第四章信号的调理与 记录2
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22
一、信号的显示 1.动圈式磁电指示机构
2.模拟示波器
示波器是利用阴极射线管进行工作的。 阴极射线管是一种真空电子器件,由电子枪、偏转 系统和荧光屏三大部分组成。
23
24
4
3.数字示波器
4.数字存储示波器
有数据存储功能、显示系统的分辨率高、可以自动
测量、可进行数据通信等
25
26
二、信号的记录 传统的方法-光线示波器、磁带记录等已很少使用 现比较常用的: 1.用数据采集仪器进行信号记录 2.用计算机内插A/D卡进行数据采集与记录 3.仪器前段直接实现数据采集与记录
A0 0.707A0
d
Q=W0 / B
0 B
0
fc1
fc2
f
1)截止频率fc:0.707A0( -3dB)所对应的频率. 2)纹波幅度d:绕幅频特性均值A0波动值
3)带宽B和品质因数Q:上下两截频间的频率范围 称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。
5
4)倍频程选择性W 指在上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与
9
10
覆盖整个频率范围
1、恒带宽比(Q)滤波器
定义:采用具有同样Q值的调谐滤波器做成邻接式 滤波器组 。
设一带通滤波器的低端截止频率为fc1i,高端截止频率
为fc2i,则
fc2i=2n fc1i
n—称为倍频程数
n=1,称为倍频程滤波器;
n=1/3,称为1/3倍频程滤波器。
恒带宽比滤波器特点:其通频带在低频带甚
27
5
A3 ( f ) = 1 − A4 ( f )
3
二、滤波器性能分析
1、理想滤波器
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都 不失真,阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。
理想低通滤波器的频率 特性:
( ) H f
=
⎪⎧ ⎨
A0
e−
j 2πf0t
⎪⎩0
f < fc 其它
理想滤波器不可能存在
4
2、实际滤波器的特征参数
• 目的:加强滤波效果。 • 高阶滤波器由低阶滤波器串
联接成。在改善频率选择性 的同时,总的相频特性是个 环节相频特性的叠加。 8
有源滤波器 能减轻负载效应
四、带通滤波器在信号频率分析中的应用
为了提取信号中某些特殊频率成分,可将信号通 过一组放大倍数相同而中心频率不同的带通滤波器. 其带宽和中心频率间满足一定关系
即可以构成一个 201倍的高输入阻抗、高共 模抑制比的放大19器
20
三、可编程增益放大器
该电路有多种增益,并且增益可以通过计算机来改变
21
第五节 测试信号的显示与记录
目的:
1)测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小 或实时波形; 2)及时掌握测试系统的动态信息,及时采取相 应的措施-增益调整、滤波等; 3)记录信号的重现; 4)对信号进行后续的分析和处理。
后一窄个,带而通在滤高波频器带的内中则心较频宽率,为因f而0i,滤与波前器一组个的中频心 频率率分f0(辨i-1)力也在满低足频:段较好f0i=,2在n f0高(i-1频) 段则特差。
且 f 0i = fc1i f c 2i
11
1/3倍频程滤波器
• n=1的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 16
31.5 63
R = uA − uB = T IC
14
时间常数 τ = R1C1
而电阻
R1
=
T C
=
1 fC
由开关电容组成的低通滤波器的时间常数
τ
=
C1 C⋅ f
15
第四节 信号的放大
一、放基大本电放路大应电具路有的功能:
1)足够的放大倍数
2)高输入阻抗,低输出阻抗
3)高共模抑制能力
4)低反温馈漂电、阻低R噪F值声不、能低太失大调,电否压则和会电产流生较大的 -噪-声运及算漂放移大,器一电般路为可几满十足千欧至几百千欧。R1
1/ 2πτ
f
f
调节RC可方便的改变截止频7 率
一阶RC高通滤波器
ux (t)
H(s) = Uy(s) = U x (s)
R R+ 1
=
RCs = τs RCs + 1 τs + 1
C
cs
uy (t) R
| H( f )|
1
1/ 2
过渡带过长,
1/ 2πτ
f
φ( f )
90o
45o f
滤波器的串联
通带和阻带间无明显的界限
第三节 滤波器
滤波器是一种选频装置,可以使 信号中特定频率成分通过,而极大地 衰减其他频率成分.
