第四章信號(hào)的中間變換與傳輸

1、2022-6-2第四章 信號(hào)的中間變換與傳輸汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)被測(cè)物理量經(jīng)過傳感器變換后轉(zhuǎn)換為電參量或電量以后，為了驅(qū)動(dòng)被測(cè)物理量經(jīng)過傳感器變換后轉(zhuǎn)換為電參量或電量以后，為了驅(qū)動(dòng)顯示儀表、記錄器、控制器或輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，往往顯示儀表、記錄器、控制器或輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，往往需要進(jìn)行某種處理或調(diào)制，即進(jìn)行中間變換與傳輸。需要進(jìn)行某種處理或調(diào)制，即進(jìn)行中間變換與傳輸。信號(hào)的中間變換環(huán)節(jié)包括：電橋、濾波、放大、調(diào)制和解調(diào)信號(hào)的中間變換環(huán)節(jié)包括：電橋、濾波、放大、調(diào)制和解調(diào)；4.1 4.1 電電 橋橋電橋電橋?qū)㈦娮琛㈦娙菁半姼械葏?shù)的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的

2、將電阻、電容及電感等參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出的一種測(cè)量電路。一種測(cè)量電路。電橋的分類：電橋的分類： 按接入電橋的激勵(lì)電壓的性質(zhì)，將電橋分為按接入電橋的激勵(lì)電壓的性質(zhì)，將電橋分為: :直流電橋和交流電橋直流電橋和交流電橋 按照輸出測(cè)量方式，將電橋分為：不平衡電橋和平衡電橋按照輸出測(cè)量方式，將電橋分為：不平衡電橋和平衡電橋2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)一、直流電橋一、直流電橋1 1、直流電橋的平衡條件、直流電橋的平衡條件根據(jù)歐姆定律，根據(jù)歐姆定律，a a、b b之間與之間與a a、d d之間的電位差分別為：之間的電位差分別為：圖圖41 直流電橋直流電橋oabURRR

3、RIU21111oaDURRRRIU43442輸出電壓：輸出電壓：當(dāng)輸出電壓為零時(shí)電橋平衡，顯然當(dāng)：當(dāng)輸出電壓為零時(shí)電橋平衡，顯然當(dāng)： 時(shí)電橋平衡，這種狀態(tài)稱為初始平衡狀態(tài)。如果四個(gè)時(shí)電橋平衡，這種狀態(tài)稱為初始平衡狀態(tài)。如果四個(gè)臂的電阻值相等，初始平衡條件也滿足。臂的電阻值相等，初始平衡條件也滿足。043214231434211)()(URRRRRRRRURRRRRRUUUoadabbd）（04213RRRR2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)2 2、電橋靈敏度、電橋靈敏度根據(jù)參與電阻值變化的橋臂數(shù)目，電橋可分為半橋和全根據(jù)參與電阻值變化的橋臂數(shù)目，電橋可分為半橋和全橋接法

4、。橋接法。半橋單臂半橋單臂半橋雙臂半橋雙臂全橋全橋2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)右圖所示電橋?yàn)榘霕騿伪劢臃ǎ挥须娮栌覉D所示電橋?yàn)榘霕騿伪劢臃?，只有電阻R R1 1隨被測(cè)物理量的變化而隨被測(cè)物理量的變化而發(fā)生變化，此時(shí)輸出電壓為：發(fā)生變化，此時(shí)輸出電壓為：為了簡(jiǎn)化橋路設(shè)計(jì)，往往取：為了簡(jiǎn)化橋路設(shè)計(jì)，往往?。簞t輸出電壓變?yōu)椋簞t輸出電壓變?yōu)椋阂驗(yàn)橐驗(yàn)?，所以：，所以：電橋靈敏度電橋靈敏度單位電阻變化率所對(duì)應(yīng)的輸出單位電阻變化率所對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，即：電壓值，即：?jiǎn)伪垭姌虻碾姌蜢`敏度為：?jiǎn)伪垭姌虻碾姌蜢`敏度為：半橋單臂半橋單臂oadabbdURRRRRRRRUUU)(434

