1、第三章、模擬信號處理本章學習內容與要求：1.運放及運算電路2.濾波器及參數體系3.調制與解調（調幅）1信號放大電路一、何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？ 1、在測量控制系統中，用來放大傳感器輸出的微弱電測量放大電路，亦稱儀用放大電路。2、對其基本要求：輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數和穩定的增益；低噪聲；低的輸入失調電壓和輸入失調電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉換速率；高共模輸入范圍和高共模抑制比；可調的閉環增益；線性好、精度高；成本低。3、幾個重要術語開環增益K 閉環增益Kf 差模增益Kd 共模增益Kc輸入失調電壓u0s 輸入失調電流I0s零點漂移共模抑制比CMRR=差模

2、增益Kd/共模增益Kc二、典型放大器的設計1、反相放大器R2Kf= uo / ui = R2 /R1+N1iR3= R1 /R2+N1i-+u-+反饋電阻R2值不能太大，否則會產生較大的噪聲及漂移， 一般為幾十千歐至幾百千歐。RR1的取值應遠大于信號源Ui的內阻。R32、同相放大器Kf= uo / ui = 1+R2/R1R2R3= R1 /R2+N1-+oZi = K zin/(1+ R2/R1+N1-+o同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的R3特點.廣泛用于前置放大級ui3、交流放大器R（a）、交流反相放大電路R2Kf= R2 / R1R3= R2ui C1R1+N1+N1-+uC

3、1：隔直電容CC3：旁路電容，防止振蕩C3R3C3R3C1R1（b）同相交流放大電路R2R1uuR1uuiC1R3+N1-+R3 ：C1的放電回路oR3 必須有zi =R3使同相放大器失去高輸入阻抗的特點4、(交流)電壓跟隨電路同相放大電路的特例R2uR3+N1uR3+N1-+C1C1ui5、自舉式高輸入阻抗放大電路a)同相交流放大電路R3-+ C1-+uiuoRR1RR2b)交流電壓跟隨電路R3 1uoR1C2R2+-+i5.2 信號放大電路6、電荷放大器q ei(CaCcCi )(eiey)CfeKqF+F+y C) KCff2信號運算電路一、加法運算電路二、減法運算電路1、利用加法運算電

4、路實現減法運算2、用單一運算放大器實現減法運算三、積分運算電路1、RC積分器(原理)公式4.324.352、積分運算電路IiUiCR R RPNb)Na)R2RfU2CoU1UoNc)四、微分運算電路1、RC微分器(原理)公式4.364.392、微分運算電路CCNCCNU i基本微分電路Ui UiCNCN實用微分電路UoR高輸入阻抗微分電路3 信號的濾波與濾波器濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分低通高通一、 濾波器分類（根據選頻作用分）低通高通帶通帶通帶阻帶阻三 濾波器的串/并聯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

5、這兩種類型的濾波器。三 理想濾波器理想濾波器是指能使通帶內信號的幅值和相位都不失真，阻帶內的頻率成分都衰減為零的濾波 器。H(f)fcfQ(f)f理想濾波器的物理不可實現理想濾波器在時域內的脈沖響應函數 h左、右無限延伸。H(f)fc（t）左、右無限延伸。H(f)fc給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0時刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經有響應了。故物理不可實現。四、 實際濾波器A0f理想濾波器是不存在的，實際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒有嚴格界限,存在過渡帶。Q=W0 / BBQ=W0 / BBd0fc1fc2f截止頻率fc：0.707A0所對應的頻率紋波幅度d：繞幅頻特性均值A0波動值

6、帶寬B和品質因數Q：下兩截頻間的頻率范圍稱為帶寬。中心頻率和帶寬之比稱為品質因 。4)倍頻程選擇性W指在上截止頻率fc2與2fc2之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。倍頻程衰減量以dB/oct表示（Octave，倍頻 程）。衰減越快（即W值越大），濾波器的選擇性越好。五、 恒帶寬、恒帶寬比濾波器實際濾波器頻率通帶通常是可調的，根據實際濾波器中心頻率與帶寬之問的數值關系，可以 分為兩種。恒帶寬帶通濾波器恒帶寬比帶通濾波器1/3倍頻程濾波器六、 RC無源濾波器在測試系統中，常用RC濾波器。因為這一領域中信號頻率相對來說不高。而RC濾波器電路簡 單，抗干擾強，有較好的低頻性能，并且

