測試信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理

1、 4.3 4.3 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)為什么要為什么要調(diào)制調(diào)制？ 1、采用交流放大比直流放大效果好；、采用交流放大比直流放大效果好； 2、抗干擾性好；、抗干擾性好； 3、工程遙測技術(shù)中也經(jīng)常要用。、工程遙測技術(shù)中也經(jīng)常要用。1第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理o 調(diào)制的用途調(diào)制的用途 4.3 4.3 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)技術(shù)中經(jīng)常使用的術(shù)語技術(shù)中經(jīng)常使用的術(shù)語1、調(diào)制信號調(diào)制信號，就是測試信號，也叫，就是測試信號，也叫原信號原信號，一般為，一般為低低頻緩變頻緩變信號；信號；2、載波信號載波信號，也叫，也叫工作信號工作信號，一般為，一般為高頻簡諧信號高頻簡諧信號；3、

2、調(diào)制波調(diào)制波，就是已調(diào)制的信號，就是已調(diào)制的信號， 幅值調(diào)制幅值調(diào)制時稱為時稱為調(diào)幅波調(diào)幅波； 頻率調(diào)制頻率調(diào)制時稱為時稱為調(diào)頻波調(diào)頻波； 相位調(diào)制相位調(diào)制時稱為時稱為調(diào)相波調(diào)相波。2第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理o 概念和術(shù)語概念和術(shù)語 4.3 4.3 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)4、所謂、所謂調(diào)制調(diào)制，就是在調(diào)制信號（測試信號）的控制，就是在調(diào)制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。5、所謂、所謂解調(diào)解調(diào)，就是從已調(diào)制波中，就是從已調(diào)制波中恢復(fù)恢復(fù)出調(diào)

3、制信號的出調(diào)制信號的過程。過程。3第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理o 概念和術(shù)語概念和術(shù)語 4.3 4.3 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)o調(diào)制處理的分類調(diào)制處理的分類4第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理o 分類分類 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào)1.1.調(diào)幅原理調(diào)幅原理（1）調(diào)幅）調(diào)幅的目的，使緩慢變化的測試信號便于放大和傳輸。的目的，使緩慢變化的測試信號便于放大和傳輸。（2）解調(diào)）解調(diào)的目的，恢復(fù)原來的測試信號。的目的，恢復(fù)原來的測試信號。（3）調(diào)幅是將一個高頻簡諧信號（）調(diào)幅是將一個高頻簡諧信號（載波信號載波信號）與測試信號）與測試信號相乘相乘，使載波信號的

4、幅值隨測試信號的變化而變化。，使載波信號的幅值隨測試信號的變化而變化。5第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào)緩變信號緩變信號調(diào)制調(diào)制高頻信號高頻信號放大放大放大高放大高頻信號頻信號解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號變信號7第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理)()(21)()(212cos)()(21)(212cos)()()()(000000fffXfffXtftxfffftffYfXtytx頻域時域 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào) 2.2.調(diào)幅信號的頻譜調(diào)幅信號的頻譜8第四

5、章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào) 2.2.調(diào)幅信號的頻譜調(diào)幅信號的頻譜（a a）時域波形）時域波形 （b b）頻域波形）頻域波形9第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào) 3.3.解調(diào)方法解調(diào)方法同步解調(diào)同步解調(diào)tftxtxtftftx0004cos)(212)(2cos2cos)( 第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理12o 整流檢波整流檢波 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào) 3.3.解調(diào)方法解調(diào)方法 調(diào)制信號調(diào)制信號+直流分量直流分量A-整流整流-低通濾波低通濾

6、波-去直流分量去直流分量-復(fù)現(xiàn)原調(diào)制信號復(fù)現(xiàn)原調(diào)制信號o 相敏檢波技術(shù)可以解決這一問題。相敏檢波技術(shù)可以解決這一問題。o 相敏檢波相敏檢波o 相敏檢波的原理如下圖相敏檢波的原理如下圖4-33所示。所示。13第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào) 3.3.解調(diào)方法解調(diào)方法 （a）調(diào)幅波）調(diào)幅波 （b）參考信號）參考信號14（c）檢波電路）檢波電路 （d）相敏檢波輸出波形）相敏檢波輸出波形（e）濾波后的波形）濾波后的波形 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào) 3.3.解調(diào)方法解調(diào)方法o 相敏檢波相敏檢波：利用二極管的單向?qū)ㄗ饔?，將電?/p>

