現(xiàn)代測試技術(shù) 課件.ppt

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1、現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)Modern testing and measurement technology 蘇 州 科 技 學(xué) 院電 子 與 信 息 工 程 學(xué) 院電 子 科 學(xué) 技 術(shù) 系潘敬熙Jingxi- 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 第 2章 測 試 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 處 理 電 路 本 章 學(xué) 習(xí) 要 求 ： 理 解 信 號(hào) 放 大 、 信 號(hào) 濾 波 、 信 號(hào) 運(yùn) 算 、 信 號(hào)調(diào) 制 解 調(diào) 以 及 電 橋 等 各 種 測 試 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 處 理 電 路的 基 本 原 理 ， 掌 握 其 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 方 法 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第

2、2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.1 概 述2.1.1對(duì) 測 試 信 號(hào) 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 換 處 理 的 目 的 ：1.傳 感 器 輸 出 的 信 號(hào) 很 微 弱 ， 大 多 數(shù) 不 能 直 接 輸 送 到 顯 示 、記 錄 或 分 析 儀 器 中 去 ， 需 要 進(jìn) 一 步 放 大 ， 有 的 還 要 進(jìn) 行 阻抗 變 換 。 2.有 些 傳 感 器 輸 出 的 是 電 參 量 ， 需 要 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號(hào) 才 能 進(jìn) 行處 理 。3.有 些 傳 感 器 輸 出 的 是 電 信 號(hào) ， 但 信 號(hào) 中 混 雜 有 干 擾 噪 聲 ，需 要 去 掉 噪 聲 ， 提 高 信 噪 比 。4.某

3、些 場 合 ， 為 便 于 信 號(hào) 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 等 原 因 ， 需 要 對(duì) 傳 感器 測 量 信 號(hào) 進(jìn) 行 調(diào) 制 解 調(diào) 處 理 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.1.2傳 感 器 接 口 電 路 形 式 傳 感 器 按 集 成 程 度 分 為 傳 統(tǒng) 傳 感 器 和 智 能 傳 感 器 。 按 有 無 能 量 輸 出 分 為 無 源 傳 感 器 和 有 源 傳 感 器 （ 智 能 傳感 器 一 般 都 是 有 源 傳 感 器 ） 。 按 輸 出 信 號(hào) 性 質(zhì) 分 為 模 擬 傳 感 器 和 數(shù) 字 傳 感 器 。 傳 感 器 主 要 變 化 參 數(shù) 有 ：

4、 電 阻 、 電 感 與 電 容 。 傳 感 器 輸 出 信 號(hào) 主 要 形 式 有 ： 電 壓 、 電 流 （ 或 電 荷 ） 與頻 率 ； 交 流 與 直 流 。 傳 感 器 輸 出 結(jié) 構(gòu) 形 式 有 ： 直 接 、 電 橋 、 差 分 等 ； 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2 信 號(hào) 放 大 2.2.1 概 述 一 、 什 么 是 測 量 放 大 電 路 ？ 在 測 量 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 用 來 放 大 傳 感 器 輸 出 的微 弱 電 壓 、 電 流 或 電 荷 信 號(hào) 的 放 大 電 路 稱 為 測 量放 大 電 路 ， 亦 稱 儀 用 放 大 電 路 。

5、工 程 測 試 中 所 遇 到 的 信 號(hào) ， 多 為 100kHz以 下的 低 頻 信 號(hào) ， 在 大 多 數(shù) 的 情 況 下 ， 都 可 以 用 放 大器 集 成 芯 片 來 設(shè) 計(jì) 放 大 電 路 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 二 、 對(duì) 測 量 放 大 電 路 的 基 本 要 求 ： 輸 入 阻 抗 應(yīng) 與 傳 感 器 輸 出 阻 抗 相 匹 配 ； 一 定 的 放 大 倍 數(shù) 和 穩(wěn) 定 的 增 益 ； 低 噪 聲 ； 低 的 輸 入 失 調(diào) 電 壓 和 輸 入 失 調(diào) 電 流 以 及 低 的 漂移 ； 足 夠 的 帶 寬 和 轉(zhuǎn) 換 速 率 ； 高 共 模 輸 入

6、 范 圍 和 高 共 模 抑 制 比 可 調(diào) 的 閉 環(huán) 增 益 ； 線 性 好 、 精 度 高 ； 成 本 低 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 三 、 集 成 運(yùn) 算 放 大 器 的 最 主 要 參 數(shù) ：開 環(huán) 增 益 A閉 環(huán) 增 益 Af差 模 開 環(huán) 直 流 電 壓 增 益 （ 差 模 增 益 ） AVD共 模 開 環(huán) 直 流 電 壓 增 益 （ 共 模 增 益 ） AVC輸 入 失 調(diào) 電 壓 VI0輸 入 失 調(diào) 電 流 I I0共 模 抑 制 比 KCMR = 差 模 增 益 AVD/共 模 增 益 AVC 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 四 、 應(yīng)

7、 用 集 成 運(yùn) 放 應(yīng) 注 意 的 事 項(xiàng) (1) 調(diào) 零 消 除 失 調(diào) 誤 差 “ 調(diào) 零 ” 技 術(shù) 是 使 用 運(yùn) 放 時(shí) 必 須 掌 握 的 。 調(diào)零 的 原 理 是 ， 在 運(yùn) 放 的 輸 入 端 外 加 一 個(gè) 補(bǔ) 償 電 壓 ，以 抵 消 運(yùn) 放 本 身 的 失 調(diào) 電 壓 ， 達(dá) 到 調(diào) 零 的 目 的 。有 些 運(yùn) 放 已 經(jīng) 引 出 調(diào) 零 端 ， 只 需 要 按 照 器 件 的 規(guī)定 ， 接 入 調(diào) 零 電 路 進(jìn) 行 調(diào) 零 即 可 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 (2) 相 位 補(bǔ) 償 消 除 高 頻 自 激 由 于 運(yùn) 算 放 大 器 是 一 個(gè)

