模擬信號(hào)處理

1、測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1/121測(cè)試系統(tǒng)的基本特性測(cè)試系統(tǒng)的基本特性模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與虛擬儀器測(cè)試技術(shù)常用傳感器常用傳感器緒論緒論測(cè)試信號(hào)的描述與分析測(cè)試信號(hào)的描述與分析測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2/121主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.電橋電橋 2.2.運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 3.3.調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4.4.濾波器濾波器5.5.測(cè)量電路及應(yīng)用舉例測(cè)量電路及應(yīng)用舉例6.6.信號(hào)的顯示與記錄信號(hào)的顯示與記錄測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

2、杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3/121信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的 被測(cè)的物理量經(jīng)過傳感器變換以后，一般都是以電阻、被測(cè)的物理量經(jīng)過傳感器變換以后，一般都是以電阻、電容、電感或電荷、電流、電壓等形式變化的電容、電感或電荷、電流、電壓等形式變化的微弱電信號(hào)，微弱電信號(hào)，為了滿足顯示、記錄、控制或輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等為了滿足顯示、記錄、控制或輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等需要，尚須將這些微弱信號(hào)經(jīng)過需要，尚須將這些微弱信號(hào)經(jīng)過放大、運(yùn)算、分析放大、運(yùn)算、分析等信號(hào)等信號(hào)調(diào)理處理。調(diào)理處理。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工

3、程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4/1215.1 5.1 電橋電橋 電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化變?yōu)殡妷夯螂婋姌蚴菍㈦娮?、電容、電感等參?shù)的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測(cè)量電路。流輸出的一種測(cè)量電路。其輸出既可用指示儀表直接測(cè)量，其輸出既可用指示儀表直接測(cè)量，也可以送入放大器進(jìn)行放大。由于橋式測(cè)量電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也可以送入放大器進(jìn)行放大。由于橋式測(cè)量電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并具有較高的精確度和靈敏度，因此在測(cè)試裝置中得到了廣并具有較高的精確度和靈敏度，因此在測(cè)試裝置中得到了廣泛應(yīng)用。泛應(yīng)用。 與其他測(cè)試裝置的分類一樣，電橋亦有不同的分類方式：與其他測(cè)試裝置的分類一樣，電橋亦有不同的分類方式：按照

4、激勵(lì)電源的性質(zhì)可分為按照激勵(lì)電源的性質(zhì)可分為直流電橋與交流電橋直流電橋與交流電橋；按照橋臂；按照橋臂阻抗性質(zhì)又可分為阻抗性質(zhì)又可分為電阻電橋、電容電橋和電感電橋。電阻電橋、電容電橋和電感電橋。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院5/1215.1.1 直流電橋直流電橋 1、直流電橋的平衡條件、直流電橋的平衡條件平衡條件平衡條件4231RRRR13241412341234()()()oabadRRR RRRUUUUURRRRRRRR11 112abRUI RURR42434adRUI RURR第五章第五章 模擬信號(hào)處

5、理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6/1212. 靈敏度靈敏度在平衡情況下，若電阻 變化 ，則電橋的輸出電壓為1R1R331211324144111234312114()()()11oRRRRRR RR RRRRRUUURRRRRRRRRRR3214RRnRR令121 (1)oRnUUnR211/(1)oUnSURRn當(dāng) 時(shí)，靈敏度 達(dá)到最大值。這時(shí)對(duì)于一定的 值，得到最大的輸出電壓。顯然，滿足 的條件為 （對(duì)稱電橋）或 （等臂電橋）。在設(shè)計(jì)電橋時(shí)，一般取 1n S11RR1n 1234,RR RR1234RRRR1234RRRRd0

6、dSn第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.1 直流電橋直流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7/1213. 電橋接法與輸出特性電橋接法與輸出特性 在機(jī)械測(cè)試技術(shù)中，一般根據(jù)工作中電阻值參與變?cè)跈C(jī)械測(cè)試技術(shù)中，一般根據(jù)工作中電阻值參與變化的橋臂數(shù)可分為半橋式與全橋式連接?；臉虮蹟?shù)可分為半橋式與全橋式連接。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.1 直流電橋直流電橋 輸出電壓，靈敏度？輸出電壓，靈敏度？測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院8/121（1）半橋單臂）半橋單臂 014oR

7、UUR0/0d14doRRUSURR00/14 1/ 2oRRUURR 工作中有一個(gè)橋臂阻值隨被測(cè)的量而變化，工作中有一個(gè)橋臂阻值隨被測(cè)的量而變化， 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.1 直流電橋直流電橋 331211324144111234312114()()()11oRRRRRR RR RRRRRUUURRRRRRRRRRR何時(shí)成立？何時(shí)成立？ 誤差？誤差？ 32測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院9/121（2）半橋雙臂（差動(dòng)電橋）半橋雙臂（差動(dòng)電橋）工作中有兩個(gè)橋臂阻值隨被測(cè)物理量變化，而且必須一工作中有兩個(gè)橋臂阻值隨被測(cè)物理量變