7、利用二極管的單向?qū)ㄗ饔?，將電路輸出極性換向。路輸出極性換向。o考慮到交變信號在過零點時符號極性發(fā)生突考慮到交變信號在過零點時符號極性發(fā)生突變，調(diào)幅波的相位也相應(yīng)地發(fā)生變，調(diào)幅波的相位也相應(yīng)地發(fā)生180o的相位的相位跳變。利用載波信號與調(diào)幅波比相，便能既反跳變。利用載波信號與調(diào)幅波比相，便能既反映原信號的幅值又反映其極性。映原信號的幅值又反映其極性。o 相敏檢波電路，相當(dāng)于在相敏檢波電路，相當(dāng)于在 ，把零，把零線下的負部線下的負部翻上去翻上去；而在；而在 ，則把，則把零線上的正部零線上的正部翻下來翻下來；所檢測到的；所檢測到的 信號是信號是經(jīng)過經(jīng)過“翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)”后信號的包絡(luò)。后信號的包絡(luò)。15第

8、四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理段的10)(ttxm段的21)(t ttxmoU 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào)o 舉例舉例16第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理圖圖4-35 4-35 動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖動態(tài)電阻應(yīng)變儀方框圖 4.3.1 4.3.1 調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅與解調(diào)o 粘貼在試件上的粘貼在試件上的電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片，在應(yīng)變作用下，產(chǎn)生相，在應(yīng)變作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的電阻變化，并接于應(yīng)的電阻變化，并接于交流電橋交流電橋；o 振蕩器產(chǎn)生振蕩器產(chǎn)生高頻正弦信號，高頻正弦信號，一般頻率為一般頻率為1020kHz，一方面作為一方面作為電橋電源（載波信號）電橋電源

9、（載波信號），另一方面作為，另一方面作為相相敏檢波敏檢波的載波信號；的載波信號；o 攜帶有電阻應(yīng)變片信息的電橋輸出的攜帶有電阻應(yīng)變片信息的電橋輸出的調(diào)幅波調(diào)幅波， 經(jīng)放經(jīng)放大、相敏檢波、低通濾波，最后得到與原來極性相同大、相敏檢波、低通濾波，最后得到與原來極性相同但經(jīng)過放大處理的信號，驅(qū)動但經(jīng)過放大處理的信號，驅(qū)動顯示記錄儀表顯示記錄儀表或接入后或接入后續(xù)儀器。續(xù)儀器。17第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理o 舉例舉例說明 o 調(diào)頻，也稱為頻率調(diào)制，是利用測試信號（調(diào)制信調(diào)頻，也稱為頻率調(diào)制，是利用測試信號（調(diào)制信號）的幅值控制調(diào)頻波的頻率。調(diào)頻波為等幅波，號）的幅值控制調(diào)頻波的頻

10、率。調(diào)頻波為等幅波，其其瞬時頻率瞬時頻率和測試信號的幅值成正比。和測試信號的幅值成正比。o 頻率調(diào)制的頻率調(diào)制的優(yōu)點優(yōu)點： 對噪聲的幅度影響不太敏感，對噪聲的幅度影響不太敏感， 抗干擾能力強，信噪比高?？垢蓴_能力強，信噪比高。o 調(diào)頻波的瞬時頻率、載波頻率及總相角。調(diào)頻波的瞬時頻率、載波頻率及總相角。18第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理0000d)(d)()(dd)()(ttxkttttfttkxto：總相角或：載波頻率：瞬時頻率 4.3.2 4.3.2 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻 1. 頻率調(diào)制原理頻率調(diào)制原理o 調(diào)頻波的表達式為調(diào)頻波的表達式為o 當(dāng)當(dāng)信號電壓信號電壓為零時，調(diào)頻波

11、的頻率就等于中心頻率；為零時，調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率；o 當(dāng)信號電壓為正值時，頻率偏移當(dāng)信號電壓為正值時，頻率偏移 增加，調(diào)頻波的增加，調(diào)頻波的瞬時頻率提高；瞬時頻率提高；o 當(dāng)信號電壓為負值時，頻率偏移當(dāng)信號電壓為負值時，頻率偏移 減少，調(diào)頻波的減少，調(diào)頻波的瞬時頻率降低；瞬時頻率降低； 調(diào)頻波是頻率隨測試信號而變化的疏密不等的調(diào)頻波是頻率隨測試信號而變化的疏密不等的等幅波等幅波。19第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理000)(sin)(sin)()sin()(dttxktAtAtxtAtym調(diào)頻波：載波信號 4.3.2 4.3.2 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻 1. 頻率調(diào)制原理頻