5、21104321RRRRRobdURRRU24004 RRUUobd0RR 0/ RRUSbd4oUS 2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)3 3、電橋的加減特性、電橋的加減特性右圖所示全橋的輸出電壓為：右圖所示全橋的輸出電壓為：若初始狀態(tài)：若初始狀態(tài)： 且忽略電阻變且忽略電阻變化量的高次項(xiàng)，則上式可寫成：化量的高次項(xiàng)，則上式可寫成：當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K K相同時(shí)，上式可寫成：相同時(shí)，上式可寫成：可見，電橋能把各橋臂電阻變化引起的輸出電壓自動(dòng)相加減后輸可見，電橋能把各橋臂電阻變化引起的輸出電壓自動(dòng)相加減后輸出。出。全橋全橋04433221144

6、223311)()()(URRRRRRRRRRRRRRRRUUUadabbd）（04321RRRRR）（oooobdRRRRRRRRUU432104）（4321041KUUbd2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（1 1）等臂電橋（四個(gè)橋臂的初始電阻值相等的電橋）等臂電橋（四個(gè)橋臂的初始電阻值相等的電橋）應(yīng)變輸出電橋工作情況應(yīng)變輸出電橋工作情況02242022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（1 1）等臂電橋（四個(gè)橋臂的初始電阻值相等的電橋）等臂電橋（四個(gè)橋臂的初始電阻值相等的電橋）單臂為工作應(yīng)變片相鄰臂為工作應(yīng)變片（應(yīng)變異號(hào)）相對(duì)臂為工作應(yīng)變片（應(yīng)變同號(hào)）

7、四臂都為工作應(yīng)變片40KUUbd40US 20KUUbd20US 20KUUbd20US 0KUUbd0US 電橋接法不同，電橋的靈敏度不同；全橋接法可獲得最大輸出。電橋接法不同，電橋的靈敏度不同；全橋接法可獲得最大輸出。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（2 2）串、并聯(lián)應(yīng)變片的不等臂電橋）串、并聯(lián)應(yīng)變片的不等臂電橋v 串聯(lián)：若某橋臂，如串聯(lián)：若某橋臂，如R R1 1為為n n個(gè)個(gè)R R0 0產(chǎn)生同樣應(yīng)變的應(yīng)變片串聯(lián)連產(chǎn)生同樣應(yīng)變的應(yīng)變片串聯(lián)連接，每個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生阻值變化為接，每個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生阻值變化為 ，則：，則：令令 組成單臂為工作應(yīng)變片的不等臂電橋，其組成單臂為工作應(yīng)

8、變片的不等臂電橋，其輸出電壓為：輸出電壓為：可見：并沒有因?yàn)槎啻?lián)工作應(yīng)變片而提高電橋的輸出電壓。但由可見：并沒有因?yàn)槎啻?lián)工作應(yīng)變片而提高電橋的輸出電壓。但由于串聯(lián)了應(yīng)變片，該橋臂阻值增大，使得流過工作應(yīng)變片的電流減于串聯(lián)了應(yīng)變片，該橋臂阻值增大，使得流過工作應(yīng)變片的電流減小了，改善了發(fā)熱狀況，并可測(cè)均值。小了，改善了發(fā)熱狀況，并可測(cè)均值。v 并聯(lián)：多片工作應(yīng)變片并聯(lián)于橋臂上也不能夠改善電橋靈敏度。并聯(lián)：多片工作應(yīng)變片并聯(lián)于橋臂上也不能夠改善電橋靈敏度。并聯(lián)后，每片應(yīng)變片的電流不減小。并聯(lián)后，每片應(yīng)變片的電流不減小。RRnnRRRnR001)(04302RRRnRR，444)()000000

9、00000000KURRUUnRRnURRnRRnnRRnRRRnnRUbd）（2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)4 4、電橋特性的應(yīng)用、電橋特性的應(yīng)用（1 1）利用電橋加減特性對(duì)電阻應(yīng)變片進(jìn)行溫度補(bǔ)償。）利用電橋加減特性對(duì)電阻應(yīng)變片進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 電路補(bǔ)償法電路補(bǔ)償法把兩個(gè)同樣的應(yīng)變片，一片粘貼在試件上，另把兩個(gè)同樣的應(yīng)變片，一片粘貼在試件上，另一片貼在與試件同材料、同溫度條件但不受力的補(bǔ)償件上，作為補(bǔ)一片貼在與試件同材料、同溫度條件但不受力的補(bǔ)償件上，作為補(bǔ)償片。根據(jù)電橋的加減特性，將這兩片應(yīng)償片。根據(jù)電橋的加減特性，將這兩片應(yīng)變片接入相鄰橋臂上，由于溫度的變化，變片

