Measurement信號調理pych5english課件

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1Chapter5Modulation,ProcessandRecordofsignal第五章信號調理、處理和記錄§5-1BridgeCircuit§5-1電橋

§5-2Modulationanddemodulation §5-2

調制與解調

§5-3Filter

§5-3濾波器

§5-4IndicationandRecordEquipmentsofSignal§5-4信號的指示和記錄裝置Return

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2§5-1Bridgecircuit

電橋Itisameasurementcircuitwhichconvertsvariationsofresistance,inductance,capacitance,andsoonintovariationofvoltageorelectricityasoutput.將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。Itisclassifiedintobridgecircuitofdirectcurrentandbridgecircuitofalternatingcurrentaccordingtocharactersofdrivingvoltage.Itisalsoclassifiedintobridgecircuitofimbalanceandbridgecircuitofbalance.按照激勵電壓的性質，分為直流電橋和交流電橋；按照輸出方式，分為不平衡橋式電路和平衡橋式電路。Bridgecircuit電橋:Classification:分類:單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

31、bridgecircuitofdirectcurrent直流電橋Bridgecirciut電橋(2/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

5Diagramofconnectionwaysofbridgecircuitofdirectcurrent直流電橋的聯(lián)接方式圖

a)half-bridgesinglearm半橋單臂

b)half-bridgedoublearms

半橋雙臂

c)fullbridge

全橋

Atbeginning,bridgecircuitisatbalancestate.whenresistanceofeacharmproducededasmallchange,bridgecircuitlosesitsbalance.itsoutputis:如電橋開始處于平衡狀態(tài),當各橋臂電阻發(fā)生微小變化時電橋失去平衡,其輸出為:(3)Sensitivityofbridgecircuit電橋的靈敏度Bridgecirciut電橋(4/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

6Generally,R<<R.Besidesbridgecircuitisatbalancestateatbeginning.Thatis:

一般R很小,即R<<R,又電橋開始時平衡,即So:所以Bridgecirciut電橋(5/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

7Inactualuse,resistanceofeacharmofbridgecircuitisadoptedthesameinordertosimplifydesignofbridgecircuitandobtainthelargestsensitivityofbridgecircuit.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，往往取橋臂電阻相等，即

Halfbridgesinglearm:半橋單臂接法:

Halfbridgedoublearms:半橋雙臂接法:

Fullbridge:全橋接法:Bridgecirciut電橋(6/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

9(4)Sum-differencecharacteristicofbridgecircuit電橋的和差特性iouRRRRRRRRRRRRu)()(4433221122121D-D+D-D+=Forbridgeinwhichresistanceofeacharmisequal.對全等臂橋:Sou0canbesimplifiedas:所以:u0可以簡化為:Bridgecirciut電橋(8/23)cdbR3±?R3aR1±?R1uouiI1I2▽±R4R4▽±R2R2單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

10Whenthereareresistanceincrementsintwooppositearms,outputofbridgecircuitreflectstheresultofsumofthetworesistanceincrementinthetwooppositearms.電橋相對橋臂有電阻增量時,電橋輸出反映兩橋臂電阻增量相加的結果;Whenthereareresistanceincrementsintwoconsecutivearms,outputofbridgecircuitreflectstheresultofdifferenceofthetworesistanceincrementinthetwoconsecutivearms.電橋相鄰橋臂有電阻增量時,電橋輸出反映兩橋臂電阻增量相減的結果Bridgecirciut電橋(9/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

11Example:例:Asshowinfollowingfigure.Acantilever['k?ntili:v?]beamsuffersaforceF.PleaseconsiderinfluenceoftemperatureandfindF.Drawadiagramtoshowthefixedpositionsofstraingaugesandconnectionwayofbridgecircuit.如圖所示懸臂梁受力F作用,要求出F,并且要考慮溫度的影響.試畫出應變片的粘貼位置與電橋的連接方式圖。Bridgecirciut電橋(10/23)F單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