12、率調(diào)制原理 4.3.2 4.3.2 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻 1. 頻率調(diào)制原理頻率調(diào)制原理 舉例：舉例：20(b)調(diào)頻信號波形調(diào)頻信號波形(a) 三角波調(diào)制信號三角波調(diào)制信號000)(sin)(sin)()sin()(dttxktAtAtxtAtym調(diào)頻波：載波信號o 直接調(diào)頻式直接調(diào)頻式 21第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.3.2 4.3.2 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻 2. 頻率調(diào)制方法頻率調(diào)制方法以電容傳感器作為調(diào)諧參數(shù)為例，若以電容傳感器作為調(diào)諧參數(shù)為例，若C0的增量為的增量為C ， 22CfLLCCf212121230000021-2CCffffCCff0021LCfo

13、對調(diào)頻波的解調(diào)亦稱對調(diào)頻波的解調(diào)亦稱鑒頻鑒頻。鑒頻的原理是將。鑒頻的原理是將調(diào)頻信號頻率的變化相應(yīng)地復(fù)原為原來電壓調(diào)頻信號頻率的變化相應(yīng)地復(fù)原為原來電壓幅值的變化。鑒頻有多種方法，一般采用鑒幅值的變化。鑒頻有多種方法，一般采用鑒頻器和鎖相環(huán)解調(diào)器。前者結(jié)構(gòu)簡單，在測頻器和鎖相環(huán)解調(diào)器。前者結(jié)構(gòu)簡單，在測試技術(shù)中經(jīng)常使用；后者解調(diào)性能優(yōu)良，但試技術(shù)中經(jīng)常使用；后者解調(diào)性能優(yōu)良，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般用于要求較高的場合。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般用于要求較高的場合。o 一種測試技術(shù)中常用的振幅鑒頻電路原理如一種測試技術(shù)中常用的振幅鑒頻電路原理如圖圖4-39所示。所示。23第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)

14、理 4.3.2 4.3.2 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻 3.調(diào)頻信號的解調(diào)調(diào)頻信號的解調(diào)24第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 (a)鑒頻器電路鑒頻器電路 (b)高通濾波器幅頻特性高通濾波器幅頻特性 (c)恢復(fù)出的調(diào)制信號恢復(fù)出的調(diào)制信號o 等幅的調(diào)頻信號等幅的調(diào)頻信號Uf(t)的瞬時頻率正比于的瞬時頻率正比于x(t);o 高通濾波器幅頻特性高通濾波器幅頻特性H(f)過渡帶線性區(qū)中點頻率過渡帶線性區(qū)中點頻率f0。o Uf(t)經(jīng)高通濾波器后變換為經(jīng)高通濾波器后變換為“調(diào)幅波調(diào)幅波” Ua(t);o Ua(t)經(jīng)二極管整流檢波器檢出包絡(luò)信號經(jīng)二極管整流檢波器檢出包絡(luò)信號Uo(t)=x(t)

15、; 4.3.2 4.3.2 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻 3.調(diào)頻信號的解調(diào)調(diào)頻信號的解調(diào) 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.1 概述概述o 濾波器濾波器是一種是一種選頻裝置選頻裝置，可以使信號中特定頻，可以使信號中特定頻帶的頻率成分帶的頻率成分通過通過，而極大地，而極大地衰減衰減其它頻率成其它頻率成分。分。o 濾波是信號處理的重要內(nèi)容，特別適合于過濾濾波是信號處理的重要內(nèi)容，特別適合于過濾測試信號中的噪聲。濾波器在自動檢測、自動測試信號中的噪聲。濾波器在自動檢測、自動控制及電子測試儀器中被廣泛應(yīng)用。控制及電子測試儀器中被廣泛應(yīng)用。25第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.4 4.4