8、 高 增 益 的 多 級(jí) 放 大 器 組 件 ，應(yīng) 用 時(shí) 一 般 接 成 閉 環(huán) 負(fù) 反 饋 電 路 。 當(dāng) 工 作 頻 率 升 高 時(shí) ，放 大 器 會(huì) 產(chǎn) 生 附 加 相 移 ， 可 能 使 負(fù) 反 饋 變 成 正 反 饋 而引 起 自 激 。 進(jìn) 行 相 位 補(bǔ) 償 可 以 消 除 高 頻 自 激 。 相 位 補(bǔ)償 的 原 理 是 ， 在 具 有 高 放 大 倍 數(shù) 的 中 間 級(jí) ， 利 用 一 小電 容 C（ 幾 十 幾 百 微 微 法 ） 構(gòu) 成 電 壓 并 聯(lián) 負(fù) 反 饋 電 路 。有 些 運(yùn) 放 已 經(jīng) 在 內(nèi) 部 進(jìn) 行 了 補(bǔ) 償 ， 如 A741。 有 些 運(yùn)放 引 出

9、 了 補(bǔ) 償 端 ， 只 需 要 按 照 器 件 手 冊(cè) 的 規(guī) 定 ， 外 接補(bǔ) 償 電 路 即 可 ， 如 國 產(chǎn) 5G24運(yùn) 算 放 大 器 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 (3) 過 載 保 護(hù) 使 用 運(yùn) 放 時(shí) 要 注 意 ， 不 能 超 過 其 性 能 參 數(shù) 的極 限 值 ， 如 最 大 輸 入 電 壓 范 圍 等 。 特 別 是 在 有 強(qiáng)干 擾 源 的 場 合 更 要 注 意 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.2 同 相 放 大 器 閉 環(huán) 增 益 ： 2f 1RA 1 R 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 集 成 運(yùn) 算 放

10、 大 器 可 以 作 為 一 個(gè) 器 件 構(gòu) 成 各 種基 本 功 能 的 電 路 。 這 些 基 本 電 路 又 可 以 作 為 單 元電 路 組 成 電 子 應(yīng) 用 電 路 。 同 相 放 大 器 具 有 輸 入 阻 抗 非 常 高 ， 輸 出 阻 抗很 低 的 特 點(diǎn) ， 廣 泛 用 于 前 置 放 大 級(jí) 。 高 輸 入 阻 抗 電 路 常 應(yīng) 用 于 傳 感 器 的 輸 出 阻 抗很 高 的 測 量 放 大 電 路 中 。 如 電 容 式 、 壓 電 式 傳 感器 的 測 量 放 大 電 路 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 同 相 放 大 器 輸 入 阻 抗 ri+r

11、i+= ri(1+AF)同 相 放 大 器 輸 出 阻 抗 ro+ro+= ro/(1+AF)教 材 約 定 ： 在 涉 及 同 相 放 大 器 的 輸 入 阻 抗 時(shí) ， 均以 r i+來 表 示 ， 即 指 同 相 放 大 器 所 具 有 的 最 低 在107 以 上 的 輸 入 電 阻 ， 而 不 器 刻 意 指 明 其 具 體的 數(shù) 值 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.3 反 相 放 大 器 閉 環(huán) 增 益 ： 2f 1RA R反 饋 電 阻 R2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

12、 千 歐 。 R1的 取 值 應(yīng) 遠(yuǎn) 大 于 信 號(hào) 源Ui的 內(nèi) 阻 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 交 流 反 相 放 大 電 路A f= R2 / R1R3= R2 C1： 隔 直 電 容C3： 旁 路 電 容 ， 防 止 振 蕩 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.4 基 本 差 動(dòng) （ 差 分 ） 放 大 器 什 么 是 差 動(dòng) 放 大 器 ？ 差 動(dòng) 放 大 器 是 把 二 個(gè) 輸 入 信 號(hào) 分 別 輸 入 到運(yùn) 算 放 大 器 的 同 相 和 反 相 二 個(gè) 輸 入 端 ， 然 后 在輸 出 端 取 出 二 個(gè) 信 號(hào) 的 差 模 成 分 ， 而

13、 盡 量 抑 制二 個(gè) 信 號(hào) 的 共 模 成 分 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.4 基 本 差 動(dòng) 放 大 器為 分 析 電 路 的 共 模 抑 制 性 能 ， 我 們 做 如 下 變 換 )(21 21 iiic VVV )( 12 iiid VVV 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 式 中 idic VRRR RRRR RVRRR RRRR RV )(21)( 121 2143 4121 2143 40 idVDicVC VAVA )( 121 2143 4 RRRRRRR RAVC idVD VRRR RRRR RA )(21 121 2143 4

14、現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 3412 RRRR 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 假 設(shè) 電 阻 的 誤 差 為 ， 也 就 是 說 ， 電 阻 的 實(shí) 際 值 分別 為 ， 則 可 得 )1( )1()1()1( )1()1( )1()1( 11 224433 4411 2211 RRRR RR RRAVC在 最 壞 的 情 況 下 ， 即 所 有 的 電 阻 都 取 最 大 的 誤 差 值 ，并 且 取 最 不 利 的 方 向 ， 可 得 最 大 的 共 模 電 壓 增 益 (忽 略高 階 小 量 ) 211 4RRAVC 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電

15、路 共 模 抑 制 比 KCMR為 41 VDCMR AK 上 式 表 明 ， 電 阻 的 誤 差 越 小 ， 差 動(dòng) 增 益VDA 越 大 共 模 抑 制 比 越 高 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 輸 入 電 阻 ： 12Rrid 2/)( 21 RRric 難 以 避 免 的 缺 點(diǎn) ： 1. 輸 入 阻 抗 低3. 工 藝 性 差 2. 共 模 抑 制 比 低 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀 用 放 大 器 什 么 是 儀 用 放 大 器 ？ 是 一 類 高 輸 入 阻 抗 ， 高 共 模 抑 制 比 的 差 分 放大 器 。 具 有 精 度