10、接入相鄰橋臂上，由于溫度的變化，工作片和補(bǔ)償片上相同的虛假應(yīng)變產(chǎn)生工作片和補(bǔ)償片上相同的虛假應(yīng)變產(chǎn)生的電阻變化在橋路中自動(dòng)抵消，對(duì)電橋的電阻變化在橋路中自動(dòng)抵消，對(duì)電橋輸出沒有影響，因此達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)妮敵鰶]有影響，因此達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。作用?022-6-2例例1PP測(cè)量拉伸應(yīng)變測(cè)量拉伸應(yīng)變1RTPRRKRR1111補(bǔ)償片：補(bǔ)償片：2RTRRRR2222半橋：半橋：1R2RABC221104RRRRUUbd取相同的應(yīng)變片取相同的應(yīng)變片PKU041PP1R2RTPRRKRR1111TPRRKRR2222)(221104RRRRUUbd)1 (410PKU提高了電橋的輸出電壓提高了電橋的輸出

11、電壓（2 2）根據(jù)試件載荷分布情況或復(fù)合載荷的特點(diǎn)及利用電橋特性）根據(jù)試件載荷分布情況或復(fù)合載荷的特點(diǎn)及利用電橋特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟计徒訕?，可?zhǔn)確測(cè)出各種載荷。進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟计徒訕?，可?zhǔn)確測(cè)出各種載荷。2022-6-2例例2 求純彎曲梁表面的正應(yīng)變求純彎曲梁表面的正應(yīng)變MM1R2R1、溫度補(bǔ)償片、溫度補(bǔ)償片1R2RABC接入半橋接入半橋2、MM1R2R212104KUUbd10241KU10412KU例例3 偏心拉伸偏心拉伸PPMM半橋接法半橋接法1、排除拉應(yīng)力，測(cè)量彎曲應(yīng)力：、排除拉應(yīng)力，測(cè)量彎曲應(yīng)力：接相對(duì)兩臂。接相對(duì)兩臂。1RMP2RMP)()(40MPMPbdKUUMKU04122、排除

12、彎曲應(yīng)力，測(cè)量拉應(yīng)力：、排除彎曲應(yīng)力，測(cè)量拉應(yīng)力：PPMM1R3R)()(40MPMPbdKUUPKE412不考慮溫度的影響不考慮溫度的影響2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ) 上述電橋是在失去平衡時(shí)有電壓輸出，即在不平衡條件下工作上述電橋是在失去平衡時(shí)有電壓輸出，即在不平衡條件下工作，其缺點(diǎn)是當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定，或者環(huán)境溫度變化時(shí)，都會(huì)引起電，其缺點(diǎn)是當(dāng)電源電壓不穩(wěn)定，或者環(huán)境溫度變化時(shí)，都會(huì)引起電橋輸出的變化，產(chǎn)生測(cè)量誤差。橋輸出的變化，產(chǎn)生測(cè)量誤差。2022-

13、6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)5 5、零位測(cè)量法、零位測(cè)量法 這是一種采用平衡電橋進(jìn)行測(cè)量的方法。這是一種采用平衡電橋進(jìn)行測(cè)量的方法。 當(dāng)被測(cè)量等于零時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)可調(diào)電位器當(dāng)被測(cè)量等于零時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)可調(diào)電位器H H和和檢流計(jì)檢流計(jì)P P指零。當(dāng)某一橋臂電阻值隨被測(cè)量變化時(shí)，電橋失去平指零。當(dāng)某一橋臂電阻值隨被測(cè)量變化時(shí)，電橋失去平衡，調(diào)節(jié)可調(diào)電位器衡，調(diào)節(jié)可調(diào)電位器H H，改變電阻，改變電阻R R5 5觸點(diǎn)觸點(diǎn)位置，使電橋重新平衡，檢流計(jì)位置，使電橋重新平衡，檢流計(jì)P P指針指針回零。電位器回零。電位器H H上的標(biāo)度與橋臂電阻的上的標(biāo)度與橋臂電阻的變