13Key:forceFmakescantileverbeamproducebendingdeformationonly,temperaturemakesthecantileverbeamproducetensile拉伸['tensail]

deformation.解:力F使懸臂梁產生純彎曲變形;溫度使梁產生拉伸變形Bridgecirciut電橋(12/23)FUndertheroleofforceF:

R1→R1+ΔR1;R2→R2-ΔR2;And:|ΔR1|=|ΔR2|;Undertheroleoftemperature:

R1→R1+ΔR’1;

R2→R2+ΔR2’;|ΔR’1|=|ΔR2’|;單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

14Accordingtosum-differencecharacteristicofbridgecircuit

根據電橋和差特性:Bridgecirciut電橋(13/23)R1R3R2R4eyexFR1R2R1單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

15Ifsensitivityisnotlargeenough,howtosolvetheproblem?

如果上述測試靈敏度不夠,怎么辦?Choose4straingaugesinstead.Fullbridge.改成4片,全橋.Bridgecirciut電橋(14/23)R1R3R2R4eyexFR1,3R2,4R1R3單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

17HowtofindmagnitudeofFfromvariationofresistancemeasured?

測出的是電阻變化,怎么得到想求的力F?strain應變Sensitivityofstraingauge應變片靈敏度Accordingtooperationprincipleofresistancestraingauges:根據電阻應變片的工作原理:Alsoknownfrommechanicsofmaterials:又根據材料力學:Bridgecirciut電橋(16/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

18ForceFcanbefindfromformulasabove.

力F為:Bridgecirciut電橋(17/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

192.Bridgecircuitofalternatingcurrent交流電橋

Atsituationthatinputvoltageandresistancearealreadlyknown,bridgecircuitcanmeasurevariationofresistancebyvariationofoutputvoltage.Wheninputelectricalsourceisalternatingcurrent,equationaboveisstilltenable.在已知輸入電壓及電阻的情況下，電橋可以通過輸出電壓的變化測出電阻的變化值。當輸入電源為交流電源時，上述等式仍舊成立。Whencapacitanceandinductancearewrittenasvectorforms,equationofbalanceconditionofbridgecircuitcanberewrittenas:把電容、電感寫成矢量形式時，電橋平衡條件式可改寫為：Writtenascomplexexponentialform:寫成復指數形式

Balanceconditionsofbridgecircuit電橋平衡條件為(1)Balanceconditionsofbridgecircuit電橋平衡條件Bridgecirciut電橋(18/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

21Diagramofbridgecircuitofalternatingcurrent交流電橋圖1)balanceconditionsofbridgecircuitofcapacitance電容電橋的平衡條件

Bridgecirciut電橋(20/23)cdbR3aR1uouiI1I2R4R2C1C2bridgecircuitofcapacitance電容電橋

cdbR3aR1uouiI1I2R4R2L1L2b)bridgecircuitofinductance電感電橋

Realpartsandimaginarypartsareequalrespectively.由實部虛部分別相等得到。單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

222)Balanceconditionsofbridgecircuitofinductance電感電橋的平衡條件

Bridgecirciut電橋(21/23)cdbR3aR1uouiI1I2R4R2L1L2b)bridgecircuitofinductance電感電橋

單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

233)bridgecircuitofalternatingcurrentwithresistanceandcapacitancebalances.具有電阻、電容平衡的交流電橋

Adjustresistancebalance調電阻平衡Adjustcapacitancebalance調電容平衡Bridgecirciut電橋(22/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

