現(xiàn)代測試技術(shù)ppt

1、現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)現(xiàn)代測試技術(shù)Modern testing and measurement technology 蘇州科技學(xué)院蘇州科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院電子科學(xué)技術(shù)系電子科學(xué)技術(shù)系潘敬熙潘敬熙Jingxi-Jingxi- 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 第第2 2章章 測試信號轉(zhuǎn)換處理電路測試信號轉(zhuǎn)換處理電路 本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求： 理解信號放大、信號濾波、信號運(yùn)算、信號理解信號放大、信號濾波、信號運(yùn)算、信號調(diào)制解調(diào)以及電橋等各種測試信號轉(zhuǎn)換

2、處理電路調(diào)制解調(diào)以及電橋等各種測試信號轉(zhuǎn)換處理電路的基本原理，掌握其參數(shù)設(shè)計(jì)方法。的基本原理，掌握其參數(shù)設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.1 2.1 概述概述2.1.12.1.1對測試信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的目的：對測試信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的目的：1.1.傳感器輸出的信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、傳感器輸出的信號很微弱，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?？棺儞Q。2.2.有些傳感器輸出的是電參量，需要轉(zhuǎn)換成電信號才能進(jìn)行有些傳感器輸出的是

3、電參量，需要轉(zhuǎn)換成電信號才能進(jìn)行處理。處理。3.3.有些傳感器輸出的是電信號，但信號中混雜有干擾噪聲，有些傳感器輸出的是電信號，但信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。需要去掉噪聲，提高信噪比。4.4.某些場合，為便于信號的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)仍?，需要對傳感某些場合，為便于信號的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)仍?，需要對傳感器測量信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。器測量信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.1.2 2.1.2傳感器接口電路形式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。傳感器按集成程度分為傳統(tǒng)傳感器和智能傳感器。

4、按有無能量輸出分為無源傳感器和有源傳感器（智能傳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）。感器一般都是有源傳感器）。 按輸出信號性質(zhì)分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器。按輸出信號性質(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：電阻、電感與電容。傳感器主要變化參數(shù)有：電阻、電感與電容。 傳感器輸出信號主要形式有：電壓、電流（或電荷）與傳感器輸出信號主要形式有：電壓、電流（或電荷）與頻率；交流與直流。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；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)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信

5、號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2 2.2 信號放大信號放大 2.2.1 2.2.1 概述概述 一、什么是測量放大電路？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、電流或電荷信號的放大電路稱為微弱電壓、電流或電荷信號的放大電路稱為測量測量放大電路放大電路，亦稱，亦稱儀用放大電路儀用放大電路。 工程測試中所遇到的信號，多為工程測試中所遇到的信號，多為100kHz100kHz以下以下的低頻信號，在大多數(shù)的情況下，都可以用放大的低頻信號，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。器集成芯片來設(shè)計(jì)放大電路?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技

6、術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 二、對測量放大電路的二、對測量放大電路的基本要求基本要求： 輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；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；一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益； 低噪聲；低噪聲； 低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；移； 足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率； 高共模輸入范圍和高共模抑制比高共模輸入范圍和高共模抑制比 可調(diào)的閉環(huán)增益；可調(diào)的閉環(huán)增益； 線性好、精度高；線性好、精度高； 成本低。成本低?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路

7、測試信號轉(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)增益開環(huán)增益A A閉環(huán)增益閉環(huán)增益A Af f差模開環(huán)直流電壓增益（差模增益）差模開環(huán)直流電壓增益（差模增益）A AVDVD共模開環(huán)直流電壓增益（共模增益）共模開環(huán)直流電壓增益（共模增益）A AVCVC輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓V VI0I0輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I II I0 0共模抑制比共模抑制比K KCMR CMR = = 差模增益差模增益A AVDVD/ /共模增益共模增益A AVCVC現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 四、四、 應(yīng)用集成運(yùn)放應(yīng)注意的事項(xiàng)應(yīng)用集成運(yùn)放應(yīng)注意的事項(xiàng)