14、化成比例，固電位器的指示值可以變化成比例，固電位器的指示值可以直接表達(dá)被測(cè)物理量的數(shù)值。這種橋直接表達(dá)被測(cè)物理量的數(shù)值。這種橋路的特點(diǎn)是在讀數(shù)時(shí)檢流計(jì)指針始終路的特點(diǎn)是在讀數(shù)時(shí)檢流計(jì)指針始終指零，所以又稱為指零，所以又稱為“零位法零位法”。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)6 6、直流電橋的優(yōu)、缺點(diǎn)、直流電橋的優(yōu)、缺點(diǎn)v 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）所需高穩(wěn)定度的直流電源較易獲得，電橋輸出是直流，可以）所需高穩(wěn)定度的直流電源較易獲得，電橋輸出是直流，可以使用直流儀表測(cè)量；使用直流儀表測(cè)量；（2 2）對(duì)從傳感器至測(cè)量?jī)x表間的連接導(dǎo)線要求較低；）對(duì)從傳感器至測(cè)量?jī)x表間的連接導(dǎo)線要求

15、較低；（3 3）電橋的平衡電路簡(jiǎn)單。）電橋的平衡電路簡(jiǎn)單。v 缺點(diǎn)缺點(diǎn)直流放大器比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影響。直流放大器比較復(fù)雜，易受零漂和接地電位的影響。零位測(cè)量法的測(cè)量誤差僅取決于可調(diào)電位器標(biāo)度的精確度，而與電零位測(cè)量法的測(cè)量誤差僅取決于可調(diào)電位器標(biāo)度的精確度，而與電橋電源電壓無關(guān)。橋電源電壓無關(guān)。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)二、交流電橋二、交流電橋 交流電橋的激勵(lì)電壓采用交流電壓，四個(gè)橋臂可為電感、電容或交流電橋的激勵(lì)電壓采用交流電壓，四個(gè)橋臂可為電感、電容或電阻。以復(fù)數(shù)阻抗電阻。以復(fù)數(shù)阻抗Z Z代替電阻代替電阻R R，且電流和電壓都用復(fù)數(shù)代替，則交流，

16、且電流和電壓都用復(fù)數(shù)代替，則交流電橋的平衡條件為：電橋的平衡條件為： 各阻抗用指數(shù)式表示為：各阻抗用指數(shù)式表示為：則：則： ，即可得交流電橋平衡的條件：即可得交流電橋平衡的條件：式中：式中：Z Z0101、Z Z0202、Z Z0303、Z Z0404各阻抗的模；各阻抗的模； 阻抗角，是各橋臂電流與電壓間的相位差。阻抗角，是各橋臂電流與電壓間的相位差。 4231ZZZZ4321044033022011,jjjjeZZeZZeZZeZZ)(0402)(03014231jjeZZeZZ)(423104020301ZZZZ4231，2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)1 1、電容

17、電橋、電容電橋此時(shí)此時(shí)Z Z1 1和和Z Z4 4可視為電容介質(zhì)損耗的等效電阻：可視為電容介質(zhì)損耗的等效電阻：根據(jù)交流電橋的平衡條件，有：根據(jù)交流電橋的平衡條件，有：可見，此電容電橋的平衡條件為：可見，此電容電橋的平衡條件為：44411111CjRZCjRZ42421331244311)1()1(CjRRRCjRRRRCjRRCjR42134231,CRCRRRRR2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)2 2、電感電橋、電感電橋此時(shí)此時(shí)Z Z1 1和和Z Z4 4可視為電感介質(zhì)損耗的等效電阻：可視為電感介質(zhì)損耗的等效電阻：根據(jù)交流電橋的平衡條件，有：根據(jù)交流電橋的平衡條件，有