16、 濾波器濾波器 4.4.1 概述概述o 根據(jù)根據(jù)濾波器濾波器的選頻作用，一般將濾波器分為以的選頻作用，一般將濾波器分為以下下四種，其幅頻特性四種，其幅頻特性如圖。如圖。o 濾波器過渡帶濾波器過渡帶是不希望的，但也是不可避免的。是不希望的，但也是不可避免的。26第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理圖圖4-40 不同濾波器的幅頻特性不同濾波器的幅頻特性(a)(a)低通低通 (b)(b)高通高通 (c)(c)帶通帶通 (d)(d)帶阻帶阻 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.1 概述概述o 四種濾波器特性之間是的四種濾波器特性之間是的聯(lián)系聯(lián)系 是低通濾波器的特性，而高通濾波器的幅頻是低通

17、濾波器的特性，而高通濾波器的幅頻特性可以看作是特性可以看作是 ，所以，可以用低通，所以，可以用低通濾波器作負反饋回路而獲得高通濾波器；濾波器作負反饋回路而獲得高通濾波器； 帶阻濾波器，是低通和高通的組合；帶阻濾波器，是低通和高通的組合； 帶通濾波器，可以用帶阻濾波器作負反饋獲得。帶通濾波器，可以用帶阻濾波器作負反饋獲得。27第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理)(1fA)(1 )(12fAfA 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.1 概述概述o 濾波器的分類濾波器的分類o 根據(jù)構(gòu)成濾波器的元件分類：根據(jù)構(gòu)成濾波器的元件分類：o 根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)：根據(jù)構(gòu)成濾波器的電路性質(zhì)：o

18、 根據(jù)濾波器處理的信號性質(zhì)：根據(jù)濾波器處理的信號性質(zhì)：o 本節(jié)講述模擬濾波器，而且僅限于討論以電壓為輸本節(jié)講述模擬濾波器，而且僅限于討論以電壓為輸入、輸出的電路網(wǎng)絡(luò)濾波器。入、輸出的電路網(wǎng)絡(luò)濾波器。28第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理晶體諧振濾波器濾波器濾波器LCRC無源濾波器有源濾波器數(shù)字濾波器模擬濾波器 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.2 理想濾波器理想濾波器o 理想濾波器是一個理想化的模型，物理上不可實現(xiàn)。理想濾波器是一個理想化的模型，物理上不可實現(xiàn)。但是，具有理論分析意義，對于深入理解濾波器的傳但是，具有理論分析意義，對于深入理解濾波器的傳輸特性有幫助。輸特性有幫助

19、。 1. 理想濾波器的理想濾波器的 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型29第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理00202)(0)()(0tfffffAfHeAfHctfj，其他， 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.2 理想濾波器理想濾波器o 2. 理想濾波器的理想濾波器的單位脈沖響應(yīng)單位脈沖響應(yīng)o 理想低通濾波器在頻域為矩形窗函數(shù)，其對應(yīng)的脈沖理想低通濾波器在頻域為矩形窗函數(shù)，其對應(yīng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)是響應(yīng)函數(shù)是sinc 函數(shù)，如圖所示。函數(shù)，如圖所示。30第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理(a) t0=0 (b) to0 )(2sinc2)(00ttffAthcc 4.4 4.4 濾波器

20、濾波器 4.4.2 理想濾波器理想濾波器o 2. 理想濾波器的理想濾波器的單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)31第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理)(2si121d)(2sinc2d)()()()()(0000ttfncAtffAthutxthtyctcc 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.2 理想濾波器理想濾波器o 2. 理想濾波器的理想濾波器的單位階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)o tdB=1表明，低通濾波器階躍響應(yīng)的上升時間表明，低通濾波器階躍響應(yīng)的上升時間 與通與通 頻帶寬頻帶寬 成反比，或者說，上升時間與帶寬之積為常數(shù)。成反比，或者說，上升時間與帶寬之積為常數(shù)。o 物理意義物理意義：低通濾

21、波器阻衰了高頻分量，通帶越寬，低通濾波器阻衰了高頻分量，通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，通過濾波器的信號能量越大，阻衰的高頻分量越少，通過濾波器的信號能量越大，所以上升時間就短；反之，則長。所以上升時間就短；反之，則長。32第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4.3 實際實際RC濾波器濾波器o 理想帶通濾波器理想帶通濾波器的幅頻特性：細實線的幅頻特性：細實線o 實際帶通濾波器實際帶通濾波器的幅頻特性：粗實線的幅頻特性：粗實線33第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理其它0)()(210fHfffAfHcc 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4

