第四章 信號調(diào)理與記錄ppt課件

1、山東理工大學機械學院第第4章章 信號的調(diào)理與記錄信號的調(diào)理與記錄 傳感器輸出的電信號大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)理，使之轉換為便于處理、接收和顯示的形式。 信號調(diào)理與記錄中常用環(huán)節(jié) ： 電橋、調(diào)制與解調(diào)、放大器、濾波器、記錄器等。 山東理工大學機械學院第一節(jié)第一節(jié) 電橋電橋電橋電橋 將電阻、電容、電感等參數(shù)的變將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化轉換為電壓或電流輸出的一種測量化轉換為電壓或電流輸出的一種測量電路。其轉換的實質(zhì)是一種信息的傳電路。其轉換的實質(zhì)是一種信息的傳遞，即通過電參量來控制工作電壓的遞，即通過電參量來控制工作電壓的幅度變化，從而將電參量變化的信息幅

2、度變化，從而將電參量變化的信息加到輸出電壓信號上，其能量由工作加到輸出電壓信號上，其能量由工作電源提供。電源提供。電橋電路簡單可靠，具有很高的精度電橋電路簡單可靠，具有很高的精度和靈敏度和靈敏度被廣泛的用作儀器測量電路。被廣泛的用作儀器測量電路。山東理工大學機械學院電橋按其所使用的激勵電源類型 直流電橋交流電橋按其工作原理 平衡電橋不平衡電橋按橋臂接入的阻抗元件不同電阻電橋電容電橋電感電橋山東理工大學機械學院 一、直流電橋一、直流電橋圖圖41 直流電橋的基本結構形式直流電橋的基本結構形式 山東理工大學機械學院 當輸入端后接輸入阻抗較大的儀表或放大電路時，可視為開當輸入端后接輸入阻抗較大的儀表或

3、放大電路時，可視為開路，其輸出電流為零，此時有路，其輸出電流為零，此時有 111012abRUI RURR0234UIRR0112UIRRa與b之間和a與d之間的電位差分別為424034adRUI RURR由此可得輸出電壓13241400012341234()()()yabadR RR RRRUUUUUURRRRRRRR（44） （43） （42） （41） 山東理工大學機械學院 由式由式(44)可知，若要使輸出為零，亦即當電橋平衡時，可知，若要使輸出為零，亦即當電橋平衡時，則應有則應有4231RRRR （45） 討論：討論：式式4 45 5為直流電橋平衡條件。若電橋中任一個或數(shù)個電阻為直流電

4、橋平衡條件。若電橋中任一個或數(shù)個電阻發(fā)生變化，電橋輸出電壓變化。測量電橋就是基于上述原發(fā)生變化，電橋輸出電壓變化。測量電橋就是基于上述原理工作。理工作。山東理工大學機械學院圖圖42 直流電橋的連接方式直流電橋的連接方式 a半橋單臂半橋單臂 b半橋雙臂半橋雙臂 c全橋全橋電橋連接形式:半橋單臂，半橋雙臂和全橋連接 山東理工大學機械學院（1 1半橋單臂連接形式：工作時僅有一個橋臂電阻值隨半橋單臂連接形式：工作時僅有一個橋臂電阻值隨被測量而變化，設該電阻為被測量而變化，設該電阻為R1R1，變化量為，變化量為RR，則由式，則由式4-14-1可得：可得：設相鄰橋臂的阻值相等，亦即：設相鄰橋臂的阻值相等，

5、亦即：R1=R2=R0,R3=R4=R0,R1=R2=R0,R3=R4=R0,又若又若R0=R0,R0=R0,那么那么 若若RR0,R0 0 ； 若為電容性阻抗時，若為電容性阻抗時，0 V12、i23i12，電流的流向是，電流的流向是52VD23d地負載地負載c5。當載波電壓。當載波電壓為負時，變壓器為負時，變壓器A和和B的極性同時改變，的極性同時改變，VD3、VD4導通，且導通，且V41V34、i41i34，電流的流向是，電流的流向是54VD41d地負載地負載c5。也就是，當。也就是，當原信號為正時，相敏檢波電路的輸出為負，與原信原信號為正時，相敏檢波電路的輸出為負，與原信號反相。號反相。

