中北大学4测试信号的转换与调理

中北大学机械工程与自动化学院中北大学机械工程与自动化学院20112011年年3 3月月 1机械工程测试技术机械工程测试技术2第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理机械工程测试技术机械工程测试技术4.1 信号的数字化信号的数字化4.2 电桥电桥4.3 调制与解调调制与解调4.4 滤波原理滤波原理4.5 数据采集系统简介数据采集系统简介第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 介绍介绍数字化过程中的一些问题及对策。在介绍连续数字化过程中的一些问题及对策。在介绍连续信号离散化原理的基础上，介绍一些常用的信号调信号离散化原理的基础上，介绍一些常用的信号调理方法，包括电桥、调制与解调、滤波和放大等技理方法，包括电桥、调制与解调、滤波和放大等技术，并且简单介绍了数据采集系统的功能与原理。术，并且简单介绍了数据采集系统的功能与原理。3机械工程测试技术机械工程测试技术 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化o 从传感器获取的信号一般是连续变化的从传感器获取的信号一般是连续变化的模拟信号模拟信号。o 数字信号处理的首要步骤是数字信号处理的首要步骤是模拟信号模拟信号数字化数字化，这一，这一过程通过过程通过模模/数数(A/D)转换转换过程实现，即把连续信过程实现，即把连续信号转变成等间隔的号转变成等间隔的离散时间序列离散时间序列，并对该序列的幅，并对该序列的幅值进行量化，然后送入通用计算机或专用数字信号值进行量化，然后送入通用计算机或专用数字信号处理仪中处理。处理仪中处理。4第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述o 把连续时间信号转换为与其相应的数字信号的过程把连续时间信号转换为与其相应的数字信号的过程称之为模称之为模/数数(A/D)转换过程，转换过程，5第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述1.信号预处理信号预处理o 测试工作中记录到的信号常常混有噪声，如果信号的测试工作中记录到的信号常常混有噪声，如果信号的信噪比差，有用的信号可能被信噪比差，有用的信号可能被“淹没淹没”。因此，在进。因此，在进行信号的分析、估计、识别等处理之前，有必要对它行信号的分析、估计、识别等处理之前，有必要对它做一些预处理，尽可能的把信号中不感兴趣的部分去做一些预处理，尽可能的把信号中不感兴趣的部分去掉。常用的信号预处理的方法主要包括：掉。常用的信号预处理的方法主要包括：o(1)信号转换信号转换o 传感器输出信号的形式通常有电阻信号、电容信号、传感器输出信号的形式通常有电阻信号、电容信号、电流信号以及微弱电压信号等几种，在实际中，常常电流信号以及微弱电压信号等几种，在实际中，常常需要将这些信号转换成标准的电压信号。另外，还可需要将这些信号转换成标准的电压信号。另外，还可以利用微分和积分电路来实现位移、速度、加速度不以利用微分和积分电路来实现位移、速度、加速度不同量纲信号之间的转换。同量纲信号之间的转换。6 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述1.信号预处理信号预处理（2）电压）电压幅值调理幅值调理o 为为便于采样，充分利用便于采样，充分利用A/D转换器的精确度，信转换器的精确度，信号电压峰号电压峰峰值不能太峰值不能太小，大于小，大于60%；也；也不能太不能太大，小于大，小于80%；进入；进入A/D转换器的转换器的信号电平必需信号电平必需做适当的调整；做适当的调整；举例：举例：表：表：72.5mV409625VA/D1212：末位当量电压：总量级：参考电压转换器位不正确高位溢出绝对值大于信噪比很差值高位都为零，仅低位有太小问题转换后的二进制数信号电平V5第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述1.信号预处理信号预处理o(3)信号放大信号放大o 信号放大是增强微弱信号幅度和强度的过程。目的在信号放大是增强微弱信号幅度和强度的过程。目的在于使信号在传输后，特别是远距离传输后，有足够的于使信号在传输后，特别是远距离传输后，有足够的信号强度。常用的信号放大器有：隔离放大器、可编信号强度。常用的信号放大器有：隔离放大器、可编程增益放大器、测量反馈放大器等。程增益放大器、测量反馈放大器等。o(4)信号滤波信号滤波o 利用滤波技术可以从具有多种频率成分的复杂信号中，利用滤波技术可以从具有多种频率成分的复杂信号中，将感兴趣的频率成分提取出来，而将不感兴趣的频率将感兴趣的频率成分提取出来，而将不感兴趣的频率成分衰减掉。常用的滤波器有低通滤波器、高通滤波成分衰减掉。常用的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。器、带通滤波器、带阻滤波器。8 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述1.信号预处理信号预处理o(5)去均值去均值o 信号的均值相当于一个直流分量，使信号沿纵轴出现信号的均值相当于一个直流分量，使信号沿纵轴出现整体偏差。在频谱分析时，直流信号会在零频率处出整体偏差。在频谱分析时，直流信号会在零频率处出现一个冲激函数，直接影响到它附近的谱线质量。因现一个冲激函数，直接影响到它附近的谱线质量。因此，要根据对信号均值的估计值，消除信号中所含均此，要根据对信号均值的估计值，消除信号中所含均值的成分。值的成分。o(6)消除趋势项消除趋势项o 在测试信号中，有时会存在一个随时间呈线性、指数、在测试信号中，有时会存在一个随时间呈线性、指数、对数等增长的趋势，如果这种增长趋势对后续处理不对数等增长的趋势，如果这种增长趋势对后续处理不利，可以采用线性回归法、多项式拟合法等方法进行利，可以采用线性回归法、多项式拟合法等方法进行消除。消除。9 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述o 2.A/D转换（模数转换）转换（模数转换）o A/D转换器是将模拟信号转变为数字信号的电子元件。转换器是将模拟信号转变为数字信号的电子元件。o 模数转换器最重要的参数是转换精度，通常用输出的模数转换器最重要的参数是转换精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能准确输出的数数字信号的位数的多少表示。