22、.3 實際實際RC濾波器濾波器o 1. 實際濾波器的基本參數(shù)實際濾波器的基本參數(shù)上、下上、下截止頻率截止頻率：fc2 , fc1 帶寬帶寬 B= fc2 - fc1 ,表示濾波器的分辨力。表示濾波器的分辨力。波紋幅度波紋幅度 越小越好越小越好。品質(zhì)因子品質(zhì)因子 Q=f0/B 越大濾波器的選擇性越好。越大濾波器的選擇性越好。倍頻程選擇性倍頻程選擇性 fc2與與2fc2之間之間過渡帶過渡帶頻率衰減值頻率衰減值。濾波器因數(shù)濾波器因數(shù) 一般為一般為15。 34第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理2/)()(021AfAfAcc2/0AdBdBBB360/ 4.4 4.4 濾波器濾波器 4.4

23、.3 實際實際RC濾波器濾波器2 .實際實際RC濾波器電路及其基本特性濾波器電路及其基本特性o RC濾波器，電路簡單、抗干擾性強；濾波器，電路簡單、抗干擾性強；o 選用標(biāo)準(zhǔn)元件，容易實現(xiàn)，應(yīng)用廣泛。選用標(biāo)準(zhǔn)元件，容易實現(xiàn)，應(yīng)用廣泛。35第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理4.4.3 實際實際RC濾波器濾波器 2 . 實際實際RC濾波電路及其濾波電路及其 基本特性基本特性o 一階一階RC低通濾波器低通濾波器364.4.3 實際實際RC濾波器濾波器 2 . 實際實際RC濾波電路及其濾波電路及其 基本特性基本特性o 一階一階RC高通濾波器高通濾波器38 2 . 實際實際RC濾波電路及其基本

24、特性濾波電路及其基本特性o RC帶通濾波器帶通濾波器402211212121221112121)()()()()()()()()(11)(1)(ccffffffAfAfAsHsHsHssHsssH：上截止頻率：下截止頻率：相頻特性：幅頻特性：帶通濾波器：低通濾波器：高通濾波器4.4.3 實際實際RC濾波器濾波器 2 . 實際實際RC濾波電路及濾波電路及其基本特性其基本特性 RC帶阻濾波器帶阻濾波器42 （a a）T T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò) （b b）雙）雙T T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)4.4.3 實際實際RC濾波器濾波器 2 . 實際實際RC濾波電路及其基本特性濾波電路及其基本特性 高階濾波器高階濾波器 濾波器在

25、過渡帶內(nèi)的衰減速率非常慢，性能較差。濾波器在過渡帶內(nèi)的衰減速率非常慢，性能較差。如要加大衰減率、實現(xiàn)較為陡峭的濾波器邊緣，應(yīng)提高如要加大衰減率、實現(xiàn)較為陡峭的濾波器邊緣，應(yīng)提高濾波器的階數(shù)，濾波器的階數(shù)，將多個將多個 RC環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)或 LC環(huán)節(jié)級聯(lián)，可以環(huán)節(jié)級聯(lián)，可以使濾波器的性能有顯著的提高，使過渡帶曲線的陡峭度使濾波器的性能有顯著的提高，使過渡帶曲線的陡峭度得到改善。得到改善。但同時也會帶來負載效應(yīng)或耦合影響。但同時也會帶來負載效應(yīng)或耦合影響。434.4.3 實際實際RC濾波器濾波器 2 . 實際實際RC濾波電路及其基本特性濾波電路及其基本特性 基于運算放大器的基于運算放大器的有源有源濾波

26、器濾波器 有源濾波器具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻有源濾波器具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，有利于多級串聯(lián)，參數(shù)調(diào)整更加容易，并能方便抗，有利于多級串聯(lián)，參數(shù)調(diào)整更加容易，并能方便地在不同濾波器類型之間進行轉(zhuǎn)換地在不同濾波器類型之間進行轉(zhuǎn)換 。 有源低通濾波器的一個典型應(yīng)用是在數(shù)字信號采有源低通濾波器的一個典型應(yīng)用是在數(shù)字信號采集系統(tǒng)中用作抗混濾波。集系統(tǒng)中用作抗混濾波。44 4.4.4 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)o 實用中的濾波器特性，在通頻帶內(nèi)不平坦；在過渡實用中的濾波器特性，在通頻帶內(nèi)不平坦；在過渡帶內(nèi)不陡直；阻帶部分不為零。而濾波器的設(shè)計往帶內(nèi)不陡直；阻

