第四章信號(hào)調(diào)理

1、第四章第四章 信號(hào)調(diào)理、處理和記錄信號(hào)調(diào)理、處理和記錄概述概述4-1 電橋電橋4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4-3 濾波器濾波器4-4 信號(hào)的放大信號(hào)的放大4-5 信號(hào)的指示和記錄裝置信號(hào)的指示和記錄裝置概述概述被測(cè)量經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通常要進(jìn)行某被測(cè)量經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通常要進(jìn)行某些調(diào)理和處理，其目的是提高信噪比，并把信號(hào)轉(zhuǎn)換些調(diào)理和處理，其目的是提高信噪比，并把信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于處理、接收和顯示的形式，這些處理過(guò)程也稱(chēng)成易于處理、接收和顯示的形式，這些處理過(guò)程也稱(chēng)為信號(hào)的中間轉(zhuǎn)換。為信號(hào)的中間轉(zhuǎn)換。下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋電橋是一種將電阻、電感、電電橋是一種將電阻、電感

2、、電容等參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏魅莸葏⒘康淖兓D(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測(cè)量電路。其輸出既可輸出的一種測(cè)量電路。其輸出既可用指示儀表直接測(cè)量，也可以送入用指示儀表直接測(cè)量，也可以送入放大器進(jìn)行放大。放大器進(jìn)行放大。圖示為一純電阻電橋。當(dāng)輸出端接入電阻較大的儀表或圖示為一純電阻電橋。當(dāng)輸出端接入電阻較大的儀表或放大器時(shí)，可視為開(kāi)路，電流輸出為放大器時(shí)，可視為開(kāi)路，電流輸出為0，只有電壓，只有電壓Uy 輸出。輸出。一、直流電橋一、直流電橋下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋電橋平衡時(shí)，輸出電橋平衡時(shí)，輸出Uy =0，得電橋平衡條件：，得電橋平衡條件：當(dāng)各橋臂電阻有一微小變化（如應(yīng)變片電

3、阻的變化）當(dāng)各橋臂電阻有一微小變化（如應(yīng)變片電阻的變化）時(shí)，電橋失去平衡，時(shí)，電橋失去平衡，Uy0?？紤]到各橋臂電阻變化均很小，?？紤]到各橋臂電阻變化均很小，可忽略其高次項(xiàng)，并考慮到可忽略其高次項(xiàng)，并考慮到 R1R3 = R2R4 ，可得：，可得：04433221122121)()(URRRRRRRRRRRRUy 下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋04433221122121)()(URRRRRRRRRRRRUy 實(shí)際應(yīng)用中，常用全等臂電橋，即實(shí)際應(yīng)用中，常用全等臂電橋，即 R1=R2=R3=R4=R0 ，此時(shí)，此時(shí)，)(4432100RRRRRUUy 注意：注意：這里的這里的 R

4、1 、 R2 、 R3 、 R4 均為代數(shù)量。從上均為代數(shù)量。從上式可知，式可知， 當(dāng)當(dāng)| R1|=| R2 |=| R3 |=| R4 |時(shí)，時(shí)，要使電橋輸出要使電橋輸出不為不為0，則要求相鄰橋臂阻值變化極性應(yīng)相反，相對(duì)橋臂阻，則要求相鄰橋臂阻值變化極性應(yīng)相反，相對(duì)橋臂阻值變化極性應(yīng)相同，這就是值變化極性應(yīng)相同，這就是電橋的和差特性電橋的和差特性。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋測(cè)量時(shí)，有三種常用的連接形式，開(kāi)始時(shí)，各橋臂電測(cè)量時(shí)，有三種常用的連接形式，開(kāi)始時(shí)，各橋臂電阻值相等，均為阻值相等，均為R0 ，當(dāng)電阻值有變化時(shí)，各連接的輸出分，當(dāng)電阻值有變化時(shí)，各連接的輸出分別為：別