8、化，而且必須一個(gè)增大一個(gè)減小，即個(gè)增大一個(gè)減小，即 ，所以也稱為差動(dòng)，所以也稱為差動(dòng)電橋。電橋。 1122,RR RR 01 2oRUUR0R /R1S=2U。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.1 直流電橋直流電橋 13241412341234()()()oabadR RR RRRUUUUURRRRRRRR測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院10/121（3）全橋）全橋工作中四個(gè)橋臂電阻值都隨被測(cè)物理量而變化，即工作中四個(gè)橋臂電阻值都隨被測(cè)物理量而變化，即11223344,RRRRRRRR 0 oRUUR0/R RSU第五章第五章 模擬

9、信號(hào)處理模擬信號(hào)處理全橋接法的靈敏度最高，它可以獲得最大的線性輸出。全橋接法的靈敏度最高，它可以獲得最大的線性輸出。測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院11/1214、電橋用于應(yīng)變片傳感器的溫度補(bǔ)償、電橋用于應(yīng)變片傳感器的溫度補(bǔ)償 1324R RR R0000()()0RR RRR R0oU 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.1 直流電橋直流電橋 32測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院12/121U 交流電橋主要用于交流電橋主要用于動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量和輸出需要放大動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量和輸出需要放大的場(chǎng)的

10、場(chǎng)合，如廣泛使用的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀就采用此種電橋。因?yàn)殡姌蜉敽?，如廣泛使用的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀就采用此種電橋。因?yàn)殡姌蜉敵龀＝臃糯笃?，故在分析中只需研究開路輸出時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。出常接放大器，故在分析中只需研究開路輸出時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院13/1211. 交流電橋的平衡條件交流電橋的平衡條件 交流電橋的激勵(lì)電壓采用交交流電橋的激勵(lì)電壓采用交流，電橋的四個(gè)臂可以是電感流，電橋的四個(gè)臂可以是電感 、電容電容 或電阻或電阻 ，用復(fù)阻抗表示，用復(fù)阻抗表示j22j()zz() ar

11、ctgLCLCLCZRxxeRxxxxR 而且輸入電壓與輸出電壓分別用復(fù)數(shù)而且輸入電壓與輸出電壓分別用復(fù)數(shù) 與與 表示，那么表示，那么根據(jù)對(duì)直流電橋的討論可以得到根據(jù)對(duì)直流電橋的討論可以得到UoU5.1.2 交流電橋交流電橋 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院14/1211. 交流電橋的平衡條件交流電橋的平衡條件13241234()()ooZ ZZ ZUUZZZZ1324 Z ZZ Z3124jjjj11223344e Z =z e Z =z e Z =z eZz1324()j()j1 324eez zz z所

12、以所以13241324z zz z 此式表明，交流電橋平衡必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件，即此式表明，交流電橋平衡必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件，即相相對(duì)兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等，相對(duì)兩臂阻抗角之和也必須對(duì)兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等，相對(duì)兩臂阻抗角之和也必須相等。相等。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 哪幾種組合？哪幾種組合？ 32測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院15/1212. 電容電橋、電感電橋的平衡電容電橋、電感電橋的平衡阻抗平衡條件為阻抗平衡條件為1342143213241411jj jjRRRRCCRRR RR RCC欲使

13、復(fù)數(shù)相等，實(shí)部與虛部應(yīng)分別相等，即欲使復(fù)數(shù)相等，實(shí)部與虛部應(yīng)分別相等，即1324R RR R3214 RRCC由此可知，要使電容電橋平衡，必須同時(shí)調(diào)節(jié)電阻和電容兩個(gè)由此可知，要使電容電橋平衡，必須同時(shí)調(diào)節(jié)電阻和電容兩個(gè)參數(shù)，使它們分別達(dá)到平衡參數(shù)，使它們分別達(dá)到平衡 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院16/1212. 電容電橋、電感電橋的平衡電容電橋、電感電橋的平衡電橋平衡條件應(yīng)為電橋平衡條件應(yīng)為113442(j)(j)RL RRL R1324 R RR R1342 L RL R要

14、使電感電橋平衡，除要考慮相位平衡外，還要保證電阻和要使電感電橋平衡，除要考慮相位平衡外，還要保證電阻和電感分別達(dá)到平衡。電感分別達(dá)到平衡。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院17/1213. 電阻交流電橋的平衡電阻交流電橋的平衡電橋各橋臂阻抗分別為電橋各橋臂阻抗分別為電橋平衡時(shí)滿足電橋平衡時(shí)滿足1324Z ZZ Z所以所以3321132432411442; RRRCR RR RR CR CRRRC或 或第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 導(dǎo)線間存在的

15、分布電容導(dǎo)線間存在的分布電容測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院18/1214. 差動(dòng)工作電橋差動(dòng)工作電橋 在動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試中，將許多傳感器及測(cè)量電路接成差動(dòng)形在動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試中，將許多傳感器及測(cè)量電路接成差動(dòng)形式的交流電橋，這樣不但可以改善非線性，提高靈敏度，還可式的交流電橋，這樣不但可以改善非線性，提高靈敏度，還可以補(bǔ)償由于溫度等因素造成的誤差。以補(bǔ)償由于溫度等因素造成的誤差。 132401234()()Z RZ RUUZZRR（1）差動(dòng)式變壓器電橋之一）差動(dòng)式變壓器電橋之一第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)