16、 高 ， 穩(wěn) 定 性 好 等 特 點(diǎn) ， 經(jīng) 常 用 于精 密 儀 器 電 路 和 測 控 電 路 中 ， 故 稱 為 儀 用 放 大 器 ，也 稱 為 儀 器 放 大 器 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀 器 （ 儀 用 ） 放 大 器按 照 教 材 中 3.2節(jié) 的 約 定 ， 同 相 放 大 器 的 輸 入 阻 抗 為r i+， 不 難 得 出 三 運(yùn) 放 電 路 的 輸 入 阻 抗 ： 差 動(dòng) 輸 入 阻抗 rid 2 ri+， 共 模 輸 入 阻 抗 ric ri+ 2。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀 器 （ 儀 用 ） 放

17、 大 器可 得 放 大 器 前 級(jí) 的 差 模 增 益 AVD1和 共 模 增 益 AVC1 01 02i1 i2W 1 W 2V VV VR R R R 1 W 2O1 O2 i1 i2WR R RV V (V V )R WWVDI R RRRA 21 0VCIA 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀 器 （ 儀 用 ） 放 大 器儀 器 放 大 器 前 級(jí) 的 差 模增 益 AVD和 共 模 增 益 AVC 3421 RRR RRRA WWVD 343 4365 6 RRR RRRR RAVC 因 此 ， 三 運(yùn) 放 電 路 的 共 模 抑 制 比 在 電 阻 匹 配

18、 精 度 相 同 的情 況 下 ， 要 比 基 本 差 動(dòng) 放 大 器 高 倍 。 由 此 可 見 ， 由三 運(yùn) 放 組 成 的 差 動(dòng) 放 大 器 具 有 高 共 模 抑 制 比 、 高 輸 入 阻抗 和 可 變 增 益 等 一 系 列 優(yōu) 點(diǎn) ， 它 是 目 前 測 控 系 統(tǒng) 和 儀 器儀 表 中 最 典 型 的 前 置 放 大 器 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀 器 （ 儀 用 ） 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 28 串 聯(lián) 差 分 式 輸 入 儀 用 放 大 器輸 入 信 號(hào) 加 于 兩 個(gè) 運(yùn) 放 的 同相 輸 入 端 ，

19、差 分 輸 入 電 阻 近似 為 兩 個(gè) 運(yùn) 放 的 共 模 輸 入 電阻 之 和 ， 提 高 了 輸 入 電 阻 。 Iu 1 2I Iu u Ou 4 41 23 3(1 )O IR Ru uR R 4 2 41 23 1 3(1 ) (1 )I IR R Ru uR R R 利 用 迭 加 原 理 ， 分 別 作 用 于 輸 入 端21 II uu 、 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 29 串 聯(lián) 差 分 式 輸 入 儀 用 放 大 器3421 RRRR 4 1 23(1 )( )O I IRu u uR 雙 端 輸 入 ， 輸 入 電 阻 為 無 窮 大 。43(1 ) I

20、R uR 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可 變 增 益 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可 變 增 益 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可 變 增 益 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可 變 增 益 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可 變 增 益 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔 離 放 大 電 路 什 么 是 隔 離 放 大 電 路 ？ 隔 離 放 大 電 路 的 輸 入 、 輸 出 和

21、 電 源 電 路 之 間沒 有 直 接 的 電 路 耦 合 ， 即 信 號(hào) 在 傳 輸 過 程 中 沒 有公 共 的 接 地 端 。 應(yīng) 用 于 何 種 場 合 ？ 隔 離 放 大 電 路 主 要 用 于 便 攜 式 測 量 儀 器 和 某些 測 控 系 統(tǒng) （ 如 生 物 醫(yī) 學(xué) 人 體 測 量 、 自 動(dòng) 化 試 驗(yàn)設(shè) 備 、 工 業(yè) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 等 ） 中 ， 能 在 噪 聲 環(huán) 境下 以 高 阻 抗 、 高 共 模 抑 制 能 力 傳 送 信 號(hào) 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔 離 放 大 器 1. 采 用 集 成 的 線 性 光 電 耦 合

22、 放 大 器 2. 采 用 集 成 前 置 放 大 器 和 線 性 光 電 耦合 放 大 器 在 一 起 的 大 規(guī) 模 集 成 電 路3. 采 用 數(shù) 字 信 號(hào) 隔 離 技 術(shù) 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 組 成 及 符 號(hào) 輸 入放 大 器R1R 1 R2 RisoCisoR2 uo隔 離 器 輸 出放 大 器uducuiso 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 原 理 框 圖 a) 變 壓 器 耦 合浮 置 電 源輸 入 調(diào) 制放 大 器 耦 合 變 壓 器 輸 出 解 調(diào)放 大 器 輸 出輸 入 b) 光 電 耦 合浮 置 電 源 光 耦 合 器輸 入放 大

23、器 輸 出放 大 器 輸 出輸 入 LEDV 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 常 見 的 幾 種 光 電 耦 合 器 的 內(nèi) 部 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔 離 放 大 器 幾 種 光 電 耦 合 放 大 器 的 傳 輸 特 性 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔 離 放 大 器 光 電 耦 合 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔 離 放 大 器 線 性 光 電 耦 合 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔 離 放 大 器 性 能 優(yōu) 良 的 線 性

24、 光 電 耦 合 放 大 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.8 電 橋 放 大 電 路何 謂 電 橋 放 大 電 路 ？ 由 傳 感 器 電 橋 和 運(yùn) 算 放 大 器 組 成 的 放 大 電 路或 由 傳 感 器 和 運(yùn) 算 放 大 器 構(gòu) 成 的 電 橋 都 稱 為 電 橋放 大 電 路 。 應(yīng) 用 于 何 種 場 合 ？ 應(yīng) 用 于 電 參 量 式 傳 感 器 ， 如 電 感 式 、 電 阻 應(yīng)變 式 、 電 容 式 傳 感 器 等 ， 經(jīng) 常 通 過 電 橋 轉(zhuǎn) 換 電 路輸 出 電 壓 或 電 流 信 號(hào) ， 并 用 運(yùn) 算 放 大 器 作 進(jìn) 一 步放 大 ，