7、選用標 準阻容元件 。一階RC低通濾波器一階RC高通濾波器可以看作為低通濾波器和高通濾波器的串聯RC帶通濾波器可以看作為低通濾波器和高通濾波器的串聯七、 濾波器的應用超門限報警案例：旅游索道鋼纜檢測超門限報警由案例提煉的典型實驗：鋼管無損探傷濾除信號中的零漂和低頻晃動，便于門限報警濾除信號中的零漂和低頻晃動，便于門限報警案例：機床軸心軌跡的濾波處理案例：機床軸心軌跡的濾波處理濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規律濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規律調節計算機mp3調節計算機mp3播放器等軟件中的聲音均衡器，試驗其對音樂信號的濾波情況。動手做：4信號調制解調電路一、基本概念、什么是

8、信號調制？（稱為調制信號）去控制另一個做為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數按前者變化。、什么是解調？、在測控系統中為什么要采用信號調制？、在測控系統中常用的調制方法有哪幾種？ 信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位三個參數，可以對這三個參數進行調制，分別稱為調幅、調頻和調相。也可以用脈沖信號作載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數作調制，最常用的是對脈沖的寬度進行調制，稱為脈沖調寬。、什么是調制信號、載波信號、已調信號？用來改變載波信號的某一參數，如幅值、頻率、相位的信號稱為調制信號。在測控系統中，通常就用測量信號作調制信號。經過調制的載波信號叫已調信號。二、調制與解調目的解決微

9、弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。A.便于發送調制的必要性對無線傳輸信號而言，信號需要通過發射天線發送出去。根據天線理論，發射天線的尺度與信號的波長滿足一定的關系式時，信號才能得到有效的發射，即l10如： c f3 10 854f3KHz,3 10 ,l 10mfc30 MHz,3 10 3 10 10 , l 1mGSM手機的工作頻段為 900/1800MHz提高信道的利用率比如，語音信號的頻率范圍為3003400Hz.300M300GHz3003400300M300G以無線電廣播的中波波段為例：波段范圍為530KHz1600KHz, 每一個廣播電臺的頻段為在這一中波波段中就均勻分布著多個

10、電臺。上述即為頻分復用，它是通過采用不同載波頻率的調制完成的。先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中 去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中 去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。R1R3R1R3oR2R4Vinx(t)0 x(t)0t調制信號載波信號z(t) A)z(t)z(t)0t幅度凋制(AM)y(t)A*x(t)cos(2ft)頻率調制(FM)相位調制(PM)y(t) A x(t)(1) 幅度調制調幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測

11、試信號的變 化而變化y(t)*x(t)cos(2ft)調制緩變信號高頻信號放大放大頻信解調放大變信幅度調制與解調過程（波形分析）乘法器x(t)乘法器z(t)乘法器x(t)乘法器放大器放大器x m(t)放大器放大器乘法器乘法器z(t)乘法器乘法器濾波器濾波器濾波器x(t)濾波器幅度調制與解調過程（頻譜分析）乘法器x(t)乘法器z(t)乘法器x(t)乘法器放大器放大器x m(t)放大器放大器乘法器乘法器z(t)乘法器乘法器濾波器濾波器濾波器x(t)濾波器幅度調制與解調過程（數學分析）乘法器x(t)乘法器z(t)乘法器x(t)乘法器x m(t)x(t)z(t)放大器放大器xm (t) 放大器放大器x

12、(t)zt)乘法器乘法器z(t)乘法器乘法器2ym (t) 2x(t)z(t)cos2fzt濾波器濾波器濾波器x(t)濾波器 x(t) 1x(t)fzt)上述調制方法，將信號x(t) 直接與載波z(t)相乘這種調幅波具有極性變化，解調時必須再乘與z(t)相位相同的z上述調制方法，將信號x(t) 直接與載波z(t)相乘這種調幅波具有極性變化，解調時必須再乘與z(t)相位相同的z(t) 方能復原出原信號，故稱同步解調非抑制調幅若對信號x(t)進行偏置，疊加一個直流分量D，使偏置后的信號都具有正電壓。x(t)x(t) D x(t)xm (t) Dx(t)cos(2ft)調幅解調二極管檢波低通濾波調幅波的波形失真a）過調失真：對于非抑制調幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發生180。b)重疊失真：調幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信號組成當載波頻率fz較低時，正頻端的下邊帶將與負頻端的下邊帶相重疊要求: fzfm（2） 頻率調制(角度調制)調頻是利用信號x(t)的幅值調制載波的頻率，或者說，調頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.y(t) Acos(2