1
一、滤波器分类
• 根据滤波器的选频作 用来分
1、低通滤波器 2、高通滤波器 3、带通滤波器 4、带阻滤波器
• 根据滤波器的元件类 型来分
1、RC滤波器
2、LC滤波器
3、晶体谐振滤波器
• 根据构成滤波器的电 路性质
125 250 …
带 宽(Hz) 11.05 22.09 44.19 88.36 176.75…
• n=1/3的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63…
带 宽(Hz) 2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11.5 14.5…
12
2
2、恒带宽滤波器 在所有的频段都具有相同的带宽,则频率分辨力不变
射级跟随器可 提高输入阻抗
17
18
3
二、仪器放大器
集成仪器放大器INA114
该电路输出电压与差动 输入电压之间的关系
uo
=
⎜⎜⎝⎛1 +
R1 + R2 RG
⎟⎟⎠⎞
R5 R3
(ui 2
−
ui1 )
若选取 R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 10kΩ, RG = 100Ω
热电偶放大电路
1、有源滤波器
2、无源滤波器
• 根据滤波器所处理的 信号性质
1、模拟滤波器 2、数字滤波器
2
A1(f) 1
A2(f) 1
A3(f) 1
0
0
f2
f
f1
低通滤波器
高通滤波器
A4(f)
相
1
互
关
0 f1 f2 f
系
带阻滤波器
f
0 f1
f2 f
带通滤波器
A2 ( f ) = 1 − A1( f )
A4 ( f ) = A1( f )+ A2( f )
五、开关电容滤波器
是由MOS开关、 MOS电容和运算放大器组成的一种 集成电路,以开关电容代替RC滤波电路中的电阻 R。
可根据要分析信号的 频率范围改变通带
13
在一个开关周期T 内,通过电容C由A 传送到B的电荷量 为:
∆q = CuA − CuB
平均电流量: I = CuA − CuB
T
等效电阻:
2fc1之间幅频特性的衰减值,即频率变化一个倍频程 时的衰减量。
W = −20 lg A(2 fc2 ) A( fc2 )
W = −20 lg A(2 fc1 ) A( fc1 )
以dB/oct表示(Octave,倍频程)。衰减越快(即 W值越大),滤波器的选择性越好。
5)滤波器因数(矩形系数)λ 滤波器-60dB与-30dB带宽之比
的取值应远大于信号源Ui的内阻。
烟雾报警器
酒精传感器
16
二氧化碳传感器
3)差分放大器
2)同相放大器
同相放大器也是最基 本的电路 ,其闭环电压 增益Av为:
也不能提供足够的输 入阻抗和共模抑制比
Av
=1+
RF R1
同相放大器具有输入阻抗非常高,输出阻
抗很低的特点,广泛用于前置放大级但易于引 入共模干扰。
λ = B−60dB
B− 3dB
6
1
三、 实际滤波电路
一阶RC低通滤波器
1
H(s) = U y(s) = U x (s)
cs R+ 1
=
1 =1 RCs + 1 τs + 1
wk.baidu.comcs
ux (t) R i(t)
| H( f )|
1 1/ 2
fc
=
1 2πRC
uy (t) C
φ( f )
− 45o − 90o
一、信号的显示 1.动圈式磁电指示机构
2.模拟示波器
示波器是利用阴极射线管进行工作的。 阴极射线管是一种真空电子器件,由电子枪、偏转 系统和荧光屏三大部分组成。
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4
3.数字示波器
4.数字存储示波器
有数据存储功能、显示系统的分辨率高、可以自动
测量、可进行数据通信等
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二、信号的记录 传统的方法-光线示波器、磁带记录等已很少使用 现比较常用的: 1.用数据采集仪器进行信号记录 2.用计算机内插A/D卡进行数据采集与记录 3.仪器前段直接实现数据采集与记录
A0 0.707A0
d
Q=W0 / B
0 B
0
fc1
fc2
f
1)截止频率fc:0.707A0( -3dB)所对应的频率. 2)纹波幅度d:绕幅频特性均值A0波动值
3)带宽B和品质因数Q:上下两截频间的频率范围 称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数 。
5
4)倍频程选择性W 指在上截止频率fc2与2fc2之间或下截止频率fc1与
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10
覆盖整个频率范围
1、恒带宽比(Q)滤波器
定义:采用具有同样Q值的调谐滤波器做成邻接式 滤波器组 。
设一带通滤波器的低端截止频率为fc1i,高端截止频率
为fc2i,则
fc2i=2n fc1i
n—称为倍频程数
n=1,称为倍频程滤波器;
n=1/3,称为1/3倍频程滤波器。
恒带宽比滤波器特点:其通频带在低频带甚
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5
A3 ( f ) = 1 − A4 ( f )
3
二、滤波器性能分析
1、理想滤波器
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都 不失真,阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。
理想低通滤波器的频率 特性:
( ) H f
=
⎪⎧ ⎨
A0
e−
j 2πf0t
⎪⎩0
f < fc 其它
理想滤波器不可能存在
4
2、实际滤波器的特征参数
• 目的:加强滤波效果。 • 高阶滤波器由低阶滤波器串