25§5.2modulationanddemodulation調制與解調

Electricalsignalsoutputfromtransducersaregenerallylowfrequencycomponents(fromdirectcurrenttotensKHz).Whensignalsundertestareweak,inordertorealizesignalstransmissionespeciallyforlongdistance,directcurrentamplificationormodulationanddemodulationmaybeadopted.傳感器輸出的電信號一般為較低頻率分量（在直流至幾十千赫茲之間），當被測信號比較弱時，為了實現信號的傳輸尤其是遠距離傳輸，可以采用直流放大或調制與解調。Signalssuffereasilydisturbancesfrompowerfrequencyandothersignalswhilebeingtransmitted.Ifdirectcurrentamplificationisused,effectivemeasurestorestrain抑制influencesofdisturbancesignalsmustbeadopted.信號傳輸過程中容易受到工頻及其他信號的干擾，若采用直流放大則在傳輸過程中必須采用有效措施抑制干擾信號的影響。Actually,signalsareprocessedfromlowfrequencydomaintohighonebymodulationfirstlyandalternatingcurrentamplificationsecondly.Itcanalsoimproveanti-interference抗干擾abilityofcircuitandsignaltonoiseratioofsignals.實際中往往采用更有效的先調制而后交流放大，將信號從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，也可以提高電路的抗干擾能力和信號的信噪比。單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

26Modulationmeansaprocessthatsomeparametersofasignalarechangedundercontrolofothersignal.Aheadsignaliscalledcarrier,behindsignaliscalledmodulatingsignal.調制就是使一個信號的某些參數在另一個信號的控制下而發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后一信號（控制信號）稱為調制信號。Correspondingthreefactorsofsignal:magnitude,frequencyandphase.Modulationisclassifiedintomagnitudemodulation,frequencymodulationandphasemodulationaccordingtoprocessthatparameters(magnitude,frequency,phase)ofcarrierarechangedwithmodulatingsignal.Signalmodulatediscalledmagnitudemodulationwave,frequencymodulationwaveorphasemodulationwave.對應于信號的三要素：幅值、頻率和相位，根據載波的幅值、頻率和相位隨調制信號而變化的過程，調制可以分為調幅、調頻和調相。其波形分別稱為調幅波、調頻波和調相波。modulationanddemodulation

調制與解調

(2/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

27CarriermodulatingsignalMMwaveFMwave載波、調制信號及調幅、調頻波圖a)Carrier

載波信號

b)modulatingsignal調制信號

c)MMwave調幅波形

d)

FMwave調頻波形modulationanddemodulation

調制與解調(3/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

29So:則Besides:而modulationanddemodulation

調制與解調(5/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

30Processofmagnitudemodulationissimilartothatoffrequencyspectrummoved.調幅過程相當于“頻譜”搬移過程。Purposeofmagnitudemodulationistomakeamplificationandtransmissionofslowlychangingsignalseasily.調幅的目的是為了便于緩變信號的放大和傳送.Forexample,intelephonecableandtelevisioncable,becausedifferentsignalsismodulatedtodifferentfrequencydomain,multichannelsignalscanbetransmittedinaconductingwire.如在電話電纜、有線電視電纜中，由于不同的信號被調制到不同的頻段，因此，在一根導線中可以傳輸多路信號。Inordertoreducedistortionscausedbyamplificationcircuit,thesmallersignalbandcomparedtocentralfrequency(carrierfrequency)is,thebetter.Actually,carrierfrequencyoftenisseveraleventenstimesthatofmodulatingsignal.為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬相對于中心頻率（載波頻率）應越小越好，實際載波頻率常至少數倍甚至數十倍于調制信號頻率。modulationanddemodulation

調制與解調(6/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

31(2)Demodulationofmagnitudemodulationsignal幅值調制信號的解調

synchronizationdemodulation同步解調

Purposeofdemodulationistorestoremodulatedsignal.解調的目的是為了恢復被調制的信號。Magnitudemodulationwave調幅波.Carrier載波.MMWandcarriermultiplyintimedomainandconvoluteinfrequencydomain.調幅波與載波時域乘積,頻域卷積.modulationanddemodulation

調制與解調(7/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

32Attimedomain:從時域看：

2)Rectificationdetectingdemodulation整流檢波解調

Offsetmodulatedsignalabovezero.Rectifymagnitudemodulationwave(half-waveorfull-waverectification),filterwaveandeliminatedirectcurrentoffset.Originalsignalisrestored.對已調制信號進行偏置，使其大于零。將該調幅波進行整流（半波或全波）、濾波并消除直流偏置即可恢復原信號。modulationanddemodulation