5、為：（1）半橋單臂：）半橋單臂：004URRUy)(4432100RRRRRUUy 下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄單臂單臂 4-1 電橋電橋)(4432100RRRRRUUy （2）半橋雙臂：（）半橋雙臂：（ | R1|=| R2 |=| R |）002URRUy下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄半橋半橋4-1 電橋電橋)(4432100RRRRRUUy （3）全橋：（）全橋：（ | R1|=| R2 |=| R3 |=| R4 | =| R |）00URRUy下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄全橋全橋4-1 電橋電橋測(cè)試中還用到一種平衡電橋：測(cè)試中還用到一種平衡電橋：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4

6、-1 電橋電橋二、交流電橋二、交流電橋交流電橋采用交流電源，電橋四個(gè)橋臂可以是電感、交流電橋采用交流電源，電橋四個(gè)橋臂可以是電感、電容或電阻，還可以是它們的混合電容或電阻，還可以是它們的混合阻抗。阻抗一般用復(fù)阻抗。阻抗一般用復(fù)數(shù)表示。數(shù)表示。平衡條件：平衡條件：Z1Z3 = Z2Z4423104020301 jjjjeZeZeZeZ 或：或：)(0402)(03014231 jjeZZeZZ即：即：此即為此即為交流電橋平衡條件交流電橋平衡條件。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋式中，式中，Z01、 Z02、 Z03、 Z04為各阻抗的模，為各阻抗的模， 1、 2、 3、 4為各橋臂

7、電壓與電流間的相位差，稱(chēng)為阻抗角。純?yōu)楦鳂虮垭妷号c電流間的相位差，稱(chēng)為阻抗角。純電阻電阻 =0；電感性阻抗；電感性阻抗 0；電容性阻抗；電容性阻抗 0。為滿(mǎn)足上述條件，交流電橋各橋臂可有不同的組合。為滿(mǎn)足上述條件，交流電橋各橋臂可有不同的組合。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋如圖一種常用的電容電橋，其平衡條件為：如圖一種常用的電容電橋，其平衡條件為：R1R3=R2R4 R2/R3=C4/C1 。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋圖圖4-5是一種常用的電感電橋，其平衡條件為：是一種常用的電感電橋，其平衡條件為：R1R3=R2R4 和和L1R3=L4R2 。實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)

8、際應(yīng)用中，交流電橋多交流電橋多用于電阻傳感器，較少用用于電阻傳感器，較少用于電感傳感器，幾乎不用于電感傳感器，幾乎不用于電容傳感器于電容傳感器（它們一般（它們一般用調(diào)頻電路）。用調(diào)頻電路）。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋?qū)τ诩冸娮杞涣麟姌?，由于?dǎo)線分布電容的影響，相當(dāng)對(duì)于純電阻交流電橋，由于導(dǎo)線分布電容的影響，相當(dāng)于每個(gè)橋臂并聯(lián)了一個(gè)電容于每個(gè)橋臂并聯(lián)了一個(gè)電容(圖圖4-6)，因此，需要調(diào)電阻平衡，因此，需要調(diào)電阻平衡和電容平衡。圖和電容平衡。圖4-7是用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的一種具有電阻與電容是用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的一種具有電阻與電容預(yù)調(diào)平衡的純電阻交流電橋。預(yù)調(diào)平衡的純電阻交流電橋。下一

9、節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋交流電橋的供橋電源一般是采交流電橋的供橋電源一般是采用用510KHz 的音頻交流電，其輸?shù)囊纛l交流電，其輸出是一種調(diào)制波，這樣，外界干出是一種調(diào)制波，這樣，外界干擾不容易從線路引入（干擾頻率擾不容易從線路引入（干擾頻率較低），并且，后接的交流放大較低），并且，后接的交流放大電路簡(jiǎn)單而無(wú)零漂。電路簡(jiǎn)單而無(wú)零漂。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋三、帶感應(yīng)耦合臂的電橋三、帶感應(yīng)耦合臂的電橋它是將感應(yīng)耦合的一對(duì)繞組作為橋臂而組成的電橋，它是將感應(yīng)耦合的一對(duì)繞組作為橋臂而組成的電橋，也稱(chēng)為變壓器電橋。用差動(dòng)電容傳感器的電容代替也稱(chēng)為變壓器電橋。用差