转换器能准确输出的数字信号位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能字信号位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。力越强，转换器的性能也就越好。o A/D转换包括了在时间上对原信号等间隔采样、幅值转换包括了在时间上对原信号等间隔采样、幅值上的量化及编码，上的量化及编码，10 4.1 4.1 信号的数字化信号的数字化 4.1.14.1.1概述概述o 3.数字信号处理数字信号处理o 数字信号处理可以在信号分析仪、通用计算机或专用数字信号处理可以在信号分析仪、通用计算机或专用数字信息处理机上进行。由于计算机只能处理数字信息处理机上进行。由于计算机只能处理有限长有限长数据数据，所以要把，所以要把长时间序列截断长时间序列截断。截断时，要对。截断时，要对长长数数字序列进行加权字序列进行加权，即，即乘以乘以窗函数窗函数，成为新的有限长序成为新的有限长序列。如有必要还可以设计专门的程序进行数字滤波。列。如有必要还可以设计专门的程序进行数字滤波。然后，对然后，对所得有限长序列按给定的程序进行运算。例所得有限长序列按给定的程序进行运算。例如，作时域中的概率统计、相关分析、建模和识别，如，作时域中的概率统计、相关分析、建模和识别，频域中的频谱分析、功率谱分析、传递函数分析等。频域中的频谱分析、功率谱分析、传递函数分析等。o 4.输出结果输出结果o 运算结果可直接显示或打印，也可用运算结果可直接显示或打印，也可用数数/模转换器模转换器再把再把数字量转换成模拟量输入外部被控装置。数字量转换成模拟量输入外部被控装置。11 4.1.2 4.1.2 时域采样、混叠和采样定理时域采样、混叠和采样定理o 对连续信号按对连续信号按一定的时间间一定的时间间隔采样后转换隔采样后转换为采样信号。为采样信号。以某个最小数以某个最小数量单位量单位 的整的整数倍来度量采数倍来度量采样信号称为样信号称为量量化化。量化后量化后再编码，转换再编码，转换成时间和幅值成时间和幅值都离散的数字都离散的数字信号信号。12 图图4-3 模拟信号的数字化过程模拟信号的数字化过程 4.1.2 4.1.2 时域采样、混叠和采样定理时域采样、混叠和采样定理13 4.1.2 4.1.2 时域采样、混叠和采样定理时域采样、混叠和采样定理o 1.时域采样时域采样原理原理o 根据根据 函数的函数的筛选特性筛选特性，采样过程可以看作用等间隔，采样过程可以看作用等间隔T TS的单位脉冲序列的单位脉冲序列g(t(t)去乘模拟信号去乘模拟信号x(tx(t)。14,3,2,1,0nnTttgns ,3,2,1,0nnTtnTxtgtxtxnssso 2.采样过程的频域分析采样过程的频域分析 根据卷积特性，两个根据卷积特性，两个时域信号乘积的频谱为两信号频谱的卷积，时域离时域信号乘积的频谱为两信号频谱的卷积，时域离散化导致频域周期化。采样频率散化导致频域周期化。采样频率f f s s=1/=1/T Ts s 。15o 3.混叠效应和采样定理混叠效应和采样定理o 在采样过程中，采样间隔的选择是一个重要的问题。在采样过程中，采样间隔的选择是一个重要的问题。采样间隔太小，则其数字序列就很长，使计算工作采样间隔太小，则其数字序列就很长，使计算工作量增大；若采样间隔太大，采样时所丢掉的两采样量增大；若采样间隔太大，采样时所丢掉的两采样点之间的信息较多，可能丢失有用的信息。点之间的信息较多，可能丢失有用的信息。16图图4-7 4-7 不同采样频率对正弦信号采样的结果不同采样频率对正弦信号采样的结果o 3.混叠效应和采样定理混叠效应和采样定理o（1）频率混迭效应频率混迭效应17o 3.混叠效应和采样定理混叠效应和采样定理o（2）采样定理采样定理18o 3.混叠效应和采样定理混叠效应和采样定理o（2）采样定理采样定理19 采用抗混滤波器，在采样前用一截止频率为采用抗混滤波器，在采样前用一截止频率为fcfc的抗混滤波器，先将信号的抗混滤波器，先将信号x(tx(t)进行低通滤波，将不进行低通滤波，将不感兴趣或不需要的高频成分滤掉，然后再按照采样感兴趣或不需要的高频成分滤掉，然后再按照采样定理进行进行采样和数据处理。定理进行进行采样和数据处理。频谱的频率分辨率与频率成正比，而与采样长频谱的频率分辨率与频率成正比，而与采样长度成反比，工程中度成反比，工程中fcfc=fs/2=fs/2，若，若fsfs=5000Hz=5000Hz，则，则fcfc=2500Hz,=2500Hz,若采样点数若采样点数N=1024,N=1024,则频率分辨率则频率分辨率f=f=fsfs/N=1/TsN=1/T=4.88/N=1/TsN=1/T=4.88 4.1.3 4.1.3 量化和量化误差量化和量化误差o 模拟信号经采样后在时间轴上已离散，但其幅值仍模拟信号经采样后在时间轴上已离散，但其幅值仍为连续的电压值。将采样信号的电压幅值经过舍入为连续的电压值。将采样信号的电压幅值经过舍入或截尾的方法转变为离散的二进制数码的过程，称或截尾的方法转变为离散的二进制数码的过程，称为为幅值量化幅值量化，简称量化，量化后的二进制数码只能，简称量化，量化后的二进制数码只能表达有限个相应的离散电平表达有限个相应的离散电平，称之为量化电平。称之为量化电平。20 4.1.3 4.1.3 量化和量化误差量化和量化误差o 若信号若信号x(t)可能出现的最大值可能出现的最大值为为A，A/D转换器的转换器的位数为位数为B，则两个量化电平的间隔为，则两个量化电平的间隔为x=A/2B-1，称为量化增量或量化步长。称为量化增量或量化步长。o 经过舍入或者截尾的方法而变为有限值时，产生最经过舍入或者截尾的方法而变为有限值时，产生最大量化误差为大量化误差为x/2。o 下图简谐信号按下图简谐信号按6，8，18等分的量化曲线。从图中等分的量化曲线。从图中可知等分数越小，可知等分数越小，x 越大，量化误差越大。越大，量化误差越大。21 4.1.4 截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数o 1.截断、泄漏和窗函数的概念截断、泄漏和窗函数的概念o 用于信号截断的函数称为窗函数，简称为窗。信号的用于信号截断的函数称为窗函数，简称为窗。信号的截断就是将无限长的信号乘以有限宽的窗函数。截断就是将无限长的信号乘以有限宽的窗函数。o 矩形窗的时域和傅立叶变换表达式矩形窗的时域和傅立叶变换表达式22 4.1.4 截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数o 1.截断、泄漏和窗函数的概念截断、泄漏和窗函数的概念o 用矩形窗函数用矩形窗函数 将余弦信号将余弦信号 截断的情况截断的情况23 tw tx用上述矩形窗函数（图4-13(a)）将图4-13(b)所示的余弦信号截断时，4.1.4 截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数o 1.