第四章信号的调理与 记录2
合集下载
第四章 信号调制解调电路
us<0
+ + N1
R3 uA us
N+ uo=-us + 2
∞
c) 负输入等效电路
第二节 调幅式测量电路
4.2.3相敏检波电路 一、相敏检波的功用和原理 1、相敏检波电路 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和 选频能力的检波电路。
第二节 调幅式测量电路
2、相敏检波 包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是 对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的 输出鉴别调制信号的相位。第二，包络检波电路本 身不具有区分不同载波频率的信号的能力。对于不 同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以 恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。 为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力， 提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。
O u A, u o O t
第二节 调幅式测量电路
三、相敏检波电路的选频与鉴相特性 1、相敏检波电路的选频特性 相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输 入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波， 所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出 为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,5 等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波 的1/ n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减， 对高次谐波有一定抑制作用。
第二节 调幅式测量电路
4、相敏检波电路与调幅电路在结构上相似之处及区 别 将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得 到双边带调幅信号us，将双边带调幅信号us再乘以 载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。 这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原 因。 二者主要区别是调幅电路实现低频调制信号与 高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏 检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经 滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出 耦合回路与滤波器的结构和参数不同。
+ + N1
R3 uA us
N+ uo=-us + 2
∞
c) 负输入等效电路
第二节 调幅式测量电路
4.2.3相敏检波电路 一、相敏检波的功用和原理 1、相敏检波电路 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和 选频能力的检波电路。
第二节 调幅式测量电路
2、相敏检波 包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是 对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的 输出鉴别调制信号的相位。第二，包络检波电路本 身不具有区分不同载波频率的信号的能力。对于不 同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以 恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。 为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力， 提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。
O u A, u o O t
第二节 调幅式测量电路
三、相敏检波电路的选频与鉴相特性 1、相敏检波电路的选频特性 相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输 入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波， 所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出 为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,5 等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波 的1/ n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减， 对高次谐波有一定抑制作用。
第二节 调幅式测量电路
