第四章 信號調(diào)理與記錄

1、原因：原因：1、傳感器輸出信號微弱；、傳感器輸出信號微弱；2、難以直接顯示或、難以直接顯示或A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換；3、混雜了噪聲。、混雜了噪聲。目的：目的：1、信號放大；、信號放大；2、非電信號轉(zhuǎn)換為電信號；、非電信號轉(zhuǎn)換為電信號；3、抑制噪聲，提高信噪比；、抑制噪聲，提高信噪比；方法：方法：調(diào)理、放大、濾波，便于后續(xù)環(huán)節(jié)處理調(diào)理、放大、濾波，便于后續(xù)環(huán)節(jié)處理典型裝置：典型裝置：電橋、調(diào)制解調(diào)、濾波器等電橋、調(diào)制解調(diào)、濾波器等第四章 信號調(diào)理、處理和記錄一、基本內(nèi)容一、基本內(nèi)容1、測試信號的中間變換處理。、測試信號的中間變換處理。2、電橋、調(diào)制器與解調(diào)器的功用和類型。調(diào)幅與檢波、電橋、調(diào)制器與解調(diào)

2、器的功用和類型。調(diào)幅與檢波、 調(diào)頻與鑒頻。調(diào)頻與鑒頻。3、濾波器。理想濾波器及其實(shí)現(xiàn)的限制。低通、高、濾波器。理想濾波器及其實(shí)現(xiàn)的限制。低通、高 通、帶通、帶阻濾波器以及跟蹤濾波器技術(shù)。通、帶通、帶阻濾波器以及跟蹤濾波器技術(shù)。4、常用記錄儀器的功用、性能和類別。、常用記錄儀器的功用、性能和類別。二、重點(diǎn)內(nèi)容及要求二、重點(diǎn)內(nèi)容及要求1、掌握電橋電路的輸出特性、掌握電橋電路的輸出特性2、了解常用中間變換電路的特點(diǎn)、應(yīng)用、了解常用中間變換電路的特點(diǎn)、應(yīng)用3、了解實(shí)際濾波器的特性參數(shù)、了解實(shí)際濾波器的特性參數(shù)4、了解記錄儀器的功用、性能、了解記錄儀器的功用、性能第四章 信號調(diào)理、處理和記錄 1 電橋

3、2 調(diào)制與解調(diào) 3 濾波器4 信號的指示和記錄裝置返 回一、直流電橋二、交流電橋1 電 橋目 錄一、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)頻及其解調(diào)2 調(diào)制與解調(diào)目 錄一、濾波器分類二、理想濾波器三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器3 濾波器目 錄1 電 橋電橋：將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏麟姌颍簩㈦娮?、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏?輸出的一種測量電路。它是信號放大電路的一種。輸出的一種測量電路。它是信號放大電路的一種。 特點(diǎn)：測量電路簡單，具有較高的精確度和靈敏度。特點(diǎn)：測量電路簡單，具有較高的精確度和靈敏度。 分類：分類： 按激勵電壓的性質(zhì)按激勵電壓的性質(zhì) 直流電橋

4、直流電橋 交流電橋交流電橋 按輸出方式按輸出方式 不平衡電橋不平衡電橋 平衡電橋平衡電橋目 錄一、直流電橋1、電橋形式 測量電路簡單，有較高的精確度和靈敏度測量電路簡單，有較高的精確度和靈敏度2、平衡條件 為直流電源為直流電源要使電橋平衡，輸出為零，應(yīng)滿足要使電橋平衡，輸出為零，應(yīng)滿足 為輸出電壓為輸出電壓abcd1R2R3R4RyU0U1I2I上 頁目 錄 電橋接法傳感器傳感器單臂單臂 半橋半橋全橋全橋3、輸出特性（1）半橋單臂接法）半橋單臂接法 輸出電壓輸出電壓為了簡化設(shè)計(jì)，取相鄰兩橋臂電阻相等，為了簡化設(shè)計(jì)，取相鄰兩橋臂電阻相等，即即若若 ，則輸出電壓，則輸出電壓因因 ， 所以所以abc

