1、第三章、模擬信號(hào)處理本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求：1.運(yùn)放及運(yùn)算電路2.濾波器及參數(shù)體系3.調(diào)制與解調(diào)（調(diào)幅）1信號(hào)放大電路一、何謂測(cè)量放大電路？對(duì)其基本要求是什么？ 1、在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。2、對(duì)其基本要求：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。3、幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)開環(huán)增益K 閉環(huán)增益Kf 差模增益Kd 共模增益Kc輸入失調(diào)電壓u0s 輸入失調(diào)電流I0s零點(diǎn)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(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)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(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源Ui的內(nèi)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(diǎn).廣泛用于前置放大級(jí)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(diǎn)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(hào)放大電路6、電荷放大器q ei(CaCcCi )(eiey)CfeKqF+F+y C) KCff2信號(hào)運(yùn)算電路一、加法運(yùn)算電路二、減法運(yùn)算電路1、利用加法運(yùn)算電

4、路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算2、用單一運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算三、積分運(yùn)算電路1、RC積分器(原理)公式4.324.352、積分運(yùn)算電路IiUiCR R RPNb)Na)R2RfU2CoU1UoNc)四、微分運(yùn)算電路1、RC微分器(原理)公式4.364.392、微分運(yùn)算電路CCNCCNU i基本微分電路Ui UiCNCN實(shí)用微分電路UoR高輸入阻抗微分電路3 信號(hào)的濾波與濾波器濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分低通高通一、 濾波器分類（根據(jù)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(lián)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(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。H(f)fcfQ(f)f理想濾波器的物理不可實(shí)現(xiàn)理想濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù) h左、右無(wú)限延伸。H(f)fc（t）左、右無(wú)限延伸。H(f)fc給理想濾波器一個(gè)脈沖激勵(lì)，在t=0時(shí)刻單位脈沖輸入濾波器之前，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。故物理不可實(shí)現(xiàn)。四、 實(shí)際濾波器A0f理想濾波器是不存在的，實(shí)際濾波器幅頻特性中通帶和阻帶間沒(méi)有嚴(yán)格界限,存在過(guò)渡帶。Q=W0 / BBQ=W0 / BBd0fc1fc2f截止頻率fc：0.707A0所對(duì)應(yīng)的頻率紋波幅度d：繞幅頻特性均值A(chǔ)0波動(dòng)值

6、帶寬B和品質(zhì)因數(shù)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(zhì)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(gè)倍頻程時(shí)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(shí)際濾波器頻率通帶通常是可調(diào)的，根據(jù)實(shí)際濾波器中心頻率與帶寬之問(wèn)的數(shù)值關(guān)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(wú)源濾波器在測(cè)試系統(tǒng)中，常用RC濾波器。因?yàn)檫@一領(lǐng)域中信號(hào)頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)不高。而RC濾波器電路簡(jiǎn) 單，抗干擾強(qiáng)，有較好的低頻性能，并且

7、選用標(biāo) 準(zhǔn)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(lián)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(lián)七、 濾波器的應(yīng)用超門限報(bào)警案例：旅游索道鋼纜檢測(cè)超門限報(bào)警由案例提煉的典型實(shí)驗(yàn)：鋼管無(wú)損探傷濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門限報(bào)警濾除信號(hào)中的零漂和低頻晃動(dòng)，便于門限報(bào)警案例：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)律調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)mp3調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)mp3播放器等軟件中的聲音均衡器，試驗(yàn)其對(duì)音樂(lè)信號(hào)的濾波情況。動(dòng)手做：4信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路一、基本概念、什么是

8、信號(hào)調(diào)制？（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。、什么是解調(diào)？、在測(cè)控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？、在測(cè)控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？ 信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)有幅值、頻率、相位三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用脈沖信號(hào)作載波信號(hào)?？梢詫?duì)脈沖信號(hào)的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬。、什么是調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)？用來(lái)改變載波信號(hào)的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。在測(cè)控系統(tǒng)中，通常就用測(cè)量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。二、調(diào)制與解調(diào)目的解決微

9、弱緩變信號(hào)的放大以及信號(hào)的傳輸問(wèn)題。A.便于發(fā)送調(diào)制的必要性對(duì)無(wú)線傳輸信號(hào)而言，信號(hào)需要通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送出去。根據(jù)天線理論，發(fā)射天線的尺度與信號(hào)的波長(zhǎng)滿足一定的關(guān)系式時(shí)，信號(hào)才能得到有效的發(fā)射，即l10如： c f3 10 854f3KHz,3 10 ,l 10mfc30 MHz,3 10 3 10 10 , l 1mGSM手機(jī)的工作頻段為 900/1800MHz提高信道的利用率比如，語(yǔ)音信號(hào)的頻率范圍為3003400Hz.300M300GHz3003400300M300G以無(wú)線電廣播的中波波段為例：波段范圍為530KHz1600KHz, 每一個(gè)廣播電臺(tái)的頻段為在這一中波波段中就均勻分布著多個(gè)

10、電臺(tái)。上述即為頻分復(fù)用，它是通過(guò)采用不同載波頻率的調(diào)制完成的。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)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。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)姆糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)中取出放大了的緩變信號(hào)。R1R3R1R3oR2R4Vinx(t)0 x(t)0t調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)z(t) A)z(t)z(t)0t幅度凋制(AM)y(t)A*x(t)cos(2ft)頻率調(diào)制(FM)相位調(diào)制(PM)y(t) A x(t)(1) 幅度調(diào)制調(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)

11、試信號(hào)的變 化而變化y(t)*x(t)cos(2ft)調(diào)制緩變信號(hào)高頻信號(hào)放大放大頻信解調(diào)放大變信幅度調(diào)制與解調(diào)過(guò)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(diào)制與解調(diào)過(guò)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(diào)制與解調(diào)過(guò)程（數(shù)學(xué)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(diào)制方法，將信號(hào)x(t) 直接與載波z(t)相乘這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時(shí)必須再乘與z(t)相位相同的z上述調(diào)制方法，將信號(hào)x(t) 直接與載波z(t)相乘這種調(diào)幅波具有極性變化，解調(diào)時(shí)必須再乘與z(t)相位相同的z(t) 方能復(fù)原出原信號(hào)，故稱同步解調(diào)非抑制調(diào)幅若對(duì)信號(hào)x(t)進(jìn)行偏置，疊加一個(gè)直流分量D，使偏置后的信號(hào)都具有正電壓。x(t)x(t) D x(t)xm (t) Dx(t)cos(2ft)調(diào)幅解調(diào)二極管檢波低通濾波調(diào)幅波的波形失真a）過(guò)調(diào)失真：對(duì)于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180。b)重疊失真：調(diào)幅波是由一對(duì)每邊為fm的雙邊帶信號(hào)組成當(dāng)載波頻率fz較低時(shí)，正頻端的下邊帶將與負(fù)頻端的下邊帶相重疊要求: fzfm（2） 頻率調(diào)制(角度調(diào)制)調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說(shuō)，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.y(t) Acos(2