調制與解調(8/26)整流檢波解調a)b)c)d)e)f)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

33modulationanddemodulation

調制與解調(9/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

343)Phasesensitivedetectingdemodulation相敏檢波解調

Phasesensitivedetectingisalsocalledphasesensitiverectification整流.Itscharacteristicsisthatoutputofphasesensitivedetectingdemodulationreflectsvoltagepolarity

[p?u'l?riti]ofmodulatingsignalaswellasvoltagemagnitudeofmodulatingsignal.相敏檢波又稱相敏整流。其特點是相敏檢波的解調輸出既能反映調制信號電壓的幅值，又能反映調制信號電壓的極性。

modulationanddemodulation

調制與解調(10/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

35modulationanddemodulation

調制與解調(11/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

36SecondaryvoltageoftransformerBisrequiredlargerthanthatoftransformerAindesigningaphasesensitivedetector.相敏檢波器設計時要求B的二次邊的輸出大于A的二次邊輸出。回路i1起點回路i2起點++Voltage:fromminustopositiveisminus.Load:Fromuppertolowerispositive.電壓:從負正,為(-)負;負載從上下為(+)正modulationanddemodulation

調制與解調(12/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

37Knownfromtwofiguresabove,nomatterwhetherornotmodulatedsignalispositive,outputwaveofphasesensitivedetectorispositive.Theoutputhasthesamepolaritywiththatofmodulatingsignal.Thecircuitissimilartofull-waverectificationofxm(t)atrange0~a.Frequencyafterdemodulationistwiceasthatoforiginalmodulatingsignal.由上兩圖知，x(t)>0時，無論調制波是否為正，相敏檢波器的輸出波形均為正，即保持與調制信號極性相同。這種電路相當于在0~a段對xm(t)全波整流，解調后的頻率比原調制波高一倍。modulationanddemodulation

調制與解調(13/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

38modulationanddemodulation

調制與解調(14/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

39Knownfromtwofiguresabove,whenx(t)<0,nomatterwhatpolaritymodulatedsignalis,outputwaveofphasesensitivedetectorkeptthesamewithx(t)isminus.Meanwhile,circuitissimilartoreversingxm(t)’sphaseafterfull-waverectification.Frequencyafterdemodulationistwiceofthatoforiginalmodulatingsingal.由上兩圖知，x(t)<0時，不管已調制波極性如何，相敏檢波器的輸出波形均為負，保持與x(t)一致。同時，電路在a~b段相當于對xm(t)全波整流后反相，解調后的頻率為原調制波的二倍。modulationanddemodulation

調制與解調(15/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

404)applicationofmagnitudemodulation-dynamicresistancestraininstrument調幅應用——動態(tài)電阻應變儀

modulationanddemodulation

調制與解調(16/26)Bridge電橋Amplifier放大器DetectingLowpassfilter低通濾波Recorder顯示記錄Carrieroscillator載波振蕩器x(t)X(t)0t0ty(t)Blockdiagramofdynamicresistancestraininstrument動態(tài)電阻應變儀方框圖Straingauge電阻應變片0tX’m(t)0tX’(t)0tXm(t)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

412、Frequencymodulationanditsdemodulation調頻及其解調

(1)

Principle原理

Frequencymodulationmeansaprocessthatcarrierfrequencyiscontroledbymodulatingsignal.Frequencymodulationwaveisapersistentwave.Variationoffrequencyisdirectlyproportionaltomagnitudeofmodulatingsignal.利用調制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調頻波是等幅波，但頻率的變化量與調制信號幅值成正比。