10、動(dòng)電容傳感器的電容代替Z3和和Z4時(shí)，可用于電容傳感器。而用差動(dòng)電感傳感器代替感應(yīng)耦時(shí)，可用于電容傳感器。而用差動(dòng)電感傳感器代替感應(yīng)耦合臂時(shí)，又可測(cè)電感傳感器的輸出。合臂時(shí)，又可測(cè)電感傳感器的輸出。這種電橋具有較高的精度和靈敏度，性能穩(wěn)定，頻率這種電橋具有較高的精度和靈敏度，性能穩(wěn)定，頻率范圍廣，應(yīng)用越來(lái)越廣。范圍廣，應(yīng)用越來(lái)越廣。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-1 電橋電橋下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)對(duì)緩變的微小電信號(hào)，除了用直流放大外，目對(duì)緩變的微小電信號(hào)，除了用直流放大外，目前較常用的方法是先調(diào)制而后用交流放大。前較常用的方法是先調(diào)制而后用交流放大。下一節(jié)

11、下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄 先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯娜缓罄媒涣鞣糯笃鬟M(jìn)行放大，最后再?gòu)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。輸出信號(hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。 第第19頁(yè)頁(yè)4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制調(diào)制是使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下而是使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一信號(hào)的控制下而發(fā)生變化的過(guò)程，前一信號(hào)稱(chēng)為載波，其頻率較高，后一發(fā)生變化的過(guò)程，前一信號(hào)稱(chēng)為載波，其頻率較高，后一信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，它控制載波某一參數(shù)的變化，調(diào)制信信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，它控制載波某一參數(shù)的變化，調(diào)制信號(hào)一

12、般為緩變信號(hào)。兩者綜合作用的結(jié)果（輸出）稱(chēng)為已號(hào)一般為緩變信號(hào)。兩者綜合作用的結(jié)果（輸出）稱(chēng)為已調(diào)波。從已調(diào)波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)波。從已調(diào)波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)解調(diào)。根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，可分為調(diào)幅（根據(jù)載波受調(diào)制參數(shù)的不同，可分為調(diào)幅（AM）、）、調(diào)頻（調(diào)頻（FM）和調(diào)相（）和調(diào)相（PM）三種。主要討論前兩種。）三種。主要討論前兩種。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、調(diào)幅及其解調(diào)一、調(diào)幅及其解調(diào)1、調(diào)幅原理、調(diào)幅原理將高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)（載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）將高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)（載波）與

13、測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，其結(jié)果即為調(diào)幅波。如交流電橋（全橋）的輸出：相乘，其結(jié)果即為調(diào)幅波。如交流電橋（全橋）的輸出： uSuRSRuRRuggy 000下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)則有：則有：由傅里葉變換的性質(zhì)，時(shí)域中兩信號(hào)相乘，對(duì)應(yīng)于兩由傅里葉變換的性質(zhì)，時(shí)域中兩信號(hào)相乘，對(duì)應(yīng)于兩信號(hào)在頻域中進(jìn)行卷積，即：信號(hào)在頻域中進(jìn)行卷積，即：)()()()(fYfXtytx余弦函數(shù)的頻域圖形是一對(duì)脈沖譜線余弦函數(shù)的頻域圖形是一對(duì)脈沖譜線)()(21)()(212cos)(000fffXfffXtftx)(21)(212cos000fffftf下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)

14、目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)從圖形上看，調(diào)幅過(guò)程就相當(dāng)于頻譜從圖形上看，調(diào)幅過(guò)程就相當(dāng)于頻譜“搬移搬移”過(guò)程。但過(guò)程。但其幅值減半。其幅值減半。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)若把調(diào)幅波再次若把調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘，則與原載波信號(hào)相乘，則頻域圖形將再一次頻域圖形將再一次“搬搬移移”，其結(jié)果如圖所示。，其結(jié)果如圖所示。用低通濾波器濾去中心用低通濾波器濾去中心頻率為頻率為2f2f0 0 的高頻成份，的高頻成份，就可復(fù)原調(diào)制信號(hào)就可復(fù)原調(diào)制信號(hào)( (但但其幅值已減半，可用放其幅值已減半，可用放大處理補(bǔ)償大處理補(bǔ)償) )，這一過(guò)，這一過(guò)程稱(chēng)為程稱(chēng)為同步解調(diào)同步解調(diào)。