5、d2R3R4RyU0U1I2IR1R1 上 頁目 錄可見，可見，電橋的輸出電橋的輸出 與激勵電壓與激勵電壓 成正比，且在成正比，且在 條件下，與條件下，與 成正比。成正比。靈敏度靈敏度上 頁目 錄（2）半橋雙臂接法輸出輸出靈敏度靈敏度與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋的輸出與與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋的輸出與 近似地呈完全線性關(guān)系。近似地呈完全線性關(guān)系。bcd3R4RyU0U1I2IRRa11RR22上 頁目 錄（3）全橋接法輸出輸出 靈敏度靈敏度可見，橋路接法不同，輸出電壓不同，全橋電路可得到可見，橋路接法不同，輸出電壓不同，全橋電路可得到最大輸出，且靈敏度高。最大輸出，且靈

6、敏度高。 上述電橋是在不平衡條件下工作的，它的缺點(diǎn)是當(dāng)電上述電橋是在不平衡條件下工作的，它的缺點(diǎn)是當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定，或環(huán)境溫度變化時(shí)，會引起電橋輸出的源電壓不穩(wěn)定，或環(huán)境溫度變化時(shí)，會引起電橋輸出的變化，從而產(chǎn)生測量誤差。因此，在某些情況下常采用變化，從而產(chǎn)生測量誤差。因此，在某些情況下常采用平衡電橋。平衡電橋。上 頁目 錄bcd34yU0U1I2IRRa11RR22RR4R R3平衡電橋 設(shè)被測量等于零時(shí)，電橋處于平設(shè)被測量等于零時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)指示儀表衡狀態(tài)，此時(shí)指示儀表G，即可調(diào)電，即可調(diào)電位器位器H指零。指零。 當(dāng)某一橋臂隨被測量變化時(shí)，電當(dāng)某一橋臂隨被測量變化時(shí)，電橋失去平

7、衡，調(diào)節(jié)電位器橋失去平衡，調(diào)節(jié)電位器H，改變電，改變電阻阻R5觸點(diǎn)位置，可使電橋重新平衡，觸點(diǎn)位置，可使電橋重新平衡，電表電表G指針回零。指針回零。 電位器電位器H上的標(biāo)度與橋臂電阻值上的標(biāo)度與橋臂電阻值的變化成比例，故的變化成比例，故H的指示值可以直的指示值可以直接表達(dá)被測量的數(shù)值。電表接表達(dá)被測量的數(shù)值。電表G的讀數(shù)的讀數(shù)始終為零，這種方法稱為始終為零，這種方法稱為“零位測量零位測量法法”。 其誤差僅取決于可調(diào)電位器精度。某其誤差僅取決于可調(diào)電位器精度。某些儀器以手動或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)零。些儀器以手動或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)零。GUR012345RRRRH上 頁目 錄二、交流電橋交流電橋采用交流電橋

8、采用交流激勵電壓交流激勵電壓。電橋的四個(gè)臂可為電感、電容或。電橋的四個(gè)臂可為電感、電容或電阻。電阻。電橋平衡條件電橋平衡條件把各阻抗用指數(shù)式表示把各阻抗用指數(shù)式表示代入上式：代入上式：ZZZZ1234UU0y上 頁目 錄阻抗角是各橋臂電流與電壓之間的相位差。阻抗角是各橋臂電流與電壓之間的相位差。純電阻時(shí)電流與電壓同相位，純電阻時(shí)電流與電壓同相位，=0；電感性阻抗，；電感性阻抗，0；電容性阻抗，電容性阻抗，0。上 頁目 錄電橋平衡必須滿足兩個(gè)條件電橋平衡必須滿足兩個(gè)條件其中，其中， 為各阻抗的模；為各阻抗的模； 為阻抗角。為阻抗角。 電容傳感器電容傳感器 電感傳感器電感傳感器 電阻傳感器電阻傳感

9、器rcZcLrZLRCZR上 頁目 錄第二節(jié) 調(diào)制與解調(diào)目的：解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。 調(diào)制：使一個(gè)信號的某些參數(shù)在另一信號的控制下發(fā)生變化使一個(gè)信號的某些參數(shù)在另一信號的控制下發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后一信號（控制信號）稱為調(diào)的過程。前一信號稱為載波，后一信號（控制信號）稱為調(diào)制信號。最后的輸出是已調(diào)制波。制信號。最后的輸出是已調(diào)制波。解調(diào)：最終從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程。最終從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程。根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為 調(diào)幅（調(diào)幅（AM） 調(diào)頻（調(diào)頻（F