6、山東理工大學機械學院若原信號若原信號x(t)x(t)為負，調(diào)幅波為負，調(diào)幅波xm(t)xm(t)與載波與載波y(t)y(t)異相，如圖中異相，如圖中a-ba-b段所示。段所示。當載波為正時，變壓器當載波為正時，變壓器B B的極性如圖中所示，變壓器的極性如圖中所示，變壓器A A的極性卻與圖中相的極性卻與圖中相反。這時反。這時VD1VD1、VD2VD2導通，且導通，且V23V12V23V12、i23i12i23i12，電流的流向是，電流的流向是d d1 1VD1VD12 25 5c c負載地負載地d d。當載波電壓為負時，。當載波電壓為負時，VD3VD3、VD4VD4導通，且導通，且V41V34V

7、41V34、i41i34i41i34，電流的流向是，電流的流向是d d3 3VD3VD34 45 5c c負載地負載地d d。也就是，當原信號為負時，相敏檢波電路的輸出為正，也與原信號反相。也就是，當原信號為負時，相敏檢波電路的輸出為正，也與原信號反相。山東理工大學機械學院圖圖411 相敏檢波相敏檢波正1. 52VD23d地負載c5 2. 54VD41d地負載c5 負1.d1VD125c負載地d2. d3VD345c負載地d山東理工大學機械學院 這種相敏檢波是利用二極管的單向?qū)ㄗ饔脤㈦娐份敵鰳O性換向。 在0-a段把xm(t)的零線上的正部翻下來，而在a-b段的負部翻上去。信號uf是經(jīng)過反轉后

8、的相敏檢波的輸出，經(jīng)過電容C、Rf組成的低通濾波器后，輸出的信號uc能夠反應調(diào)制信號的波形，經(jīng)過適當放大倍數(shù)的反相放大器，能夠完全復現(xiàn)調(diào)制信號。山東理工大學機械學院動態(tài)電阻應變儀為電橋調(diào)幅與相敏檢波的典型實例。振蕩器輸出等幅高頻振蕩電壓一般頻率為10kHz或15kHz），一方面振蕩器為電橋提供電源，調(diào)制信號通過電橋調(diào)制振蕩器輸出的高頻信號,并輸出調(diào)幅波；另一方面，為相敏檢波電路提供參考信號。調(diào)幅波經(jīng)過放大，最后經(jīng)相敏檢波與低通濾波獲得所測信號。山東理工大學機械學院二、調(diào)頻及其解調(diào)二、調(diào)頻及其解調(diào) 1調(diào)頻調(diào)頻 (頻率調(diào)制頻率調(diào)制)是利用信號電壓的幅值控制一個振蕩器，是利用信號電壓的幅值控制一個振

9、蕩器，振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量和信號電壓成正振蕩器輸出的是等幅波，但其振蕩頻率偏移量和信號電壓成正比。當信號電壓為零時，調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率；信號比。當信號電壓為零時，調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率；信號電壓為正值時頻率提高，負值時則降低。電壓為正值時頻率提高，負值時則降低。 00000( )cos( )cos( )fy tAtAtx ttkx txtAtk x t dt設載波若保持振幅 為常數(shù)，讓載波瞬時角頻率（）隨調(diào)制信號（）變化，有此時調(diào)頻信號可表示山東理工大學機械學院山東理工大學機械學院常用的調(diào)頻方法 (1)直接調(diào)頻法：被測參數(shù)的變化直接引起傳感器輸出信號頻率的改變，

10、振弦式傳感器 (2)參數(shù)調(diào)頻法：首先將被測參數(shù)的變化轉換為傳感器的L、R或C的變化，將傳感器線圈、電容或電阻接在一定振蕩回路中，這樣被測參數(shù)變化就會引起振蕩器振蕩頻率的變化，輸出調(diào)頻信號。 (3) 電壓調(diào)頻法：利用電壓變化來控制振蕩頻率的變化，壓控振蕩器是一種常用的調(diào)頻方法。壓控振蕩器的輸出瞬時頻率與輸入的控制電壓值成線性關系。山東理工大學機械學院壓控振蕩器 輸出瞬時頻率與輸入控制電壓值成線性關系。由原理圖知，A1是一個正反饋放大器，其輸出電壓受穩(wěn)壓管Vw牽制，或+Vw或-Vw。M是乘法器，A2是積分器，假設開始時A1輸出處于+Vw，乘法器輸出uz是正電壓，A2的輸出端電壓將線性下降。 當降到