27、帶部分不為零。而濾波器的設(shè)計往往是在一定限度內(nèi)對理想濾波器進行的逼近往是在一定限度內(nèi)對理想濾波器進行的逼近。o 由集中參數(shù)元件構(gòu)成的濾波系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)和頻由集中參數(shù)元件構(gòu)成的濾波系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)和頻響函數(shù)的一般形式如下。響函數(shù)的一般形式如下。45第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理niimjjniiimjjjpszsksasbsXsYsH1100)()()()()(niimjjpzkH11)(j)(j)( 4.4.4 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)o 濾波器階次濾波器階次n 值影響著傳遞函數(shù)特性，對于同一類值影響著傳遞函數(shù)特性，對于同一類型的逼近函數(shù)，型的逼近

28、函數(shù)， n 值越大，逼近特性越好，系統(tǒng)所值越大，逼近特性越好，系統(tǒng)所需元件數(shù)量越多越復(fù)雜。需元件數(shù)量越多越復(fù)雜。o 對理想濾波器的對理想濾波器的“最佳逼近特性最佳逼近特性”的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)濾的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)濾波器性能的不同需要而規(guī)定的。波器性能的不同需要而規(guī)定的。o 可以從幅頻特性提出較高的要求，而不考慮相頻特可以從幅頻特性提出較高的要求，而不考慮相頻特性；最常用的濾波器有巴特沃思性；最常用的濾波器有巴特沃思（Butterworth）、切比、切比雪夫雪夫(Chebyshev)和橢圓和橢圓（Elliptic）濾波器等；濾波器等；o 也可以只滿足相頻特性而不必關(guān)心幅頻特性也可以只滿足相頻特性而不必關(guān)心幅頻

29、特性，貝塞貝塞爾爾(Bessel)濾波器等。濾波器等。46第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.4.4 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)o 1. 巴特沃思濾波器巴特沃思濾波器o 巴特沃思濾波器具有最大平坦幅度特性，隨著巴特沃思濾波器具有最大平坦幅度特性，隨著 n值值的增大，巴特沃思濾波函數(shù)特性逼近理想濾波器。的增大，巴特沃思濾波函數(shù)特性逼近理想濾波器。47212)/(1)(ncfffH 4.4.4 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)o 2. 切比雪夫濾波器切比雪夫濾波器o 通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的濾波器。波紋大小由通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的

30、濾波器。波紋大小由系數(shù)系數(shù) 決定，決定， 值越小通帶波紋越小，一般小于值越小通帶波紋越小，一般小于0.05dB。Tn 是第一類切比雪夫多項式是第一類切比雪夫多項式。482122)/(1)(cnffTfH1)chch(1)coscos()(11xxnxxnxTn 4.4.4 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)o 3. 橢圓濾波器橢圓濾波器o 通帶和阻帶內(nèi)均為等波紋，能滿足過渡過程寬度最小通帶和阻帶內(nèi)均為等波紋，能滿足過渡過程寬度最小的要求，在給定的性能指標(biāo)下能以最低的階次實現(xiàn)。的要求，在給定的性能指標(biāo)下能以最低的階次實現(xiàn)。49422213122) 1/2/() 1/() 1/(

31、)(iniininjmjsssssH 4.4.4 4.4.4 可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)可實現(xiàn)的典型濾波函數(shù)o 4. 貝塞爾濾波器貝塞爾濾波器o 又稱恒時延濾波器，其相移和頻率成正比，即時移又稱恒時延濾波器，其相移和頻率成正比，即時移 值值對所有頻率為一常數(shù)。當(dāng)通帶中要求線性相移時，選對所有頻率為一常數(shù)。當(dāng)通帶中要求線性相移時，選擇貝塞爾濾波器是最合適的。擇貝塞爾濾波器是最合適的。50)(dd412222)(ininiinissH 4.4.54.4.5 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)o 模擬濾波器在理論上和實踐上都已達到很高的水平，模擬濾波器在理論上和實踐上都已達到很高的水平，但是在需要更多更靈活以及程序