18、：令實(shí)部與虛部相等，則得到電感電橋令實(shí)部與虛部相等，則得到電感電橋的電阻與電感平衡條件：的電阻與電感平衡條件：144111LjRZLjRZ24423131244311)()(RLjRRRLjRRRLjRRLjR24314231,RLRLRRRR2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)3 3、分布電容對(duì)交流電橋的影響、分布電容對(duì)交流電橋的影響右圖所示的輸出電壓為：右圖所示的輸出電壓為：采用半橋雙臂為工作電阻，并且有分布電容采用半橋雙臂為工作電阻，并且有分布電容C C1 1、C C2 2，另外兩臂為無，另外兩臂為無感電阻，令：感電阻，令：則：則：設(shè)：設(shè)：uZZZZZZZZubd)(

19、43214231)(21,2,1201221212121CCCCCCRRRRRRRRRRRP43222111,11,11RZZCjRZCjRZ2)()(122121122121uCCRRjRRCCRRjRRubd2022-6-2得到：得到：12022002214CRRCjCRjCCRRRuUbd1 1、應(yīng)變片電阻變化造成的輸出電壓；、應(yīng)變片電阻變化造成的輸出電壓；相對(duì)誤差：相對(duì)誤差：UUUe1112022CR展開：展開：1)()(14020CRCRe略去高階小量略去高階小量20)(CRe若：若：Hz10002f120RpF10000C則：則：%00006. 0e若規(guī)定：若規(guī)定：%2 . 0e設(shè)

20、：設(shè)：Hz5000f120RpF11870ReC導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)該小于導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)該小于10米。米。2022-6-212022002214CRRCjCRjCCRRRuUbd1、應(yīng)變片電阻變化造成的輸出電壓；、應(yīng)變片電阻變化造成的輸出電壓；20221114CRRRuU2、由于電容不平衡造成的輸出電壓；、由于電容不平衡造成的輸出電壓；2022022214CRCCRuU與電阻無關(guān)與電阻無關(guān)注意：注意：（1）連接半橋，兩應(yīng)變片的導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)相同。）連接半橋，兩應(yīng)變片的導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)相同。（2）導(dǎo)線應(yīng)該固定，以減小導(dǎo)線電容的變化。）導(dǎo)線應(yīng)該固定，以減小導(dǎo)線電容的變化。3、20220314CRRCCRujU21UU

21、3UU令：令：013CRRCRUUkRRCRKCR若：若：pF200CHz10000f120R5000%3013UUk3U的影響必須考慮。的影響必須考慮。3U使得靈敏度降低，線性變壞。使得靈敏度降低，線性變壞。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)則輸出電壓寫為：則輸出電壓寫為：可見：可見：（1 1）由于分布電容存在，電橋輸出電壓降低；）由于分布電容存在，電橋輸出電壓降低；（2 2）分布電容不平衡（）分布電容不平衡（ ），輸出電壓有），輸出電壓有一個(gè)與供橋電壓相位相差一個(gè)與供橋電壓相位相差9090?；蚧?70270。的分量的分量使后續(xù)放大器的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大。使后續(xù)放大器的動(dòng)態(tài)范

22、圍擴(kuò)大。（3 3）在測(cè)量過程中不平衡電容不變時(shí)將使輸）在測(cè)量過程中不平衡電容不變時(shí)將使輸出電壓有一與載波相同的分量，數(shù)據(jù)處理時(shí)可出電壓有一與載波相同的分量，數(shù)據(jù)處理時(shí)可設(shè)法消除。設(shè)法消除。)(21441222002202202121CRRCRjCCRRRCRuCRRjRCRRjRuuPPPbdR2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)由于引線產(chǎn)生的分布電容的容抗由于引線產(chǎn)生的分布電容的容抗( (引線電感忽略引線電感忽略) )、供、供電電源的頻率及被測(cè)應(yīng)變片的性能差異，交流電橋的初始電電源的頻率及被測(cè)應(yīng)變片的性能差異，交流電橋的初始平衡條件和輸出特性都將受到嚴(yán)重影響，因此必須對(duì)電