15、下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄第第25頁(yè)頁(yè)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)第第26頁(yè)頁(yè)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（頻譜分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（頻譜分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)第第27頁(yè)頁(yè)幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（數(shù)學(xué)分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)程（數(shù)學(xué)分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)(tx)2cos()()(tftxtxzm)(tz)(tztftxtyzm2c

16、os)()(2)22cos()()(21tftxtxz第第28頁(yè)頁(yè)4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅的目的調(diào)幅的目的是使緩變信號(hào)是使緩變信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率較高的信號(hào)，以便轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率較高的信號(hào)，以便用交流放大和傳輸。解調(diào)的目用交流放大和傳輸。解調(diào)的目的是為了恢復(fù)原信號(hào)。的是為了恢復(fù)原信號(hào)。由圖可知，若載波的頻率由圖可知，若載波的頻率太低，就有可能使原信號(hào)的頻太低，就有可能使原信號(hào)的頻譜在譜在“搬移搬移”后出現(xiàn)重疊，以后出現(xiàn)重疊，以至解調(diào)時(shí)不能準(zhǔn)確地恢復(fù)原信至解調(diào)時(shí)不能準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)。因此，載波頻率應(yīng)大于信號(hào)。因此，載波頻率應(yīng)大于信號(hào)中的最高頻號(hào)中的最高頻fm。實(shí)際應(yīng)用中，。實(shí)際應(yīng)用中，載波頻率至少數(shù)

17、倍至數(shù)十倍于載波頻率至少數(shù)倍至數(shù)十倍于調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)2、整流檢波與相敏檢波、整流檢波與相敏檢波前面提及的用調(diào)幅波與載波相乘進(jìn)行解調(diào)的方法原理前面提及的用調(diào)幅波與載波相乘進(jìn)行解調(diào)的方法原理上很簡(jiǎn)單，但必須使用性能良好的線性乘法器，實(shí)際應(yīng)用上很簡(jiǎn)單，但必須使用性能良好的線性乘法器，實(shí)際應(yīng)用較少。除此之外，調(diào)幅波的解調(diào)還有兩種方法：較少。除此之外，調(diào)幅波的解調(diào)還有兩種方法： 整流檢波整流檢波 相敏檢波相敏檢波下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)（1）整流檢波）整流檢波對(duì)圖對(duì)圖a所示的情所示的情況，只要對(duì)調(diào)幅波進(jìn)況，

18、只要對(duì)調(diào)幅波進(jìn)行簡(jiǎn)單的半波整流或行簡(jiǎn)單的半波整流或全波整流后，濾除高全波整流后，濾除高頻分量，就能恢復(fù)原頻分量，就能恢復(fù)原信號(hào)。其條件是調(diào)制信號(hào)。其條件是調(diào)制信號(hào)必須有足夠大的信號(hào)必須有足夠大的直流分量（可迭加進(jìn)直流分量（可迭加進(jìn)去），確保調(diào)制信號(hào)去），確保調(diào)制信號(hào)沒(méi)有負(fù)電壓即可。沒(méi)有負(fù)電壓即可。若直流分量不夠大，則調(diào)幅波圖形如圖若直流分量不夠大，則調(diào)幅波圖形如圖b所示，就無(wú)法用所示，就無(wú)法用整流檢波方法獲取原調(diào)制信號(hào)。這時(shí)可用相敏檢波方法。整流檢波方法獲取原調(diào)制信號(hào)。這時(shí)可用相敏檢波方法。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)(2) 相敏檢波相敏檢波 下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié)

19、上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻調(diào)頻（頻率調(diào)制）是利用信號(hào)電壓的幅值控制一個(gè)振蕩（頻率調(diào)制）是利用信號(hào)電壓的幅值控制一個(gè)振蕩器，振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量和信號(hào)電器，振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量和信號(hào)電壓成正比。當(dāng)信號(hào)電壓為壓成正比。當(dāng)信號(hào)電壓為0時(shí)，調(diào)頻波的頻率等于中心頻率時(shí)，調(diào)頻波的頻率等于中心頻率（載波頻率），信號(hào)電壓為正時(shí)，頻率提高，負(fù)值時(shí)頻率降（載波頻率），信號(hào)電壓為正時(shí)，頻率提高，負(fù)值時(shí)頻率降低。所以，調(diào)頻波是隨信號(hào)幅值而變化的疏密不等的等幅波。低。所以，調(diào)頻波是隨信號(hào)幅值而變化的疏密不等的等幅波。二、調(diào)頻及其解調(diào)二、調(diào)頻及其解調(diào)下一節(jié)下一頁(yè)上一