10、M） 調(diào)相（調(diào)相（PM）上 頁目 錄一、調(diào)幅及其解調(diào)1、調(diào)幅、調(diào)幅：將一個(gè)高頻簡諧信號（載波）與測試信號（調(diào)制：將一個(gè)高頻簡諧信號（載波）與測試信號（調(diào)制信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。1、調(diào)幅原理由傅立葉變換的性質(zhì)知：在時(shí)域中兩個(gè)信號相乘，則對應(yīng)在頻由傅立葉變換的性質(zhì)知：在時(shí)域中兩個(gè)信號相乘，則對應(yīng)在頻域中這兩個(gè)信號進(jìn)行卷積，即域中這兩個(gè)信號進(jìn)行卷積，即余弦函數(shù)的頻域圖形是一對脈沖譜線余弦函數(shù)的頻域圖形是一對脈沖譜線一個(gè)函數(shù)與單位脈沖函數(shù)卷積的結(jié)果，就是將其圖形由坐標(biāo)原一個(gè)函數(shù)與單位脈沖函數(shù)卷積的結(jié)果，就是將其圖形由坐標(biāo)

11、原點(diǎn)平移至該脈沖函數(shù)處。點(diǎn)平移至該脈沖函數(shù)處。上 頁目 錄VinVoR1R3R2R4 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(jìn)行放大，最后再從放大器的然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。輸出信號中取出放大了的緩變信號。 （五）、卷積特性若則定義：兩個(gè)函數(shù)定義：兩個(gè)函數(shù) 與與 的卷積：的卷積：記為：記為：卷積概念：卷積概念：若以高頻余弦信號作載波，把信號若以高頻余弦信號作載波，把信號x(t)和載波信號相乘，和載波信號相乘，其結(jié)果就相當(dāng)于把原信號的頻譜圖形由原點(diǎn)平移至載其結(jié)果就相當(dāng)于把原信號的頻

12、譜圖形由原點(diǎn)平移至載波頻率波頻率 處，幅值減半。處，幅值減半。即，即，上 頁目 錄調(diào)制器上 頁目 錄x(t)y(t) tftxtxm02cos從調(diào)幅原理看，從調(diào)幅原理看，載波頻率載波頻率 必須高于原信號中的最高頻率必須高于原信號中的最高頻率 才能使已調(diào)波仍保持原信號的頻譜圖形，不致重疊，否則將才能使已調(diào)波仍保持原信號的頻譜圖形，不致重疊，否則將會出現(xiàn)重疊失真。會出現(xiàn)重疊失真。為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬 相對中相對中心頻率（載波頻率心頻率（載波頻率 ）應(yīng)越小越好。）應(yīng)越小越好。實(shí)際載波頻率常至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于調(diào)制信號。實(shí)際載波頻率常至少

13、數(shù)倍甚至數(shù)十倍于調(diào)制信號。上 頁目 錄0f重疊失真：當(dāng)載波頻率重疊失真：當(dāng)載波頻率f f0 0較低時(shí)，正頻端的下邊帶較低時(shí)，正頻端的下邊帶將與負(fù)頻端的上邊帶相重疊因此要求將與負(fù)頻端的上邊帶相重疊因此要求: : f f0 0fmfm 乘法器低通2、解調(diào)（1）同步解調(diào)）同步解調(diào)把調(diào)幅波再次與原載波信號相乘，把調(diào)幅波再次與原載波信號相乘，則頻域圖形將再一次進(jìn)行則頻域圖形將再一次進(jìn)行“偏移偏移”。若用一個(gè)低通濾波器濾去中心頻若用一個(gè)低通濾波器濾去中心頻率為率為 的高頻成分，那么將可的高頻成分，那么將可以復(fù)現(xiàn)原信號的頻譜（幅值減小以復(fù)現(xiàn)原信號的頻譜（幅值減小為一半），這一過程稱為同步解調(diào)。為一半），這一