25、 或 由 傳 感 器 和 運(yùn) 算 放 大 器 直 接 構(gòu) 成 電 橋 放大 電 路 ， 輸 出 放 大 了 的 電 壓 信 號(hào) 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 a 、 c兩 端 接 電源 Ui， 稱 供 橋 端 ； b、 d兩 端 接 輸 出電 壓 U o， 稱 輸 出端 。一 、 電 橋 電 橋 的 作 用 ： 將 電 阻 R(應(yīng) 變 片 )、 電 感 L、 電 容 C等電 參 數(shù) 變 為 電 壓 U或 電 流 I信 號(hào) 后 輸 出 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 根 據(jù) 橋 臂 阻 抗 性 質(zhì) 的 不 同 為 : 電 阻 電 橋電 容 電 橋電 感 電 橋根

26、 據(jù) 供 橋 電 源 分 為 : 直 流 電 橋 : 采 用 直 流 電 源 只 用 于 測 量 電阻 R的 變 化 交 流 電 橋 ： 采 用 交 流 電 源 測 量 電 阻 R 、電 容 C 、 電 感 L的 變 化1. 電 橋 的 分 類 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2. 直 流 電 橋四 個(gè) 橋 臂 由 電 阻 R1、 R2、 R3和 R4組 成 。 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a b d c直 流 電 橋VR1 R2R3R4 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 平 衡 條 件 R1 R3=R2 R4 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU

27、a b d c直 流 電 橋 io URRRR RRRRU )( 4321 4231 電 橋 的 輸 出 ：平 衡 的 條 件 ： VR1 R2R3R4溫 敏 電 阻 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 bd UU 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a b d c直 流 電 橋 當(dāng) 電 橋 輸 出 端 接 入 儀 表 或 放 大 器 時(shí) ， 電 橋 輸 出 端 可 視 為 開 路 狀 態(tài) ， 電 流 輸 出 為 零 。 此 時(shí) ， 橋 路 電 流 為 ： 211 RR UI i 432 RR UI ia、 b之 間 電 位 差 為 ： iab URR RRIU 21 111

28、a、 d之 間 電 位 差 為 ： iad URR RRIU 43 442 電 橋 輸 出 電 壓 為 ： dbo UU + )()( daba UUUU adab UU iURR RRR R 43 421 1 iURRRR RRRR )( 4321 4231 直 流 電 橋 平 衡 條 件 推 導(dǎo) ： 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a b d c直 流 電 橋 R1 R U0 U U R1 V R2R3R4R1R3=R2R4 平 衡 的 條 件 ： io URRRR RRRRU )( 4321 4231 電 橋 的 輸 出 ：這 時(shí)

29、， 電 橋 平 衡 嗎 ？ R 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 為 了 簡 化 設(shè) 計(jì) ， R2=R3=R4=R0 ， 而 R1=R0+ R iURR R 24 0 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a b d c直 流 電 橋 R0 R U0 U U iio URRRRR RRRRR URRRR RRRRU )( )( )( 0000 0000 4321 4231 )(4 00 RRRRUi 電 橋 的 靈 敏 度 定 義 為 00 /RRUS oB 4iU 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 單 片 單 臂半 橋 R 1R3R2 R4 雙 臂半 橋 R1R3

30、R2R4 全 橋 R1R3R2 R4 半橋 、單臂輸出 全橋 、四臂輸出 半橋 、雙臂輸出 四 片 兩 片 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 單 臂半 橋 R1R3R2 R4 雙 臂半 橋 R1R3 R2R4 全 橋 R1R3R2 R4 半 橋 、 單 臂 輸 出 全 橋 、 四 臂 輸 出 半 橋 、 雙 臂 輸 出 io URRU 02 2iU00 /RRUS o io URRU 0 iU00 /RRUS o00 /RRUS o 4iUio URRU 04 io URRKU 0 io KURRUS 00 / 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 io URRRR RRRRU

31、 )( 4321 4231 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a bd c 11 RR 3R4R 2I 2R1I oU iU a bd c 11 RR 3R4R 2I 22 RR 1I oU iU a bd c 11 RR 33 RR 44 RR 2I 1I oU iU a bd c 22 RR 四 片 全 橋 、 四 臂 輸 出 當(dāng) R1 R1 R1， R2 R2 R2 ，由 于 ， R1=R2=R3=R4=R0， R取 相 同 值 ， 可 得 R3 R3 R3， R4 R2 R4時(shí) iii i io URRURRRUR RRRR UR RRR RR URRRR RRRRRR RR

32、U 020 020 00 0000 4433 442211 11 444 22 22 iU電 橋 的 靈 敏 度 定 義 為 00 /RRUS oB 全 橋 、 四 臂 平 衡 條 件 簡 要 推 導(dǎo) 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 電 橋 常 用 調(diào) 平 衡 的 方 法 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 電 橋 測 量 的 誤 差非 線 性 誤 差溫 度 誤 差 直 流 電 源 的 電 壓 穩(wěn) 定 性 造 成 的 誤 差 io URR RU 24 0 io URRU 04io URRU 02 io URRU 0 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a bd c直

33、 流 電 橋 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 平 衡 條 件3.交 流 電 橋 交 流 電 橋4231 ZZZZ 而 111 jeZZ 222 jeZZ 333 jeZZ 444 jeZZ 其 中 ， Z1、 Z2、 Z3、 Z4為 阻 抗 的 模 ， 而 1、 2、 3、 4為 阻 抗 角 ， 是 各 橋 臂 電 流 與電 壓 之 間 的 相 位 差 。 Z1Z3ej(1+3)=Z2Z4ej(2+4) 4231 4231 ZZZZ (*)平 衡 條 件 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 電 容 電 橋 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a d c1C 4C 電

34、 容 電 橋 4213 4231 CRCR RRRR平 衡 條 件 ：電 感 電 橋 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a bd c1L 4L 電 感 電 橋 2431 4231 RLRL RRRR平 衡 條 件 ： 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a d c1C 4C 電 容 電 橋 兩 相 鄰 橋 臂 為 純 電 阻 R2、 R3， 另 相 鄰 兩 臂 為 電 容 C1、 C4 R1、 R4視 為 電 容 介 質(zhì) 損 耗 的 等 效 電 阻 11 1CjR 44 1CjR 根 據(jù) 平 衡 條 件 244311 )1()1(