11、比-Vw更低時，A1翻轉，其輸出將為-Vw。同時乘法器的輸出，A2的輸入也隨之變?yōu)樨撾妷海浣Y果是A2的輸出將線性上升。當A2輸出到達+Vw，A1又將翻轉，輸出+Vw，故在常值正電壓ux下，振蕩器的A2輸出頻率一定的三角波，A1則輸出同一頻率的方波uy。山東理工大學機械學院 乘法器M的一個輸入端uy幅度為定值( )，改變另一個輸入值ux就可以線性地改變其輸出uz。因此積分器A2的輸入電壓也隨之改變。這將導致積分器由-Vw充電至+Vw，(或由+Vw放電至-Vw)所需時間的變化。所以振蕩器的振蕩頻率將和電壓ux成正比，改變ux值就達到控制振蕩頻率的目的。wV山東理工大學機械學院2 2鑒頻電路鑒頻電

12、路 調(diào)頻波的解調(diào)又稱為鑒頻，是將頻調(diào)頻波的解調(diào)又稱為鑒頻，是將頻率變化恢復成調(diào)制信號電壓幅值變化的過率變化恢復成調(diào)制信號電壓幅值變化的過程。程。 實現(xiàn)鑒頻過程的方案很多，常用的實現(xiàn)鑒頻過程的方案很多，常用的鑒頻方法有采用變壓器耦合的失諧回路鑒鑒頻方法有采用變壓器耦合的失諧回路鑒頻方法，也稱斜率鑒頻，是測試儀器常用頻方法，也稱斜率鑒頻，是測試儀器常用的鑒頻方法。的鑒頻方法。山東理工大學機械學院 L1、L2是一次、二次邊線圈，和C1、C2組成并聯(lián)諧振回路，調(diào)頻波經(jīng)過C1、L1耦合，加于C2、L2的諧振回路上。將等幅調(diào)頻波uf頻率輸入為諧振頻率fn時，線圈L1、L2中的耦合電流最大，二次邊輸出電壓u

13、a也最大。uf頻率離開fn，ua也隨之下降。ua的頻率和uf保持一致，但幅值ua卻是變化，幅值和頻率關系見圖。利用特性曲線的亞諧振區(qū)近似直線的一段實現(xiàn)頻率/電壓變換。被測量(如位移)為零時，f0為對應特性曲線上升部分的中點。將ua經(jīng)由VD、R、C組成的包絡檢波電路，即可得到與被測信號x(t)成比例的輸出電壓uc。山東理工大學機械學院 鑒頻電路缺點是線性鑒頻電路缺點是線性范圍較窄，可以采用范圍較窄，可以采用雙失諧回路鑒頻器。雙失諧回路鑒頻器。 二個諧振器回路的二個諧振器回路的f01f01和和f02f02分別比載波分別比載波頻率頻率fcfc高和低高和低 。隨著隨著usus頻率的變化，頻率的變化，回

14、路回路1 1的輸出的輸出us1us1與與回路回路2 2的輸出的輸出us2us2分分別如圖別如圖 d) d)和和 e) e)所示。所示。回路回路l l的輸出靈敏度的輸出靈敏度單位頻率變化而引單位頻率變化而引起的輸出幅值變化起的輸出幅值變化隨著頻率升高而上升。隨著頻率升高而上升。回路回路2 2的輸出靈敏度的輸出靈敏度隨著頻率升高而下降。隨著頻率升高而下降。總輸出為二者絕對值總輸出為二者絕對值之和。線性得到改善，之和。線性得到改善，靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍 0f山東理工大學機械學院信號放大是為了將微弱的傳感器信號，放大到足以進行各種信號放大是為了將微弱的傳感器信號，放大到足以進行各種轉換處理，或

15、推動指示器、記錄器以及各種控制機構。轉換處理，或推動指示器、記錄器以及各種控制機構。為保證測量精度，要求放大電路具有如下：為保證測量精度，要求放大電路具有如下：足夠的放大倍數(shù)；足夠的放大倍數(shù)；高輸入阻抗，低輸出阻抗；高輸入阻抗，低輸出阻抗；高共模抑制能力；高共模抑制能力；低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流。低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流。說明：集成運算放大器具備上述特點。說明：集成運算放大器具備上述特點。第三節(jié)第三節(jié) 信號的放大與衰減信號的放大與衰減 山東理工大學機械學院 一、基本放大器 反相放大器(a)、同相放大器(b) 、基本差動放大器(c)三種基本放大電路的基本形式。山東理工大學機械學院