14、過程稱為同步解調(diào)?！巴酵健敝附庹{(diào)時(shí)所乘的信號與調(diào)制指解調(diào)時(shí)所乘的信號與調(diào)制時(shí)的載波信號具有相同的頻率和相位。時(shí)的載波信號具有相同的頻率和相位。上 頁目 錄載波y(t)調(diào)幅波x(t)（2）偏置解調(diào)）偏置解調(diào)把調(diào)制信號進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量把調(diào)制信號進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量A，使偏置后的信號，使偏置后的信號都具有正電壓都具有正電壓，那么調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)制信號的形狀。，那么調(diào)幅波的包絡(luò)線將具有原調(diào)制信號的形狀。把該調(diào)幅波簡單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)制信號。把該調(diào)幅波簡單地整流、濾波就可恢復(fù)原調(diào)制信號。如果原調(diào)制信號中有直流分量，則在整流后應(yīng)準(zhǔn)確地減去所加如果原調(diào)制信號中有直流分量，

15、則在整流后應(yīng)準(zhǔn)確地減去所加的偏置電壓。的偏置電壓。若所加的偏置電壓未能使信號電壓都在零線的一側(cè)，則對調(diào)幅若所加的偏置電壓未能使信號電壓都在零線的一側(cè)，則對調(diào)幅波簡單地整流不能恢復(fù)原調(diào)制信號。原信號相位將發(fā)生波簡單地整流不能恢復(fù)原調(diào)制信號。原信號相位將發(fā)生180度度變化。變化。上 頁目 錄 若對信號若對信號x(t)x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量A A，使偏置后的信號都具有正電壓。使偏置后的信號都具有正電壓。 )2cos()()(fttxAtxm)()( txAtx)(tx調(diào)幅調(diào)幅解調(diào)解調(diào)二極管檢波二極管檢波低通濾波低通濾波調(diào)幅波的波形失真調(diào)幅波的波形失真3、相敏檢波

16、A54123BCdc上 頁目 錄工作原理：工作原理：調(diào)幅波與載波調(diào)幅波與載波y(t)同相同相 載波電壓為正載波電壓為正 均為正均為正 （ 原信號原信號x(t)為正）為正） 載波電壓為負(fù)載波電壓為負(fù) 調(diào)幅波與載波調(diào)幅波與載波y(t)異相異相 載波電壓為正載波電壓為正 均為負(fù)均為負(fù) （原信號（原信號x(t)為負(fù)）為負(fù)） 載波電壓為負(fù)載波電壓為負(fù) 上 頁目 錄4、動態(tài)電阻應(yīng)變儀調(diào)制信號載波調(diào)幅波放大后波形解調(diào)后波形還原信號調(diào)制電橋放大相敏檢波低通濾波振蕩器上 頁目 錄二、調(diào)頻及其解調(diào)二、調(diào)頻及其解調(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，或的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種

17、隨信號者說，調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波化的疏密度不同的等幅波.當(dāng)信號電壓為零時(shí)，調(diào)頻波的頻率等于中心頻率f0；信號電壓為正值時(shí)頻率提高，負(fù)值時(shí)則降低。上 頁目 錄)(2cos()(0ttxfAty頻率調(diào)制兩種常用的調(diào)頻方法及一種解調(diào)方案：兩種常用的調(diào)頻方法及一種解調(diào)方案：（一）直接調(diào)頻測量電路（一）直接調(diào)頻測量電路把被測量的變化直接轉(zhuǎn)換為振蕩頻率的變化稱為直接調(diào)頻式測量把被測量的變化直接轉(zhuǎn)換為振蕩頻率的變化稱為直接調(diào)頻式測量電路，其輸出是等幅波。電路，其輸出是等幅波。結(jié)合上一章內(nèi)容：以電容或電感原理工作的傳感器，在被測量小結(jié)合上一章內(nèi)容：以電容