35、RCjRRCjR 42421331 CjRRRCjRRR 4213 4231 CRCR RRRR電 橋 平 衡 條 件 ： 4231 ZZZZ 電 容 電 橋 平 衡 條 件 簡 要 推 導(dǎo) 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1R 3R4R 2I 2R1I oU iU a bd c1L 4L 電 感 電 橋 244311 )()( RLjRRLjR 根 據(jù) 平 衡 條 件 電 橋 平 衡 條 件 ： 2431 4231 RLRL RRRR電 感 電 橋 平 衡 條 件 簡 要 推 導(dǎo) 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 一 ） 單 端 輸 入 電 橋 放 大 電 路二 、

36、 電 橋 放 大 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 二 ） 差 動(dòng) 輸 入 電 橋 放 大 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 三 ） 線 性 電 橋 放 大 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.9自 舉 式 高 輸 入 阻 抗 放 大 電 路 何 謂 自 舉 電 路 ? 自 舉 電 路 是 利 用 反 饋 使 輸 入 電 阻 的 兩 端 近似 為 等 電 位 ， 減 小 向 輸 入 回 路 索 取 電 流 ， 從 而提 高 輸 入 阻 抗 的 電 路 。是 不 是 所 有 情 況 下

37、 都 要 求 放 大 電 路 具 有 高 的 輸入 阻 抗 ？ 高 輸 入 阻 抗 電 路 常 應(yīng) 用 于 傳 感 器 的 輸 出 阻 抗很 高 的 測 量 放 大 電 路 中 。 如 電 容 式 、 壓 電 式 傳 感器 的 測 量 放 大 電 路 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 a)同 相 交 流 放 大 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 b)交 流 電 壓 跟 隨 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 68 c） 輸 入 電 阻 自 舉 擴(kuò) 展 電 路反 相 比 例 放 大 器 1 Of IuA u2 Of OuA u1 22 12( )(

38、 )O IR Ru uR R 21RR122RR 2 Iu A1： 主 放 大 器 A2： 正 反 饋 ， 提 供 電 流 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 69 Iif IuR i 1 2II I Iuu u uR R 1 Iui i 1 IO II uu uuR R 1 1RRR R 1RR ifR 實(shí) 際 上 ， 兩 者 之 間 阻 值 總 有 一定 的 偏 差 ， 同 時(shí) 為 了 放 大 器 穩(wěn)定 工 作 ， 防 止 電 路 自 激 振 蕩 ，也 必 須 人 為 地 使 略 大 于 保證 為 正 值 。 R 1RifR 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.3 信

39、號(hào) 濾 波 2.3.1 濾 波 器 的 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 一 、 濾 波 器 的 功 能 和 類 型 1、 功 能 ： 濾 波 器 是 具 有 頻 率 選 擇 作 用 的 電 路或 運(yùn) 算 處 理 系 統(tǒng) ， 具 有 濾 除 噪 聲 和 分 離 各 種 不 同 信號(hào) 的 功 能 。 2、 類 型 ： 按 處 理 信 號(hào) 形 式 分 ： 模 擬 濾 波 器 和 數(shù) 字 濾 波 器 按 功 能 分 ： 低 通 、 高 通 、 帶 通 、 帶 阻 按 電 路 組 成 分 ： LC無 源 、 RC無 源 、 由 特 殊 元 件構(gòu) 成 的 無 源 濾 波 器 、 RC有 源 濾 波 器 按 傳 遞 函 數(shù)

40、 的 微 分 方 程 階 數(shù) 分 ： 一 階 、 二 階 、高 階 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 從 0 f 2頻 率 之 間 ， 幅 頻 特 性 平 直 ， 它 可 以 使 信號(hào) 中 低 于 f2的 頻 率 成 分 幾 乎 不 受 衰 減 地 通 過 ， 而 高 于f2的 頻 率 成 分 受 到 極 大 地 衰 減 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 與 低 通 濾 波 相 反 ， 從 頻 率 f 1 ， 其 幅 頻 特 性平 直 。 它 使 信 號(hào) 中 高 于 f1的 頻 率 成 分 幾 乎 不 受 衰 減地 通 過 ， 而 低 于 f1的 頻 率 成 分 將 受

41、 到 極 大 地 衰 減 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 它 的 通 頻 帶 在 f 1 f2之 間 。 它 使 信 號(hào) 中 高 于f1而 低 于 f2的 頻 率 成 分 可 以 不 受 衰 減 地 通 過 ， 而其 它 成 分 受 到 衰 減 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 與 帶 通 濾 波 相 反 ， 阻 帶 在 頻 率 f 1 f2之 間 。 它使 信 號(hào) 中 高 于 f1而 低 于 f2的 頻 率 成 分 受 到 衰 減 ， 其余 頻 率 成 分 的 信 號(hào) 幾 乎 不 受 衰 減 地 通 過 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 低 通 濾

42、 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 ， 例 如 ： 低 通 濾 波 器 與 高 通 濾 波 器的 串 聯(lián) 為 帶 通 濾 波 器 ， 低 通 濾 波 器 與 高 通 濾 波 器的 并 聯(lián) 為 帶 阻 濾 波 器 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 二 、 濾 波 器 的 主 要 特 性 指 標(biāo) 1、 特 征 頻 率 ： 通 帶 截 頻 fp= p/(2) 為 通

43、帶 與 過 渡 帶 邊 界 點(diǎn) 的 頻 率 ， 在 該 點(diǎn) 信 號(hào)增 益 下 降 到 一 個(gè) 人 為 規(guī) 定 的 下 限 。 阻 帶 截 頻 fr= r/(2) 為 阻 帶 與 過 渡 帶 邊 界 點(diǎn) 的 頻 率 ， 在 該 點(diǎn) 信 號(hào)衰 耗 (增 益 的 倒 數(shù) )下 降 到 一 人 為 規(guī) 定 的 下 限 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 轉(zhuǎn) 折 頻 率 fc= c/(2) 為 信 號(hào) 功 率 衰 減 到 1/2(約 3dB)時(shí) 的 頻 率 ， 在很 多 情 況 下 ， 常 以 fc作 為 通 帶 或 阻 帶 截 頻 。 固 有 頻 率 f0= 0/(2) 為 電 路 沒 有