32、可控制性的場合，但是在需要更多更靈活以及程序可控制性的場合，數(shù)字濾波器得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波器得到廣泛的應(yīng)用。o 數(shù)字濾波也稱為軟件濾波。通過一定的計算程序?qū)?shù)字濾波也稱為軟件濾波。通過一定的計算程序?qū)Σ蓸有盘栠M行平滑加工，減少干擾在有用信號中的采樣信號進行平滑加工，減少干擾在有用信號中的比重?？煽啃愿?，穩(wěn)定性好。比重?？煽啃愿撸€(wěn)定性好。51第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.4.5 4.4.5 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) 1.程序判斷慮波程序判斷慮波 限幅濾波限幅濾波52第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 限速濾波限速濾波 4.4.5 4.4.5 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)

33、字濾波技術(shù)o 2. 遞推平均遞推平均慮波慮波 又稱算術(shù)平均濾波。又稱算術(shù)平均濾波。53o 3. 加權(quán)遞推平均濾波加權(quán)遞推平均濾波 4.4.5 4.4.5 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) 4. 動態(tài)濾波動態(tài)濾波o 前述的前述的RC 濾波網(wǎng)絡(luò)都屬于模擬動態(tài)濾波。濾波網(wǎng)絡(luò)都屬于模擬動態(tài)濾波。o 動態(tài)濾波器的數(shù)字化設(shè)計任務(wù)，可以通過模擬濾波動態(tài)濾波器的數(shù)字化設(shè)計任務(wù)，可以通過模擬濾波器的離散化來實現(xiàn)。設(shè)計過程如下器的離散化來實現(xiàn)。設(shè)計過程如下：o 將數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬濾波器的技將數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)。術(shù)指標(biāo)。o 設(shè)計模擬濾波器設(shè)計模擬濾波器G(s) 。o 將將G(s)轉(zhuǎn)

34、換為數(shù)字濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器G(z) 。o 可以利用可以利用MATLAB信號處理工具箱。信號處理工具箱。54第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.4.6 4.4.6 濾波濾波原理的綜合應(yīng)用原理的綜合應(yīng)用o 1. 濾波器的串聯(lián)濾波器的串聯(lián)o 為加強濾波效果，將兩個具有相同中心頻率的帶通為加強濾波效果，將兩個具有相同中心頻率的帶通濾波器串聯(lián)，其合成系統(tǒng)的總幅頻特性是兩濾波器濾波器串聯(lián)，其合成系統(tǒng)的總幅頻特性是兩濾波器幅值特性的乘積，從而使通帶外的頻率成分有更大幅值特性的乘積，從而使通帶外的頻率成分有更大的衰減。的衰減。o 高階濾波器便是由低階濾波器串聯(lián)而成的。但由于高階濾波器便是由

35、低階濾波器串聯(lián)而成的。但由于串聯(lián)系統(tǒng)的相頻特性是各環(huán)節(jié)相頻特性的相加，因串聯(lián)系統(tǒng)的相頻特性是各環(huán)節(jié)相頻特性的相加，因此將增加相位的變化，在使用中應(yīng)加以注意。此將增加相位的變化，在使用中應(yīng)加以注意。55第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理 4.4.6 4.4.6 濾波濾波原理的綜合應(yīng)用原理的綜合應(yīng)用o 2. 濾波器的并聯(lián)濾波器的并聯(lián)o 用于信號的頻譜分析和信號中特定頻率成分的提取。用于信號的頻譜分析和信號中特定頻率成分的提取。將被分析信號輸入一組中心頻率不同的濾波器，各濾將被分析信號輸入一組中心頻率不同的濾波器，各濾波器的輸出便反映了信號中所含的各個頻率成分。波器的輸出便反映了信號中所含的各個頻率成分。o 這組并聯(lián)的、增益相同而中心頻率不同的帶通濾波器這組并聯(lián)的、增益相同而中心頻率不同的帶通濾波器的帶寬，通常有兩種不同的構(gòu)成方法：恒帶寬濾波器的帶寬，通常有兩種不同的構(gòu)成方法：恒帶寬濾波器和恒帶寬比濾波器。和恒帶寬比濾波器。56第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理4.4.64.4.6 濾波濾波原理的綜合應(yīng)用原理的綜合應(yīng)用2. 濾波器的并聯(lián)濾波器的并聯(lián)57第四章第四章 信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理信號的轉(zhuǎn)換與調(diào)理4.4.64.4.6 濾波濾波原理的綜合應(yīng)用原理的綜合應(yīng)用2. 濾波器的并聯(lián)濾波器的并聯(lián)58