23、橋平衡條件和輸出特性都將受到嚴(yán)重影響，因此必須對(duì)電橋預(yù)調(diào)平衡。預(yù)調(diào)平衡。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ) 一、濾波器的分類一、濾波器的分類4.2 4.2 濾波器濾波器 濾波器濾波器濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。濾波器的作用濾波器的作用濾波器對(duì)頻率的篩選作用，可以：濾波器對(duì)頻率的篩選作用，可以：抑制噪聲；平滑信號(hào)；分離信號(hào)中不同的頻率成分抑制噪聲；平滑信號(hào)；分離信號(hào)中不同的頻率成分1 1、按照濾波器的選頻作用，濾波器可以分為：低通濾波器、高通、

24、按照濾波器的選頻作用，濾波器可以分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。圖圖410 四類濾波器的幅頻特性四類濾波器的幅頻特性2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（1 1）低通濾波器）低通濾波器使頻率在使頻率在0 0f f2 2之間的信號(hào)幾乎不受衰減地通之間的信號(hào)幾乎不受衰減地通過；過；（2 2）高通濾波器）高通濾波器使頻率大于使頻率大于f f1 1的信號(hào)幾乎不受衰減地通過；的信號(hào)幾乎不受衰減地通過；（3 3）帶通濾波器）帶通濾波器通頻帶在通頻帶在f f1 1f f2 2之間，使信號(hào)中低于之間，使信號(hào)中低于f f1 1和高于和高于

25、f f2 2的頻率成分極大地抑制；的頻率成分極大地抑制；（4 4）帶阻濾波器）帶阻濾波器阻帶在阻帶在f f1 1f f2 2之間，使信號(hào)中低于之間，使信號(hào)中低于f f1 1和高于和高于f f2 2的頻率成分幾乎不受衰減地通過。的頻率成分幾乎不受衰減地通過。 這幾種濾波器中，在通帶與阻帶之間存在一個(gè)過渡帶，其幅頻這幾種濾波器中，在通帶與阻帶之間存在一個(gè)過渡帶，其幅頻特性是一斜線，在此頻帶內(nèi)，信號(hào)受到不同程度地衰減，其余頻率特性是一斜線，在此頻帶內(nèi)，信號(hào)受到不同程度地衰減，其余頻率成分幾乎不受衰減地通過成分幾乎不受衰減地通過。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)2 2、根據(jù)構(gòu)成

26、濾波器元件的類型，濾波器可以分為：、根據(jù)構(gòu)成濾波器元件的類型，濾波器可以分為：RCRC濾波器、濾波器、LCLC濾波器、晶體諧振濾波器。濾波器、晶體諧振濾波器。3 3、根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)，濾波器可以分為：、根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)，濾波器可以分為：無源濾波器無源濾波器由無源元件，如電阻、電容和電感組成的濾波器由無源元件，如電阻、電容和電感組成的濾波器有源濾波器有源濾波器由集成運(yùn)放與由集成運(yùn)放與RCRC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波器網(wǎng)絡(luò)組成的濾波器 二、理想濾波器二、理想濾波器 實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件是幅頻特性是常數(shù)，相頻特性呈線性關(guān)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件是幅頻特性是常數(shù)，相頻特性呈線性關(guān)系，即理想測(cè)試系統(tǒng)的

27、頻率響應(yīng)特性為：系，即理想測(cè)試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性為：式中式中A A0 0和和 均為常數(shù)。均為常數(shù)。00)()(jeAjXjYjH）（02022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ) 和和 稱為截止頻率，兩截止頻率之間的頻率范圍稱稱為截止頻率，兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器的通頻帶或?yàn)闉V波器的通頻帶或帶寬。帶寬。 所以，若濾波器的頻率響應(yīng)滿足下列關(guān)系：所以，若濾波器的頻率響應(yīng)滿足下列關(guān)系：這樣的濾波器稱為理想的帶通濾波器（如下圖）。這樣地濾波器可這樣的濾波器稱為理想的帶通濾波器（如下圖）。這樣地濾波器可以使以使 之間的頻率成分通過。之間的頻率成分通過。000jeAjH）（2121,