18、或電感原理工作的傳感器，在被測量小范圍變化時(shí)，電容或電感也隨之有近似的線性變化關(guān)系，那么可范圍變化時(shí)，電容或電感也隨之有近似的線性變化關(guān)系，那么可由電容、電感做成振蕩器，把其中一個(gè)參數(shù)與被測量聯(lián)系，比如由電容、電感做成振蕩器，把其中一個(gè)參數(shù)與被測量聯(lián)系，比如以電容做調(diào)諧參數(shù)：以電容做調(diào)諧參數(shù)：上 頁目 錄CfLLCCfLCf21)(2121212/3)21 (20000CCffffCCff在在f0附近，附近，CC0，即：回路的振蕩頻率與調(diào)諧參數(shù)的變化呈線即：回路的振蕩頻率與調(diào)諧參數(shù)的變化呈線性關(guān)系，那么也就同小范圍變化的被測量存性關(guān)系，那么也就同小范圍變化的被測量存在線性關(guān)系。在線性關(guān)系。（二

19、）壓控振蕩器 壓控振蕩器是利用控制端電壓的線性變化引起輸出端電壓振蕩頻率變化原理做成的?？刂贫穗妷旱淖兓敵龆穗妷旱乃矔r(shí)振蕩頻率成正比。 同樣，根據(jù)第三章介紹的內(nèi)容，傳感器把被測量的變化同輸出電壓的變化建立起線性關(guān)系，然后我們利用壓控振蕩器，把這種信號進(jìn)行頻率調(diào)制，就可把被測量的變化轉(zhuǎn)化為調(diào)制波信號。（三）鑒頻信號經(jīng)頻率調(diào)制后得到的是調(diào)頻波，調(diào)頻波還原要經(jīng)過頻率解調(diào)，這個(gè)解調(diào)信號經(jīng)頻率調(diào)制后得到的是調(diào)頻波，調(diào)頻波還原要經(jīng)過頻率解調(diào)，這個(gè)解調(diào)過程又稱為過程又稱為鑒頻鑒頻，是將頻率變化恢復(fù)成調(diào)制信號電壓幅值變化的過程。，是將頻率變化恢復(fù)成調(diào)制信號電壓幅值變化的過程。目 錄上 頁T1T2T3T4F

20、優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要求帶寬的所要求帶寬的2020倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。雜，因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。 因?yàn)檎{(diào)頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化因?yàn)檎{(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)在振幅之中要表現(xiàn)在振幅之中 缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜案例：案例：旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭距測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭距測量案例：案例：鐵路機(jī)車調(diào)度鐵路機(jī)車調(diào)度 信號檢測

21、信號檢測調(diào)制頻率調(diào)制頻率8.5Hz8.5Hz，綠燈，綠燈調(diào)制頻率調(diào)制頻率23.5Hz23.5Hz，紅燈，紅燈 調(diào)幅和調(diào)頻應(yīng)用非常廣泛： 1、收音機(jī)用調(diào)幅波和調(diào)頻波來遠(yuǎn)距離傳送節(jié)目信號； 2、測試技術(shù)中，應(yīng)用檢測儀表進(jìn)行信號處理。 3、應(yīng)用于工程遙測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)被測量的遠(yuǎn)距離測量，以各種現(xiàn)代通信方式進(jìn)行信號的發(fā)送和接收。第三節(jié) 濾波器一、概述1、作用：選頻作用 進(jìn)行頻譜分析 濾除干擾噪聲2、分類 低通濾波器按選頻作用分 高通濾波器 帶通濾波器 帶阻濾波器 10ff2A(f)110ff1A(f)210fff12A(f)310fff12A(f)4上 頁目 錄 RC諧振濾波器諧振濾波器按構(gòu)成元件類型分按

22、構(gòu)成元件類型分 LC諧振濾波器諧振濾波器 晶體諧振濾波器晶體諧振濾波器按構(gòu)成電路性質(zhì)分按構(gòu)成電路性質(zhì)分 有源濾波器有源濾波器 無源濾波器無源濾波器按所處理的信號信號分按所處理的信號信號分 模擬濾波器模擬濾波器 數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器任何裝置對輸入信號的頻率成分都或多或少的存在濾波作用，因此廣任何裝置對輸入信號的頻率成分都或多或少的存在濾波作用，因此廣義地講，任何裝置都是濾波器義地講，任何裝置都是濾波器。機(jī)械裝置上用到的隔振系統(tǒng)就是一個(gè)機(jī)械裝置上用到的隔振系統(tǒng)就是一個(gè)典型的低通濾波器。在振源和振動體之間設(shè)置隔振系統(tǒng)或隔振裝置，典型的低通濾波器。在振源和振動體之間設(shè)置隔振系統(tǒng)或隔振裝置，以減小或隔離