8、(1) (1) 調(diào)零消除失調(diào)誤差調(diào)零消除失調(diào)誤差 “ “調(diào)零調(diào)零”技術(shù)是使用運(yùn)放時必須掌握的。調(diào)技術(shù)是使用運(yùn)放時必須掌握的。調(diào)零的原理是，在運(yùn)放的輸入端外加一個補(bǔ)償電壓，零的原理是，在運(yùn)放的輸入端外加一個補(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。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)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。定，接入調(diào)零電路進(jìn)行調(diào)零即可。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 (2) (2) 相位補(bǔ)償消除高頻自激相位補(bǔ)償消除高頻自激 由于運(yùn)算放大器是

9、一個高增益的多級放大器組件，由于運(yùn)算放大器是一個高增益的多級放大器組件，應(yīng)用時一般接成閉環(huán)負(fù)反饋電路。當(dāng)工作頻率升高時，應(yīng)用時一般接成閉環(huán)負(fù)反饋電路。當(dāng)工作頻率升高時，放大器會產(chǎn)生附加相移，可能使負(fù)反饋?zhàn)兂烧答伓糯笃鲿a(chǎn)生附加相移，可能使負(fù)反饋?zhàn)兂烧答伓鹱约?。進(jìn)行相位補(bǔ)償可以消除高頻自激。相位補(bǔ)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?shù)脑硎牵诰哂懈叻糯蟊稊?shù)的中間級，利用一小償?shù)脑硎?，在具有高放大倍?shù)的中間級，利用一小電容電容C C（幾十幾百微微法）構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。（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，如有些運(yùn)放已經(jīng)在內(nèi)部進(jìn)行了補(bǔ)

10、償，如A741A741。有些運(yùn)。有些運(yùn)放引出了補(bǔ)償端，只需要按照器件手冊的規(guī)定，外接放引出了補(bǔ)償端，只需要按照器件手冊的規(guī)定，外接補(bǔ)償電路即可，如國產(chǎn)補(bǔ)償電路即可，如國產(chǎn)5G245G24運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器。現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 (3) (3) 過載保護(hù)過載保護(hù) 使用運(yùn)放時要注意，不能超過其性能參數(shù)的使用運(yùn)放時要注意，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)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。干擾源的場合更要注意?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換

11、與處理電路 2.2.2 2.2.2 同相放大器同相放大器 閉環(huán)增益：閉環(huán)增益：2f1RA1R 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 集成運(yùn)算放大器可以作為一個器件構(gòu)成各種集成運(yùn)算放大器可以作為一個器件構(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。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。很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級。 高輸入阻抗電路常應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗高輸入阻抗電路常應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗

12、很高的測量放大電路中。如很高的測量放大電路中。如電容式、壓電式傳感電容式、壓電式傳感器器的測量放大電路。的測量放大電路。現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 同相放大器輸入阻抗同相放大器輸入阻抗r ri+i+r ri+i+= r= ri i(1+AF)(1+AF)同相放大器輸出阻抗同相放大器輸出阻抗r ro+o+r ro+o+= r= ro o/(1+AF)/(1+AF)教材約定：在涉及同相放大器的輸入阻抗時，均教材約定：在涉及同相放大器的輸入阻抗時，均以以r ri+i+來表示，即指同相放大器所具有的最低在來表示，即指同相放大器所具有的最低在1010

13、7 7以上的輸入電阻，而不器刻意指明其具體以上的輸入電阻，而不器刻意指明其具體的數(shù)值。的數(shù)值?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.3 2.2.3 反相放大器反相放大器閉環(huán)增益：閉環(huán)增益：2f1RAR反饋電阻反饋電阻R R2 2值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。一般為幾十千歐至幾百千歐。R R1 1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源U Ui i的內(nèi)阻。的內(nèi)阻?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 交流反相放大電路交流反相放