20、節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率可表示為：調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率可表示為： f = ff = f0 0 f f式中：式中：f f0 0載波頻率，或稱(chēng)為中心頻率載波頻率，或稱(chēng)為中心頻率 ff頻率偏移，與調(diào)制信號(hào)頻率偏移，與調(diào)制信號(hào)x(t)x(t)的幅值成正的幅值成正比。比。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄)*)(2cos()(0ttxfAty4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1、直接調(diào)頻電路、直接調(diào)頻電路圖示為一種并聯(lián)諧振電圖示為一種并聯(lián)諧振電路，電路諧振頻率為：路，電路諧振頻率為：若電路中若電路中C C為電容傳感器的輸出，則為電容傳感器的輸出，則 f f 將隨將隨C C的變化而變化

21、。的變化而變化。LCf21CfLLCCf)21()(21)(21(23下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)CfLLCCf)21()(21)(21(23由此可知，回路的振蕩頻率將和調(diào)諧參數(shù)由此可知，回路的振蕩頻率將和調(diào)諧參數(shù)C（或（或L）的變）的變化呈線性關(guān)系，也就是說(shuō)，在小范圍內(nèi)，它和被測(cè)量的變化化呈線性關(guān)系，也就是說(shuō)，在小范圍內(nèi)，它和被測(cè)量的變化有線性關(guān)系。有線性關(guān)系。在在f f0 0附近有附近有C=CC=C0 0，故，故002 CCff)21 (000CCffff下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)2、壓控振蕩器、壓控振蕩器壓控振蕩器是另一種調(diào)頻

22、電路。目前已有各種各樣的集成壓控振蕩器是另一種調(diào)頻電路。目前已有各種各樣的集成化的壓控振蕩器芯片出售。它的輸出是一種疏密相間的等幅方化的壓控振蕩器芯片出售。它的輸出是一種疏密相間的等幅方波，其頻率與控制信號(hào)電壓波，其頻率與控制信號(hào)電壓ux成正比。成正比。3、鑒頻器、鑒頻器調(diào)頻波的解調(diào)電路又叫鑒頻器或頻率檢波器，它的作用是調(diào)頻波的解調(diào)電路又叫鑒頻器或頻率檢波器，它的作用是將調(diào)頻波頻率的變化變換成電壓幅值的變化。實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法將調(diào)頻波頻率的變化變換成電壓幅值的變化。實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法很多，圖很多，圖4-17是一種采用變壓器耦合的諧振回路鑒頻方案，也是一種采用變壓器耦合的諧振回路鑒頻方案，也是測(cè)試儀器中

23、常用的鑒頻方法。是測(cè)試儀器中常用的鑒頻方法。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)這種鑒頻方法要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟這種鑒頻方法要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：（：（1）將等幅的調(diào)頻波）將等幅的調(diào)頻波變成幅值隨頻率變化的調(diào)頻變成幅值隨頻率變化的調(diào)頻調(diào)幅波；調(diào)幅波；(2)用幅值檢波器得用幅值檢波器得到原調(diào)制信號(hào)。到原調(diào)制信號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器濾波器是一種選頻裝置，它能起到過(guò)濾信號(hào)中某些頻率濾波器是一種選頻裝置，它能起到過(guò)濾信號(hào)中某些頻率成份分量的作用。成份分量的作用。一、濾波器的分類(lèi)一、濾波器的分類(lèi)1、按選頻作用分按選頻作用分：低通、高通、帶通、帶阻濾波器。：低通、

