第五章信号的变换与处理学案.ppt

二、RC滤波器 1、一阶RC低通滤波器 时间常数τ=RC 传递函数： 令 s =jω 频率响应： 幅频特性： 相频特性： ★当f1/(2πRC)时，输出Uy与输入Ux的积分成正比，即 2、一阶RC高通滤波器 传递函数： 令 s =jω 频率响应： 幅频特性： 相频特性： ★当f1/(2πRC)时，RC高通滤波器的输出与输入的微分成正比，起着微分器的作用。 RC电路的积分条件：τ T 积分电路: RC电路的微分条件：τ T 微分电路 3、RC带通滤波器 低通 高通 下限截至频率——原高通滤波器的截至频率 上限截至频率——原低通滤波器的截至频率 带通滤波器中心频率f0—— 三、有源滤波器 ★ 由电阻、电容和运算放大器组成的滤波器称为有源滤波器 解：电路如图 ★ 目的 1）微弱缓变信号的放大 第四节 调制与解调 微弱缓变信号 2）应用于信号的传输 调制 交流放大器 解调 直流信号 强 交流信号 强 交流信号 弱 采用交流放大器可避免直流放大器的零点漂移和温度漂移而造成测量误差 载波 调制信号 调幅波 调频波 根据载波受调制的参数不同，使载波的幅值、频率或相位随调制信号而变化的过程分别称为调幅(Amplitude Modulation)、调频(Frequency Modulation)和调相(Phase Modulation)。 一、调幅及其解调 ★ 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。 ★ 假设以频率为f0的余弦信号作为载波信号，它的频谱是一对脉冲谱线，即 ★ 根据傅立叶变换的卷积性质，有 1、调幅原理与同步解调 可见，调幅过程就相当于频谱平移过程。 时域 频域 ★在时域，从信号的相乘运算可以看到 用低通滤波器虑掉中心频率为2f0的高频成分，则得到： 解调过程 调幅与同步解调过程（波形分析） 乘法器 放大器 x(t) y(t) xm(t) 乘法器 滤波器 y(t) x(t) * 青岛大学机电工程学院 第五章 信号的变换与处理 * 青岛大学机电工程学院 第五章 信号的变换与处理 第五章 信号的变换与处理 放大滤波 电信号 被测量 电压/电流/频率等 A/D 显示 记录 电阻/电感/电容等变化 1、了解模拟信号放大电路原理 2、了解信号滤波器工作原理 3、了解信号调制解调原理 本章学习要求 传感器 传感器基本转换电路 信号调理的目的是便于信号的传输与处理。 1、传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接送到显示、记录或分析仪器，需要放大，有的还要进行阻抗变换。? 2、有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。 3、某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。 关于信号放大 ★ 目的：幅度增加，抗干扰、阻抗匹配 压电式传感器。 对电荷信号直接放大。 电荷放大器 差动变压器、电容式、电感式传感器等 对信号电压大小的变化放大，信号在零点上下波动 交流放大器 电阻应变计、电阻式传感器、铂热电阻测温传感器等 对信号电压的大小放大，信号在零点上方或下方波动 直流放大器 传感器典型应用 特点 放大器类型 放大器特性比较 ★ 分类 直流放大器：低频保留,高频截止 交流放大器：高频保留,低频截止 电荷放大器 直流电桥 交流电桥 直流放大器 交流放大器 第一节 信号的放大 ★ 传感器输出的信号一般很弱，mV甚至μV级。 ★ 以前由于直流放大器漂移较大，对于微弱的直流信号是采取如下途径放大： ★ 集成运算放大器根据其性能可分为通用型、高输入阻抗型、高速型、高精度型、低漂移型、低功耗型等，可根据不同要求选用。利用运算放大器可组成反相输入、同相输入和差动输入放大器。 微弱的直流信号 调制 交流 信号 放大 解调 强直流信号 1、同相放大器 Rf R R//Rf 特点：同相放大器具有很高输入阻抗，低输出阻抗。由于引入共模电压，因而需要使用高共模抑制比的运算放大器才能保证精度。广泛用于前置放大级。 开环增益A0很大（ ） 因输入阻抗很高，同相端和反相端对“地”的输入阻抗很大 一、直流放大器 反馈电阻Rf值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R的取值应远大于信号源Ui的内阻。 2、反相放大器 放大器的理想增益为： 3、差动放大器 0 令 R1=R2 Rf=RP 测量放大器又称仪表放大器，它的线性好、共模抑制比高、输入阻抗高和噪声低,是一种高性能的