第7章信号调理电路及指示纪录装置.ppt
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1、学 习 要 求,掌握滤波器特性及分析方法 掌握调幅解调的原理 了解调频解调 了解常用的记录仪器 采样定理及量化误差,如何观测一个细小的昆虫的结构? 被测的量经过传感器变换后,已变为满足一定要求的电信号,但常常不能满足直接输出的要求。 需利用一定的信号调理电路来对信号进行变换和处理。变换、处理后的信号,可由记录仪器将其不失真地实时记录、存贮下来,供观察研究、数据处理或信号再现。 常见的有电桥转换,信号放大,硬件滤波,ACDC、VI、UF、调制、放大等。 信号调理器部分仅介绍 ,其他如电荷放大器、动态电阻应变仪将在后续章节中介绍。,滤波器,7.1 滤波器,滤波器是一种选频装置,可使信号中特定的频率
2、成分通过,而极大地衰减其它频率成分。在测试中利用滤波器的这种选频作用,可滤除干扰噪声或进行频谱分析。,筛子的作用?,滤波器分类及定义,根据滤波器的选频作用,一般分为低通、高通、带通、带阻滤波器。 处理信号的性质:数字、模拟(自动检测、自动控制、电子测量仪器) 是否含有有源器件:有源、无源 何种逼近方法:巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔 电路特性:一阶、二阶,低通滤波器,下图是低通滤波器,从0- 频率之间,幅频特性平直,它可使信号中低于 的频率成分几乎不受衰减地通过,而高于 的频率成分受到极大的衰减,,通带 阻带 截止频率,高通滤波器 与低通滤波器相反,从频率 其幅频特性平直,它使信号中高于 的频率成
3、分几乎不受衰减地通过,而低于 的频率成分将受到极大地衰减;,高通,带通滤波器 它的通频带在 之间,它使信号中高于 而低于 的频率成分可不受衰减地通过,而其它成分受到衰减;,带通,带阻滤波器 带阻滤波器,特性与带通滤波器刚好相反。,带阻,说明: 在每种滤波器中,在通带与阻带之间都存在一过渡带,在此带内,信号受到不同程度的衰减,这个过渡带是实际滤波器不可避免的。,滤波器,理想滤波器,理想滤波器是一个理想化的模型,是一种物理不可实现的系统。 理想滤波器具有矩形幅度特性和线性相移特性。其频率响应函数、幅频特性、相频特性分别为,为何要 讨论?,特点: 这种理想低通滤波器,将信号中低于截止频率 的频率成分
4、予以传输,无任何失真;而将高于 的频率成分完全衰减掉。,理想滤波器,理想模型,实际滤波器,理想滤波器:在通带内是一条直线。 实际滤波器:通带中幅频特性也并非常数,所以其主要参数有纹波幅度、截止频率、带宽、品质因素以及倍频程选择性等。,对比,实际滤波器的主要参数,纹波幅度d 在一定的频率范围内,实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化,其波动幅度d与幅频特性的平均值相比,越小越好,一般应远小于3dB,即,截止频率 幅频特性值等于 所对应的频率称为滤波器的截止频率。以 为参考值, 对应于 点,即相对于 衰减 。 若以信号的幅值平方表示信号功率,则所对应点正好是半功率点。,实际滤波器的主要参数,带宽B与品
5、质因素Q值 上、下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽,或 带宽,单位为Hz,带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力频率分辨力。 把中心频率 和带宽B之比称为滤波器的品质因素Q,Q值越大,表明滤波器分辨力越高。,实际滤波器的主要参数,倍频程选择性W 在两截止频率外侧,实际滤波器有一个过渡带,这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢。它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力,通常用倍频程选择性来表征。 所谓倍频程选择性是指在上截止频率fC2与2 fC2之间,或者在下截止频率fC1与fC1/2之间幅频特性的衰减,即频率变化一个倍频程时的衰减量。以dB表示。显然,衰减越快,滤波器
6、选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。,实际滤波器的主要参数,实际滤波器的主要参数,滤波器因素(或矩形系数) 滤波器选择性的另一种表示方法,是用滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比值来表示。 理想滤波器=1,通常使用的滤波器=(1-5)。有些滤波器因器件影响(如电容漏阻等),阻带衰减倍数达不到-60dB,则以标明的衰减倍数(如-40dB或-30dB)带宽与-3dB带宽之比来表示其选择性。,2RC调谐式滤波器的基本特性,在测试系统中,常用RC滤波器。因为在这一领域中,信号频率相对讲是不高的,而RC滤波电路简单,抗干扰性强,有较好的低频性能,且易通过标准阻容
7、元件来实现。,R2,e x,e y,C2,C1,R1,C1,(f),图7-7 RC带通滤波器及其幅频、相频特性,0,f,A(f),-450,450,0,f,1,3可实现的典型滤波网络函数,实用中的滤波器,在通频带内不平坦;在过渡部分不陡直;阻带部分不为零。而滤波器的设计是在一定限度内进行逼近的。“最佳逼近特性”的标准是根据滤波器的不同应用要求而定出的。如可只考虑幅频特性,而不考虑相频特性,如巴特沃斯、切比雪夫滤波器等,也可以提出相频特性而不关心幅频特性,如贝塞尔滤波器等。,信号调制的类型,一般正(余)弦调制可分为幅度调制、频率调制、相位调制三种,简称为调幅、调频、调相。本节讨论幅度调制及其解调
8、。,调幅解调,调幅与解调原理,调幅:是将一个高频正弦信号(载波)与测试信号相乘,使载波信号幅值随测试信号的变化而变化,现以余弦信号作为载波进行讨论。 由傅里叶变换的性质知,时域中两信号相乘,则对应在频域这两个信号进行卷积,即,一个函数与单位脉冲函数卷积的结果,就是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处,所以,若以高频余弦信号作载波,把信号 和载波信号 相乘,其结果就相当于把原信号频谱图形由原点平移至载波频率 处,其幅值减半 。即,余弦函数的频域,图形是一对脉冲谱线,即,这一过程就是调幅,调幅过程相当于频率“搬移”过程。若把调幅波 再次与载波信号 相乘,则频域图形将再次进行“搬移”,即 与 乘积的
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- 关 键 词:
- 信号 调理 电路 指示 纪录 装置
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