16、 反相放大電路性能穩(wěn)定，但輸入阻抗比較低，容易對傳感器形成負載效應； 同相放大電路輸入阻抗高，但易受干擾和精度低； 差動放大電路把兩個輸入信號分別輸入到運算放大器的同相和反相輸入端，然后在輸出端取出兩個信號的差模成分，抑制兩個信號的共模成分的電路。結構簡單，但輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難，使其應用受到很大限制。 運算放大器不論是作為同相放大器還是反相放大器，電路都是采用電壓負反饋的形式，電路的閉環(huán)輸出阻抗都非常小。山東理工大學機械學院二、儀器放大器二、儀器放大器典型的儀器放大電路由三個集成運放構成的，如下典型的儀器放大電路由三個集成運放構成的，如下圖。圖。兩個輸入端分別是兩個集成運放、的同相兩個

17、輸入端分別是兩個集成運放、的同相輸入端，因此輸入電阻很高。輸入端，因此輸入電阻很高。構成差分放大電路，兩邊電阻對稱，可以消除構成差分放大電路，兩邊電阻對稱，可以消除上述遠距離測量時的共模干擾。同時當、上述遠距離測量時的共模干擾。同時當、輸出端上產(chǎn)生的漂移電壓對稱時，在輸出輸出端上產(chǎn)生的漂移電壓對稱時，在輸出V中也被消除。因此該電路有很高的共模抑制中也被消除。因此該電路有很高的共模抑制能力和較低的輸出漂移電壓。能力和較低的輸出漂移電壓。山東理工大學機械學院山東理工大學機械學院儀器放大器(儀用放大器)。為提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，應使電路上下對稱，即取R1R2，R4R6，R5R7。

18、若A1、A2、A3都是理想運放，則V1V4，V2=V5，故有： （4-23） （4-24） 山東理工大學機械學院該電路輸出電壓與差動輸入電壓之間的關系可以下式表示該電路輸出電壓與差動輸入電壓之間的關系可以下式表示 若取若取RlR2=R4R6=R5R7=10K，即可以構成一個，即可以構成一個Af =201倍的高輸入阻抗、高共模抑制比的放大器。倍的高輸入阻抗、高共模抑制比的放大器。 世界許多公司都有自己的集成儀器放大器，如美國世界許多公司都有自己的集成儀器放大器，如美國AD公公司生產(chǎn)的司生產(chǎn)的AD612和和AD614，美國，美國BB公司推出的公司推出的INA114等。等。都是根據(jù)儀器放大器原理設計

19、的三運放結構單片集成電路，都是根據(jù)儀器放大器原理設計的三運放結構單片集成電路，其它型號的儀器放大器，雖然電路有所區(qū)別，但基本性能是其它型號的儀器放大器，雖然電路有所區(qū)別，但基本性能是一致的，如一致的，如AD521、AD522等等 山東理工大學機械學院 世界許多公司都推出了自己的集成儀器放大器，如美國AD公司生產(chǎn)的AD612和AD614，美國BB公司推出的INA114等。它們都是根據(jù)儀器放大器原理設計的三運放結構單片集成電路，其它型號的儀器放大器，雖然電路有所區(qū)別，但基本性能是一致的，如AD521、AD522等。 山東理工大學機械學院電橋與AD612組成的放大電路AD612集成測量放大器，具有高

20、精度、高速度山東理工大學機械學院三、可編程增益放大器三、可編程增益放大器多回路檢測系統(tǒng)，輸入信號變化范圍不同，要提供多量程放多回路檢測系統(tǒng)，輸入信號變化范圍不同，要提供多量程放大器。利用計算機編程改變增益的放大器為可編程增益放大器。利用計算機編程改變增益的放大器為可編程增益放大器。大器?？删幊淘鲆娣糯笃鳛榭删幊淘鲆娴姆聪喾糯笃?。包括：電阻可編程增益放大器為可編程增益的反相放大器。包括：電阻網(wǎng)絡、模擬開關、譯碼器和儀器放大器。網(wǎng)絡、模擬開關、譯碼器和儀器放大器。也可不用譯碼器，由計算機也可不用譯碼器，由計算機I/O口控制口控制y1、y2、y3、y4，得，得到到24個不同增益。個不同增益。山東理工