16、基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院19/1214. 差動(dòng)工作電橋差動(dòng)工作電橋當(dāng)有被測(cè)信號(hào)輸入，傳感器工作時(shí)，當(dāng)有被測(cè)信號(hào)輸入，傳感器工作時(shí)， 并并取取 ，得，得12,Z Z ZZ Z Z 34R R R ()() 2 ()2oR ZZR ZZUZUUR ZZZZZ 取取222()osLUURL第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 13241234()()ooZ ZZ ZUUZZZZj,jsZRLZLj 2josULURL輸出電壓的幅值輸出電壓的幅值如果線圈的品質(zhì)因素比較高如果線圈的品質(zhì)因素比較高 2oLUUL線圈的損耗電阻sR

17、就可忽略不計(jì) 如果兩線圈的阻抗變化為如果兩線圈的阻抗變化為 12,ZZZ ZZZ 2oLUUL 說明？說明？ 33測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院20/1214. 差動(dòng)工作電橋差動(dòng)工作電橋13241423()()oZ RZ RUUZRZR設(shè)設(shè) 代入上式，并略去高階微量代入上式，并略去高階微量 ，得得1234,ZZZ ZZZ RRR 2()Z22 ()oR ZUUZR差動(dòng)式變壓器電橋之二差動(dòng)式變壓器電橋之二第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程

18、學(xué)院21/1214. 差動(dòng)工作電橋差動(dòng)工作電橋同樣取同樣取 ，上，上式變?yōu)槭阶優(yōu)閖, jZLZL22222j()oRLUUR LRL反之，若阻抗反之，若阻抗 的變化反向，亦即電感變化反向的變化反向，亦即電感變化反向Z第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院22/1214. 差動(dòng)工作電橋差動(dòng)工作電橋（2）差動(dòng)式傳感器電橋）差動(dòng)式傳感器電橋 差動(dòng)式傳感器電橋一般是由差動(dòng)傳感器與帶中間抽頭的差動(dòng)式傳感器電橋一般是由差動(dòng)傳感器與帶中間抽頭的電源變壓器副邊繞組構(gòu)成的交流電橋。其中差動(dòng)傳感器可以電源

19、變壓器副邊繞組構(gòu)成的交流電橋。其中差動(dòng)傳感器可以是電感式的也可以是電容式的。是電感式的也可以是電容式的。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院23/1214. 差動(dòng)工作電橋差動(dòng)工作電橋差動(dòng)式傳感器電橋差動(dòng)式傳感器電橋電橋中電橋中 和和 組成一對(duì)差動(dòng)電容，其橋臂的阻抗組成一對(duì)差動(dòng)電容，其橋臂的阻抗 1C2C121211,jjZZCC12122oZZUUZZ因?yàn)橐驗(yàn)閷⒆杩贡磉_(dá)式代入上式得將阻抗表達(dá)式代入上式得21122oCCUUCC 差動(dòng)工作電橋與一般電橋相比，具有精確度和靈敏度高以差動(dòng)工

20、作電橋與一般電橋相比，具有精確度和靈敏度高以及性能穩(wěn)定、頻率范圍大等優(yōu)點(diǎn)，近年來，在測(cè)試工程中得到及性能穩(wěn)定、頻率范圍大等優(yōu)點(diǎn)，近年來，在測(cè)試工程中得到了比較廣泛的應(yīng)用。了比較廣泛的應(yīng)用。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.1.2 交流電橋交流電橋13241234()()ooZ ZZ ZUUZZZZ 141 例例5-1 （141）測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院24/1215.2 5.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器本質(zhì)上是一個(gè)運(yùn)算放大器本質(zhì)上是一個(gè)高增益的負(fù)反饋直流放大器高增益的負(fù)反饋直流放大器。加上外部反饋網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)加上外部反饋網(wǎng)

21、絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除、微分和積分加、減、乘、除、微分和積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算，還可以與其它外設(shè)電路組成測(cè)試系統(tǒng)中常用等數(shù)學(xué)運(yùn)算，還可以與其它外設(shè)電路組成測(cè)試系統(tǒng)中常用的差動(dòng)放大器、電橋放大器、電荷放大器、壓頻變換器、的差動(dòng)放大器、電橋放大器、電荷放大器、壓頻變換器、有源濾波器以及交流放大器等測(cè)試裝置。有源濾波器以及交流放大器等測(cè)試裝置。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院25/1215.2.1 運(yùn)算放大器的符號(hào)及特點(diǎn)運(yùn)算放大器的符號(hào)及特點(diǎn) 集成運(yùn)算放大器具有集成運(yùn)算放大器具有開環(huán)電開環(huán)電壓增益高、輸入阻抗高、輸出阻

22、壓增益高、輸入阻抗高、輸出阻抗低、漂移小、可靠性高、體積抗低、漂移小、可靠性高、體積小小等主要特點(diǎn)，所以它已成為一等主要特點(diǎn)，所以它已成為一種通用器件，在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中種通用器件，在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中得到了十分廣泛而靈活的應(yīng)用。得到了十分廣泛而靈活的應(yīng)用。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院26/121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RFRF值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂值不能太大，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。移，一般為幾十千歐至幾