14、大電路Af= R2 / R1R3= R2 C1：隔直電容：隔直電容C3：旁路電容，防止振蕩：旁路電容，防止振蕩現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.4 2.2.4 基本差動（差分）放大器基本差動（差分）放大器 什么是差動放大器？什么是差動放大器？ 差動放大器差動放大器是把二個輸入信號分別輸入到是把二個輸入信號分別輸入到運(yùn)算放大器的同相和反相二個輸入端，然后在運(yùn)算放大器的同相和反相二個輸入端，然后在輸出端取出二個信號的差模成分，而盡量抑制輸出端取出二個信號的差模成分，而盡量抑制二個信號的共模成分。二個信號的共模成分?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第

15、2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.4 基本差動放大器基本差動放大器為分析電路的共模抑制性能，我們做如下變換為分析電路的共模抑制性能，我們做如下變換 )(2121iiicVVV)(12iiidVVV現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 式中 idicVRRRRRRRRVRRRRRRRRV)(21)(12121434121214340idVDicVCVAVA)(12121434RRRRRRRRAVCidVDVRRRRRRRRA)(2112121434現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電

16、路 3412RRRR現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 假設(shè)電阻的誤差為假設(shè)電阻的誤差為 ，也就是說，電阻的實(shí)際值分，也就是說，電阻的實(shí)際值分別為別為 ，則可得，則可得 )1 ()1 ()1 ()1 ()1 ()1 ()1 ()1 (1122443344112211RRRRRRRRAVC在最壞的情況下，即所有的電阻都取最大的誤差值在最壞的情況下，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并且取最不利的方向，可得最大的共模電壓增益(忽略忽略高階小量高階小量) 2114RRAVC現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信

17、號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 共模抑制比KCMR為 41VDCMRAK上式表明，電阻的誤差越小，差動增益VDA越大共模抑制比越高。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 輸入電阻： 12Rrid2/ )(21RRric難以避免的缺點(diǎn)：難以避免的缺點(diǎn)： 1. 輸入阻抗低輸入阻抗低3. 工藝性差工藝性差 2. 共模抑制比低共模抑制比低現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 2.2.5 儀用放大器儀用放大器 什么是儀用放大器？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是一類高輸

18、入阻抗，高共模抑制比的差分放大器。具有精度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，經(jīng)常用于大器。具有精度高，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，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。也稱為儀器放大器?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀器（儀用）放大器儀器（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ri+，不難得出三運(yùn)放電路的輸入阻抗：差動輸入阻抗rid 2 ri+，共模輸入阻抗ric ri+2。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2

19、.2.5 儀器（儀用）放大器儀器（儀用）放大器可得放大器前級的差模增益AVD1和共模增益AVC1 0102i1i2W1W2VVVVRRRR1W2O1O2i1i2WRRRVV(VV )RWWVDIRRRRA210VCIA現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀器（儀用）放大器儀器（儀用）放大器儀器放大器前級的差模增益AVD和共模增益AVC3421RRRRRRAWWVD34343656RRRRRRRRAVC因此，三運(yùn)放電路的共模抑制比在電阻匹配精度相同的情況下，要比基本差動放大器高 倍。由此可見，由三運(yùn)放組成的差動放大器具有高共模抑制比、高輸

20、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?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.5 儀器（儀用）放大器儀器（儀用）放大器現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 28串聯(lián)差分式輸入儀用放大器串聯(lián)差分式輸入儀用放大器輸入信號加于兩個運(yùn)放的同輸入信號加于兩個運(yùn)放的同相輸入端，相輸入端，差分輸入電阻近差分輸入電阻近似為兩個運(yùn)放的共模輸入電似為兩個運(yùn)放的共模輸入電阻之和，提高了輸入電阻。阻之和，提高了輸入電阻。Iu12IIuu Ou441233(1)OIRRuuRR 4241