21、大學機械學院y1Uo A80k80k40k40k10k10k20k20kS4S3S2S1Uiy3y4y2x1x2Rf譯碼器山東理工大學機械學院 x1 x2y1 y2 y3 y4閉合開關 0 00 1 1 1 S1 0 11 0 1 1 S2 1 01 1 0 1 S3 1 11 1 1 0 S4山東理工大學機械學院一、概述一、概述信號分析：被測信號一般由多個頻率分量組成，檢測中得到信號分析：被測信號一般由多個頻率分量組成，檢測中得到的信號除包含有效信息外，還含有噪聲和不希望的成分，的信號除包含有效信息外，還含有噪聲和不希望的成分，會導致真實信號的畸變和失真。需要有一種電路能選出會導致真實信號的

22、畸變和失真。需要有一種電路能選出有用的頻率信號，抑制掉無用的與信號頻率不同的噪聲。有用的頻率信號，抑制掉無用的與信號頻率不同的噪聲。濾波：讓被測信號中的有效成分通過而將其中不需要的成分濾波：讓被測信號中的有效成分通過而將其中不需要的成分抑制或衰減掉的一種過程。抑制或衰減掉的一種過程。 濾波器：能實施濾波功能的裝置濾波器：能實施濾波功能的裝置第四節(jié)第四節(jié) 濾波器濾波器 山東理工大學機械學院 濾波器分類濾波器分類 （1根據(jù)其選頻作用，可分為四類：根據(jù)其選頻作用，可分為四類： 低通濾波器；低通濾波器； 高通濾波器；高通濾波器； 帶通濾波器；帶通濾波器； 帶阻濾波器。帶阻濾波器。 四類濾波器的幅頻特性

23、四類濾波器的幅頻特性（a a低通低通 （b b高通高通 （c c帶通帶通 （d d帶阻帶阻山東理工大學機械學院二、濾波器性能分析二、濾波器性能分析1 1、模型、模型 理想低通濾波器：能使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，理想低通濾波器：能使通帶內(nèi)信號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，其通帶和阻帶之間阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。有明顯的分界線。 即具有矩形幅頻特性和線性相頻特性。即具有矩形幅頻特性和線性相頻特性。 其他0ffeAfHctf2j00山東理工大學機械學院理想低通濾波器的幅、相頻特性理想低通濾波器的幅、相頻特性 山東理工大學

24、機械學院 由頻率特性可知，該濾波器函數(shù)在時域內(nèi)的脈沖響應函數(shù)h(t)為 函數(shù)， 圖形4-25所示。脈沖響應的波形沿橫坐標左、右無限延伸，在t0時刻，單位脈沖輸入濾波器之前，即在t0時，濾波器就已經(jīng)有響應了。顯然，這是非因果關系，是不能實現(xiàn)的。這說明在截止頻率處呈現(xiàn)直角銳變的幅頻特性，或者在頻域內(nèi)用矩形窗函數(shù)描述的理想濾波器是不可能存在的。實際濾波器的頻域圖形不會在某個頻率上完全截止，而會逐漸衰減并延伸到 。4-25 理想低通濾波器的頻率響應理想低通濾波器的頻率響應sinc山東理工大學機械學院2、濾波器參數(shù)、濾波器參數(shù)理想濾波器只需規(guī)定截止頻率即可說明其特性，而理想濾波器只需規(guī)定截止頻率即可說明

25、其特性，而實際濾波器的特性曲線無明顯轉折點，通帶中幅實際濾波器的特性曲線無明顯轉折點，通帶中幅頻特性也非常數(shù)，需更多參數(shù)描述其性能。頻特性也非常數(shù)，需更多參數(shù)描述其性能。主要參數(shù)包括：紋波幅度、截止頻率、帶寬、品質(zhì)主要參數(shù)包括：紋波幅度、截止頻率、帶寬、品質(zhì)因數(shù)、倍頻程選擇性、濾波器因數(shù)。因數(shù)、倍頻程選擇性、濾波器因數(shù)。 山東理工大學機械學院圖圖4-24 4-24 理想和實際的帶通濾波器的幅頻特性理想和實際的帶通濾波器的幅頻特性山東理工大學機械學院截止頻率：幅頻特性值等于截止頻率：幅頻特性值等于 所對應的所對應的頻率點；頻率點；紋波幅度紋波幅度：通帶中幅頻特性值的起伏變化值；：通帶中幅頻特性值