23、百千歐。R1R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源源UiUi的內(nèi)阻的內(nèi)阻。 煙霧報(bào)警煙霧報(bào)警器器酒精傳感酒精傳感器器二氧化碳傳感二氧化碳傳感器器5.2 5.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院27/121 同相放大器也是最基本的同相放大器也是最基本的電路電路 ，其閉環(huán)電壓增益，其閉環(huán)電壓增益AvAv為為: :11RRAFv2)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，輸出阻抗很低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)。的特點(diǎn)，廣泛用于前置放

24、大級(jí)。 5.2 5.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院28/1212 2 交流放大電路交流放大電路 R1R1一般取幾十千歐。耦合電容一般取幾十千歐。耦合電容C1C1、C3C3可根據(jù)交流放大器可根據(jù)交流放大器的下限頻率的下限頻率fLfL來確定。來確定。 )2/()103(31LLfRCC11RRAFv 若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容流電壓同相放大器。其中電容C1C1、C2C2及及C3C3為隔直電容。為隔直

25、電容。 5.2 5.2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院29/121具有理想?yún)?shù)的運(yùn)算放大器叫理想運(yùn)算放大器。具有理想?yún)?shù)的運(yùn)算放大器叫理想運(yùn)算放大器。 特點(diǎn)特點(diǎn)dr 0dUUIr入dK UU0U0U 這就是說反相輸入端的電位接近于這就是說反相輸入端的電位接近于“地地”電位，它是一個(gè)不接電位，它是一個(gè)不接“地地”的接的接“地地”端，通常稱為端，通常稱為“虛地虛地”。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.2 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器 33測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大

26、學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院30/1211. 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器 差動(dòng)放大器就是用來放大差模差動(dòng)放大器就是用來放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)的，它的兩信號(hào)，抑制共模信號(hào)的，它的兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入。個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入。 1111111ioiiFUUUUI RURRR2323iUURRRUU因?yàn)橐驗(yàn)楫?dāng)當(dāng)123,FRR RR得得211() FoiiRUUUR0211FiiURSUUR第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院31/121

27、可見輸出電壓可見輸出電壓 與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比。當(dāng)與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比。當(dāng) 時(shí)，則得時(shí)，則得oU1FRR21oiiUUU 差動(dòng)放大器被廣泛地應(yīng)用于測(cè)試和控制系統(tǒng)中，形成了差動(dòng)放大器被廣泛地應(yīng)用于測(cè)試和控制系統(tǒng)中，形成了一個(gè)專用測(cè)量放大器領(lǐng)域。一個(gè)專用測(cè)量放大器領(lǐng)域。1. 差動(dòng)放大器5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理211() FoiiRUUUR測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院32/1212. 測(cè)量放大器測(cè)量放大器 三運(yùn)放差動(dòng)放大器通常也稱為測(cè)量放大器，或稱儀表

28、放大器。三運(yùn)放差動(dòng)放大器通常也稱為測(cè)量放大器，或稱儀表放大器。 由電路分析可知由電路分析可知 11112(1)oiiGGRRuuuRR22221(1)oiiGGRRuuuRR644123365(1)oooRRRuuuRRRR 通常電路中通常電路中 12RR35RR46RR則測(cè)量放大器的增益為則測(cè)量放大器的增益為411232(1)ofiiGuRRuuRR 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器特點(diǎn)？特點(diǎn)？P144測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院33/1213. 電橋

29、放大器電橋放大器 與差動(dòng)放大器一樣，直流電橋放大器也是用于在大的共與差動(dòng)放大器一樣，直流電橋放大器也是用于在大的共模信號(hào)下測(cè)量來自傳感器的微弱信號(hào)，而且模信號(hào)下測(cè)量來自傳感器的微弱信號(hào)，而且差動(dòng)電橋也具有差動(dòng)電橋也具有抑制共模信號(hào)的能力抑制共模信號(hào)的能力。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院34/121圖圖5-18 電橋放大器電橋放大器 加在放大器兩個(gè)輸入端的電壓信號(hào)分別為加在放大器兩個(gè)輸入端的電壓信號(hào)分別為1112RUERR4234 RUE

30、RR若電橋?yàn)槿缺廴綦姌驗(yàn)槿缺?1234RRRRR且為半橋雙臂接法（差動(dòng)電橋），即且為半橋雙臂接法（差動(dòng)電橋），即 34, RRR RRR則則1 2EU 2 12ERUR那么那么 3. 電橋放大器電橋放大器5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院35/1213. 電橋放大器212112()()/2FFFoRRRRUUUUUERRRRR令令 RR則則 FoRUER0 FURSER由上式易見，由上式易見，輸出電壓與橋臂電阻輸出電壓與橋臂電阻 有關(guān)有

31、關(guān)R 為了排除為了排除 的影響，可采用右圖的接法將電橋電源浮置，的影響，可采用右圖的接法將電橋電源浮置，則其輸出電壓為則其輸出電壓為 R圖圖5-19 電橋電源浮置的電橋放大器電橋電源浮置的電橋放大器11 2FoREUR011) 2FURESR第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院36/121 由于由于壓電式傳感器輸出的電信號(hào)是很微弱的電荷，而且傳壓電式傳感器輸出的電信號(hào)是很微弱的電荷，而且傳感器本身也存在很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微感器本身也存在很