截断、泄漏和窗函数的概念截断、泄漏和窗函数的概念o 原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在中在 f f0 0处的能量被分散到两个较宽的频带中，这种现处的能量被分散到两个较宽的频带中，这种现象称之为频谱象称之为频谱能量泄漏能量泄漏。虽然余弦信号是频域限带信。虽然余弦信号是频域限带信号，被截断后也必然成为无限带宽函数，频谱泄漏是号，被截断后也必然成为无限带宽函数，频谱泄漏是不可避免的。不可避免的。o w(t)是一个无限带宽的是一个无限带宽的sinc函数，所以，即使函数，所以，即使x(t)是带限信号，在截断后也必然成为无限带宽的信号，是带限信号，在截断后也必然成为无限带宽的信号，这种信号在频率轴分布扩展的现象，称为这种信号在频率轴分布扩展的现象，称为泄漏泄漏；因此，；因此，不论采样频率多高，信号截断必然导致一些误差。不论采样频率多高，信号截断必然导致一些误差。24截断时，4.1.4 截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数o 2.几种常见的窗函数几种常见的窗函数o（1）矩形窗矩形窗o（2）三角窗三角窗o 主瓣宽约等于矩形窗的主瓣宽约等于矩形窗的2倍，旁瓣小，且无负旁瓣。倍，旁瓣小，且无负旁瓣。25 4.1.4 截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数o 2.几种常见的窗函数几种常见的窗函数o（3）汉宁汉宁(Hanning)窗窗o 和矩形窗相比，汉宁窗的主瓣较宽，是矩形窗的和矩形窗相比，汉宁窗的主瓣较宽，是矩形窗的2倍，倍，汉宁窗的旁瓣小得多，因而泄漏也少得多。汉宁窗的旁瓣小得多，因而泄漏也少得多。26 4.1.4 截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数o 2.几种常见的窗函数几种常见的窗函数o（4）海明海明(Hamming)窗窗o 海明窗比汉宁窗消除旁瓣的效果要好一些，主瓣稍海明窗比汉宁窗消除旁瓣的效果要好一些，主瓣稍窄，旁瓣衰减较慢。窄，旁瓣衰减较慢。o 对于窗函数的基本要求是主瓣窄且高，以提高分辨对于窗函数的基本要求是主瓣窄且高，以提高分辨率；旁瓣应小且正负交替接近相等，以减少泄漏。率；旁瓣应小且正负交替接近相等，以减少泄漏。实际选择窗函数时，应考虑被分析信号的性质与处实际选择窗函数时，应考虑被分析信号的性质与处理要求，如果仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑理要求，如果仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑幅值精度，则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的幅值精度，则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗，例如测量物体的自振频率等；如果分析窄矩形窗，例如测量物体的自振频率等；如果分析窄带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等。小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等。27 4.1.5 离散信号的频谱分析离散信号的频谱分析o 连续信号的频谱分析是傅立叶变换；连续信号的频谱分析是傅立叶变换；o 离散信号的频谱分析是进行离散信号的频谱分析是进行离散傅立叶变换离散傅立叶变换。o 1.傅立叶变换在时域和频域中的对称规律傅立叶变换在时域和频域中的对称规律28 4.1.5 离散信号的频谱分析离散信号的频谱分析o 1.傅立叶变换在时域和频域中的对称规律傅立叶变换在时域和频域中的对称规律29 4.1.5 离散信号的频谱分析离散信号的频谱分析o 2.离散傅立叶变换离散傅立叶变换o 对有限长离散时域与频域信号序列进行傅立叶变换对有限长离散时域与频域信号序列进行傅立叶变换或逆变换，得到同样为有限长离散频域或时域信号或逆变换，得到同样为有限长离散频域或时域信号序列的方法，称为序列的方法，称为离散傅立叶变换离散傅立叶变换（DFT）或其逆）或其逆变换（变换（IDFT）。）。o 设离散信号设离散信号x(nt)的频谱为的频谱为X(kf)，其一个周，其一个周期内用期内用x(n)和和X(k)描述描述。30 4.1.5 离散信号的频谱分析离散信号的频谱分析o 2.离散傅立叶变换离散傅立叶变换31 4.2 4.2 电桥电桥o电桥电桥是一种测量电路，它将电阻、电感、电是一种测量电路，它将电阻、电感、电容等参量的变化，转换为电压或电流。其输出，容等参量的变化，转换为电压或电流。其输出，既可直接驱动指示仪表，也可送入放大器放大。既可直接驱动指示仪表，也可送入放大器放大。o桥式测量电路桥式测量电路简单，并具有较高精确度和灵简单，并具有较高精确度和灵敏度。因而，应用广泛。敏度。因而，应用广泛。电桥的分类：电桥的分类：32第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理平衡桥式电路不平衡桥式电路：按输出方式分交流电桥直流电桥：按激励电压的性质分 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.14.2.1 直流电桥直流电桥1.基本形式基本形式o 直流输入端也叫直流输入端也叫供桥供桥电源电源Ue；o 四个四个桥臂电阻桥臂电阻分别为：分别为：R1，R2，R3，R4，mo o 输出端电压为输出端电压为 Uo。eUoU1R2R3R4Rabcd1I2I+-33第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥o 当当电桥输出端电桥输出端接入接入电阻较大的仪表或放大器电阻较大的仪表或放大器时，可时，可视为开路，可以认为输出电流为零。此时，视为开路，可以认为输出电流为零。此时，o 要使要使电桥平衡电桥平衡，输出电压为零，须满足，输出电压为零，须满足o 根据电桥平衡条件，如果适当选择各桥臂电阻，可根据电桥平衡条件，如果适当选择各桥臂电阻，可使输出电压只与被测量引起的电阻变化量有关。使输出电压只与被测量引起的电阻变化量有关。