21、2313(1)(1)IIRRRuuRRR 利用迭加原理，利用迭加原理， 分別作用于輸入端分別作用于輸入端21IIuu 、現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 29串聯(lián)差分式輸入儀用放大器串聯(lián)差分式輸入儀用放大器3421RRRR4123(1)()OIIRuuuR 雙端輸入，輸入電阻為無窮大。雙端輸入，輸入電阻為無窮大。43(1)IRuR 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可變增益放大器可變增益放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6

22、可變增益放大器可變增益放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可變增益放大器可變增益放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可變增益放大器可變增益放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.6 可變增益放大器可變增益放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 2.2.7 隔離放大電路隔離放大電路 什么是隔離放大電路？什么是隔離放大電路？ 隔離放大電路的輸入、輸出

23、和電源電路之間隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有公共的接地端。公共的接地端。 應(yīng)用于何種場合？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、自動化試驗(yàn)些測控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測量、自動化試驗(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。下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路

24、2.2.7 隔離放大器隔離放大器 1. 采用集成的線性光電耦合放大器 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)字信號隔離技術(shù) 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 組成及符號組成及符號輸入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸 出放大器uducuiso現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 原理框圖原理框圖a) 變壓器耦合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) 光電耦合光電耦合浮置電源光耦合器輸 入放大器輸 出放大器輸出輸

25、入LEDV現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 常見的幾種光電耦合器的內(nèi)部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)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔離放大器隔離放大器 幾種光電耦合放大器的傳輸特性 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔離放大器隔離放大器 光電耦合放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔離放大器隔離放大器 線性光電耦合放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章

26、 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.7 隔離放大器隔離放大器 性能優(yōu)良的線性光電耦合放大器 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.8 2.2.8 電橋放大電路電橋放大電路何謂電橋放大電路？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。放大電路。 應(yīng)用于何種場合？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)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

27、過電橋轉(zhuǎn)換電路變式、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，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步輸出電壓或電流信號，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放放大，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。大電路，輸出放大了的電壓信號?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 a a 、c c兩端接電兩端接電源源U Ui i，稱，稱供橋端供橋端； b b、d d兩端接輸出兩端接輸出電壓電壓U Uo o，稱，稱輸出輸出端端。一、電橋一、電橋 電橋的作用：將電阻電橋的作用：將電阻R(R(應(yīng)變片應(yīng)變片) )、電感

28、、電感L L、電容、電容C C等等電參數(shù)變?yōu)殡妷弘妳?shù)變?yōu)殡妷篣U或電流或電流II信號后輸出信號后輸出。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的不同為根據(jù)橋臂阻抗性質(zhì)的不同為 : : 電阻電橋電阻電橋電容電橋電容電橋電感電橋電感電橋根據(jù)供橋電源分為根據(jù)供橋電源分為 : : 直流電橋直流電橋: : 采用直流電源采用直流電源 只用于只用于測量電測量電阻阻R R的變化的變化 交流電橋：采用交流電源交流電橋：采用交流電源測量電阻測量電阻R R 、電容電容C C 、電感、電感L L的變化的變化1. 電橋的分類電橋的分類現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技

29、術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2. 2. 直流電橋直流電橋四個橋臂由電阻四個橋臂由電阻R1、R2、R3和和R4組成。組成。1R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋VR1R2R3R4現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 平衡條件平衡條件R R1 1R R3 3= =R R2 2R R4 4 1R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋ioURRRRRRRRU)(43214231電橋的輸出：電橋的輸出：平衡的條件：平衡的條件：VR1R2R3R4溫敏電阻溫敏電阻現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試