24、高通、帶通、帶阻濾波器。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器2、按構(gòu)成元件分按構(gòu)成元件分：RC、LC和晶體諧振濾波器。和晶體諧振濾波器。3、按電路性質(zhì)分按電路性質(zhì)分：有源（帶運(yùn)算放大器）、無(wú)源濾波器。：有源（帶運(yùn)算放大器）、無(wú)源濾波器。4、按被處理信號(hào)性質(zhì)分：按被處理信號(hào)性質(zhì)分：模擬、數(shù)字濾波器。模擬、數(shù)字濾波器。5、按工作原理分：按工作原理分：機(jī)械濾波器（如襯墊）、電路網(wǎng)絡(luò)濾機(jī)械濾波器（如襯墊）、電路網(wǎng)絡(luò)濾波器。波器。本節(jié)主要介紹電路網(wǎng)絡(luò)濾波器的一些基本知識(shí)。本節(jié)主要介紹電路網(wǎng)絡(luò)濾波器的一些基本知識(shí)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器二、理想濾波器二、理想濾波器

25、其它0|)(020cftjffeAfH下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄 理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位理想濾波器是指能使通帶內(nèi)信號(hào)的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器。4-3 濾波器濾波器三、實(shí)際三、實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器調(diào)諧式濾波器1、實(shí)際濾波器的基本參數(shù)、實(shí)際濾波器的基本參數(shù)圖示為理想帶通與實(shí)際帶圖示為理想帶通與實(shí)際帶通濾波器的幅頻特性。對(duì)理想通濾波器的幅頻特性。對(duì)理想濾波器，當(dāng)濾波器，當(dāng)fc1=f =fc2時(shí)，時(shí)，A(f)=A0，其他，其他A(f)=0。而對(duì)實(shí)。而對(duì)實(shí)際濾波器，際濾波器，A (f)曲線沒(méi)有明顯曲線沒(méi)有

26、明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，且在通帶內(nèi)，的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，且在通帶內(nèi)， A (f)并非常數(shù)，因此，需要更多的并非常數(shù)，因此，需要更多的參數(shù)來(lái)描述實(shí)際濾波器的性能。參數(shù)來(lái)描述實(shí)際濾波器的性能。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器（1）紋波幅度紋波幅度d：越小越好，：越小越好，2/0Ad （2）截止頻率截止頻率：時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fc1和和fc2。2/)(0AfA信號(hào)幅值的平方表示信號(hào)信號(hào)幅值的平方表示信號(hào)的功率，所以截止頻率正好對(duì)的功率，所以截止頻率正好對(duì)應(yīng)于半功率點(diǎn)。用分貝數(shù)表示應(yīng)于半功率點(diǎn)。用分貝數(shù)表示時(shí)，時(shí)， 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于-3dB點(diǎn)，即點(diǎn)，即截止頻率點(diǎn)的幅值相對(duì)于截止頻率點(diǎn)的幅值相對(duì)于A

27、0衰衰減減-3dB。2/0A下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器（3）帶寬帶寬B和品質(zhì)因數(shù)和品質(zhì)因數(shù)Q：上、下：上、下截止頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為濾波截止頻率之間的頻率范圍稱(chēng)為濾波器的器的帶寬帶寬，也稱(chēng)，也稱(chēng)-3dB帶寬。帶寬。B=fc2-fc1。帶寬越小，濾波器的頻率分辨。帶寬越小，濾波器的頻率分辨力越高。通帶中心頻率與帶寬力越高。通帶中心頻率與帶寬B之之比稱(chēng)為濾波器的比稱(chēng)為濾波器的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q。（4）倍頻程選擇性倍頻程選擇性：它反映濾波：它反映濾波器對(duì)通帶以外頻率成分衰阻的能力。器對(duì)通帶以外頻率成分衰阻的能力。是指是指fc1/2點(diǎn)和點(diǎn)和2fc2 點(diǎn)的幅值相對(duì)于點(diǎn)的幅值相對(duì)

28、于fc1點(diǎn)和點(diǎn)和fc2 點(diǎn)的幅值的衰減量點(diǎn)的幅值的衰減量，用，用dB表示。表示。 dB數(shù)越大，濾波器選擇數(shù)越大，濾波器選擇性越好。性越好。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器（5）濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)）濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)）反映對(duì)通帶以外頻率成分反映對(duì)通帶以外頻率成分衰阻的快慢。衰阻的快慢。理想濾波器理想濾波器=1，通常使用，通常使用的濾波器的濾波器1 5。有些濾波器，阻帶衰減量有些濾波器，阻帶衰減量達(dá)不到達(dá)不到-60dB，則上式中，則上式中B-60dB用用B-40dB或或B-30dB代替。代替。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器的基本特性