34第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理eeadaboeadeabeeURRRRRRRRURRRRRRUUUURRRRIUURRRRIUURRIURRI)(11432142314342114342221111432211：输出电压：桥路电压；：桥路电流4231RRRR 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥2.电桥连接电桥连接o 常见的电桥连接形式，分常见的电桥连接形式，分半桥半桥与与全桥全桥连接。连接。35第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 （a a）半桥单臂）半桥单臂 （b b）半桥双臂）半桥双臂 （c c）全桥）全桥 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥36第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 单臂电桥单臂电桥电桥输出与电阻变化、供桥电桥输出与电阻变化、供桥电源成正比，与电源成正比，与R0成反比。成反比。4.2 4.2 电桥电桥 4.2.14.2.1 直流电桥直流电桥37第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 双臂半桥双臂半桥 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.14.2.1 直流电桥直流电桥38第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 全桥全桥04321RRRRRR 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥o 电桥的灵敏度：电桥的灵敏度：S=Uo/(R/R)S单臂单臂=Ue/4;S半桥半桥=Ue/2;S全桥全桥=Ue;显然，电桥连接方法不同，输出电压也不同，全桥显然，电桥连接方法不同，输出电压也不同，全桥接法可获得最大输出。接法可获得最大输出。o 不平衡电桥不平衡电桥有以下有以下缺点缺点：当电源电压不稳定时，或：当电源电压不稳定时，或者环境温度有变化时，都会引起电桥输出的变化，者环境温度有变化时，都会引起电桥输出的变化，从而产生从而产生误差误差。平衡电桥平衡电桥可以克服上述缺点。可以克服上述缺点。o 全桥：和差特性o 如果相邻两桥臂电阻同向变化，所产生的输出电压的变化将相互抵消。应用：温度补偿；o 如果相邻两桥臂电阻反向变化，所产生的输出电压的变化将相互叠加。应用：差动放大。39eoURRRRRU4321414.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥 举例举例1o 悬臂梁测力的电桥连接方法悬臂梁测力的电桥连接方法o 利用利用和差特性和差特性，当悬臂梁受载时，应变片阻值反向，当悬臂梁受载时，应变片阻值反向变化，其产生的输出电压相互叠加，电桥输出电压变化，其产生的输出电压相互叠加，电桥输出电压大，电路灵敏度高。大，电路灵敏度高。404.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥 举例举例2o 柱形梁测力的电桥连接方法柱形梁测力的电桥连接方法o 利用利用和差特性：和差特性：沿圆周间隔沿圆周间隔90o 粘贴粘贴4个纵向工个纵向工作应变片作应变片，提高灵敏度提高灵敏度；与纵向应变片相间，再与纵向应变片相间，再贴贴4个横向应变片个横向应变片，进行进行温度补偿温度补偿。41 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.1 直流电桥直流电桥42第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 （a）差动串联平衡 （b）差动并联平衡o 平衡电桥平衡电桥 的零位调节的零位调节平衡电桥平衡电桥零位调节零位调节 被测量等于零时，被测量等于零时，电桥平衡电桥平衡，指示仪表指示仪表G及及可调电位计可调电位计H均指零；均指零；当某一当某一桥臂桥臂随被测量随被测量变化变化时，时，电桥失去平衡，电桥失去平衡，调节调节H，使电桥，使电桥重新平衡重新平衡，电表，电表G指针回零；指针回零；电位计电位计H上的上的标度标度，与桥臂电阻值的变化成，与桥臂电阻值的变化成比例；比例；平衡电桥也叫做平衡电桥也叫做“零位测量法零位测量法”，其特点是在读数，其特点是在读数时电表始终指零。时电表始终指零。因为平衡电桥最终的输出为零，所以测量因为平衡电桥最终的输出为零，所以测量误差误差取决取决于电位计的精度，而与于电位计的精度，而与电桥电源电桥电源无关。受环境温度无关。受环境温度的影响也很小。的影响也很小。43 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥o 交流电桥：交流电桥：采用采用交流激励交流激励电源电源的电桥。电桥的四个的电桥。电桥的四个臂，可以为电感、电容或臂，可以为电感、电容或电阻，统称为电阻，统称为阻抗阻抗。o 如果阻抗、电流及电压都如果阻抗、电流及电压都用用复数复数表示，则，关于直表示，则，关于直流电桥的平衡关系式，在流电桥的平衡关系式，在交流电桥中也可适用。即交流电桥中也可适用。即1Z2Z3Z4Zabcd1i2i图4.6 交流电桥的电路结构euou44第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.2 4.2 电电桥桥 4.2.2 交流电桥交流电桥45第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理423104020301)(0402)(03010440330220114231ZZZZ,42314321满足下列两等式若此式成立，必须同时带入上式可得：令：满足电桥达到平衡时，必须jjjjjjeZZeZZeZZeZZeZZeZZZZZZ 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥46第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 上式表明：交流电桥平衡，必须满足两个条件，即上式表明：交流电桥平衡，必须满足两个条件，即 相对两臂相对两臂阻抗之模阻抗之模的乘积相等；的乘积相等；它们的它们的阻抗角之和阻抗角之和也必须相等。也必须相等。