30、信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 bdUU 1R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋當(dāng)電橋輸出端接入儀表或放大器時，電橋輸出端可視為開路狀當(dāng)電橋輸出端接入儀表或放大器時，電橋輸出端可視為開路狀 態(tài)，電流輸出為零態(tài)，電流輸出為零。 此時，橋路電流為：此時，橋路電流為： 211RRUIi432RRUIia a、b b之間電位差為：之間電位差為： iabURRRRIU21111a a、d d之間電位差為之間電位差為： iadURRRRIU43442電橋輸出電壓為：電橋輸出電壓為： dboUU + )()(dabaUUUUadabUUiURRRRRR434211iURRRRRR

31、RR)(43214231直流電橋平衡條件推導(dǎo)：直流電橋平衡條件推導(dǎo)：現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 1R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋R1R U0U U R1VR2R3R4R1R3=R2R4 平衡的條件：平衡的條件：ioURRRRRRRRU)(43214231電橋的輸出：電橋的輸出：這時，電橋平衡嗎？這時，電橋平衡嗎？ R現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 為了簡化設(shè)計(jì)，為了簡化設(shè)計(jì)，R R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R0 0 ，而，而 R R1 1=R=R0 0+

32、R+RiURRR2401R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋R0R U0U U iioURRRRRRRRRRURRRRRRRRU)()()(0000000043214231)(400RRRRUi電橋的靈敏度定義為電橋的靈敏度定義為 00/ RRUSoB4iU現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 單片單片 單臂單臂半橋半橋R1R3R2R4 雙臂雙臂半橋半橋R1R3R2R4 全橋全橋R1R3R2R4 半半橋、橋、單單臂臂輸輸出出 全全橋、橋、四四臂臂輸輸出出 半半橋、橋、雙雙臂臂輸輸出出 四片四片 兩片兩片 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第

33、2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 單臂單臂半橋半橋R1R3R2R4 雙臂雙臂半橋半橋R1R3R2R4 全橋全橋R1R3R2R4 半橋、單臂輸出半橋、單臂輸出 全橋、四臂輸出全橋、四臂輸出 半橋、雙臂輸出半橋、雙臂輸出 ioURRU022iU00/RRUSoioURRU0iU00/RRUSo00/RRUSo4iUioURRU04ioURRKU0ioKURRUS00/現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 ioURRRRRRRRU)(432142311R3R4R2I2R1IoUiUabdc11RR3R4R2I2R1IoUiUabdc11

34、RR3R4R2I22RR1IoUiUabdc11RR33RR44RR2I1IoUiUabdc22RR四片四片 全橋、四臂輸出全橋、四臂輸出 當(dāng)當(dāng)R1 R1R1，R2 R2 R2 ，由于，由于，R1=R2=R3=R4=R0，R取相同值，可得取相同值，可得 R3 R3R3，R4 R2 R4時時iiiiioURRURRRURRRRRURRRRRRURRRRRRRRRRRRU0200200000004433442211114442222iU電橋的靈敏度定義為電橋的靈敏度定義為 00/ RRUSoB全橋、四臂平衡條件簡要推導(dǎo)全橋、四臂平衡條件簡要推導(dǎo)現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理

35、電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 電橋常用調(diào)平衡的方法電橋常用調(diào)平衡的方法現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 電橋測量的誤差電橋測量的誤差非線性誤差非線性誤差溫度誤差溫度誤差 直流電源的電壓穩(wěn)定性造成的誤差直流電源的電壓穩(wěn)定性造成的誤差ioURRRU240ioURRU04ioURRU02ioURRU01R3R4R2I2R1IoUiUabdc直流電橋直流電橋現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 平衡條件平衡條件3.交流電橋交流電橋交流電橋交流電橋4231ZZZZ而而 111jeZZ 222jeZZ 333jeZZ

36、 444jeZZ 其中，其中，Z Z1 1、Z Z2 2、Z Z3 3、Z Z4 4為為阻抗的模阻抗的模，而，而1 1、2 2、3 3、4 4為為阻抗角阻抗角，是各橋臂電流與，是各橋臂電流與電壓之間的相位差。電壓之間的相位差。 Z1Z3ej(1+3)=Z2Z4ej(2+4) 42314231ZZZZ(*)平衡條件平衡條件現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 電容電橋電容電橋1R3R4R2I2R1IoUiUadc1C4C電容電橋電容電橋 42134231CRCRRRRR平衡條件：平衡條件：電感電橋電感電橋1R3R4R2I2R1IoUiUabdc1L4L