4、相敏检波电路与调幅电路在结构上相似之处及区 别 将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得 到双边带调幅信号us，将双边带调幅信号us再乘以 载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。 这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原 因。 二者主要区别是调幅电路实现低频调制信号与 高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏 检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经 滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出 耦合回路与滤波器的结构和参数不同。
《机械工程测试技术基础》课后习题及答案详解
第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。
解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩积分区间取（-T/2，T/2）00000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, ) T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±± 。
(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nInR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩ ππ21,3,,(1cos )00,2,4,6, n An A c n n n n ⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩πππ1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nI n nRπn c πφn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
图1-4 周期方波信号波形图1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。
解答：00002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰rmsx ==== 1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。
传感器与测试技术章节测试题
章节测试题第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点： ， ， 。
4、 非周期信号包括 信号和 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ ） （三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2xψ，和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、 求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=Tt T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x atω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin)(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141nn ns s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、和 。
chapter4 信号调理和记录new
Z1 Z 3 Z 2 Z 4
把各阻抗代入平衡条件式，得：
Z 01 Z 03 e
j ( 1 3 )
Z 02 Z 04 e
j ( 2 4 )
若此式成立，必须同时满足下列两等式：
兰州理工大学机电工程学院
Z 01 Z 03 Z 02 Z 04 1 3 2 4
一、 直流电桥
a
●平衡条件
R1
R1R3 R2 R4
b
R4 E
d
V
R3
c
R2
R1 R3 R2 R4 V E ( R1 R2 )(R3 R4 )
不平衡条件
兰州理工大学机电工程学院
如果电桥的4个电阻中任一个或者多个 电阻阻值发生变化，将打破平衡条件，使得 输出电压发生变化。 测量电桥正是利用这一特点。
相对臂阻抗模之积相等 相对臂阻抗角之和相等
为满足上述条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用 的电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻
（例如 Z R , Z R
02 2 03
3
2 3 0
）
而另外两个桥臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或 者都是电感，保持 1 4 。
兰州理工大学机电工程学院
兰州理工大学机电工程学院
第四章 信号的调理与记录
本章学习要求：
1.电桥原理与应用 2.信号调制解调原理
3.信号滤波器工作原理
4.模拟信号放大电路原理 5.信号的记录
兰州理工大学机电工程学院
概述
第一节、电桥 第二节、调制与解调