26、的起伏變化值；帶寬帶寬B B：上下兩截止頻率之間的頻率范圍：上下兩截止頻率之間的頻率范圍B= c2-c1 B= c2-c1 ，又稱，又稱-3dB-3dB帶寬；帶寬；品質(zhì)因子品質(zhì)因子Q Q值）：對于一個帶通濾波器，其品質(zhì)因子值）：對于一個帶通濾波器，其品質(zhì)因子Q Q則定義為中心頻率則定義為中心頻率00與帶寬與帶寬B B之比，即之比，即Q= 0/BQ= 0/B。)3(20dBA山東理工大學機械學院倍頻程選擇性：上截止頻率倍頻程選擇性：上截止頻率c2c2與與2c22c2之間或下截止頻之間或下截止頻率率c1 c1 與與c1 /2c1 /2間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一

27、個倍頻程的衰減量，以個倍頻程的衰減量，以dBdB表示。倍頻程選擇性表征過渡表示。倍頻程選擇性表征過渡帶的幅頻曲線傾斜的程度，即幅頻特性衰減的快慢。帶的幅頻曲線傾斜的程度，即幅頻特性衰減的快慢。濾波器因數(shù)矩形系數(shù)濾波器因數(shù)矩形系數(shù)：濾波器幅頻特性的：濾波器幅頻特性的 -60dB -60dB帶寬與帶寬與-3dB-3dB帶寬的比，即帶寬的比，即 對理想濾波器有對理想濾波器有=1=1。對普通使用的濾波器，對普通使用的濾波器，一般為一般為1 15 5）。）。dBdBBB360山東理工大學機械學院3 3可實現(xiàn)的典型濾波網(wǎng)絡函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波網(wǎng)絡函數(shù) 實際可實現(xiàn)濾波器的傳遞函數(shù)的一般表達式為： （4-29

28、） 式中，a、b為電路結構和元件參數(shù)值決定的實常數(shù)；Sj；為保證線性網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，分母中的各系數(shù)均應為正，且要求mn，n為濾波器的階，反映了濾波器的復雜程度。濾波器的幅頻特性逼進理想頻率特性的程度取決于傳遞函數(shù)的階數(shù)n。，山東理工大學機械學院 二階濾波器傳遞函數(shù)的形式2012212( )b sbsbk ssa sa10a220a為了使其具有更明顯的物理意義，令20122200( )b sbsbk sss（4-30） （4-31） 為阻尼系數(shù)； 為固有頻率。當系數(shù)bk取不同的值時，可以得到不同特性的濾波器。0山東理工大學機械學院 （1低通濾波器： b0b10，b2k002 2002200( )k

29、k sss（2高通濾波器： b0k0，b1b20202200( )k sk sss（3帶通濾波器：b0b20，b200k002200( )ksk sss（4帶阻濾波器：b0k0，b10， b2 k00222002200()( )k sk sss山東理工大學機械學院二、二、 實際濾波電路實際濾波電路 1. RC1. RC無源濾波器無源濾波器 RC低通濾波器。電路時間常低通濾波器。電路時間常數(shù)數(shù) RC。濾波器為一階系統(tǒng)。濾波器為一階系統(tǒng).1()1H jj21( )1 ()A山東理工大學機械學院 RC高通濾波器: 時間常數(shù) RC，頻率響應函數(shù)和幅頻特性分別為()1jH jj2( )1 ()A山東理工

30、大學機械學院 RC帶通濾波器 將兩者串聯(lián)起來1121()11jH jKjj111RC222R C兩個環(huán)節(jié)之間串入具有高輸入阻抗的放大器進行隔離 山東理工大學機械學院 RC帶阻濾波器:將兩者并聯(lián)起來 山東理工大學機械學院 2. RC2. RC有源濾波器有源濾波器 由阻容元件組成的無源濾波器，具有線路由阻容元件組成的無源濾波器，具有線路簡單、體積小、成本低簡單、體積小、成本低, ,但它們都是低階系但它們都是低階系統(tǒng)，由于過渡帶衰減緩慢統(tǒng)，由于過渡帶衰減緩慢, ,選擇性差。選擇性差。 RCRC有源濾波器用有源濾波器用RCRC無源網(wǎng)絡和運算放大器無源網(wǎng)絡和運算放大器等有源器件結合在一起構成的。等有源器