37、電感電橋電感電橋 24314231RLRLRRRR平衡條件：平衡條件：現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 1R3R4R2I2R1IoUiUadc1C4C電容電橋電容電橋 兩相鄰橋臂為純電阻兩相鄰橋臂為純電阻R2、R3，另相鄰兩臂為電容，另相鄰兩臂為電容C1、C4 R1、R4視為電容介質(zhì)損耗的等效電阻視為電容介質(zhì)損耗的等效電阻 111CjR441CjR根據(jù)平衡條件根據(jù)平衡條件 244311)1()1(RCjRRCjR42421331CjRRRCjRRR42134231CRCRRRRR電橋平衡條件：電橋平衡條件：4231ZZZZ電容電橋平衡條件簡要推導(dǎo)

38、電容電橋平衡條件簡要推導(dǎo)現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 1R3R4R2I2R1IoUiUabdc1L4L電感電橋電感電橋 244311)()(RLjRRLjR根據(jù)平衡條件根據(jù)平衡條件 電橋平衡條件：電橋平衡條件：24314231RLRLRRRR電感電橋平衡條件簡要推導(dǎo)電感電橋平衡條件簡要推導(dǎo)現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 （一）單端輸入電橋放大電路（一）單端輸入電橋放大電路二、電橋放大電路二、電橋放大電路現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技

39、術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 （二）差動輸入電橋放大電路（二）差動輸入電橋放大電路現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 （三）線性電橋放大電路（三）線性電橋放大電路現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.2.92.2.9自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路何謂自舉電路何謂自舉電路? ? 自舉電路自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近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

40、路。提高輸入阻抗的電路。是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？入阻抗？ 高輸入阻抗電路常應(yīng)用于傳感器的輸出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。如很高的測量放大電路中。如電容式、壓電式傳感電容式、壓電式傳感器器的測量放大電路。的測量放大電路?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 a)a)同相交流放大電路同相交流放大電路現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 b)b)交流電壓跟隨電路交流電壓跟隨電路現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測

41、試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 68c）輸入電阻自舉擴(kuò)展電路）輸入電阻自舉擴(kuò)展電路反相比例放大器反相比例放大器1OfIuAu 2OfOuAu 12212()()OIRRuuRR 21RR 122RR 2Iu A1：主放大器：主放大器 A2：正反饋，提供電流：正反饋，提供電流現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 69IifIuRi 12IIIIuuuuRR 1Iuii 1IOIIuuuuRR 11RRRR 1RR ifR實(shí)際上，兩者之間阻值總有一實(shí)際上，兩者之間阻值總有一定的偏差，同時為了放大器穩(wěn)定的偏差，同時為了放大器穩(wěn)定工作，防止電路自

42、激振蕩，定工作，防止電路自激振蕩，也必須人為地使也必須人為地使 略大于略大于 保保證證 為正值為正值。 R1RifR現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2.3 2.3 信號濾波信號濾波 2.3.1 2.3.1 濾波器的基礎(chǔ)知識濾波器的基礎(chǔ)知識 一、濾波器的功能和類型一、濾波器的功能和類型 1 1、功能：、功能：濾波器是具有頻率選擇作用的電路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或運(yùn)算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能。號的功能。 2 2、類型：、類型： 按處理信號形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器按處理信

43、號形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器 按功能分：按功能分：低通、高通、帶通、帶阻低通、高通、帶通、帶阻 按電路組成分：按電路組成分：LCLC無源、無源、RCRC無源、由特殊元件無源、由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器、構(gòu)成的無源濾波器、RCRC有源濾波器有源濾波器 按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階高階現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 從從0 0f f2 2頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信號中低于號中低于f f2 2的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于的頻率成分幾乎不受衰減