容性阻抗感性阻抗纯电阻性：阻抗角的相位差；是各桥臂电流电压之间为阻抗角，为各阻抗的模；，,0,0,0432104030201ZZZZo电容电桥电容电桥47第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.2 4.2 电电桥桥 4.2.2 交流电桥交流电桥 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥o 要使电桥达到要使电桥达到平衡平衡，必须同时调节电阻达到，必须同时调节电阻达到电阻平电阻平衡，衡，调节电容达到调节电容达到电容平衡电容平衡。48第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理12434231CRCRRRRRCjRRRCjRRRRCjRRCjR即：得如下两个平衡条件，别相等，令上式的实部和虚部分即：根据电桥平衡条件，4224133124431111o电容电桥电容电桥 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥o 电感电桥电感电桥两相邻桥臂的电感两相邻桥臂的电感与电阻分别为：与电阻分别为：），（，有：根据电桥的平衡条件，14134RLRLRRRR2431423149第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理3241R,R,，LL 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥o 电阻交流电桥的电阻交流电桥的分布电容分布电容 即使纯电阻交流电桥，由即使纯电阻交流电桥，由于导线之间存在分布电容，于导线之间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了相当于在各桥臂上并联了一个电容。一个电容。o 为此，除了有为此，除了有电阻平衡电阻平衡外，外，还需要有还需要有电容平衡电容平衡。50第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥o 一种用于一种用于动态应变动态应变仪仪的电阻电容电桥。的电阻电容电桥。o 调整调整差动可变电容差动可变电容C，可实现，可实现分布电分布电容的平衡容的平衡。51第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.2 交流电桥交流电桥o 交流电桥的交流电桥的供桥电源供桥电源 必须具有良好的电压波形与频率稳定度。如果必须具有良好的电压波形与频率稳定度。如果电源电压发生奇变，即包含有高次谐波，对电源电压发生奇变，即包含有高次谐波，对基基波波而言，电桥达到而言，电桥达到平衡平衡；而对；而对高次谐波高次谐波，电桥，电桥未必能平衡未必能平衡；输出电压也将包含高次谐波。；输出电压也将包含高次谐波。采用采用(510)kHz的的音频交流电源音频交流电源，作为供，作为供桥电源，电桥输出将成为桥电源，电桥输出将成为调制波调制波。o 优点优点：有利于抑制外界工频干扰，后接交流放：有利于抑制外界工频干扰，后接交流放大电路简单而无零漂。大电路简单而无零漂。52第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.2 4.2 电桥电桥 4.2.3 变压器式电桥变压器式电桥o 常用于电感比较仪，电桥平衡，输出为零。常用于电感比较仪，电桥平衡，输出为零。53第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.3 4.3 调制与解调调制与解调o为什么要为什么要调制调制？o 一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些测变换后，常常是一些缓变的电信号缓变的电信号。经过调制后，采。经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。波抗干扰能力强，也便于传输。o调制解调技术，不仅在一般检测仪表中经常使用调制解调技术，不仅在一般检测仪表中经常使用而且也是工程遥测技术的重要内容。而且也是工程遥测技术的重要内容。o实际上，许多传感器本身的输出信号就是一种调制实际上，许多传感器本身的输出信号就是一种调制信号，因此，调制解调技术在测试领域应用非常广泛。信号，因此，调制解调技术在测试领域应用非常广泛。54第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理tftxtxm02cos)()(o 调制的用途调制的用途 4.3 4.3 调制与解调调制与解调o调制解调调制解调技术中经常使用的术语技术中经常使用的术语 调制信号调制信号，就是测试信号，也叫，就是测试信号，也叫原信号原信号，一般为，一般为低低频缓变频缓变信号；信号；载波信号载波信号，也叫，也叫工作信号工作信号，一般为，一般为高频简谐信号高频简谐信号；调制波调制波，就是已调制的信号，就是已调制的信号，幅值调制幅值调制时称为时称为调幅波调幅波；频率调制频率调制时称为时称为调频波调频波。55第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 概念和术语概念和术语 4.3 4.3 调制与解调调制与解调o所谓所谓调制调制，就是在调制信号（测试信号）的控制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。值、频率、相位）发生变化的过程。o所谓所谓解调解调，就是从已调制波中，就是从已调制波中恢复恢复出调制信号的出调制信号的过程。过程。56第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 概念和术语概念和术语 4.3 4.3 调制与解调调制与解调o调制处理的分类调制处理的分类57第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 分类分类 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 1.1.调幅原理调幅原理o调幅调幅的目的，使缓慢变化的测试信号便于放大和传输。的目的，使缓慢变化的测试信号便于放大和传输。o解调解调的目的，恢复原来的测试信号。的目的，恢复原来的测试信号。o调幅是将一个高频简谐信号（调幅是将一个高频简谐信号（载波信号载波信号）与测试信号）与测试信号相相乘乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。