第三节、滤波器
第四节、信号放大
第五节、测试信号的显示与记录
兰州理工大学机电工程学院
第四章 信号调理与处理
调幅的实现
幅值调制装置实质上是一个乘法器。现在已有性能 良好的线性乘法器组件。霍尔元件也是一种乘法器。
电桥在本质上也是一个乘法装置，若以高频振荡电 源供给电桥，则输出为调幅波。
霍尔元件： VH kH iB sin
电桥：
Uy
R R0
U
0
三、调制与解调
调幅信号的解调方法
1、同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则
xm (t) xt cos 2f0t cos
xt cos 2f0t
三、调制与解调
调幅信号的频域分析
由傅里叶变换的性质知：在时域中两个信 号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线
xt yt
X f Y f
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就
是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。
是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的 是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当 信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；信号 电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调频波是
随信号而变化的疏密不等的等幅波。
第五章 信号变换及调理
三、调制与解调 调频波的瞬时频率可表示为． f＝fo±△f 式中f。——载波频率，或称为中心频率； △f—频率偏移，与调制信号x(t)的幅值成正比。
四、 滤波器
滤波器还有其它不同分类方法，例如， 根据构成滤波器的大件类型，可分为RC、LC或晶
体谐振滤波器； 根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和
无源滤波器； 根据滤波器所处理的信号性质，分为模拟滤波器与
数字滤波器等等。
滤波器的性能指标
A0
0.707A0
Q=f0 / B
幅值调制装置实质上是一个乘法器。现在已有性能 良好的线性乘法器组件。霍尔元件也是一种乘法器。
电桥在本质上也是一个乘法装置，若以高频振荡电 源供给电桥，则输出为调幅波。
霍尔元件： VH kH iB sin
电桥：
Uy
R R0
U
0
三、调制与解调
调幅信号的解调方法
1、同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则
xm (t) xt cos 2f0t cos
xt cos 2f0t
三、调制与解调
调幅信号的频域分析
由傅里叶变换的性质知：在时域中两个信 号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线
xt yt
X f Y f
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就
是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。
是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的 是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当 信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；信号 电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调频波是
随信号而变化的疏密不等的等幅波。
第五章 信号变换及调理
三、调制与解调 调频波的瞬时频率可表示为． f＝fo±△f 式中f。——载波频率，或称为中心频率； △f—频率偏移，与调制信号x(t)的幅值成正比。
四、 滤波器
滤波器还有其它不同分类方法，例如， 根据构成滤波器的大件类型，可分为RC、LC或晶
体谐振滤波器； 根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和
无源滤波器； 根据滤波器所处理的信号性质，分为模拟滤波器与
数字滤波器等等。
滤波器的性能指标
A0
0.707A0
Q=f0 / B
第四章信号调理
第四章 信号的调理
第四章信号调理
❖ 本章主要解决信号的传输、放大、滤波、 等问题。
❖ 测量中常遇到以下问题：
传感器输出的电量信号不易传输；（电桥）
传感器输出的电量信号为缓变的微弱信号，无
法直接推动仪表指示；
（调制）
传感器输出的信号含有大量的干扰和噪声；
（滤波）
第四章信号调理
§4-1 电桥
第一节 电桥
灵敏度高。
第四章信号调理
二、交流电桥 ❖ 交流电桥的平衡条件
Z1 A
B
Z2
u0
C
交流电桥采用交流电压供电， 四个桥臂可以是电感L、电容
Z4
Z3
D
u i=Umsint
C或者电阻R，均用阻抗符号Z
表示。
C1
B C2
根据对直流电桥的讨论可以写出 A
R1
R2
u
C
UO(Z1Z1Z Z32)Z (Z32Z 4Z4)Ui
BD —— 输出端(U0) （一般视为开路）
RH——负载电阻
Ui
第四章信号调理
（一）、直流电桥的平衡条件
U 0 U BA U DA
I1R1 I2R4
R1 R1 R
2
U
i
R
3
R4
R
4
U
i
(
R
R1 1
R3 R2