32、大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶，這給后接電路帶來一定困難。為此，通常把傳感器信號(hào)先傳輸?shù)礁咻斎胱杩沟膩硪欢ɡщy。為此，通常把傳感器信號(hào)先傳輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃?，?jīng)過阻抗變換以后，方可用一般的放大、檢波電前置放大器，經(jīng)過阻抗變換以后，方可用一般的放大、檢波電路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄儀器或信號(hào)處理器。路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄儀器或信號(hào)處理器。4. 電荷放大器電荷放大器第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院37/121 前置放大器有

33、兩種形式，一種是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出前置放大器有兩種形式，一種是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓（即傳感器的輸出電壓）成正比，不過要受電纜長(zhǎng)度的電壓與輸入電壓（即傳感器的輸出電壓）成正比，不過要受電纜長(zhǎng)度的影響；另一種是帶電容反饋的電荷放大器，其影響；另一種是帶電容反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正輸出電壓與輸入電荷成正比，且與電纜長(zhǎng)度無關(guān)，還具有很寬廣的頻率響應(yīng)，故電荷放大器得到比，且與電纜長(zhǎng)度無關(guān)，還具有很寬廣的頻率響應(yīng)，故電荷放大器得到了更為廣泛的應(yīng)用。了更為廣泛的應(yīng)用。它已成為與壓電式傳感器配套使用的專用測(cè)量?jī)x器。它已成為與壓電式傳感器配套使用的專用測(cè)量?jī)x

34、器。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理4. 電荷放大器電荷放大器5.2.3 5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院38/1214. 電荷放大器電荷放大器 電荷放大器是一個(gè)高增電荷放大器是一個(gè)高增益帶電容反饋的運(yùn)算放大器。益帶電容反饋的運(yùn)算放大器。當(dāng)略去傳感器的漏電阻及電當(dāng)略去傳感器的漏電阻及電荷放大器的輸入電阻時(shí)，它荷放大器的輸入電阻時(shí)，它的等效電路如圖的等效電路如圖5-20所示。所示。() ()iaciiofqU CCCUU C其中其中 為傳感器電容；為傳感器電容； 為外接電

35、路的輸入端電容；為外接電路的輸入端電容； 為電纜電容。為電纜電容。 令令 得到得到aciCCCCiCaCcC第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院39/121()offKqUCCKC如果放大器的增益足夠大，則如果放大器的增益足夠大，則 ，上式可簡(jiǎn)化為，上式可簡(jiǎn)化為()ffKCCCofqUC 4. 電荷放大器電荷放大器5.2.3 5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)

36、基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院40/1214. 電荷放大器電荷放大器 通常在反饋電容的兩端并聯(lián)一個(gè)大電阻通常在反饋電容的兩端并聯(lián)一個(gè)大電阻 （約（約 ） 以提供直流反饋，改善低頻響應(yīng)。以提供直流反饋，改善低頻響應(yīng)。 fR電荷放大器的下限截止頻率（放大器增益下降電荷放大器的下限截止頻率（放大器增益下降3dB時(shí)的對(duì)應(yīng)時(shí)的對(duì)應(yīng)頻率）為頻率）為ffLCRf21 此式表明，電荷放大器的輸出電壓與電纜電容無關(guān)，亦此式表明，電荷放大器的輸出電壓與電纜電容無關(guān)，亦即其靈敏度與電纜電容無關(guān)。因此，采用電荷放大器時(shí)，即即其靈敏度與電纜電容無關(guān)。因此，采用電荷放大器時(shí)，即使

37、連接電纜長(zhǎng)度達(dá)百米以上，其靈敏度亦無明顯變化，這是使連接電纜長(zhǎng)度達(dá)百米以上，其靈敏度亦無明顯變化，這是電荷放大器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)電荷放大器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)8101010第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器ofqUC 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院41/121若選取若選取 1041210.00162101010LfHz 由此可見，電荷放大器在適當(dāng)選取由此可見，電荷放大器在適當(dāng)選取 和和 后，后，低端截低端截止頻率幾乎接近于零止頻率幾乎接近于零。也就是說，壓電式傳感器

38、配用電荷。也就是說，壓電式傳感器配用電荷放大器時(shí)，低頻響應(yīng)很好，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)量。放大器時(shí)，低頻響應(yīng)很好，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)量。fRfC第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理4. 電荷放大器電荷放大器5.2.3 5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院42/1215. 電壓比較器電壓比較器 在測(cè)試電路中常常需要對(duì)兩個(gè)電壓進(jìn)行比較，一個(gè)在測(cè)試電路中常常需要對(duì)兩個(gè)電壓進(jìn)行比較，一個(gè)是被測(cè)信號(hào)電壓，另一個(gè)是參考電壓；或者兩個(gè)都是被是被測(cè)信號(hào)電壓，另一個(gè)是參考電壓；或者兩個(gè)都是被測(cè)信號(hào)電