44、 損 耗 時(shí) ， 濾 波 器 的 諧 振 頻 率 ， 復(fù)雜 電 路 往 往 有 多 個(gè) 固 有 頻 率 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 r c) a) b) OA() OA() OA() rpK pK pK pKpKpK p c pc 1r c1 2p1p d)OA()pKpK 1p c1 1r 2pc22rc2 2r 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2、 增 益 與 衰 耗 濾 波 器 在 通 帶 內(nèi) 的 增 益 并 非 常 數(shù) 。 對(duì) 低 通 濾 波 器 通 帶 增 益 Kp 一 般 指 =0時(shí) 的 增 益 ； 高 通 指 時(shí) 的 增 益 ；帶 通 則 指 中

45、心 頻 率 處 的 增 益 。 對(duì) 帶 阻 濾 波 器 ， 應(yīng) 給 出 阻 帶 衰 耗 ， 衰 耗 定 義為 增 益 的 倒 數(shù) 。 通 帶 增 益 變 化 量 K p 指 通 帶 內(nèi) 各 點(diǎn) 增 益 的 最 大 變 化 量 ， 如 果 Kp以dB為 單 位 ， 則 指 增 益 dB值 的 變 化 量 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 3、 阻 尼 系 數(shù) 與 品 質(zhì) 因 數(shù) 阻 尼 系 數(shù) 是 表 征 濾 波 器 對(duì) 角 頻 率 為 0信號(hào) 的 阻 尼 作 用 ， 是 濾 波 器 中 表 示 能 量 衰 耗 的一 項(xiàng) 指 標(biāo) 。 阻 尼 系 數(shù) 的 倒 數(shù) 稱 為 品 質(zhì) 因

46、數(shù) ， 是 評(píng) 價(jià)帶 通 與 帶 阻 濾 波 器 頻 率 選 擇 特 性 的 一 個(gè) 重 要指 標(biāo) ， Q = 0/ 。 式 中 的 為 帶 通 或 帶阻 濾 波 器 的 3dB帶 寬 ， 0為 中 心 頻 率 ， 在 很 多情 況 下 中 心 頻 率 與 固 有 頻 率 相 等 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 4、 靈 敏 度 濾 波 電 路 由 許 多 元 件 構(gòu) 成 ， 每 個(gè) 元 件 參 數(shù) 值的 變 化 都 會(huì) 影 響 濾 波 器 的 性 能 。 濾 波 器 某 一 性 能指 標(biāo) y對(duì) 某 一 元 件 參 數(shù) x變 化 的 靈 敏 度 記 作 Sxy， 定義 為 ：

47、Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 該 靈 敏 度 與 測 量 儀 器 或 電 路 系 統(tǒng) 靈 敏 度 不 是一 個(gè) 概 念 ， 該 靈 敏 度 越 小 ， 標(biāo) 志 著 電 路 容 錯(cuò) 能 力越 強(qiáng) ， 穩(wěn) 定 性 也 越 高 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 5、 群 時(shí) 延 函 數(shù) 當(dāng) 濾 波 器 幅 頻 特 性 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 時(shí) ， 為 保 證輸 出 信 號(hào) 失 真 度 不 超 過 允 許 范 圍 ， 對(duì) 其 相 頻 特 性 ( )也 應(yīng) 提 出 一 定 要 求 。 在 濾 波 器 設(shè) 計(jì) 中 ， 常用 群 時(shí) 延 函 數(shù) d ( )/d 評(píng) 價(jià) 信 號(hào) 經(jīng) 濾

48、 波 后 相 位失 真 程 度 。 群 時(shí) 延 函 數(shù) d ( )/d 越 接 近 常 數(shù) ，信 號(hào) 相 位 失 真 越 小 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 三 、 模 擬 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 與 頻 率 特 性 （ 一 ） 模 擬 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 模 擬 濾 波 電 路 的 特 性 可 由 傳 遞 函 數(shù) 來 描 述 。傳 遞 函 數(shù) 是 輸 出 與 輸 入 信 號(hào) 電 壓 或 電 流 拉 氏 變 換之 比 。 經(jīng) 分 析 ， 任 意 個(gè) 互 相 隔 離 的 線 性 網(wǎng) 絡(luò) 級(jí) 聯(lián) 后 ，總 的 傳 遞 函 數(shù) 等 于 各 網(wǎng) 絡(luò) 傳 遞 函 數(shù)

49、的 乘 積 。 這 樣 ，任 何 復(fù) 雜 的 濾 波 網(wǎng) 絡(luò) ， 可 由 若 干 簡 單 的 一 階 與 二階 濾 波 電 路 級(jí) 聯(lián) 構(gòu) 成 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 二 ） 模 擬 濾 波 器 的 頻 率 特 性 模 擬 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) H(s)表 達(dá) 了 濾 波 器 的輸 入 與 輸 出 間 的 傳 遞 關(guān) 系 。 若 濾 波 器 的 輸 入 信 號(hào) Ui是 角 頻 率 為 的 單 位 信 號(hào) ， 濾 波 器 的 輸 出Uo(j )=H(j )表 達(dá) 了 在 單 位 信 號(hào) 輸 入 情 況 下 的 輸出 信 號(hào) 隨 頻 率 變 化 的 關(guān) 系 ，

50、 稱 為 濾 波 器 的 頻 率 特性 函 數(shù) ， 簡 稱 頻 率 特 性 。 頻 率 特 性 H(j )是 一 個(gè) 復(fù) 函 數(shù) ， 其 幅 值 A( )稱 為 幅 頻 特 性 ， 其 幅 角 ( )表 示 輸 出 信 號(hào) 的 相位 相 對(duì) 于 輸 入 信 號(hào) 相 位 的 變 化 ， 稱 為 相 頻 特 性 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 三 ） 二 階 濾 波 器 1、 二 階 低 通 濾 波 器 二 階 低 通 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 的 一 般 形 式 為它 的 固 有 頻 率 為 a01/2， 通 帶 增 益 Kp=b0/a0， 阻 尼 系 數(shù)為 a1/ 0