)(
R2 R3
R
4
R
4
)
U
i
Ui
由上式可见：若R1R3=R2R4，则输出电压必为零，此时电
U 0U 4i ( R R 11 R R 22 R R 33 R R 44)
若电桥初始是平衡的，即R1R3=R2R4，略去ΔR/R的平方项，
第四章信号调理
❖ 本章主要解决信号的传输、放大、滤波、 等问题。
❖ 测量中常遇到以下问题：
传感器输出的电量信号不易传输；（电桥）
传感器输出的电量信号为缓变的微弱信号，无
法直接推动仪表指示；
（调制）
传感器输出的信号含有大量的干扰和噪声；
（滤波）
第四章信号调理
§4-1 电桥
第一节 电桥
灵敏度高。
第四章信号调理
二、交流电桥 ❖ 交流电桥的平衡条件
Z1 A
B
Z2
u0
C
交流电桥采用交流电压供电， 四个桥臂可以是电感L、电容
Z4
Z3
D
u i=Umsint
C或者电阻R，均用阻抗符号Z
表示。
C1
B C2
根据对直流电桥的讨论可以写出 A
R1
R2
u
C
UO(Z1Z1Z Z32)Z (Z32Z 4Z4)Ui
BD —— 输出端(U0) （一般视为开路）
RH——负载电阻
Ui
第四章信号调理
（一）、直流电桥的平衡条件
U 0 U BA U DA
I1R1 I2R4
R1 R1 R
2
U
i
R
3
R4
R
4
U
i
(
R
R1 1
R3 R2
)(
R2 R3
R
4
R
4
)
U
i
Ui
由上式可见：若R1R3=R2R4，则输出电压必为零，此时电
U 0U 4i ( R R 11 R R 22 R R 33 R R 44)
若电桥初始是平衡的，即R1R3=R2R4，略去ΔR/R的平方项，
机械工程测试技术-第四章
a
C4 R4 d
R2 c Uy
R3
U0 图4-4 电容电桥
令上式实部、虚部分别相等，则有下面两个平衡条件
R1R3R2R4
（4-11）
R3 R2 C1 C4
（4-12）
要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，达
到电阻和电容都平衡。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
17
图4-5是一种电感电桥，两相邻桥臂为电感L1, L4与电阻R2，
所产生的输出电压的变化将相互抵消；
2) 若相邻两桥臂电阻反向变化或相对两桥臂电阻同向变化， 所产生的输出电压的变化将相互叠加。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
6
传感器可以三种形式接入电桥。
■ 半桥单臂连接
当 RR 时， 电桥的输出电压为
U R E 4R
R R1
R2 U
R1 R2
R4 R3
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
（4-4）
2
在实际测试中，桥臂分为半桥式与全桥式联接，见4-2图，
b R2
a
c
Uy
R4 d R3
b
a
c
Uy
R4 d R3
b
a
c
Uy
d
U0
U0
U0
a)
b)
c)
图4-2 直流电桥的连接方式 a)半桥单臂 b)半桥双臂 c)全桥
2019年11月21日星期四
U0 图4-3 平衡电桥
态测量，以手工调平衡。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
11
R1
C4 R4 d
R2 c Uy
R3
U0 图4-4 电容电桥
令上式实部、虚部分别相等，则有下面两个平衡条件
R1R3R2R4
（4-11）
R3 R2 C1 C4
（4-12）
要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，达
到电阻和电容都平衡。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
17
图4-5是一种电感电桥，两相邻桥臂为电感L1, L4与电阻R2，
所产生的输出电压的变化将相互抵消；
2) 若相邻两桥臂电阻反向变化或相对两桥臂电阻同向变化， 所产生的输出电压的变化将相互叠加。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
6
传感器可以三种形式接入电桥。
■ 半桥单臂连接
当 RR 时， 电桥的输出电压为
U R E 4R
R R1
R2 U
R1 R2
R4 R3
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
（4-4）
2
在实际测试中，桥臂分为半桥式与全桥式联接，见4-2图，
b R2
a
c
Uy
R4 d R3
b
a
c
Uy
R4 d R3
b
a
c
Uy
d
U0
U0
U0
a)
b)
c)
图4-2 直流电桥的连接方式 a)半桥单臂 b)半桥双臂 c)全桥
2019年11月21日星期四
U0 图4-3 平衡电桥
态测量，以手工调平衡。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
11
R1
信号的调理和处理
4.0 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到 显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还 要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感 器测量信进行调制解调处理。
I1 I2
R4
R1 R
R2 I1 I2
R1 R
c Uo
a
R4
I1 I2
c Uo
c Uo
R3 R
R3
R3
d Ui
R4 R
d Ui