58第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理59第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理)()(21)()(212cos)()(21)(212cos)()()()(000000fffXfffXtftxfffftffYfXtytx频域时域 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 2.2.调幅信号的频谱调幅信号的频谱60第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 2.2.调幅信号的频谱调幅信号的频谱（a a）时域波形）时域波形 （b b）频域波形）频域波形61第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 3.3.解调方法解调方法同步解调同步解调tftxtxtftftx0004cos)(212)(2cos2cos)(62第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 3.3.解调方法解调方法o 若用一个低通滤若用一个低通滤波器将位于中心波器将位于中心频率频率2f0 处的高处的高频成分滤去，便频成分滤去，便可复现原信号的可复现原信号的频谱，至于幅值频谱，至于幅值减小为一半的问减小为一半的问题可以用放大器题可以用放大器来补偿。来补偿。o 由于在解调过程由于在解调过程中所乘的高频信中所乘的高频信号与调制时的载号与调制时的载波信号具有相同波信号具有相同的频率与相位，的频率与相位，因此这一方法因此这一方法被被称为同步解调。称为同步解调。63o 整流检波整流检波 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 3.3.解调方法解调方法o 如果把调制如果把调制信号进行信号进行偏偏置，叠加一置，叠加一个直流分个直流分量量 ，使偏，使偏置后的信号置后的信号都具有正电都具有正电压，那么调压，那么调幅波的幅波的包络包络线线将具有原将具有原调制信号的调制信号的形状。形状。该调幅波该调幅波 经整流后，减去所叠经整流后，减去所叠加的直流偏置电压，再滤波，就可以恢加的直流偏置电压，再滤波，就可以恢复原调制信号。复原调制信号。A （a）直流偏置电压足够大 （b）直流偏置电压不足)(txmo 整流检波时，如果所加的偏置电压不够大，整流检波时，如果所加的偏置电压不够大，未能使信号电压都为正，则对调幅波简单未能使信号电压都为正，则对调幅波简单地整流，就不能恢复原测试信号，如前图地整流，就不能恢复原测试信号，如前图所示。所示。o 相敏检波技术可以解决这一问题。相敏检波技术可以解决这一问题。o 相敏检波相敏检波o 相敏检波的原理如下图相敏检波的原理如下图4-33所示。所示。64第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 3.3.解调方法解调方法 （a）调幅波）调幅波 （b）参考信号）参考信号65（c）检波电路）检波电路（d）相敏检波输出波形）相敏检波输出波形（e）滤波后的波形）滤波后的波形 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调 3.3.解调方法解调方法o 相敏检波相敏检波：利用二极管的单向导通作用，将电：利用二极管的单向导通作用，将电路输出极性换向。路输出极性换向。o考虑到交变信号在过零点时符号极性发生突考虑到交变信号在过零点时符号极性发生突变，调幅波的相位也相应地发生变，调幅波的相位也相应地发生180o的相位的相位跳变。利用载波信号与调幅波比相，便能既反跳变。利用载波信号与调幅波比相，便能既反映原信号的幅值又反映其极性。映原信号的幅值又反映其极性。o 相敏检波电路，相当于在相敏检波电路，相当于在 ，把零，把零线下的负部线下的负部翻上去翻上去；而在；而在 ，则把，则把零线上的正部零线上的正部翻下来翻下来；所检测到的；所检测到的 信号是信号是经过经过“翻转翻转”后信号的包络。后信号的包络。66第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理段的10)(ttxm段的21)(t ttxmoU 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调o 举例举例67第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理图图4-35 4-35 动态电阻应变仪方框图动态电阻应变仪方框图 4.3.1 4.3.1 调幅与解调调幅与解调o 粘贴在试件上的粘贴在试件上的电阻应变片电阻应变片，在应变作用下，产生相，在应变作用下，产生相应的电阻变化，并接于应的电阻变化，并接于交流电桥交流电桥；o 振荡器产生振荡器产生高频正弦信号，高频正弦信号，一般频率为一般频率为1020kHz，一方面作为一方面作为电桥电源（载波信号）电桥电源（载波信号），另一方面作为，另一方面作为相相敏检波敏检波的载波信号；的载波信号；o 携带有电阻应变片信息的电桥输出的携带有电阻应变片信息的电桥输出的调幅波调幅波，经放经放大、相敏检波、低通滤波，最后得到与原来极性相同大、相敏检波、低通滤波，最后得到与原来极性相同但经过放大处理的信号，驱动但经过放大处理的信号，驱动显示记录仪表显示记录仪表或接入后或接入后续仪器。续仪器。68第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理o 举例举例说明 o 调频，也称为频率调制，是利用测试信号（调制信调频，也称为频率调制，是利用测试信号（调制信号）的幅值控制调频波的频率。调频波为等幅波，号）的幅值控制调频波的频率。调频波为等幅波，其其瞬时频率瞬时频率和测试信号的幅值成正比。和测试信号的幅值成正比。o 频率调制的频率调制的优点优点：对噪声的幅度影响不太敏感，对噪声的幅度影响不太敏感，抗干扰能力强，信噪比高。抗干扰能力强，信噪比高。o 调频波的瞬时频率、载波频率及总相角。调频波的瞬时频率、载波频率及总相角。69第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理0000d)(d)()(dd)()(ttxkttttfttkxto：总相角或：载波频率：瞬时频率 4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 1.频率调制原理频率调制原理o 调频波的表达式为调频波的表达式为o 当当信号电压信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；为零时，调频波的频率就等于中心频率；o 当信号电压为正值时，频率偏移当信号电压为正值时，频率偏移 增加，调频波的增加，调频波的瞬时频率提高；瞬时频率提高；o 当信号电压为负值时，频率偏移当信号电压为负值时，频率偏移 减少，调频波的减少，调频波的瞬时频率降低；瞬时频率降低；调频波是频率随测试信号而变化的疏密不等的调频波是频率随测试信号而变化的疏密不等的等幅波等幅波。