电子系统概述ppt课件.ppt
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1、7.1 电子系统概述,7 信号检测与处理电路,信号检测系统基本框图,提取测信号,放大测量信号抑制干扰信号,进一步去除无用信号,联系处理系统的桥梁,信号加工处理系统,7.2.1 测量放大器,应用:热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量等,7.2 信号检测系统中的放大电路,共模抑制比高,输入抗阻高,常用于测量直流缓变微弱信号,1. 三运放测量放大器,b. 电阻R3、R4、R5、R6要精密配合( R3= R5、 R4 =R6),a. 运放A1、A2的特性一致性,对电路要求:,(1)基本电路图,由图可知,(2)电路分析,输出信号共模信号uIc无关,令,因此,放大器具有很高的抑制共模信号的能力。,2. 单
2、片集成测量放大器AD521,集成化的三运放测量放大器。,性能指标:,(2) 输入阻抗3109。,(3) 增益带宽大于2MHz。,(4) 电压放大倍数0.11000,(5) 电源电压 (518)V。,(6) 过载能力较强,动态特性好。,(1) 共模抑制比120dB。,(1) 引脚说明,(2) 基本连接方式图,7.2.2 隔离放大器,特点:,信号传递的主要方式:,电磁耦合,即经过变压器传递信号,光电耦合,输入回路与输出回路之间是电绝缘的。,二极管三极管型,1. 光电耦合隔离放大器,光电耦合器原理图,二极管二极管型,Io,b. 采用负反馈技术,光电耦合器的特点,a.耦合器中的发光和光敏元件都是非线性
3、器件。,b.非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。,克服非线性失真采取的主要措施,a. 给非线性器件施加合适的直流偏置,在小范围内线性传输信息。,一种典型的光电耦合隔离放大器,电压并联负反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,串联负反馈的判断,电压串联负反馈,电压并联负反馈,工作原理,O1、O2特性相同,uCE2,uCE1= uCE2,uCE1,O1、O2特性相同,uO= uCE1,uI= uCE2,uO = uI,uCE2,uCE1= uCE2,uCE1,实现信号隔离,实现信号传输,输入、输出级之间是电气绝缘的,uO = uI,放大器原理图,2. 变压器隔离放大器,调 制,给输入侧提供能量,
4、两侧电源独立,恢复原低频信号,输入、输出侧间电气绝缘,变压器隔离放大器AD277原理图和引脚,7.3.1 滤波器的基础知识,功能:只允许某一部分频率的信号顺利的通过。,通带:能够通过信号的频率范围。,阻带:不能够通过信号的频率范围。,截止频率:通带和阻带之间的分界频率。,7.3 有源滤波器,滤波器的分类,a. 根据处理的信号不同,b. 根据使用的滤波元件不同,数字滤波器,模拟滤波器,RC型,LC型,RLC型,c. 根据工作频率不同,低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,全通滤波器,理想滤波器的幅频特性,低通,通 带,高通,带阻,带通,通 带,通 带,0.707,实际低通滤波器的幅频特
5、性,实际特性,理想特性,阻带,过渡带,通带,一阶滤波器,二阶滤波器,高阶滤波器,无源滤波器,有源滤波器,滤器的阶数越高,性能越好。,组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。,体积和重量比较大,电感还会引起电磁感应。,(a) 无源滤波器,电路简单,高频性能好,工作可靠,通带信号有能量损耗,负载效应比较明显,(b) 有源滤波器:,电路体积小、重量轻,通带内的信号可以放大,精度高、性能稳定、易于调试,负载效应小,组成:由电阻、电容和有源器件(如集成运放)组成,可以多级相联,用低阶来构成高阶滤波器,通带范围小,需要直流电源,适用于低频、低压、小功率等场合。,1. 一阶低通有源滤波器,7.3.2 低通
6、有源滤波器,(1) 电路组成,(2) 电路性能分析,a. 电路的传递函数,式中,Z1(s),Z2(s),故,令,滤波器的截止角频率,滤波器的通带增益,b. 滤波器的频率特性,令 s=jw,式中,称为滤波器的截止频率,即,因电路的频率特性与f 的一次方有关,故称之为一阶RC低通有源滤波器,c. 滤波器的幅频特性,d. 相频特性,3dB,幅频特性曲线,-20dB/十倍频,(3) 一阶滤波器特点,a. 电路简单,b. 过渡带输出的衰减慢,衰减速率20dB /十倍频,2. 二阶有源低通滤波器,(1) 电路组成,(2) 电路分析,a. 电路的传递函数,无限增益多路反馈型,对节点1、2列方程得:,对节点1
7、,对节点2,由上两式得,其中,电路的品质因数,滤波器的特征角频率,式中,为滤波器的通带增益,b. 滤波器的频率特性,令 s=jw,c. 滤波器的幅频特性,d. 滤波器的相频特性,e. 幅频特性分析,当n时,,由式,知,当n时,,电路具有低通滤波器特性,可见品质因数也影响滤波器频率特性,当=n时,,幅频特性曲线,这种滤波器称为切比雪夫(Chebyshev)型滤波器。,a. 特性有峰值。,b. Q值越大,尖峰越高 。,c. 当 时,电路将产生自激振荡。,d. 过渡带衰减速度较快。,c. Q值越小,通带有衰减衰减严重。,a. 特性无峰值。,b. 通带有衰减。,c. 幅频特性最平坦,a. 无峰值,b.
8、 通带内的减最小,巴特沃斯(Butterworth)型滤波器的幅频特性,当,-40dB/十倍频,1一阶高通有源滤波器,7.3.3 高通有源滤波器,(1) 低通与高通电路的对偶关系,b. 电路分析,(2) 一阶高通滤波器,a. 高通滤波电路,(a) 传递函数,式中,通带增益,截止角频率,滤波器的频率特性,令,(b) 频率特性,滤波器的截止频率,(c) 滤波器的幅频特性,由,得,幅频特性曲线,2二阶高通有源滤波器,(1) 电路组成,(2) 电路分析,压控电压源型电路,等效虚线内的电路,等效电路,对节点3、2列方程,节点3,节点2,a. 传递函数,由以上两式电路的传递函数为,其中,品质因数,通带增益
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