51、。 其 幅 頻 特 性 與 相 頻 特 性 為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 20lgA/dB -1 0 1 -40-20020=2.5=1.67 =1.25 =0.8 =0.5=0.33=0.2=0.1 lg(/0)-60 a) 幅 頻 特 性=0.2=0.1-1 0 1-180 o-90o=2.5=1.67=1.25 =0.8 =0.5=0.33 lg(/0)/( )0 b) 相 頻 特 性 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2、 二 階 高 通 濾 波 器二 階 低 通 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 的 一 般 形 式 為其 幅 頻 特 性 與 相 頻 特 性

52、為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 b) lg(/0)=2.5-1 0 1090180 =1.67=1.25 =0.8 =0.5=0.33=0.2=0.1/( ) 20lgA/dB) lg(/0)-20020 =0.1=0.2=0.33=0.5=0.8=1.25=1.67=2.5-1 0 1-40 a) 幅 頻 特 性b) 相 頻 特 性 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 3、 二 階 帶 通 濾 波 器二 階 帶 通 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 的 一 般 形 式 為其 幅 頻 特 性 與 相 頻 特 性 分 別 為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 b)

53、 相 頻 特 性-1 0 190o Q=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5 lg(/0)0o-90o/( )20lgA/dB a) 幅 頻 特 性lg(/0)-1 0 1-60-40-20 Q=0.5 Q=1 Q=2.5 Q=5 Q=10Q=20Q=40Q=1000 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 4、 二 階 帶 阻 濾 波 器二 階 帶 阻 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 的 一 般 形 式 為其 幅 頻 特 性 和 相 頻 特 性 為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 0 1-20 Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5 l

54、g(/0)-40 -6020lgA/dB 0 -1 -1 0 1-90 o0o90o Q=5Q=2.5 Q=1 Q=0.5 Q=0.2 Q=0.1lg(/0)/( ) a) 幅 頻 特 性b) 相 頻 特 性 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 5、 二 階 全 通 濾 波 電 路 （ 移 相 電 路 ）二 階 全 通 濾 波 電 路 的 傳 遞 函 數(shù) 的 一 般 形 式 為其 幅 頻 特 性 為 常 數(shù) ， 相 頻 特 性 為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 三 、 濾 波 器 特 性 的 逼 近 理 想 濾 波 器 要 求 幅 頻 特 性 A( )在 通 帶 內(nèi) 為

55、一 常數(shù) ， 在 阻 帶 內(nèi) 為 零 ， 沒 有 過 渡 帶 ， 還 要 求 群 延 時(shí) 函數(shù) 在 通 帶 內(nèi) 為 一 常 量 ， 這 在 物 理 上 是 無 法 實(shí) 現(xiàn) 的 。實(shí) 踐 中 往 往 選 擇 適 當(dāng) 逼 近 方 法 ， 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 理 想 濾 波 器的 最 佳 逼 近 。 測 控 系 統(tǒng) 中 常 用 的 三 種 逼 近 方 法 為 ： 巴 特 沃 斯 逼 近 切 比 雪 夫 逼 近 貝 賽 爾 逼 近 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 一 ） 巴 特 沃 斯 逼 近這 種 逼 近 的 基 本 原 則 是 使 幅 頻 特 性 在 通 帶 內(nèi) 最為 平 坦 ， 并 且

56、單 調(diào) 變 化 。 其 幅 頻 特 性 為n階 巴 特 沃 斯 低 通 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 為其 中 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 0.51.0 / 0n=2 n=4 n=51 20A 1-180 0 / 0n=5n=4n=2-360 2/( ) 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 （ 二 ） 切 比 雪 夫 逼 近 這 種 逼 近 方 法 的 基 本 原 則 是 允 許 通 帶 內(nèi) 有 一定 的 波 動(dòng) 量 Kp。 其 幅 頻 特 性 為（ 三 ） 貝 賽 爾 逼 近 這 種 逼 近 與 前 兩 種 不 同 ， 它 主 要 側(cè) 重 于 相 頻特 性 ， 其

57、基 本 原 則 是 使 通 帶 內(nèi) 相 頻 特 性 線 性 度 最高 ， 群 時(shí) 延 函 數(shù) 最 接 近 于 常 量 ， 從 而 使 相 頻 特 性引 起 的 相 位 失 真 最 小 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù) 與 頻 率 特 性 1-五 階 貝 塞 爾 濾 波 器 2-五 階 巴 特 沃 斯 濾 波 器 3-五 階 通 帶 波 紋 為 0.5dB的 切比 雪 夫 濾 波 器 4-五 階 五 階 通 帶 波 紋 為 2dB的 切 比 雪 夫 濾 波 器 按 濾 波 特 性 可 將 濾 波 分 為 三 種 類 型 ： 最 大 平 坦 型 、紋

58、波 型 和 恒 延 時(shí) 型 ， 對(duì) 應(yīng) 的 阻 尼 系 數(shù) 分 別 等 于 、小 于 和 大 于 221A0 /c1.00.5 1 2 34 10 /c-360-180 1 2 23 4 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1. 巴 特 沃 思 逼 近 對(duì) 于 二 階 的 濾 波 器 ， 巴 特 沃 思 濾 波 器 的 2. 切 比 雪 夫 逼 近 對(duì) 于 二 階 的 濾 波 器 ， 切 比 雪 夫 濾 波 器 的 3. 貝 塞 爾 逼 近 對(duì) 于 二 階 的 濾 波 器 ， 貝 塞 爾 濾 波 器 的 223 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 根 據(jù) “ 最 佳 逼 近 特