70第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理000)(sin)(sin)()sin()(dttxktAtAtxtAtym调频波：载波信号 4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 1.频率调制原理频率调制原理 4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 1.频率调制原理频率调制原理 举例：举例：71(b)调频信号波形调频信号波形(a)三角波调制信号三角波调制信号000)(sin)(sin)()sin()(dttxktAtAtxtAtym调频波：载波信号o 直接调频式直接调频式o 频率调制一般使用频率调制一般使用LC振荡振荡电路，常应用于电路，常应用于电容、涡流、电容、涡流、电感电感传感器的测试工程中。传感器的测试工程中。o 假设在被测量的假设在被测量的小范围小范围变化变化区间，电容或电感的变化规区间，电容或电感的变化规律接近律接近线性线性；o 把该电容或电感作为把该电容或电感作为自激振自激振荡器荡器的谐振回路中的一个调的谐振回路中的一个调谐参数，那么，电路的谐参数，那么，电路的谐振谐振频率频率将是：将是：72第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理0021LCf 4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 2.频率调制方法频率调制方法o 这种把被测量的变化直接转换为振荡频率变化的电路，这种把被测量的变化直接转换为振荡频率变化的电路，称为称为直接调频式直接调频式测量电路，其输出调频波也是等幅波。测量电路，其输出调频波也是等幅波。o 以电容传感器作为调谐参数为例，若以电容传感器作为调谐参数为例，若C0的增量为的增量为C，o 对式（对式（4-52）微分，可得）微分，可得 73CfLLCCf212121230000021-2CCffffCCff 压控振荡器压控振荡器o 压控振荡器，也叫压控振荡器，也叫VF变换器变换器，是另一种，是另一种频率调制频率调制方法。方法。o 输出的等幅方波信号的输出的等幅方波信号的瞬时频率瞬时频率与输入的控制电压与输入的控制电压呈线性关系。呈线性关系。74 4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 2.频率调制方法频率调制方法o 对调频波的解调亦称对调频波的解调亦称鉴频鉴频。鉴频的原理是将。鉴频的原理是将调频信号频率的变化相应地复原为原来电压调频信号频率的变化相应地复原为原来电压幅值的变化。鉴频有多种方法，一般采用鉴幅值的变化。鉴频有多种方法，一般采用鉴频器和锁相环解调器。前者结构简单，在测频器和锁相环解调器。前者结构简单，在测试技术中经常使用；后者解调性能优良，但试技术中经常使用；后者解调性能优良，但结构复杂，一般用于要求较高的场合。结构复杂，一般用于要求较高的场合。o 一种测试技术中常用的振幅鉴频电路原理如一种测试技术中常用的振幅鉴频电路原理如图图4-39所示。所示。75第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 3.调频信号的解调调频信号的解调76第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 (a)鉴频器电路鉴频器电路 (b)高通滤波器幅频特性高通滤波器幅频特性 (c)恢复出的调制信号恢复出的调制信号o 等幅的调频信号等幅的调频信号Uf(t)的瞬时频率正比于的瞬时频率正比于x(t);o 高通滤波器幅频特性高通滤波器幅频特性H(f)过渡带线性区中点频率过渡带线性区中点频率f0。o Uf(t)经高通滤波器后变换为经高通滤波器后变换为“调幅波调幅波”Ua(t);o Ua(t)经二极管整流检波器检出包络信号经二极管整流检波器检出包络信号Uo(t)=x(t);4.3.2 4.3.2 调频与鉴频调频与鉴频 3.调频信号的解调调频信号的解调 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.1 概述概述o 滤波器滤波器是一种是一种选频装置选频装置，可以使信号中特定频，可以使信号中特定频带的频率成分带的频率成分通过通过，而极大地，而极大地衰减衰减其它频率成其它频率成分。分。o 滤波是信号处理的重要内容，特别适合于过滤滤波是信号处理的重要内容，特别适合于过滤测试信号中的噪声。滤波器在自动检测、自动测试信号中的噪声。滤波器在自动检测、自动控制及电子测试仪器中被广泛应用。控制及电子测试仪器中被广泛应用。77第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.1 概述概述o 根据根据滤波器滤波器的选频作用，一般将滤波器分为以的选频作用，一般将滤波器分为以下下四种，其幅频特性四种，其幅频特性如图。如图。o 滤波器过渡带滤波器过渡带是不希望的，但也是不可避免的。是不希望的，但也是不可避免的。78第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理图图4-40 不同滤波器的幅频特性不同滤波器的幅频特性(a)(a)低通低通 (b)(b)高通高通 (c)(c)带通带通 (d)(d)带阻带阻 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.1 概述概述o 四种滤波器特性之间是的四种滤波器特性之间是的联系联系 是低通滤波器的特性，而高通滤波器的幅频是低通滤波器的特性，而高通滤波器的幅频特性可以看作是特性可以看作是 ，所以，可以用低通，所以，可以用低通滤波器作负反馈回路而获得高通滤波器；滤波器作负反馈回路而获得高通滤波器；带阻滤波器，是低通和高通的组合；带阻滤波器，是低通和高通的组合；带通滤波器，可以用带阻滤波器作负反馈获得。带通滤波器，可以用带阻滤波器作负反馈获得。79第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理)(1fA)(1)(12fAfA 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.1 概述概述o 滤波器的分类滤波器的分类o 根据构成滤波器的元件分类：根据构成滤波器的元件分类：o 根据构成滤波器的电路性质：根据构成滤波器的电路性质：o 根据滤波器处理的信号性质：根据滤波器处理的信号性质：o 本节讲述模拟滤波器，而且仅限于讨论以电压为输本节讲述模拟滤波器，而且仅限于讨论以电压为输入、输出的电路网络滤波器。