39、壓。測(cè)信號(hào)電壓。當(dāng)當(dāng)iRUU輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 1WU當(dāng)當(dāng) 輸出端電位被輸出端電位被 箍住，箍住， iRUU2WD2oWUU第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.3 5.2.3 測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器測(cè)試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器 33測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院43/121 當(dāng)用放大器的輸出來推動(dòng)負(fù)載時(shí)，希望放大器能最大限度當(dāng)用放大器的輸出來推動(dòng)負(fù)載時(shí)，希望放大器能最大限度地把能量傳輸給負(fù)載。兩者之間能滿足上述要求的聯(lián)配，稱地把能量傳輸給負(fù)載。兩者之間能滿足上述要求的聯(lián)配，稱之為阻抗匹配

40、。之為阻抗匹配。 當(dāng)兩個(gè)裝置聯(lián)接后當(dāng)兩個(gè)裝置聯(lián)接后 12EIZZ2212ABZEIZEZZ第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.2.4 5.2.4 放大器及其負(fù)載的阻抗匹配放大器及其負(fù)載的阻抗匹配測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院44/121則輸給后級(jí)裝置（負(fù)載）則輸給后級(jí)裝置（負(fù)載） 的功率為的功率為2H2222121212()ABEZZEPIEEZZZZZZ令令 20dPdZ得得 12220ZZZ即即 12ZZ表明，表明，當(dāng)前級(jí)裝置的輸出阻抗（內(nèi)阻）與后級(jí)裝置的輸入阻當(dāng)前級(jí)裝置的輸出阻抗（內(nèi)阻）與后級(jí)裝置的輸入阻抗相等時(shí)，前級(jí)裝置傳輸給后級(jí)

41、裝置的功率最大，這就是裝抗相等時(shí)，前級(jí)裝置傳輸給后級(jí)裝置的功率最大，這就是裝置之間的阻抗匹配原則。置之間的阻抗匹配原則。5.2.4 5.2.4 放大器及其負(fù)載的阻抗匹配放大器及其負(fù)載的阻抗匹配第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理2212ABZEIZEZZ測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院45/121 解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸解決微弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問題。問題。 例如下面的調(diào)幅波例如下面的調(diào)幅波5.3 5.3 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.1 5.3.1 測(cè)試信號(hào)的調(diào)制測(cè)試信號(hào)的調(diào)制 測(cè)

42、試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院46/121 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，最后再從放大器的然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再從放大器的輸出信號(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)。 例：交流電橋例：交流電橋VinVoR1R3R2R4測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院47/121 調(diào)制是利用緩變信號(hào)來控制或改變高頻振蕩的某個(gè)參數(shù)調(diào)制是利用緩變信號(hào)來控制或改變高頻振蕩的某個(gè)參數(shù)（幅值、頻率或相位），使它隨著

43、被測(cè)信號(hào)作有規(guī)律的變化，（幅值、頻率或相位），使它隨著被測(cè)信號(hào)作有規(guī)律的變化，以利于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與傳輸。調(diào)制過程有三種：以利于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與傳輸。調(diào)制過程有三種： 高頻振蕩的幅值受緩變信號(hào)控制時(shí)，稱為調(diào)幅，以高頻振蕩的幅值受緩變信號(hào)控制時(shí)，稱為調(diào)幅，以AM表示。表示。 高頻振蕩的頻率受緩變信號(hào)控制時(shí)，稱為調(diào)頻，以高頻振蕩的頻率受緩變信號(hào)控制時(shí)，稱為調(diào)頻，以FM表示。表示。 高頻振蕩的相位受緩變信號(hào)控制時(shí)，稱為調(diào)相，以高頻振蕩的相位受緩變信號(hào)控制時(shí)，稱為調(diào)相，以PM表示。表示。 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.1 5.3.1 測(cè)試信號(hào)的調(diào)制測(cè)試信號(hào)的調(diào)制 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基

44、礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院48/121 一般將控制高頻振蕩的緩變信號(hào)稱為一般將控制高頻振蕩的緩變信號(hào)稱為調(diào)制波調(diào)制波；載送緩變；載送緩變信號(hào)的高頻振蕩波稱為信號(hào)的高頻振蕩波稱為載波載波；經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩波稱為；經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩波稱為已已調(diào)波調(diào)波。已調(diào)波相應(yīng)地有調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波三種已調(diào)波相應(yīng)地有調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波三種，測(cè)試，測(cè)試技術(shù)中常用的是技術(shù)中常用的是調(diào)幅和調(diào)頻兩種調(diào)幅和調(diào)頻兩種。 解調(diào)則是對(duì)已調(diào)波進(jìn)行鑒別以恢復(fù)緩變的測(cè)量信號(hào)（調(diào)解調(diào)則是對(duì)已調(diào)波進(jìn)行鑒別以恢復(fù)緩變的測(cè)量信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）。制信號(hào)）。 緩變信號(hào)緩變信號(hào)調(diào)制調(diào)制高頻信號(hào)高頻信號(hào)放大放大