28、cccc1c2c1c2c圖圖411 理想濾波器的幅頻特性理想濾波器的幅頻特性211ccf222ccf21cc2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ) 三、實(shí)際濾波器三、實(shí)際濾波器1 1、實(shí)際濾波器的性能參數(shù)、實(shí)際濾波器的性能參數(shù)（1 1）紋波幅度紋波幅度在定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻在定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性呈紋波變化，上下波動(dòng)量稱為紋特性呈紋波變化，上下波動(dòng)量稱為紋波幅度波幅度d d 。（2 2）截止頻率截止頻率均值均值取取d d的中間值對(duì)應(yīng)的幅頻特性作為幅的中間值對(duì)應(yīng)的幅頻特性作為幅頻特性的均值頻特性的均值A(chǔ) A0 0。將幅頻特性等于將幅頻特性等于 所對(duì)應(yīng)的頻率

29、為濾波器的所對(duì)應(yīng)的頻率為濾波器的截止頻率。截止頻率。d d與與A A0 0相比越小，表示濾波器的選擇性能越好。相比越小，表示濾波器的選擇性能越好。20A1c2c圖圖412 理想和實(shí)際帶通理想和實(shí)際帶通濾波器的幅頻特性濾波器的幅頻特性0A20A2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（3 3）帶寬帶寬B B帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力（頻率分辨力）。帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力（頻率分辨力）。（4 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，或在下截止頻率之間，或在下截止頻率 與與之間幅頻特性

30、的衰減值，即頻率變化之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)幅頻特性的衰減量一個(gè)倍頻程時(shí)幅頻特性的衰減量（dBdB）。濾波器在兩截止頻率外側(cè)有）。濾波器在兩截止頻率外側(cè)有過渡帶，該處幅頻特性曲線的傾斜程過渡帶，該處幅頻特性曲線的傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決定了濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的定了濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力。顯然，衰減越快濾波器的選擇能力。顯然，衰減越快濾波器的選擇性能越好。性能越好。2cf22cf2/2cf1cf1c2c圖圖412 理想和實(shí)際帶通理想和實(shí)際帶通濾波器的幅頻特性濾波器的幅頻特性0A20A2022-6-2汽車工程測(cè)試技

31、術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)2 2、RCRC濾波器濾波器（1 1）RCRC低通濾波器低通濾波器其頻率響應(yīng)特性分別為：其頻率響應(yīng)特性分別為：fjfHjjH211)(11)(farctgfffA2)()2(11)2（ 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，此時(shí)濾，此時(shí)濾波器為一個(gè)不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。波器為一個(gè)不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ，此時(shí)，此時(shí) 為為濾波器的上截止頻率。濾波器的上截止頻率。適當(dāng)改變參數(shù)適當(dāng)改變參數(shù) , ,就可以改變?yōu)V波器的截就可以改變?yōu)V波器的截止頻率。止頻率。21f0)(, 1)(ffA21)(fA21f212CfRC2/112/12/14590ff00 xuyu413 RC低通濾波器低通濾波器及其幅

32、相頻特性及其幅相頻特性)( fA)( f2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（2 2）RCRC高通濾波器高通濾波器其頻率響應(yīng)特性分別為：其頻率響應(yīng)特性分別為：fjfjfHjjjH212)(1)(farctgffffA21)()2(12)2（ 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，此時(shí)濾，此時(shí)濾波器為一個(gè)不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。波器為一個(gè)不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ，此時(shí)，此時(shí) 為為濾波器的下截止頻率。濾波器的下截止頻率。適當(dāng)改變參數(shù)適當(dāng)改變參數(shù) , ,就可以改變?yōu)V波器的截就可以改變?yōu)V波器的截止頻率。止頻率。21f0)(, 1)(ffA21)(fA21f211CfRC413 RC低通濾波器低通濾波器及

33、其幅相頻特性及其幅相頻特性004590 xuyu2/112/12/1ff)( fA)( f2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（3 3）帶通濾波器）帶通濾波器 帶通濾波器可以看成是由一個(gè)帶通濾波器可以看成是由一個(gè)RCRC低通濾波器和一個(gè)低通濾波器和一個(gè)RCRC高通濾波器串聯(lián)高通濾波器串聯(lián)組成的。組成的。當(dāng)當(dāng) 時(shí)，帶通濾波器的頻率響應(yīng)時(shí)，帶通濾波器的頻率響應(yīng)特性為：特性為： 其下截止頻率為原高通濾波器的截止頻率，即其下截止頻率為原高通濾波器的截止頻率，即 其下截止頻率為原低通濾波器的截止頻率，即其下截止頻率為原低通濾波器的截止頻率，即 2221cf1121Cf圖圖415 RC