Instantaneousfrequencyoffrequencymodulationwaveisgivenbyfollowingequation:調頻波的瞬時頻率可表示為：f=f0+f=f0+Kx(t)Where,f0:carrierfrequency,alsocalledcentralfrequency.f0為載波頻率，也稱中心頻率。f:frequencyoffset,directlyproportionaltomagnitudeofmodulatingx(t).f:為頻率偏移，與調制信號x(t)幅值成正比。

modulationanddemodulation

調制與解調(17/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

42Diagramofrelationshipbetweenfrequencymodulationwaveandmagnitudeofmodulatingsignal調頻波與調制信號幅值的關系圖

modulationanddemodulation

調制與解調(18/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

43Modulatingsignal:設調制信號

Carriersignal:載波信號為

Whenmodulatingfrequency,carriermagnitudeandinitialphaseareinvariable.Instantaneousfrequencyf(t)isvariedlinearlyaroundf0whenmodulatingsignalchanges.調頻時載波的幅度和初始相位角不變，瞬時頻率f(t)圍繞著f0隨調制信號電壓作線性的變化：Knownfromequationabove,frequencyoffsetisdirectlyproportionaltomagnitudeofmodulatingsignalandisnotrelatedtofrequencyofmodulatingsignal.Thisisoneofbasiccharactersoffrequencymodulationwave.由上式可見，頻率偏移與調制信號的幅值成正比，與調制信號的頻率無關，這是調頻波的基本特征之一。

modulationanddemodulation

調制與解調(19/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

44Therearemanymethodstorealizemodulationanddemodulation.Inmeasurementsystem,reactanceelementsarecomposedastuningoscillator.Reactanceelementsareusedastransducers’parameterstosensevariationofquantityundertestandbecomemodulatingsignal.Oscillatingsignalofoscillatorisusedascarrier.Whenmodulatingsignalisinput,oscillatoroutputisfrequencymodulationwavemodulated.Ifresonancecircuitofoscillatoriscomposedbycapacitanceandinductancewhichareinparellelconnection.Resonancefrequencyofcircuitisasfollow:實現信號的調頻和解調的方法甚多。在測量系統(tǒng)中，常利用電抗元件組成調諧振蕩器，以電抗元件（電感或電容）作為傳感器參量，以它感受被測量的變化，作為調制信號輸入，振蕩器原有的信號振蕩信號作為載波。當有調制信號輸入時，振蕩器輸出的即為被調制了的調頻波。當電容C和電感L并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路時，電路的諧振頻率將為：

modulationanddemodulation

調制與解調(20/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

45Withoutsignalinput,x(t)=0,resonancefrequencyofcircuitisgivenby:無信號輸入時,x(t)=0,諧振電路的諧振頻率為:Withsignalinput,x(t)≠0,resonancefrequencyofcircuitisgivenby:有信號輸入時,x(t)≠0,諧振電路的諧振頻率為:modulationanddemodulation

調制與解調(21/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

46Tocalculatedifferentialofaboveequation,absolutevariationofresonancefrequencycanbefoundasfollowing:對上式求微分得諧振頻率的絕對變換量:Nearcarrierfrequencyf0thereisC1=C0,So:在載波頻率f0附近有C1=C0,所以modulationanddemodulation

調制與解調(22/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

47Expressionofresonancefrequencyisasfollow:諧振頻率的表達式為DenoteitbyKf用Kf表示modulationanddemodulation

調制與解調(23/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

48Withoutinputsignal,outputvoltageofresonancecircuitis:無信號時,諧振電路的輸出電壓:Withinputsignal,outputvoltageofresonancecircuitis:有信號時,諧振電路的輸出電壓:Frequencyismodulatedbyx(t).頻率受x(t)的調制modulationanddemodulation