29、調(diào)諧式濾波器的基本特性 這種濾波器具有較好的低頻性這種濾波器具有較好的低頻性能，在測(cè)試系統(tǒng)中較常用。能，在測(cè)試系統(tǒng)中較常用。（1）一階一階RC低通濾波器低通濾波器輸入輸入ux，輸出，輸出uy，均為電壓信，均為電壓信號(hào)。號(hào)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器令令 = RC = RC，稱(chēng)時(shí)間常數(shù)。則：，稱(chēng)時(shí)間常數(shù)。則：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，RCf211)(fA且且 關(guān)系為近似于過(guò)原關(guān)系為近似于過(guò)原點(diǎn)的直線。可保證不失真測(cè)試。點(diǎn)的直線?？杀ＷC不失真測(cè)試。ff )(下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器此式表明，此式表明，RC值決定著上截止頻值決定著上截止頻率。率。RCfC21

30、2下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器（2 2）RCRC高通濾波器高通濾波器（ = RC）濾波器的濾波器的3dB截止頻率為：截止頻率為：下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器（3）RC帶通濾波器帶通濾波器將將RC低通濾波器和低通濾波器和RC高通濾波器串聯(lián)，可做成帶通高通濾波器串聯(lián)，可做成帶通濾波器。濾波器。下截止頻率為原高通濾波器的下截止頻率：下截止頻率為原高通濾波器的下截止頻率：上截止頻率為原低通濾波器的上截止頻率：上截止頻率為原低通濾波器的上截止頻率：要要注意注意的是高、低通兩級(jí)串聯(lián)時(shí)，相互有影響。為消的是高、低通兩級(jí)串聯(lián)時(shí)，相互有影響。為消除兩級(jí)耦合時(shí)的相互影響

31、，兩級(jí)間常用射極輸出器或運(yùn)算除兩級(jí)耦合時(shí)的相互影響，兩級(jí)間常用射極輸出器或運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離。所以，實(shí)際的帶通濾波器常常是有源的。放大器進(jìn)行隔離。所以，實(shí)際的帶通濾波器常常是有源的。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄第第50頁(yè)頁(yè)4-3 濾波器濾波器四、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對(duì)信號(hào)作頻譜分析時(shí)，要知道各頻率成份（一般是頻率對(duì)信號(hào)作頻譜分析時(shí)，要知道各頻率成份（一般是頻率范圍）幅值的大小。為此，可將信號(hào)通過(guò)放大倍數(shù)相同而范圍）幅值的大小。為此，可將信號(hào)通過(guò)放大倍數(shù)相同而中心中心頻率不同頻率不同的多個(gè)帶通濾波器，得到各通帶內(nèi)信號(hào)的幅值。的多個(gè)帶通濾波器，得到各通帶內(nèi)

32、信號(hào)的幅值。有有兩種方法兩種方法：一是將：一是將濾波器做成中心頻率可調(diào)的，濾波器做成中心頻率可調(diào)的，二是在一臺(tái)儀器內(nèi)安裝多個(gè)二是在一臺(tái)儀器內(nèi)安裝多個(gè)中心頻率不同的帶通濾波器，中心頻率不同的帶通濾波器，且各濾波器帶通按一定規(guī)律且各濾波器帶通按一定規(guī)律排列。圖示為一倍頻程譜分排列。圖示為一倍頻程譜分析裝置示意圖。圖中數(shù)字為析裝置示意圖。圖中數(shù)字為中心頻率。中心頻率。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器1、恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器采用具有同樣品質(zhì)因數(shù)采用具有同樣品質(zhì)因數(shù)Q的調(diào)諧的調(diào)諧 式濾波器做成鄰接式式濾波器做成鄰接式濾波器組，則該濾波器組是一些恒帶寬比的濾波器構(gòu)成的。濾波器組，