59、 性 ” 標(biāo) 準(zhǔn) 分 類 的 三 種 濾 波 器 的 比 較 巴 特 沃 斯 濾 波 器 具 有 最 大 平 坦 幅 度 特 性 ； 切 貝 雪 夫 濾 波 器 的 通 帶 有 波 紋 ， 過 渡 帶 輕 陡直 ， 因 此 ， 在 不 允 許 通 帶 內(nèi) 有 紋 波 的 情 況 下 ， 巴特 沃 斯 型 更 可 取 ； 從 相 頻 響 應(yīng) 來 看 ， 巴 特 沃 斯 型也 要 優(yōu) 于 切 貝 雪 夫 型 ； 貝 塞 爾 濾 波 器 只 滿 足 相 頻 特 性 而 不 關(guān) 心 幅 頻特 性 。 貝 塞 爾 濾 波 器 又 稱 最 平 時(shí) 延 或 恒 時(shí) 延 濾 波器 。 其 相 移 和 頻 率

60、成 正 比 ， 即 為 一 線 性 關(guān) 系 。 但是 由 于 它 的 幅 頻 特 性 欠 佳 ， 而 往 往 限 制 了 它 的 應(yīng)用 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2.3.2 RC有 源 濾 波 電 路一 、 壓 控 電 壓 源 型 濾 波 電 路該 電 路 壓 控 增 益 K f=1+R0/R ， 傳 遞 函 數(shù) 為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1、 低 通 濾 波 電 路濾 波 器 參 數(shù) 為 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2、 高 通 濾 波 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 3、 帶 通 濾 波 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測

61、試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 4、 帶 阻 濾 波 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 二 、 無 限 增 益 多 路 反 饋 型 濾 波 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1、 低 通 濾 波 電 路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2、 高 通 濾 波 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 3、 帶 通 濾 波 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 三 、 雙 二 階 環(huán) 濾 波 電 路 雙 二 階 環(huán) 電 路 利 用 兩 個(gè) 以 上 由 加 法 器 、 積分 器 等 組 成 的 運(yùn) 算 放 大 電 路 ， 根 據(jù) 所 要 求 的 傳遞

62、 函 數(shù) ， 引 入 適 當(dāng) 的 反 饋 構(gòu) 成 濾 波 電 路 。 其 突 出 特 點(diǎn) 是 電 路 靈 敏 度 低 ， 因 而 特 性 非常 穩(wěn) 定 ， 并 可 實(shí) 現(xiàn) 多 種 濾 波 功 能 ， 經(jīng) 過 適 當(dāng) 改進(jìn) 還 可 將 運(yùn) 算 放 大 器 數(shù) 目 減 少 到 兩 個(gè) 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 1、 低 通 與 帶 通 濾 波 電 路 從 u3點(diǎn) 輸 出 為 帶 通 濾 波電 路 ， 從 u2點(diǎn) 與 u1點(diǎn) 輸 出 為低 通 濾 波 電 路 。 Kp1、 Kp2、Kp3分 別 為 由 u1、 u2、 u3輸 出時(shí) 的 通 帶 增 益 。 可 用 R 5調(diào) 節(jié)w

63、0， 用 R2調(diào) 節(jié) Q，用 R0調(diào) 節(jié) Kpi， 各參 數(shù) 間 相 互 影 響很 小 。 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 2、 可 實(shí) 現(xiàn) 高 通 、 帶 阻 與 全 通 濾 波 的 雙 二 階 環(huán) 電 路-+ +N 1 -+ +N2 -+ +N3uo(t)ui(t) R01R1 R2C1 R3 R4 R5R02 R03 C2 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 3、 低 通 、 高 通 、 帶 通 、 帶 阻 與 全 通 濾 波 電 路-+ +N 1 -+ +N3-+ +N2 -+ +N4ui(t) uh(t) ub(t) u

64、l(t) ux(t)R01R02 R04R03 R1 R2 R05R06R07 R0C2C1 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 四 、 有 源 濾 波 器 設(shè) 計(jì)有 源 濾 波 器 的 設(shè) 計(jì) 主 要 包 括 以 下 四 個(gè) 過 程 ：確 定 傳 遞 函 數(shù)選 擇 電 路 結(jié) 構(gòu)選 擇 有 源 器 件計(jì) 算 無 源 元 件 參 數(shù)以 無 限 增 益 多 路 反 饋 二 階 巴 特 沃 斯 濾 波 器 為 例 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 在 給 定 的 fc下 ， 參 考 下 表 選 擇 電 容 C1; 根 據(jù) C1的 實(shí) 際 值 ， 按 下 式 計(jì) 算 電 阻 換 標(biāo)

65、 系 數(shù) K;K=100/fcC1 由 表 確 定 C2及 歸 一 化 電 阻 值 ri， 再 換 算 出 Ri。f/Hz 100kC 1/uF 100.1 0.10.01 0.010.001 (1000100) 10-6 (10010) 10-6 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 pKk/1r k/2r k/3r 1 2 6 10 3.111 2.565 1.697 1.6254.072 3.292 4.977 4.7233.111 5.130 10.180 16.252 0.2 0.15 0.05 0.033C C 2 1/ 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 開 關(guān) 電

66、 容 濾 波 原 理 T c21 c) 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 一 、 壓 控 跟 蹤 濾 波 器 利 用 測 量 電 路 提 取 被測 信 號(hào) 中 心 頻 率 ， 進(jìn) 行f/V轉(zhuǎn) 換 ， 即 可 形 成 所需 的 控 制 電 壓 u c。 uc決 定 R2的 變 化 ， 從 而決 定 電 路 中 心 頻 率 w0變 化 ，即 輸 出 信 號(hào) uo的 中 心 頻 率 。 場 效 應(yīng) 晶 體 管 可 構(gòu) 成一 個(gè) 等 效 可 變 電 阻 2R ，隨 控 制 電 壓 uc而 變 化 。 改 變 R2可 以 改 變 中 心 頻率 w0， 而 帶 寬保 持 不 變 。 Q/0 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 壓 控 跟 蹤 濾 波 器 現(xiàn)代測試技術(shù)第2章 測試信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理電路 變 頻 跟 蹤 濾 波 器被測信號(hào)源 乘 法 器乘 法 器 90O移 相 器 乘 法 器加 法 器 90O移 相 器乘 法 器晶 體 濾 波 器中 心 頻 率 0 低 通 濾 波 器1/N分 頻 器e0 e1e1 e2 e3 e4 e2e6e5e7 e7e8 e9 e10 e11帶 通