調制與解調(24/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

49(2)Demodulationoffrequencymodulationwave調頻波的解調Frequencymodulationwavereflectsmagnitudevariationofsignalundertestbyfrequencyvariationofsinewave.調頻波是以正弦波頻率的變化來反映被測信號的幅值變化。Demodulationoffrequencymodulationwave:Firstlyconvertfrequencymodulationwaveintofrequencymodulationsandmagnitudemodulationwave.Secondlyprocessmagnitudedetecting.調頻波的解調是先將調頻波變換成調頻調幅波，然后進行幅值檢波。Demodulationoffrequencymodulationwaveisfinishedbyfrequencydetector.Frequencydetectorisusuallycomposedoflineartransformcircuitandmagnitudedetectingcircuitshownasfollowingfigure.調頻波的解調由鑒頻器完成。鑒頻器通常由線性變換電路與幅值檢波電路組成，如圖所示。modulationanddemodulation

調制與解調(25/26)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

50a)frequencydetector鑒頻器

frequency-voltagecharacteristiccurve頻率-電壓特性曲線modulationanddemodulation

調制與解調(26/26)ufC1L1L2C2CRu0ua頻率電壓線性變換部分幅值檢波ua0ω

nωωω0t?ωtua0uat0單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

51§

5.3Filter濾波器

Filterisafrequencyselectinginstrument.Itonlypermitssignalswithcertainbandpassmeanwhileattenuatesextremelyotherfrequencycomponents.濾波器是一種選頻裝置，它只允許一定頻帶范圍的信號通過，同時極大地衰減其它頻率成分。Selectingfunctionoffilterplaysrolesofeliminatingnoiseanddisturbancesignalsinmeasurementtechnology.Itisappliedwidelyinautomatictest,automaticcontrol,signalprocessingandsoon.濾波器的這種篩選功能在測試技術中可以起到消除噪聲、干擾信號等作用，在自動檢測、自動控制、信號處理等領域得到廣泛的應用。單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

521、Classificationoffilter濾波器的分類Lowpassfilter:passband0~f2.低通濾波器：通頻帶0~f2。Highpassfilter:passbandf1~.高通濾波器：通頻帶f1~Bandpassfilter:passbandf1~f2.帶通濾波器：通頻帶f1~f2Bandstopfilter:passband0~f3andf4~.帶阻濾波器：通頻帶0~f3與f4~（stopband:阻帶：f3~f4）(1)

classifiedaccordingtoselectingcharactersoffilter根據濾波器的選頻特性分類Itexiststransitionbandbetweenpassbandandstopband.Signalsinthetransitionbandareattenuatedinvariousdegree.通（頻）帶與阻帶之間存在過渡帶.在此頻帶內信號受到不同程度的衰減Magnitudecharacteristicofhighpassfilter=1-Magnitudecharacteristicoflowpassfilter高通濾波器幅頻特性=1-低通濾波器幅頻特性Bandstopfilteriscomposedofhighpassfilterandlowpassfilter帶阻濾波器是高通和低通的組合Filter濾波器(2/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

53(2)Classifiedbyelementstypeoffilter根據濾波器的元件類型分類RC、LC、crystalresonanceandswitchingcapacityfilter.RC、LC、晶體諧振及開關電容濾波器。(3)Classifiedbycircuitcharacteroffilter根據濾波器的電路性質分類Activefilter,passivefilter有源、無源濾波器。(4)Classifiedbysignalcharacteroffilter根據濾波器的信號性質分類Analogfilter,digitalfilter模擬、數字濾波器。Filter濾波器(3/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

542.Idealfilter理想濾波器

(1)Modelofidealfilteranditspulseresponse理想濾波器模型及脈沖響應

Filterwhichhasnotransitionbandandsatisfiestestingconditionswithoutdistortionsinpassbandiscalledidealfilter.Frequencyresponsefunctionofidealfilterisasfollow:無過渡帶且在通頻帶內滿足不失真測試條件的濾波器稱為理想濾波器。理想濾波器的頻率響應函數為：Pulseresponsefunctionissincfunction.Ifnophaselag(t0=0)理想濾波器的脈沖響應函數為sinc函數，若無相角滯后（t0=0）：Filter濾波器(4/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