44、地通過，而高于f f2 2的頻率成分受到極大地衰減。的頻率成分受到極大地衰減。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 與低通濾波相反，從頻率與低通濾波相反，從頻率f f1 1，其幅頻特性，其幅頻特性平直。它使信號中高于平直。它使信號中高于f f1 1的頻率成分幾乎不受衰減的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于地通過，而低于f f1 1的頻率成分將受到極大地衰減。的頻率成分將受到極大地衰減。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 它的通頻帶在它的通頻帶在f f1 1f f2 2之間。它使信號中高于之間。它使信號

45、中高于f f1 1而低于而低于f f2 2的頻率成分可以不受衰減地通過，而的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。其它成分受到衰減。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 與帶通濾波相反，阻帶在頻率與帶通濾波相反，阻帶在頻率f f1 1f f2 2之間。它之間。它使信號中高于使信號中高于f f1 1而低于而低于f f2 2的頻率成分受到衰減，其的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 低通濾波器和高通濾波器

46、是濾波器的兩種最低通濾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。的并聯(lián)為帶阻濾波器。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 二、濾

47、波器的主要特性指標(biāo)二、濾波器的主要特性指標(biāo) 1 1、特征頻率：、特征頻率： 通帶截頻通帶截頻f fp p= =p p/(2/(2 ) ) 為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。增益下降到一個人為規(guī)定的下限。 阻帶截頻阻帶截頻f fr r= =r r/(2/(2 ) ) 為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號衰耗衰耗( (增益的倒數(shù)增益的倒數(shù)) )下降到一人為規(guī)定的下限。下降到一人為規(guī)定的下限?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率

48、f fc c= =c c/(2/(2 ) ) 為信號為信號功率功率衰減到衰減到1/2(1/2(約約3dB)3dB)時的頻率，在時的頻率，在很多情況下，常以很多情況下，常以f fc c作為通帶或阻帶截頻。作為通帶或阻帶截頻。 固有頻率固有頻率f f0 0= =0 0/(2/(2 ) ) 為為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復(fù)電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個固有頻率。雜電路往往有多個固有頻率。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 rc)a)b)OA()OA()OA()rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA()p

49、KpK1pc11r2pc22rc22r現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2 2、增益與衰耗、增益與衰耗 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。 對低通濾波器通帶增益對低通濾波器通帶增益K Kp p 一般指一般指=0=0時的增益；高通指時的增益；高通指時的增益；時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。帶通則指中心頻率處的增益。 對帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義對帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。為增益的倒數(shù)。 通帶增益變化量通帶增益變化量K Kp p 指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量最大變化量，

50、如果，如果K Kp p以以dBdB為單位，則指增益為單位，則指增益dBdB值的變化量。值的變化量。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 3 3、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù) 阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)是表征濾波器對角頻率為是表征濾波器對角頻率為0 0信信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。一項(xiàng)指標(biāo)。 阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)，是評價，是評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標(biāo)，指標(biāo)，Q = Q = 0 0/ /。式中的式中的為帶

51、通或帶為帶通或帶阻濾波器的阻濾波器的3dB3dB帶寬，帶寬，0 0為中心頻率，在很多為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。情況下中心頻率與固有頻率相等。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 4 4、靈敏度、靈敏度 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個元件參數(shù)值濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)指標(biāo)y y對某一元件參數(shù)對某一元件參數(shù)x x變化的靈敏度記作變化的靈敏度記作S Sx xy y，定，定義為：義為： S Sx xy y=(dy/y)/(dx/x)=(

52、dy/y)/(dx/x)。 該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯能力一個概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 5 5、群時延函數(shù)、群時延函數(shù) 當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時，為保證當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時，為保證輸出信號失真度不超過允許范圍，對其相頻特性輸出信號失真度不超過允許范圍，對其相頻特性( () )也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時延函數(shù)