半桥、单臂输出 R Uo Ui 4 R0
S Uo Ui R0 / R0 4
半桥、双臂输出 R Uo U i 推导 2 R0
S Uo U i R0 / R0 2
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
第四章
信号变换及调理
▼
▼ ▼ ▼
4.0 变换及调理的目的 4.1 电桥 4.2 信号的调制解调 4.3 信号的滤波器
Guangdong University of Petrochemical Technology
广东石油化工学院
1
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
广东石油化工学院
21
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
y m (t )
调幅 AM
0
t
Ym ( f ) X ( f ) * Y ( f )
½
f0
2 fm
½
0
f0
2 fm
R1 R2 c U o R3 d Ui
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
22
一、信号的显示 1.动圈式磁电指示机构
2.模拟示波器
示波器是利用阴极射线管进行工作的。 阴极射线管是一种真空电子器件，由电子枪、偏转 系统和荧光屏三大部分组成。
23
24
4
3.数字示波器
4.数字存储示波器
有数据存储功能、显示系统的分辨率高、可以自动
测量、可进行数据通信等
25
26
二、信号的记录 传统的方法-光线示波器、磁带记录等已很少使用 现比较常用的： 1.用数据采集仪器进行信号记录 2.用计算机内插A/D卡进行数据采集与记录 3.仪器前段直接实现数据采集与记录
第三节 滤波器
滤波器是一种选频装置，可以使 信号中特定频率成分通过，而极大地 衰减其他频率成分．
1
一、滤波器分类
• 根据滤波器的选频作 用来分
1、低通滤波器 2、高通滤波器 3、带通滤波器 4、带阻滤波器
• 根据滤波器的元件类 型来分
1、RC滤波器
2、LC滤波器
3、晶体谐振滤波器
• 根据构成滤波器的电 路性质
A3 ( f ) = 1 − A4 ( f )
3
二、滤波器性能分析
1、理想滤波器
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都 不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。
理想低通滤波器的频率 特性：
( ) H f
=
⎪⎧ ⎨
A0
e−
j 2πf0t
⎪⎩0
f < fc 其它
理想滤波器不可能存在
4
2、实际滤波器的特征参数
27
5
1、有源滤波器
2、无源滤波器
• 根据滤波器所处理的 信号性质
1、模拟滤波器 2、数字滤波器
2
A1(f) 1
A2(f) 1
A3(f) 1
0
0
f2
f
f1
低通滤波器
高通滤波器
A4(f)
相
1
互
关
0 f1 f2 f
系
带阻滤波器
f
0 f1
f2 f
带通滤波器
A2 ( f ) = 1 − A1( f )
A4 ( f ) = A1( f )+ A2( f )
9
10
覆盖整个频率范围
1、恒带宽比（Q）滤波器
定义：采用具有同样Q值的调谐滤波器做成邻接式 滤波器组 。
设一带通滤波器的低端截止频率为fc1i,高端截止频率
为fc2i，则
fc2i=2n fc1i
n—称为倍频程数
n=1，称为倍频程滤波器；
n=1/3，称为1/3倍频程滤波器。
恒带宽比滤波器特点：其通频带在低频带甚
125 250 …
带 宽(Hz) 11.05 22.09 44.19 88.36 176.75…
• n=1/3的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63…
带 宽(Hz) 2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11.5 14.5…
12
2
2、恒带宽滤波器 在所有的频段都具有相同的带宽，则频率分辨力不变
后一窄个，带而通在滤高波频器带的内中则心较频宽率，为因f而0i，滤与波前器一组个的中频心 频率率分f0(辨i-1)力也在满低足频：段较好f0i=，2在n f0高(i-1频) 段则特差。
且 f 0i = fc1i f c 2i
11
1/3倍频程滤波器
• n=1的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 16
31.5 63
A0 0.707A0
d
Q=W0 / B
0 B
0
fc1
fc2
f
1)截止频率fc：0.707A0( -3dB)所对应的频率． 2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值
3)带宽B和品质因数Q：上下两截频间的频率范围 称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。
5
4)倍频程选择性W 指在上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与
1/ 2πτ
f
f
调节RC可方便的改变截止频7 率
一阶RC高通滤波器
ux (t)
H(s) = Uy(s) = U x (s)
R R+ 1
=
RCs = τs RCs + 1 τs + 1
C
cs
uy (t) R
| H( f )|
1
1/ 2
过渡带过长，
1/ 2πτ
f
φ( f )
90o
45o f
滤波器的串联
通带和阻带间无明显的界限
R = uA − uB = T IC
14
时间常数 τ = R1C1
而电阻