23、振動的傳遞有兩類隔振，以減小或隔離振動的傳遞有兩類隔振，一是隔離機(jī)械設(shè)備通過支座一是隔離機(jī)械設(shè)備通過支座傳至地基的振動傳至地基的振動，以減小動力的傳遞，稱為主動隔振；另一種是，以減小動力的傳遞，稱為主動隔振；另一種是防止防止地基的振動通過支座傳至需保護(hù)的精密設(shè)備或儀器儀表地基的振動通過支座傳至需保護(hù)的精密設(shè)備或儀器儀表，以減小運(yùn)動，以減小運(yùn)動的傳遞，稱為被動隔振的傳遞，稱為被動隔振上 頁目 錄二、理想濾波器若濾波器的頻率響應(yīng)若濾波器的頻率響應(yīng)H(f)滿足條件滿足條件則稱為理想濾波器。則稱為理想濾波器。其它上 頁目 錄f00f(f)0A脈沖響應(yīng)函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)在頻域?yàn)榫匦未昂瘮?shù)的在頻域?yàn)榫匦未昂?/p>

24、數(shù)的“理想理想”低通濾波器的時(shí)域脈沖響應(yīng)低通濾波器的時(shí)域脈沖響應(yīng)函數(shù)是函數(shù)是sinc函數(shù)。函數(shù)。如無相角滯后，即如無相角滯后，即 ，則，則h(t)具有對稱的圖形。具有對稱的圖形。上 頁目 錄f0th(t)0理想濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的。理想濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)橐驗(yàn)閔(t)是濾波器在是濾波器在(t)作用下的輸出，其圖形卻表明，作用下的輸出，其圖形卻表明，在輸入在輸入(t)到來之前，即到來之前，即t0, 濾波器就有了與輸入相對濾波器就有了與輸入相對應(yīng)的輸出。顯然，這違背了因果關(guān)系，任何現(xiàn)實(shí)的濾波應(yīng)的輸出。顯然，這違背了因果關(guān)系，任何現(xiàn)實(shí)的濾波器不可能有這種預(yù)知未來的能力，所以理想低通濾波器器不可能有

25、這種預(yù)知未來的能力，所以理想低通濾波器是不可能存在的。是不可能存在的?？梢酝普?，理想的高通、帶通、帶阻濾波器都是不存在可以推論，理想的高通、帶通、帶阻濾波器都是不存在的。的。上 頁目 錄濾波器的通頻帶越寬，即濾波器的通頻帶越寬，即 越大，則越大，則h(t)的圖形越陡峭，的圖形越陡峭，響應(yīng)的建立時(shí)間響應(yīng)的建立時(shí)間 也將越小。也將越小。abtt cf上 頁目 錄Of fHcfA02cfcf1cf21cf21cf1cf1cf1 th thffcfA00f fH2cf2cfcf階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)給濾波器以單位階躍輸入給濾波器以單位階躍輸入u(t)，濾波器的輸出，濾波器的輸出y(t)將是該輸入和將是該輸入

26、和脈沖響應(yīng)函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)的卷積：的卷積：不考慮前、后皺波，不考慮前、后皺波，輸出從零值（輸出從零值（a點(diǎn)）到應(yīng)有穩(wěn)定值點(diǎn)）到應(yīng)有穩(wěn)定值 （b點(diǎn)）需要一定的建立時(shí)間點(diǎn)）需要一定的建立時(shí)間 。上 頁目 錄0ty(t)時(shí)移 只影響輸出曲線y(t)的右移，不影響 值。低通濾波器對階躍響應(yīng)的建立時(shí)間低通濾波器對階躍響應(yīng)的建立時(shí)間 和帶寬和帶寬B成反比，成反比，或者說帶寬和建立時(shí)間的乘積是常數(shù)，即或者說帶寬和建立時(shí)間的乘積是常數(shù)，即上 頁目 錄需要一定建立時(shí)間的解釋：需要一定建立時(shí)間的解釋：輸入信號如有突變，則突變處必然含有豐富的高頻分量。輸入信號如有突變，則突變處必然含有豐富的高頻分量。低通濾