45、放大高放大高頻信號(hào)頻信號(hào)解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號(hào)變信號(hào)第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.1 5.3.1 測(cè)試信號(hào)的調(diào)制測(cè)試信號(hào)的調(diào)制 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院49/121 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相波的圖解過調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相波的圖解過程：程： 圖中被測(cè)信號(hào)是梯形波，圖中被測(cè)信號(hào)是梯形波，載波是余弦波。載波是余弦波。調(diào)幅波其包絡(luò)調(diào)幅波其包絡(luò)線形狀由被測(cè)信號(hào)決定，載波線形狀由被測(cè)信號(hào)決定，載波信號(hào)的頻率和相位均不改變信號(hào)的頻率和相位均不改變。調(diào)頻波，其載波信號(hào)的調(diào)頻波，其載波信號(hào)的振幅與振幅與相位不變，而頻率改變相位不變，而頻率改變。當(dāng)被

46、。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的幅值減小時(shí)，頻率降測(cè)信號(hào)的幅值減小時(shí)，頻率降低；幅值增大時(shí)，頻率提高。低；幅值增大時(shí)，頻率提高。所以，所以，調(diào)頻波可以看成是一個(gè)調(diào)頻波可以看成是一個(gè)頻率受被測(cè)信號(hào)幅值控制的正頻率受被測(cè)信號(hào)幅值控制的正弦波。弦波。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.1 5.3.1 測(cè)試信號(hào)的調(diào)制測(cè)試信號(hào)的調(diào)制 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院50/1212 2 種類種類調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)x(t)x(t)0 0t t載波信號(hào)載波信號(hào))2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子

47、科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院51/121a) a) 幅值調(diào)制幅值調(diào)制(AM)(AM)( )( )cos(2)y tA x tftb) b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)(FM)0( )cos(2 ( )y tAfkx ttc) c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM(PM)0( )cos(2( )y tAftkx t第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.1 5.3.1 測(cè)試信號(hào)的調(diào)制測(cè)試信號(hào)的調(diào)制 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院52/121載波信號(hào)載波信號(hào) 0( )cos2y tf t時(shí)域分析時(shí)域分析-兩信號(hào)的乘積兩信號(hào)的乘積 0( )( ) ( )( )c

48、os2 mxtx t y tx tf t調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理1. 調(diào)幅原理調(diào)幅原理5.3.2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院53/12100011()cos2( )()( )()22xtf tX fffX fff 0011( )( )()()22X fY fX ffX ff在時(shí)域上的調(diào)幅過程就相當(dāng)于在頻域上的頻率搬移

49、過程。在時(shí)域上的調(diào)幅過程就相當(dāng)于在頻域上的頻率搬移過程。 頻域分析頻域分析-兩信號(hào)的卷積兩信號(hào)的卷積 1. 調(diào)幅原理調(diào)幅原理5.3.2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理 P24測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院54/121幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（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)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院55/1212. 解調(diào)原理解調(diào)原理若把調(diào)幅波再次與載波信

50、號(hào)相乘若把調(diào)幅波再次與載波信號(hào)相乘 ，從時(shí)域分析看，從時(shí)域分析看000011( )cos2( )cos2cos2( )( )cos4 22mxtf tx tf tf tx tx tf t用低通濾波器將頻率為用低通濾波器將頻率為 的高頻信號(hào)濾去，則得到的高頻信號(hào)濾去，則得到 02 f1( )2x t從頻域分析中亦可以得到從頻域分析中亦可以得到 0001( )cos2( )()()2mmxtf tXfffff 即即 00001( )( )()()()()4mXfY fX ffX ffffff00111()(2)(2)244XfXffXff 調(diào)幅的目的是為了讓緩變信號(hào)變?yōu)楦哳l調(diào)制信號(hào)，便于調(diào)幅的目的

51、是為了讓緩變信號(hào)變?yōu)楦哳l調(diào)制信號(hào)，便于放大和傳輸。解調(diào)的目的則是為了恢復(fù)原信號(hào)。放大和傳輸。解調(diào)的目的則是為了恢復(fù)原信號(hào)。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院56/121圖5-25 同步解調(diào)0fmf從調(diào)幅原理，載波頻率從調(diào)幅原理，載波頻率 必須高于原信號(hào)中的最高頻率必須高于原信號(hào)中的最高頻率 才才能使已調(diào)波仍保持原信號(hào)的頻譜圖形，不致重疊。能使已調(diào)波仍保持原信號(hào)的頻譜圖形，不致重疊。 010mff第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理2. 解調(diào)原理解調(diào)原理5.3.

52、2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 例如廣播電臺(tái)例如廣播電臺(tái)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院57/121例例2用電阻應(yīng)變片接成全橋，測(cè)量某一構(gòu)件的應(yīng)變。用電阻應(yīng)變片接成全橋，測(cè)量某一構(gòu)件的應(yīng)變。已知其變化規(guī)律為已知其變化規(guī)律為如果電橋的激勵(lì)電壓為如果電橋的激勵(lì)電壓為求此電橋的輸出信號(hào)頻譜。求此電橋的輸出信號(hào)頻譜。解法解法1 由全橋接法知電橋的輸出信號(hào)為由全橋接法知電橋的輸出信號(hào)為 那么那么又又 000cos2uUf t0/( )R RR t00( )cos2yuSU R tf t( )cos10tAt0( )sin1000u tEt000(