55Anyexistingsystemdoesn’thavetheabilityofpredictingfuture.任何現實系統(tǒng)都不可能具有這種預知未來的能力Beforeinput(t)coming,filterhasunexpectedlyoutputcorrepondingtotheinput.在輸入(t)到來以前,濾波器竟有與輸入相對應的輸出Ideallowpassfilterdoesnotexist.理想低通濾波器是不存在的.Idealhighpass,bandpass,bandstopfilterdonotexist.理想高通、帶通、帶阻濾波器也是不存在的Filter濾波器(5/23)ffc0-fcф(f)2πt0A00ffc-fc|H(f)|

frequencycharacteristicofideallowpassfilter理想低通濾波器頻率特性t01/2fc1/fc-1/2fc-1/fc2A0fch(t)tt00h(t)b)pulseresponsefunctionofideallowpassfilter理想低通濾波器脈沖響應函數單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

56(2)stepresponseofidealfilter理想濾波器的階躍響應1)unitstepinput單位階躍輸入

2)stepresponseoffilter濾波器的階躍響應：

Filter濾波器(6/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

57Itisthetimetakenforoutputupbuildingfrom0(pointa)toduestablevalueA0(pointb)withoutconsideringripplesinfrontandbehind.若不考慮前、后皺波，輸出從0(a點)到應有的穩(wěn)定值A0(b點)之間的所需建立時間為：Uppercutofffrequency上截止頻率3)Figureofstepresponsewave階躍響應波形圖

4)Responsetime

響應時間Filter濾波器(7/23)Unitstepresponseofideallowpassfilter理想低通濾波器對單位階躍輸入的響應0ttbtaay(t)A00.5A0bnophaselag,timeshiftt0=0無相角滯后,時移t0=00ty(t)tbt0taaA00.5A0bb)withphaselag,timeshiftt0≠0.有相角滯后,時移t0≠0單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

58Oritisthetimetakenforoutputupbuildingfrom0.1~0.9ofitssteadyresponsevalue.Then:如果按穩(wěn)態(tài)響應值的0.1~0.9作為計算建立時間的標準，則：

Thewiderfilterpassbandis,theshorterupbuildingtimewillbe,thefasterresponsespeedwillbe.Itsphysicalmeaningis:濾波器通頻帶越寬（fc越高），建立時間越短，響應速度越快。其物理意義是：Suddenchangepointofinput(interrupttedpoint)mustincludesabundanthighfrequencycomponents.輸入信號突變處（間斷點）必然含有豐富的高頻分量。Lowpassfilterblocksandattenuateshighfrequencycomponents.Soitmakesoutputwavesmooth.低通濾波器阻衰了高頻分量，結果將輸出波形“圓滑”。Thewiderbandis,thelesshighfrequencycomponentswillbeblockedandattenuated,themoreandrapidelyitwillmakesignalspass.Soupbuildingtimeisshort.Whereasupbuildingtimeislong.通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能更多更快地通過，故建立時間短，反之建立時間長。Filter濾波器(8/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

59UpbuildingtimeoflowpassfiltertowardstepresponseTeisinverselyproportionaltobandB.Thatis:低通濾波器對階躍響應的建立時間Te與帶寬B成反比，即： BTe=constant常數Thatconclusionisalltrueforhighpass,bandpassandbandstopfilters.該結論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。Bandoffilterexpressesitsfrequencyresolution.Themorenarrowbandis,thehigherresolutionwillbe.Obviously,highresolutionandresponsespeedareconflicting.Ifdrawingaverynarrowbandfrequencycomponentbyfiltering(suchasspectrumanalysis),enoughtimemustbetaken.濾波器帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，顯然，高分辨力與響應速度是互相矛盾的。如果要用濾波的方法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分析），必須有足夠的時間。5)Relationshipbetweenhighresolutionandresponsespeed高分辨力與響應速度的關系:Filter濾波器(9/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