31、件結合在一起構成的。 其特點：其特點： 1) 1) 可以放大信號；可以放大信號； 2) 2) 具有高輸入阻抗的運算放大器可以進行具有高輸入阻抗的運算放大器可以進行級間隔離，消除或減小負載效應的影響。級間隔離，消除或減小負載效應的影響。 有源濾波器可以多級串聯(lián)組成高階濾波器，有源濾波器可以多級串聯(lián)組成高階濾波器，明顯地提高了濾波器的選擇性。明顯地提高了濾波器的選擇性。 山東理工大學機械學院a) 低通 b) 高通 c)帶通 山東理工大學機械學院3. 3. 開關電容濾波器開關電容濾波器 AC uBuBC uq 開關電容等效于電阻的原理如圖4-34所示。圖4-34a 電容C通過開關Q交替接通A、B兩端

32、。接通A時，電容C上儲存電荷為 ，當Q接通B時則通過負載放電而形成電壓 ，這時電容C中儲存電荷為 。在一個開關周期T內(nèi)通過電容C由A傳送到B的電荷量 為ABqCuCu 其平均電流量IABCuCuIT山東理工大學機械學院 例題：已知某RC低通濾波器，R=1k，C=1F，1確定各函數(shù)式H(s)；H()；A()；()。2當輸入信號ui=10sin1000t時，求輸出信號uo，并比較其幅值及相位關系。 解： 山東理工大學機械學院山東理工大學機械學院第五節(jié)第五節(jié) 信號的顯示與記錄信號的顯示與記錄 信號顯示的作用是顯示信號的特征量(如幅值、頻率、相位角、峰峰值)、信號的波形，以及復雜信號的特定輸出狀態(tài)的顯

33、示等。其特點是輸出信號直觀，并能充分反映測試與檢測信號的實時性。 記錄儀器是用于記錄反映被測信號變化過程的輸出設備，可以將被測信號記錄存儲起來，供人或儀器做進一步處理和分析。 山東理工大學機械學院一、一、 信號的顯示信號的顯示 1. LED1. LED顯示發(fā)光二極管）顯示發(fā)光二極管） LED數(shù)碼顯示器件分別有7段“8字形數(shù)碼管、“米字形數(shù)碼管、數(shù)碼點陣、數(shù)碼條柱等類型。7段LED顯示器的段排列結構如圖4-37(a)所示，圖4-37 (b)給出共陰極7段LED顯示電路，所有發(fā)光二極管的公共陰極接地。當某個字段的陽極為高電平時，相應字段就被點亮。若陽極為低電平，則該字段不亮。圖4-37 (c)給出

34、共陽極7段LED顯示電路，所有發(fā)光二極管的公共陽極接+5v，當某個字段的陰極為低電平時，相應字段就點亮。 圖圖437 7段段LED顯示器顯示器山東理工大學機械學院2.LCD2.LCD顯示液晶顯示器）（液晶層能使光線發(fā)生扭轉）顯示液晶顯示器）（液晶層能使光線發(fā)生扭轉） LCD的基本結構及顯示原理如圖所示。由于液晶的四壁效應，在定向膜的作用下，液晶分子在正、背玻璃電極上呈水平排列，但排列方向互為正交，而玻璃間的分子呈連續(xù)扭轉過渡。這樣的構造能使液晶對光產(chǎn)生旋光作用，使光的偏振方向旋轉90。當外部光線通過上偏振片后形成偏振光，偏振方向成垂直方向，當此偏振光通過液晶材料之后被旋轉90，偏振方向成水平方向。此方向與下偏振片的偏振方向一致。因而，此光線能完全穿過下偏振片而到達反射板，經(jīng)反射后沿原路返回，從而呈現(xiàn)出透明狀態(tài)。當在液晶盒的上下電極加上一定的電壓后，電極部分的液晶分子轉成垂直排列，從而失去放光性。因而，從上偏振片入射的偏振光不被旋轉，當此偏振光到達下偏振片時，因其偏振方向與下偏振片的偏振方向垂育，因此被下偏振片吸收，無法到達反射板形成反射，所以