53、 )( )( )( )( )yR tu tu tSt u tR0( )( )( )yUfSfUf( )( )(5)(5)2AfFtff第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理2. 解調(diào)原理解調(diào)原理5.3.2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 書書P135測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院58/121所以所以 j(505)(495)(495)(505)4SAEffff0( )( )( )cos10sin1000sin(1010)sin(990)2ySAEutSt u tSAt Ettt( )j(505)(505)(495)(495)4ySAEUff

54、fff00( )( )j(500)(500)2EUfF u tff( )(5)(5)j(500)(500)22ySAEUfffff解法解法2所以所以其頻譜如上圖所示。其頻譜如上圖所示。第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院59/121幅度調(diào)制與解調(diào)過程（頻譜分析）幅度調(diào)制與解調(diào)過程（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)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院60/1213. 相敏檢波原理相敏檢波原理相敏檢波器實(shí)

55、際上是一個(gè)相敏檢波器實(shí)際上是一個(gè)受參考電壓控制的橋式全波整流電路受參考電壓控制的橋式全波整流電路 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院61/1213. 相敏檢波原理相敏檢波原理第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.2 5.3.2 調(diào)幅與其解調(diào)調(diào)幅與其解調(diào) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院62/121第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理0t1 前半周期Uy0,U000t1 前半周期前半周期Uy0,U00測(cè)試技

56、術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院63/121第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理0t1 前半周期Uy0,U000t1 后半周期后半周期Uy0,U00測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院64/121第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理t1t2 前半周前半周期期Uy0測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院65/121第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理t1t2 后半周期后半周期Uy0,U00測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程

57、學(xué)院66/121 調(diào)頻就是用被測(cè)信號(hào)的電壓幅值去控制一個(gè)振蕩器，使其調(diào)頻就是用被測(cè)信號(hào)的電壓幅值去控制一個(gè)振蕩器，使其輸出信號(hào)的幅值不變而振蕩頻率改變，頻率的變化量與被測(cè)信輸出信號(hào)的幅值不變而振蕩頻率改變，頻率的變化量與被測(cè)信號(hào)的幅值成正比。號(hào)的幅值成正比。 圖5-29 調(diào)頻波與信號(hào)幅值的關(guān)系第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理5.3.3 5.3.3 調(diào)頻與其解調(diào)調(diào)頻與其解調(diào) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院67/121第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理 根據(jù)不同的電壓根據(jù)不同的電壓頻率轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱頻率轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱VFC），調(diào)頻波可），

58、調(diào)頻波可以是類似正弦波形的，或者三角波形的，也可以是疏密不等的以是類似正弦波形的，或者三角波形的，也可以是疏密不等的方波或者脈沖形波。方波或者脈沖形波。這種載有被測(cè)信息的高頻波具有抗干擾能這種載有被測(cè)信息的高頻波具有抗干擾能力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)距離傳輸、不易錯(cuò)亂和失真等優(yōu)點(diǎn)，也便于使用力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)距離傳輸、不易錯(cuò)亂和失真等優(yōu)點(diǎn)，也便于使用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行處理。數(shù)字技術(shù)進(jìn)行處理。 調(diào)頻方式有許多種，經(jīng)常采用的有直接調(diào)頻方式和壓控振調(diào)頻方式有許多種，經(jīng)常采用的有直接調(diào)頻方式和壓控振蕩器方式。蕩器方式。5.3.3 5.3.3 調(diào)頻與其解調(diào)調(diào)頻與其解調(diào) 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子

59、科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院68/1211. 直接調(diào)頻直接調(diào)頻 用諧振電路調(diào)頻的方法，用諧振電路調(diào)頻的方法，稱為直接調(diào)頻法。稱為直接調(diào)頻法。 初始電容為初始電容為 ，當(dāng)位移改變時(shí)，電容，當(dāng)位移改變時(shí)，電容變?yōu)樽優(yōu)?。設(shè)調(diào)制信號(hào)（被測(cè)信號(hào)）。設(shè)調(diào)制信號(hào)（被測(cè)信號(hào)）為為 ，那么，由位移變化引起的可變，那么，由位移變化引起的可變電容量總可以寫成電容量總可以寫成0CxC( )x t000( )xxCCCCK C x t 5.3.3 5.3.3 調(diào)頻與其解調(diào)調(diào)頻與其解調(diào) Kx=比例系數(shù)比例系數(shù)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院69/121當(dāng)無信號(hào)輸入時(shí)，調(diào)頻器的諧振

60、頻率為 0012()fL CC當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)， 0112()2()xfL CCL CCC1200112()CCCL CC( )0 x t諧振頻率為1. 直接調(diào)頻直接調(diào)頻5.3.3 5.3.3 調(diào)頻與其解調(diào)調(diào)頻與其解調(diào) 第五章第五章 模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院70/1211. 直接調(diào)頻直接調(diào)頻由于由于 0( )xCK C x t所以所以000001( )1( )2()xC Kffx tfK x tCC1201CCC經(jīng)二項(xiàng)式公式展開，取前兩項(xiàng)經(jīng)二項(xiàng)式公式展開，取前兩項(xiàng) 00001112()2()2()CCffCCCCL