入、输出的电路网络滤波器。80第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理晶体谐振滤波器滤波器滤波器LCRC无源滤波器有源滤波器数字滤波器模拟滤波器 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.2 理想滤波器理想滤波器o 理想滤波器是一个理想化的模型，物理上不可实现。理想滤波器是一个理想化的模型，物理上不可实现。但是，具有理论分析意义，对于深入理解滤波器的传但是，具有理论分析意义，对于深入理解滤波器的传输特性有帮助。输特性有帮助。1.理想滤波器的理想滤波器的 数学模型数学模型81第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理00202)(0)()(0tfffffAfHeAfHctfj，其他，4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.2 理想滤波器理想滤波器o 2.理想滤波器的理想滤波器的单位脉冲响应单位脉冲响应o 理想低通滤波器在频域为矩形窗函数，其对应的脉冲理想低通滤波器在频域为矩形窗函数，其对应的脉冲响应函数是响应函数是xinc 函数，如图所示。函数，如图所示。82第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理(a)t0=0 (b)to0)(2sinc2)(00ttffAthcc 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.2 理想滤波器理想滤波器o 2.理想滤波器的理想滤波器的单位阶跃响应单位阶跃响应83第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理)(2si121d)(2sinc2d)()()()()(0000ttfAtffAthutxthtyctcc 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.2 理想滤波器理想滤波器o 2.理想滤波器的理想滤波器的单位阶跃响应单位阶跃响应o tdB=1表明，低通滤波器阶跃响应的上升时间表明，低通滤波器阶跃响应的上升时间 与通与通 频带宽频带宽 成反比，或者说，上升时间与带宽之积为常数。成反比，或者说，上升时间与带宽之积为常数。o 物理意义物理意义：低通滤波器阻衰了高频分量，通带越宽，低通滤波器阻衰了高频分量，通带越宽，阻衰的高频分量越少，通过滤波器的信号能量越大，阻衰的高频分量越少，通过滤波器的信号能量越大，所以上升时间就短；反之，则长。所以上升时间就短；反之，则长。84第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.3 实际实际RC滤波器滤波器o 理想带通滤波器理想带通滤波器的幅频特性：细实线的幅频特性：细实线o 实际带通滤波器实际带通滤波器的幅频特性：粗实线的幅频特性：粗实线85第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理其它0)()(210fHfffAfHcc 4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.3 实际实际RC滤波器滤波器o 1.实际滤波器的基本参数实际滤波器的基本参数上、下上、下截止频率截止频率：fc2,fc1 带宽带宽 B=fc2-fc1,表示滤波器的分辨力。表示滤波器的分辨力。波纹幅度波纹幅度 越小越好越小越好。品质因子品质因子 Q=f0/B 越大滤波器的选择性越好。越大滤波器的选择性越好。倍频程选择性倍频程选择性 fc2与与2fc2之间之间过渡带过渡带频率衰减值频率衰减值。滤波器因数滤波器因数 一般为一般为15。86第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理2/)()(021AfAfAcc2/0AdBdBBB360/4.4 4.4 滤波器滤波器 4.4.3 实际实际RC滤波器滤波器2.实际实际RC滤波器电路及其基本特性滤波器电路及其基本特性o RC滤波器，电路简单、抗干扰性强；滤波器，电路简单、抗干扰性强；o 选用标准元件，容易实现，应用广泛。选用标准元件，容易实现，应用广泛。87第四章第四章 信号的转换与调理信号的转换与调理4.4.3 实际实际RC滤波器滤波器 2.实际实际RC滤波电路及其滤波电路及其 基本特性基本特性o 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器884.4.3 实际实际RC滤波器滤波器 2.实际实际RC滤波电路及其滤波电路及其 基本特性基本特性o 一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器89 2.实际实际RC滤波电路及其基本特性滤波电路及其基本特性o RC带通滤波器带通滤波器902211212121221112121)()()()()()()()()(11)(1)(ccffffffAfAfAsHsHsHssHsssH：上截止频率：下截止频率：相频特性：幅频特性：带通滤波器：低通滤波器：高通滤波器4.4.3 实际实际RC滤波器滤波器 2.实际实际RC滤波电路及滤波电路及其基本特性其基本特性 RC带阻滤波器带阻滤波器91 （a a）T T型网络型网络 （b b）双）双T T型网络型网络4.4.3 实际实际RC滤波器滤波器 2.实际实际RC滤波电路及其基本特性滤波电路及其基本特性 高阶滤波器高阶滤波器 滤波器在过渡带内的衰减速率非常慢，性能较差。滤波器在过渡带内的衰减速率非常慢，性能较差。如要加大衰减率、实现较为陡峭的滤波器边缘，应提高如要加大衰减率、实现较为陡峭的滤波器边缘，应提高滤波器的阶数，滤波器的阶数，将多个将多个 RC环节或环节或 LC环节级联，可以环节级联，可以使滤波器的性能有显著的提高，使过渡带曲线的陡峭度使滤波器的性能有显著的提高，使过渡带曲线的陡峭度得到改善。得到改善。但同时也会带来负载效应或耦合影响。但同时也会带来负载效应或耦合影响。924.4.3 实际实际RC滤波器滤波器 2.实际实际RC滤波电路及其基本特性滤波电路及其基本特性 基于运算放大器的基于运算放大器的有源