603、Actualfilter實際濾波器

Basicparametersofactualfilter實際濾波器的基本參數

Magnitudecharacteristicdiagramofidealbandpassfilter(dashed)andactualbandpassfilter(realline)理想帶通濾波器（虛線）與實際帶通濾波器（實線）的幅頻特性圖Ripplemagnituded紋波幅度dCutofffrequencyfc:截止頻率fc:thefrequencyfcisthatitscorrespondingmadnitudecharacteristicequalsA0/√2幅頻特性等于A0/√2所對應的頻率Filter濾波器(10/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

61Frequencyrangebetweenupperandlowercutofffrequencyiscalledbandwidthoffilteror-3dBbandwidth.BandwidthBdecidesfrequencyresolution.Theratioofcentralfrequencyf0(f0=√fc1fc2.geometricalaverageoffc1fc2)tobandwidthBiscalledqualityfactoroffilter.iff0isdefined,thelargerqualityfactoris,thehigherresolutionoffilterwillbe.

上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬或-3dB帶寬。帶寬B決定頻率分辨力。將中心頻率f0（f0=√fc1fc2，幾何平均）與帶寬B之比稱為濾波器的品質因素。f0確定，品質因素Q越大，濾波器分辨力越高。Or或

Itmeansattenuationquantityofmagnitudecharacteristicbetweenuppercutofffrequencyfc2anddoublefc2orbetweenlowercutofffrequencyfc1andhalfoffc1.Itistheattenuationquantitywhichcorrespondingvariationoffrequencyisaoctave.指在上截止頻率fc2與2fc2之間，或者在下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特性的衰減量，即頻率變化一個倍頻程的衰減量。BandwidthBandqualityfactorQ帶寬B和品質因素QOctaveselectivityW

倍頻程選擇性WFilter濾波器(11/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

62OctaveselectivityisdenotedbydB/dec.Sometimestenfoldoctaveselectivityisalsoadopted.Octaveselectivityindicatesslopedegreeofmagnitudecharacteristiccurveintransitionbandoffilter.Itdecidesattenuatingabilityoffiltertofrequencycomponentsoutsidebandwidth.Obviously,thelargerWis,thebetterselectivityoffilterwillbe.倍頻程選擇性用dB/oct表示。有時也采用10倍頻程選擇性dB/dec。倍頻程選擇性表明濾波器過渡帶內幅頻曲線的傾斜程度，它決定了濾波器對帶寬外頻率成分衰減的能力。顯然W越大，濾波器選擇性越好。Foridealfilter,=1,usually=1~5.Stopbandattenuationofsomefilterscouldn’treach-60dBbecausebeinginfluencedbydevices(forexample,capacitanceleaksresistance),ratioofbandwidthcorrepondingto-40dBor-30dBtothatof-3dBofmagnitudecharacteristicoffiltercanbeusedtoshowit.理想濾波器=1，通常=1~5。有些濾波器因器件影響（如電容漏阻），阻帶衰減達不到-60dB，可用-40dB或-30dB帶寬與-3dB帶寬的比值表示。Filterfactor(rectanglecoefficient)

濾波器因數（矩形系數）Itisaanotherwaytodenoteselectivityoffilter.Ratioofbandwidthcorrepondingto-60dBtothatof-3dBofmagnitudecharacteristicoffilterisusedtoshowit.濾波器選擇性的另一種表示法。用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值表示。Filter濾波器(12/23)單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

63(2)basicparametersofRCtuningfilterRC調諧式濾波器的基本參數

1)

lowpassfilteroffirstorderRCcircuit一階RC低通濾波器

Itisapproxiamatelyundistortedtransmissionatlowfrequencydomain.Itisapproxiamatelyaintegraphathighfrequencydomain.Attenuationratioathighfrequencydomainis-20dB/dec（-6dB/oct).低頻段近于不失真?zhèn)鬏?。高頻段近于積分器。高頻衰減率-20dB/dec（-6dB/oct）Filter濾波器(13/23)CRuyuxf1/2πτ1A(f)0f-450-9000φ(f)1/2πτRClowpassfilter

RC低通濾波器單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

642)highpassfilteroffirstorderRCcircuit

一階RC高通濾波器