R1
=
T C
=
1 fC
由开关电容组成的低通滤波器的时间常数
τ
=
C1 C⋅ f
15
第四节 信号的放大
一、放基大本电放路大应电具路有的功能：
1)足够的放大倍数
2)高输入阻抗，低输出阻抗
3)高共模抑制能力
4)低反温馈漂电、阻低R噪F值声不、能低太失大调，电否压则和会电产流生较大的 －噪－声运及算漂放移大，器一电般路为可几满十足千欧至几百千欧。R1
的取值应远大于信号源Ui的内阻。
烟雾报警器
酒精传感器
16
二氧化碳传感器
3)差分放大器
2)同相放大器
同相放大器也是最基 本的电路 ，其闭环电压 增益Av为:
也不能提供足够的输 入阻抗和共模抑制比
Av
=1+
RF R1
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻
抗很低的特点，广泛用于前置放大级但易于引 入共模干扰。
2fc1之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程 时的衰减量。
W = −20 lg A(2 fc2 ) A( fc2 )
W = −20 lg A(2 fc1 ) A( fc1 )
以dB/oct表示（Octave，倍频程）。衰减越快（即 W值越大），滤波器的选择性越好。
5)滤波器因数（矩形系数）λ 滤波器-60dB与-30dB带宽之比
λ = B−60dB
B− 3dB
6
1
三、 实际滤波电路
一阶RC低通滤波器
1
H(s) = U y(s) = U x (s)
cs R+ 1
=
1 =1 RCs + 1 τs + 1
cs
ux (t) R i(t)
| H( f )|
1 1/ 2
fc
=
1 2πRC
uy (t) C
φ( f )
− 45o − 90o
五、开关电容滤波器
是由MOS开关、 MOS电容和运算放大器组成的一种 集成电路，以开关电容代替RC滤波电路中的电阻 R。
可根据要分析信号的 频率范围改变通带
13
在一个开关周期T 内，通过电容C由A 传送到B的电荷量 为：
∆q = CuA − CuB
平均电流量： I = CuA − CuB
T
等效电阻：
• 目的：加强滤波效果。 • 高阶滤波器由低阶滤波器串
联接成。在改善频率选择性 的同时，总的相频特性是个 环节相频特性的叠加。 8
有源滤波器 能减轻负载效应
四、带通滤波器在信号频率分析中的应用
为了提取信号中某些特殊频率成分,可将信号通 过一组放大倍数相同而中心频率不同的带通滤波器. 其带宽和中心频率间满足一定关系
即可以构成一个 201倍的高输入阻抗、高共 模抑制比的放大19器
20
三、可编程增益放大器
该电路有多种增益，并且增益可以通过计算机来改变
21
第五节 测试信号的显示与记录
目的：
1）测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小 或实时波形； 2）及时掌握测试系统的动态信息，及时采取相 应的措施-增益调整、滤波等； 3）记录信号的重现； 4）对信号进行后续的分析和处理。
射级跟随器可 提高输入阻抗
17
18
3
二、仪器放大器
集成仪器放大器INA114
该电路输出电压与差动 输入电压之间的关系
uo
=
⎜⎜⎝⎛1 +
R1 + R2 RG
⎟⎟⎠⎞
R5 R3
(ui 2
−
ui1 )
若选取 R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 10kΩ, RG = 100Ω
热电偶放大电路
一、信号的显示 1.动圈式磁电指示机构
2.模拟示波器
示波器是利用阴极射线管进行工作的。 阴极射线管是一种真空电子器件，由电子枪、偏转 系统和荧光屏三大部分组成。
23
24
4
3.数字示波器
4.数字存储示波器
有数据存储功能、显示系统的分辨率高、可以自动
测量、可进行数据通信等
25
26
二、信号的记录 传统的方法-光线示波器、磁带记录等已很少使用 现比较常用的： 1.用数据采集仪器进行信号记录 2.用计算机内插A/D卡进行数据采集与记录 3.仪器前段直接实现数据采集与记录
第三节 滤波器
滤波器是一种选频装置，可以使 信号中特定频率成分通过，而极大地 衰减其他频率成分．
1
一、滤波器分类
• 根据滤波器的选频作 用来分
1、低通滤波器 2、高通滤波器 3、带通滤波器 4、带阻滤波器
• 根据滤波器的元件类 型来分
1、RC滤波器
2、LC滤波器
3、晶体谐振滤波器
• 根据构成滤波器的电 路性质
A3 ( f ) = 1 − A4 ( f )
3
二、滤波器性能分析
1、理想滤波器
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都 不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。
理想低通滤波器的频率 特性：
( ) H f
=
⎪⎧ ⎨
A0
e−
j 2πf0t
⎪⎩0
f < fc 其它
理想滤波器不可能存在
4
2、实际滤波器的特征参数
27
5
1、有源滤波器
2、无源滤波器
• 根据滤波器所处理的 信号性质
1、模拟滤波器 2、数字滤波器
2
A1(f) 1
A2(f) 1
A3(f) 1
0
0
f2
f
f1
低通滤波器
高通滤波器
A4(f)
相
1
互
关
0 f1 f2 f
系
带阻滤波器
f
0 f1
f2 f
带通滤波器
A2 ( f ) = 1 − A1( f )
A4 ( f ) = A1( f )+ A2( f )
9
10
覆盖整个频率范围
1、恒带宽比（Q）滤波器
定义：采用具有同样Q值的调谐滤波器做成邻接式 滤波器组 。
设一带通滤波器的低端截止频率为fc1i,高端截止频率
为fc2i，则
fc2i=2n fc1i
