放大器交流電橋是為適應(yīng)電感、電容式傳感器及交流放大器的需要。電橋的四個(gè)橋臂分別為的需要。電橋的四個(gè)橋臂分別為阻抗阻抗Z1、Z2、Z3、Z4 平衡條件：平衡條件：4231ZZZZjzeZ )(32)(413241jjezzezz3241zzzz3241交流電橋的交流電橋的平衡條件

18、：平衡條件： 電感電橋：電感電橋：4433322111RZLjRZRZLjRZ3241zzzz1423142 3R RR RL RR L電容電橋：電容電橋：443332211111RZCjRZRZCjRZ3241zzzz14234123R RR RRCRC 對(duì)于純電阻交流電橋，由于導(dǎo)線間存在著分布電對(duì)于純電阻交流電橋，由于導(dǎo)線間存在著分布電容，除了電阻平衡外，也要考慮電容的平衡。容，除了電阻平衡外，也要考慮電容的平衡。 變壓器式電橋變壓器式電橋210221212222ZZUUUUUZ IZZZZZ21ZZUI 由于是雙臂工作形式當(dāng)銜鐵下移時(shí)，由于是雙臂工作形式當(dāng)銜鐵下移時(shí)，Z1=Z-Z，Z2=

19、Z+Z，則有：，則有： ZZUU20 同理，當(dāng)銜鐵上移時(shí)，則有：同理，當(dāng)銜鐵上移時(shí)，則有：ZZUU20 可見，輸出電壓反映了傳感器阻抗的變化。為了判別銜鐵或電可見，輸出電壓反映了傳感器阻抗的變化。為了判別銜鐵或電容極板的位移方向，需在后續(xù)電路中接容極板的位移方向，需在后續(xù)電路中接相敏檢波器相敏檢波器來(lái)解決。來(lái)解決。 Z1、Z2為差動(dòng)自感傳感器兩個(gè)線圈的為差動(dòng)自感傳感器兩個(gè)線圈的電感或電容傳感器兩個(gè)差動(dòng)電容的阻抗，電感或電容傳感器兩個(gè)差動(dòng)電容的阻抗，另兩臂為電源變壓器二次繞組的兩半。當(dāng)另兩臂為電源變壓器二次繞組的兩半。當(dāng)負(fù)載阻抗無(wú)窮大時(shí)輸出電壓為：負(fù)載阻抗無(wú)窮大時(shí)輸出電壓為： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：元件少

20、、精確度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。元件少、精確度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。第三節(jié)第三節(jié) 濾波器濾波器 濾波器的基本功能：濾波器的基本功能：(1)(1)去除無(wú)用信號(hào)、噪聲、干擾信號(hào)以及信號(hào)處理過(guò)去除無(wú)用信號(hào)、噪聲、干擾信號(hào)以及信號(hào)處理過(guò) 程中引入的信號(hào)，如載波。程中引入的信號(hào)，如載波。(2)(2)分離不同頻率的有用信號(hào)。分離不同頻率的有用信號(hào)。(3)(3)對(duì)測(cè)量?jī)x器或控制系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)測(cè)量?jī)x器或控制系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償。一一、濾波器分類及基本參數(shù)濾波器分類及基本參數(shù) 1 1、濾波器分類、濾波器分類 根據(jù)構(gòu)成濾波器的根據(jù)構(gòu)成濾波器的元件類型元件類型：分為：分為RCRC、RLRL或晶體諧振或晶體諧

21、振濾波器濾波器 根據(jù)構(gòu)成濾波器的根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)電路性質(zhì)：分為無(wú)源濾波器和有源：分為無(wú)源濾波器和有源濾波器濾波器 根據(jù)濾波器處理的根據(jù)濾波器處理的信號(hào)性質(zhì)信號(hào)性質(zhì)：分為模擬濾波器和數(shù)字：分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器濾波器 最常用的分類方法：根據(jù)濾波器最常用的分類方法：根據(jù)濾波器通頻帶：分為低通、通頻帶：分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。高通、帶通、帶阻濾波器。 理想濾波器理想濾波器理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。 理想濾波器的理想濾波器的物理不可實(shí)現(xiàn)

22、性物理不可實(shí)現(xiàn)性 理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)為為sinc函數(shù)。函數(shù)。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無(wú)限延伸。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無(wú)限延伸。 給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，在給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，在t=0時(shí)刻單位脈沖輸時(shí)刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了，故物理不可實(shí)入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了，故物理不可實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)。fcH(f) 2 2、實(shí)際濾波器的基本參數(shù)、實(shí)際濾波器的基本參數(shù)dBdAA3)lg(20lg2000292054. 0dW值越大，衰減越值越大，衰減越快，濾波器的選擇快，濾波器的選擇性越好。性越好。 3 3、恒帶寬

23、、恒帶寬比濾波器、恒帶寬、恒帶寬比濾波器 實(shí)際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實(shí)際濾波器實(shí)際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實(shí)際濾波器中心頻率與帶寬之間的數(shù)值關(guān)系，可以分為兩種。中心頻率與帶寬之間的數(shù)值關(guān)系，可以分為兩種。 (1) (1)恒帶寬比恒帶寬比濾波器濾波器常數(shù)常數(shù)2100100%100%ccffBbff (2) (2)恒帶寬恒帶寬濾波器濾波器12ccffb常數(shù)常數(shù) 4、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濾波器的兩種最基本的形低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器。式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾

24、波器。阻阻/低通濾波器與高通濾波器低通濾波器與高通濾波器并聯(lián)為帶阻濾波器并聯(lián)為帶阻濾波器低通濾波器與高通濾波器低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)為帶通濾波器串聯(lián)為帶通濾波器 二、二、RCRC濾波器濾波器 1 1、一階、一階RCRC低通濾波器低通濾波器xyyUUdtdURC時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)=RCRC11)()()(ssXsYsH傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：令令 s =j11)(jjH頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：幅幅頻特性：頻特性：2)2(11)2()(fRCfjHfA相相頻特性：頻特性：)2arctan()(fRCf 當(dāng)當(dāng)f1/(2RC)時(shí)，輸出時(shí)，輸出Uy與與輸入輸入U(xiǎn)x的積分成正比，即的積分成正比，即dtURCUx

25、y1 2 2、一階、一階RCRC高通濾波器高通濾波器xyyUdtURCU11)()()(sssXsYsH傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：令令 s =j1)(jjjH頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：幅幅頻特性：頻特性：2)2(12)(fRCfRCfA相相頻特性：頻特性：)21arctan()(fRCf當(dāng)當(dāng)f T 積分電路積分電路: :RC電路的微分條件：電路的微分條件： T微分電路微分電路 3 3、RCRC帶通濾波器帶通濾波器 低通低通高通高通11121CRf下限截至頻率下限截至頻率原原高通高通濾波器的截至頻率濾波器的截至頻率22221CRf上限截至頻率上限截至頻率原原低通低通濾波器的截至頻率濾波器的截至頻率帶通濾波器

26、中心頻率帶通濾波器中心頻率f f0 0210fff 22211)2(11)2(12)(ffffA)2()21()(2211CfRarctgCfRarctgf 三、有源濾波器三、有源濾波器 由電阻、電容和運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為有源濾波器由電阻、電容和運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為有源濾波器 解：電路如圖解：電路如圖 目的目的 1 1）微弱緩變信號(hào)的放大）微弱緩變信號(hào)的放大第四節(jié)第四節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)微弱緩微弱緩變信號(hào)變信號(hào) 2 2）應(yīng)用于信號(hào)的傳輸）應(yīng)用于信號(hào)的傳輸調(diào)調(diào)制制交流放交流放大器大器解解調(diào)調(diào)直流直流信號(hào)信號(hào)強(qiáng)強(qiáng)交流交流信號(hào)信號(hào)強(qiáng)強(qiáng)交流交流信號(hào)信號(hào)弱弱 采用交流放大器可避免直流放大

27、器的零點(diǎn)漂移和溫度漂移而造采用交流放大器可避免直流放大器的零點(diǎn)漂移和溫度漂移而造成測(cè)量誤差成測(cè)量誤差載波載波調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)幅波調(diào)幅波調(diào)頻波調(diào)頻波 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，使載波的幅值、頻率或相位隨調(diào)制根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，使載波的幅值、頻率或相位隨調(diào)制信號(hào)而變化的過(guò)程分別稱為信號(hào)而變化的過(guò)程分別稱為調(diào)幅調(diào)幅(Amplitude Modulation)(Amplitude Modulation)、調(diào)頻、調(diào)頻(Frequency Modulation)(Frequency Modulation)和調(diào)相和調(diào)相(Phase Modulation)(Phase Modulation)。 一、調(diào)

28、幅及其解調(diào)一、調(diào)幅及其解調(diào) 調(diào)幅調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）制信號(hào)）相乘相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化。，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化。 假設(shè)以頻率為假設(shè)以頻率為f0的余弦信號(hào)作為載波信號(hào)，它的頻譜是一對(duì)的余弦信號(hào)作為載波信號(hào)，它的頻譜是一對(duì)脈沖譜線，即脈沖譜線，即 根據(jù)傅立葉變換的卷積性質(zhì)，有根據(jù)傅立葉變換的卷積性質(zhì)，有)()()()(fYfXtytx)(21)(212cos000fffftf 1、調(diào)幅原理與同步解調(diào)、調(diào)幅原理與同步解調(diào))()(21)()(212cos)(000fffXfffXtf

29、tx可見，調(diào)幅可見，調(diào)幅過(guò)程就相當(dāng)過(guò)程就相當(dāng)于頻譜平移于頻譜平移過(guò)程。過(guò)程。時(shí)域時(shí)域頻域頻域在時(shí)域，從信號(hào)的相乘運(yùn)在時(shí)域，從信號(hào)的相乘運(yùn)算可以看到算可以看到tftxtxtftftx0004cos2)(2)(2cos2cos)(用低通濾波器慮掉中心頻率用低通濾波器慮掉中心頻率為為2f0的高頻成分，則得到的高頻成分，則得到：2)(tx解調(diào)過(guò)程解調(diào)過(guò)程 調(diào)幅與同步解調(diào)過(guò)程調(diào)幅與同步解調(diào)過(guò)程（波形分析波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)y(t)xm(t)乘法器乘法器濾波器濾波器y(t)x(t) 調(diào)幅與同步解調(diào)過(guò)程（調(diào)幅與同步解調(diào)過(guò)程（頻譜分析頻譜分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)y(t)xm(t)乘法器乘法器濾波器濾波器y(t)x(t) 調(diào)幅與同步解調(diào)過(guò)程調(diào)幅與同步解調(diào)過(guò)程（數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)y(t)xm(t)乘法器乘法器濾波器濾波器y(t)x(t)( )( ) cos(2)mzxtx tf ttftxtyzm2cos)()(2( )( )cos(2 2)22zx tx tf t 2、調(diào)幅波的解調(diào)、調(diào)幅波的解調(diào) （1 1）二極管整流檢波二極管整流檢波調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)tO x(t)疊加一