联接成。在改善频率选择性 的同时,总的相频特性是个 环节相频特性的叠加。 8
有源滤波器 能减轻负载效应
四、带通滤波器在信号频率分析中的应用
为了提取信号中某些特殊频率成分,可将信号通 过一组放大倍数相同而中心频率不同的带通滤波器. 其带宽和中心频率间满足一定关系
即可以构成一个 201倍的高输入阻抗、高共 模抑制比的放大19器
20
三、可编程增益放大器
该电路有多种增益,并且增益可以通过计算机来改变
21
第五节 测试信号的显示与记录
目的:
1)测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小 或实时波形; 2)及时掌握测试系统的动态信息,及时采取相 应的措施-增益调整、滤波等; 3)记录信号的重现; 4)对信号进行后续的分析和处理。
后一窄个,带而通在滤高波频器带的内中则心较频宽率,为因f而0i,滤与波前器一组个的中频心 频率率分f0(辨i-1)力也在满低足频:段较好f0i=,2在n f0高(i-1频) 段则特差。
且 f 0i = fc1i f c 2i
11
1/3倍频程滤波器
• n=1的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 16
31.5 63
R = uA − uB = T IC
14
时间常数 τ = R1C1
而电阻
R1
=
T C
=
1 fC
由开关电容组成的低通滤波器的时间常数
τ
=
C1 C⋅ f
15
第四节 信号的放大
一、放基大本电放路大应电具路有的功能:
1)足够的放大倍数
2)高输入阻抗,低输出阻抗
3)高共模抑制能力
4)低反温馈漂电、阻低R噪F值声不、能低太失大调,电否压则和会电产流生较大的 -噪-声运及算漂放移大,器一电般路为可几满十足千欧至几百千欧。R1
1/ 2πτ
f
f
调节RC可方便的改变截止频7 率
一阶RC高通滤波器
ux (t)
H(s) = Uy(s) = U x (s)
R R+ 1
=
RCs = τs RCs + 1 τs + 1
C
cs
uy (t) R
| H( f )|
1
1/ 2
过渡带过长,
1/ 2πτ
f
φ( f )
90o
45o f
滤波器的串联
通带和阻带间无明显的界限
第三节 滤波器
滤波器是一种选频装置,可以使 信号中特定频率成分通过,而极大地 衰减其他频率成分.
1
一、滤波器分类
• 根据滤波器的选频作 用来分
1、低通滤波器 2、高通滤波器 3、带通滤波器 4、带阻滤波器
• 根据滤波器的元件类 型来分
1、RC滤波器
2、LC滤波器
3、晶体谐振滤波器
• 根据构成滤波器的电 路性质
125 250 …
带 宽(Hz) 11.05 22.09 44.19 88.36 176.75…
• n=1/3的倍频程滤波器
中心频率(Hz) 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63…
带 宽(Hz) 2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11.5 14.5…
12
2
2、恒带宽滤波器 在所有的频段都具有相同的带宽,则频率分辨力不变
射级跟随器可 提高输入阻抗
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二、仪器放大器
集成仪器放大器INA114
该电路输出电压与差动 输入电压之间的关系
uo
=
⎜⎜⎝⎛1 +
R1 + R2 RG
⎟⎟⎠⎞
R5 R3
(ui 2
−
ui1 )
若选取 R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 10kΩ, RG = 100Ω
热电偶放大电路
1、有源滤波器
2、无源滤波器
• 根据滤波器所处理的 信号性质
1、模拟滤波器 2、数字滤波器
2
A1(f) 1
A2(f) 1
A3(f) 1
0
0
f2
f
f1
低通滤波器
高通滤波器
A4(f)
相
1
互
关
0 f1 f2 f
系
带阻滤波器
f
0 f1
f2 f
带通滤波器
A2 ( f ) = 1 − A1( f )
A4 ( f ) = A1( f )+ A2( f )
五、开关电容滤波器
是由MOS开关、 MOS电容和运算放大器组成的一种 集成电路,以开关电容代替RC滤波电路中的电阻 R。
可根据要分析信号的 频率范围改变通带
13
在一个开关周期T 内,通过电容C由A 传送到B的电荷量 为:
∆q = CuA − CuB
平均电流量: I = CuA − CuB
T
等效电阻:
2fc1之间幅频特性的衰减值,即频率变化一个倍频程 时的衰减量。
W = −20 lg A(2 fc2 ) A( fc2 )
W = −20 lg A(2 fc1 ) A( fc1 )
以dB/oct表示(Octave,倍频程)。衰减越快(即 W值越大),滤波器的选择性越好。
5)滤波器因数(矩形系数)λ 滤波器-60dB与-30dB带宽之比
的取值应远大于信号源Ui的内阻。
烟雾报警器
酒精传感器
16
二氧化碳传感器
3)差分放大器
2)同相放大器
同相放大器也是最基 本的电路 ,其闭环电压 增益Av为:
也不能提供足够的输 入阻抗和共模抑制比
Av
=1+
RF R1
同相放大器具有输入阻抗非常高,输出阻
抗很低的特点,广泛用于前置放大级但易于引 入共模干扰。
λ = B−60dB
B− 3dB
6
1
三、 实际滤波电路
一阶RC低通滤波器
1
H(s) = U y(s) = U x (s)
cs R+ 1
=
1 =1 RCs + 1 τs + 1
wk.baidu.comcs
ux (t) R i(t)
| H( f )|
1 1/ 2
fc
=
1 2πRC
uy (t) C
φ( f )
− 45o − 90o