n—称为倍频程数
n=1，称为倍频程滤波器；
n=1/3，称为1/3倍频程滤波器。
恒带宽比滤波器特点：其通频带在低频带甚
125 250 …
带 宽(Hz) 11.05 22.09 44.19 88.36 176.75…
• n=1/3的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63…
带 宽(Hz) 2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11.5 14.5…
12
2
2、恒带宽滤波器 在所有的频段都具有相同的带宽，则频率分辨力不变
后一窄个，带而通在滤高波频器带的内中则心较频宽率，为因f而0i，滤与波前器一组个的中频心 频率率分f0(辨i-1)力也在满低足频：段较好f0i=，2在n f0高(i-1频) 段则特差。
且 f 0i = fc1i f c 2i
11
1/3倍频程滤波器
• n=1的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 16
31.5 63
A0 0.707A0
d
Q=W0 / B
0 B
0
fc1
fc2
f
1)截止频率fc：0.707A0( -3dB)所对应的频率． 2)纹波幅度d：绕幅频特性均值A0波动值
3)带宽B和品质因数Q：上下两截频间的频率范围 称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。
5
4)倍频程选择性W 指在上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与
1/ 2πτ
f
f
调节RC可方便的改变截止频7 率
一阶RC高通滤波器
ux (t)
H(s) = Uy(s) = U x (s)
R R+ 1
=
RCs = τs RCs + 1 τs + 1
C
cs
uy (t) R
| H( f )|
1
1/ 2
过渡带过长，
1/ 2πτ
f
φ( f )
90o
45o f
滤波器的串联
通带和阻带间无明显的界限
R = uA − uB = T IC
14
时间常数 τ = R1C1
而电阻
R1
=
T C
=
1 fC
由开关电容组成的低通滤波器的时间常数
τ
=
C1 C⋅ f
15
第四节 信号的放大
一、放基大本电放路大应电具路有的功能：
1)足够的放大倍数
2)高输入阻抗，低输出阻抗
3)高共模抑制能力
4)低反温馈漂电、阻低R噪F值声不、能低太失大调，电否压则和会电产流生较大的 －噪－声运及算漂放移大，器一电般路为可几满十足千欧至几百千欧。R1
的取值应远大于信号源Ui的内阻。
烟雾报警器
酒精传感器
16
二氧化碳传感器
3)差分放大器
2)同相放大器
同相放大器也是最基 本的电路 ，其闭环电压 增益Av为:
也不能提供足够的输 入阻抗和共模抑制比
Av
=1+
RF R1
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻
抗很低的特点，广泛用于前置放大级但易于引 入共模干扰。
2fc1之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程 时的衰减量。
W = −20 lg A(2 fc2 ) A( fc2 )
W = −20 lg A(2 fc1 ) A( fc1 )
以dB/oct表示（Octave，倍频程）。衰减越快（即 W值越大），滤波器的选择性越好。
5)滤波器因数（矩形系数）λ 滤波器-60dB与-30dB带宽之比
λ = B−60dB
B− 3dB
6
1
三、 实际滤波电路
一阶RC低通滤波器
1
H(s) = U y(s) = U x (s)
cs R+ 1
=
1 =1 RCs + 1 τs + 1
cs
ux (t) R i(t)
| H( f )|
1 1/ 2
fc
=
1 2πRC
uy (t) C
φ( f )
− 45o − 90o
五、开关电容滤波器
是由MOS开关、 MOS电容和运算放大器组成的一种 集成电路，以开关电容代替RC滤波电路中的电阻 R。
可根据要分析信号的 频率范围改变通带
13
在一个开关周期T 内，通过电容C由A 传送到B的电荷量 为：
∆q = CuA − CuB
平均电流量： I = CuA − CuB
T
等效电阻：
• 目的：加强滤波效果。 • 高阶滤波器由低阶滤波器串
联接成。在改善频率选择性 的同时，总的相频特性是个 环节相频特性的叠加。 8
有源滤波器 能减轻负载效应
四、带通滤波器在信号频率分析中的应用
为了提取信号中某些特殊频率成分,可将信号通 过一组放大倍数相同而中心频率不同的带通滤波器. 其带宽和中心频率间满足一定关系
即可以构成一个 201倍的高输入阻抗、高共 模抑制比的放大19器
20
三、可编程增益放大器
该电路有多种增益，并且增益可以通过计算机来改变
21
第五节 测试信号的显示与记录
目的：
1）测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小 或实时波形； 2）及时掌握测试系统的动态信息，及时采取相 应的措施-增益调整、滤波等； 3）记录信号的重现； 4）对信号进行后续的分析和处理。
射级跟随器可 提高输入阻抗
17
18
3
二、仪器放大器
集成仪器放大器INA114
该电路输出电压与差动 输入电压之间的关系
uo
=
⎜⎜⎝⎛1 +
R1 + R2 RG
⎟⎟⎠⎞
R5 R3
(ui 2
−
ui1 )
若选取 R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 10kΩ, RG = 100Ω
热电偶放大电路