34、帶通濾波器帶通濾波器12RR )()()(21fAfAfA)()()(21fff)()()(21fHfHfH 這種由兩級(jí)濾波器串聯(lián)組成的濾波器，會(huì)受級(jí)間耦合的影這種由兩級(jí)濾波器串聯(lián)組成的濾波器，會(huì)受級(jí)間耦合的影響：后一級(jí)稱為前一級(jí)的響：后一級(jí)稱為前一級(jí)的“負(fù)載負(fù)載”，前一級(jí)又是后一級(jí)信號(hào)源的，前一級(jí)又是后一級(jí)信號(hào)源的內(nèi)阻。內(nèi)阻。2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)（4 4）有源濾波器）有源濾波器 有源濾波器由有源濾波器由RCRC調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器（有源器件）組成。大器（有源器件）組成。運(yùn)放器可作為級(jí)間隔離，又可起信號(hào)幅運(yùn)放器可作為級(jí)間隔離，又可起信號(hào)幅值的

35、放大作用；值的放大作用；RCRC網(wǎng)絡(luò)通常作為運(yùn)放器網(wǎng)絡(luò)通常作為運(yùn)放器的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。 運(yùn)放器的負(fù)反饋電路接入高通濾運(yùn)放器的負(fù)反饋電路接入高通濾波網(wǎng)絡(luò)，得到有源低通濾波器波網(wǎng)絡(luò)，得到有源低通濾波器 由高、低通網(wǎng)絡(luò)被運(yùn)算放大器隔由高、低通網(wǎng)絡(luò)被運(yùn)算放大器隔離而組成帶通濾波器離而組成帶通濾波器xuyumC1RFR圖圖416 有源低通濾波器有源低通濾波器xu1R2R1C2Cyum圖圖417 有源帶通濾波器有源帶通濾波器2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)3 3、恒定百分比式與恒帶寬濾波器、恒定百分比式與恒帶寬濾波器 中心頻率中心頻率是兩截止頻率的幾何平均：是兩截止頻率的

36、幾何平均： 根據(jù)帶寬及其與中心頻率的關(guān)系，通常將根據(jù)帶寬及其與中心頻率的關(guān)系，通常將 的濾波器稱的濾波器稱為恒定百分比式濾波器；將帶寬為恒定百分比式濾波器；將帶寬B B恒定的濾波器稱為恒定帶寬濾波恒定的濾波器稱為恒定帶寬濾波器。器。 （1 1）恒定百分比帶通濾波器）恒定百分比帶通濾波器在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，為了覆蓋所感興趣的整個(gè)頻率段，采用在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，為了覆蓋所感興趣的整個(gè)頻率段，采用RCRC調(diào)諧調(diào)諧濾波器，通過改變?yōu)V波器，通過改變RCRC調(diào)諧參數(shù)，使中心頻率沿著所要求的頻段內(nèi)連調(diào)諧參數(shù)，使中心頻率沿著所要求的頻段內(nèi)連續(xù)滑動(dòng)。續(xù)滑動(dòng)。鄰接式濾波器組：各自的中心頻率固定，百分比恒定，各濾波器首鄰接式濾波器組：各自的中心頻率固定，百分比恒定，各濾波器首尾相接，即前一個(gè)濾波器的高端截止頻率點(diǎn)與后一個(gè)濾波器的低端尾相接，即前一個(gè)濾波器的高端截止頻率點(diǎn)與后一個(gè)濾波器的低端截止頻率點(diǎn)重合。截止頻率點(diǎn)重合。210ccfff 常數(shù)0/ fB2022-6-2汽車工程測(cè)試技術(shù)汽車工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)v 倍頻程濾波器倍頻程濾波器若濾波器的高端截止頻率若濾波器的高端截止頻率f fc2c2與低端截止頻率與低端截止頻率f fc1c1滿足滿足 ，則這種濾波器稱為倍頻程濾波器。，則這種濾波器稱為倍頻程濾波器。倍頻程濾波器的頻帶寬與中心頻率之比為：倍頻程濾波器