53、用群時延函數(shù)d(d()/d)/d評價信號經(jīng)濾波后相位評價信號經(jīng)濾波后相位失真程度。群時延函數(shù)失真程度。群時延函數(shù)d(d()/d)/d越接近常數(shù)，越接近常數(shù)，信號相位失真越小。信號相位失真越小。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(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)（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。模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號電壓或電流拉氏變換傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號電壓或電流拉氏變換之比。之比。 經(jīng)分析，任意個互相隔離的線

54、性網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后，經(jīng)分析，任意個互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。這樣，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)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聯(lián)構(gòu)成。階濾波電路級聯(lián)構(gòu)成?，F(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 （二）模擬濾波器的頻率特性（二）模擬濾波器的頻率特性 模擬濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)H(s)表達(dá)了濾波器的表達(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輸入與輸出間的傳遞關(guān)系。若濾波器的輸入信號U Ui i是角頻率為是角頻率

55、為的單位信號，濾波器的輸出的單位信號，濾波器的輸出U Uo o(j(j)=H(j)=H(j) )表達(dá)了在單位信號輸入情況下的輸表達(dá)了在單位信號輸入情況下的輸出信號隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特出信號隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡稱性函數(shù)，簡稱頻率特性頻率特性。 頻率特性頻率特性H(jH(j) )是一個復(fù)函數(shù)，其幅值是一個復(fù)函數(shù)，其幅值A(chǔ)(A() )稱為稱為幅頻特性幅頻特性，其幅角，其幅角( () )表示輸出信號的相表示輸出信號的相位相對于輸入信號相位的變化，稱為位相對于輸入信號相位的變化，稱為相頻特性相頻特性。 現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測

56、試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 （三）二階濾波器（三）二階濾波器 1 1、二階低通濾波器、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它的固有頻率為a a0 01/21/2，通帶增益，通帶增益K Kp p=b=b0 0/a/a0 0，阻尼系數(shù)，阻尼系數(shù)為為a a1 1/ /0 0。其幅頻特性與相頻特性為。其幅頻特性與相頻特性為現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 20lgA/dB-101-40-20020=2.5=1.67=1.25 =0.8=0.5=0.33=0.2=0.1lg(/0)-60a) 幅頻

57、特性=0.2=0.1-101-180o-90o=2.5=1.67=1.25=0.8=0.5=0.33lg(/0)/()0b) 相頻特性現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 2 2、二階高通濾波器、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為其幅頻特性與相頻特性為現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 b)lg(/0)=2.5-101090180=1.67=1.25 =0.8=0.5=0.33=0.2=0.1/()20lgA/dB)lg(/0)-2

58、0020=0.1=0.2=0.33=0.5=0.8=1.25=1.67=2.5-101-40a) 幅頻特性b) 相頻特性現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 3 3、二階帶通濾波器、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其幅頻特性與相頻特性分別為現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 b) 相頻特性-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(/0)0o-90o/()20lgA/dBa) 幅頻特性

59、lg(/0)-101-60-40-20Q=0.5Q=1 Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 4 4、二階帶阻濾波器、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其幅頻特性和相頻特性為現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(/0)-40-6020lgA/dB0-1 -101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1Q=0.5Q=0

60、.2Q=0.1lg(/0)/()a) 幅頻特性b) 相頻特性現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 5 5、二階全通濾波電路（移相電路）、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)，相頻特性為其幅頻特性為常數(shù)，相頻特性為現(xiàn)代測試技術(shù)第現(xiàn)代測試技術(shù)第2章章 測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路測試信號轉(zhuǎn)換與處理電路 三、濾波器特性的逼近三、濾波器特性的逼近 理想濾波器要求幅頻特性理想濾波器要求幅頻特性A(A() )在通帶內(nèi)為一常在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，沒有過渡帶，還要求群延時函數(shù)，在