27、波器阻衰了高頻分量，其結(jié)果是把輸出波形低通濾波器阻衰了高頻分量，其結(jié)果是把輸出波形“圓圓滑滑”了。通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量了。通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多、更快地通過，所以建立時(shí)間就短；反之，則長。更多、更快地通過，所以建立時(shí)間就短；反之，則長。三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器（一）基本參數(shù)（一）基本參數(shù)1、紋波幅度、紋波幅度d 2、截止頻率、截止頻率 幅頻特性值幅頻特性值 等于等于 所對應(yīng)的頻率。所對應(yīng)的頻率。3、帶寬、帶寬B和品質(zhì)因數(shù)和品質(zhì)因數(shù)Q值值上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬。上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬。中心頻率中心頻率 和帶寬和帶寬

28、B之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。4、倍頻程選擇性、倍頻程選擇性倍頻程選擇性是指在上截止頻率倍頻程選擇性是指在上截止頻率 與與 之間，或者在下之間，或者在下 截止頻率截止頻率 與與 之間幅頻特性的衰減量。之間幅頻特性的衰減量。5、濾波器因數(shù)、濾波器因數(shù) 2/0Ad 2/0A0f2cf22cf1cf2/1cfdBdBBB360A(f)fff0c1c2.dd0A20A上 頁目 錄（二）（二）RC調(diào)諧式濾波器的基本特性調(diào)諧式濾波器的基本特性1、一階、一階RC低通濾波器低通濾波器電路的微分方程式：電路的微分方程式：令令=RC，稱時(shí)間常數(shù)。，稱時(shí)間常數(shù)。傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)xyyuudt

29、duRC 11ssUsUsHxyRCuxuy上 頁目 錄1、當(dāng) 時(shí)，A(f)=1,(f)-f 近似于一條通過原點(diǎn)的直線。近似于一條通過原點(diǎn)的直線。 此時(shí)，此時(shí)，RC低通濾波器是一個(gè)不失低通濾波器是一個(gè)不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。2、當(dāng)、當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，即，即 表明，表明，RC值決定著上截止頻率。值決定著上截止頻率。3、當(dāng)、當(dāng) 時(shí)，時(shí)，輸出輸出 與輸入與輸入 的積分成正比，即的積分成正比，即 此時(shí)，此時(shí)，RC低通濾波器就變成了積分器。低通濾波器就變成了積分器。RCf21RCf21 21fARCfc212RCf21dtuRCuxy1yuxu上 頁目 錄2、RC高通濾波器高通濾波器微分方程式微分方程

30、式令令RC=，則，則傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)xyyudtuRCu1 1sssHCRuxuy上 頁目 錄1、當(dāng)、當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 濾波器的濾波器的-3dB截止頻率為截止頻率為2、當(dāng)、當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ； RC高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏敻咄V波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。系統(tǒng)。3、當(dāng)、當(dāng) 時(shí)，輸出與輸入的時(shí)，輸出與輸入的微分成正比，微分成正比， RC高通濾波器變成了微分器高通濾波器變成了微分器。21f 21fARCfc21121f 1fA 0f21f上 頁目 錄3、RC帶通濾波器帶通濾波器帶通濾波器可看成是低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成。帶通濾波器可看成是低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成。串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通濾

31、波器的截止頻率為下截止頻串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通濾波器的截止頻率為下截止頻率，即率，即其上截止頻率為原低通的截止頻率，即其上截止頻率為原低通的截止頻率，即分別調(diào)節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)（分別調(diào)節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)（ 及及 ），就可得到不），就可得到不同的上、下截止頻率和帶寬的帶通濾波器。同的上、下截止頻率和帶寬的帶通濾波器。1121cf2221cf12上 頁目 錄四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器 使帶通濾波器的中心頻率可調(diào)，通過改變使帶通濾波器的中心頻率可調(diào)，通過改變RC 調(diào)諧參數(shù)而使其中心頻率跟隨所需量測的信調(diào)諧參數(shù)而使其中心頻率跟隨所需量測的信 號頻段。號頻段。 使用一組各自中心頻率固定的、但又按一定規(guī)使用一組各自中心頻率固定的、但又按一定規(guī) 律相隔的濾波器組。律相隔的濾波器組。多個(gè)濾波器多個(gè)濾波器上