33、則該濾波器組是一些恒帶寬比的濾波器構(gòu)成的。因?yàn)橐驗(yàn)锽=fn /Q，所以中心頻率，所以中心頻率fn 越高，則帶寬越高，則帶寬B越大。越大。若若fc2 =2n fc1 ，當(dāng)，當(dāng)n=1時(shí)，我們稱(chēng)為倍頻程濾波器；當(dāng)時(shí)，我們稱(chēng)為倍頻程濾波器；當(dāng)n=1/3時(shí)，我們稱(chēng)之為時(shí)，我們稱(chēng)之為1/3倍頻程濾波器。倍頻程濾波器。n 稱(chēng)為倍頻程數(shù)。稱(chēng)為倍頻程數(shù)。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器中心頻率中心頻率fn 用幾何平均求得：用幾何平均求得：當(dāng)當(dāng)n=1時(shí)，時(shí)，Q=1.41，n=1/3時(shí)，時(shí)，Q=4.38， n=1/5時(shí)，時(shí)，Q=7.2。2/2/122/22/12112221222nnnnccnnc

34、nncccncncfBQQfBfffffffffff 又又（1）下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄4-3 濾波器濾波器對(duì)一組鄰接的濾波器組，后一頻率的中心頻率對(duì)一組鄰接的濾波器組，后一頻率的中心頻率fn2和前和前一個(gè)濾波器的中心頻率一個(gè)濾波器的中心頻率fn1 也有類(lèi)似的關(guān)系：也有類(lèi)似的關(guān)系：112/3212121212112/211122222,222nncnccncncnccncccnccncncfffffffffffffffff 又又（2）根據(jù)（根據(jù)（1）式和（）式和（2）式，只要選定）式，只要選定n值，就可設(shè)計(jì)出值，就可設(shè)計(jì)出覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波器組。覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波器組

35、。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄第第55頁(yè)頁(yè)1/31/3倍頻程濾波器倍頻程濾波器4-3 濾波器濾波器2、恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器對(duì)恒帶寬比濾波器來(lái)說(shuō)，其通頻帶在低頻段很窄，而對(duì)恒帶寬比濾波器來(lái)說(shuō)，其通頻帶在低頻段很窄，而進(jìn)入高頻段后，通頻帶很寬，這樣，它的頻率分辨力在低進(jìn)入高頻段后，通頻帶很寬，這樣，它的頻率分辨力在低頻段很好，而在高頻段很差。為改善這種現(xiàn)象，可使用恒頻段很好，而在高頻段很差。為改善這種現(xiàn)象，可使用恒帶寬濾波器。帶寬濾波器。為提高頻率分辨力，帶寬不宜太大，這樣，為覆蓋整為提高頻率分辨力，帶寬不宜太大，這樣，為覆蓋整個(gè)頻率范圍，就需要很多濾波器。為此，恒帶寬濾波器的個(gè)頻率范圍，就

36、需要很多濾波器。為此，恒帶寬濾波器的中心頻率往往做成可調(diào)的。中心頻率往往做成可調(diào)的。下一節(jié)下一頁(yè)上一節(jié) 上一頁(yè)目錄第第57頁(yè)頁(yè)案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理 濾波器的應(yīng)用濾波器的應(yīng)用第第58頁(yè)頁(yè)案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理案例：機(jī)床軸心軌跡的濾波處理 濾除信號(hào)中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運(yùn)動(dòng)規(guī)律濾除信號(hào)中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 1 基本放大電路基本放大電路 4-4 信號(hào)的放大信號(hào)的放大 電壓增益電壓增益: :1) 1) 反相放大器反相放大器 1RRAFv 反饋電阻反饋電阻R RF F值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1R1的的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源UiUi的內(nèi)阻的內(nèi)阻。 2)2)同相放大器同相放大器 同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻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)?？购艿偷奶攸c(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。 同相放大器也同相放大器也是最基本的電路是最基本的電路 ，其閉環(huán)電壓增益其閉環(huán)電壓增益AvAv為為: :11RRAFv4-5 信號(hào)的指示和記錄裝置信號(hào)的指示和記錄裝置指示和記錄裝置是測(cè)試系統(tǒng)的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。指示和記錄裝置是測(cè)試系統(tǒng)的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一、動(dòng)圈式磁電指示機(jī)構(gòu)一、動(dòng)圈式磁電指示