《机械工程测试技术基础电桥滤波及相关课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程测试技术基础电桥滤波及相关课件.ppt（93页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第八章第八章 测试信号的转换与调理测试信号的转换与调理 第第1 1节节 电桥电桥第第2 2节节 调制与解调调制与解调第第3 3节节 滤波器滤波器第第4 4节节 A/DA/D转换转换 第第5 5节节 信号的指示和记录装置信号的指示和记录装置 1/3/20231/3/2023测试信号的转换与调理测试信号的转换与调理 重点内容及要求重点内容及要求1 1、掌握电桥电路的输出特性、掌握电桥电路的输出特性2 2、了解调制与解调的特点、应用、了解调制与解调的特点、应用3 3、了解实际滤波器的特性参数、了解实际滤波器的特性参数4 4、了解、了解A/DA/D转换原理转换原理 5 5、了解记录仪器的功用、性能、了
2、解记录仪器的功用、性能1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥一、概述一、概述 当参量型传感器把被测量转换为电路参数当参量型传感器把被测量转换为电路参数R、L、C的变化后，的变化后，电桥可以把这些参数的变化转变为电桥输出电压的变化。电桥可以把这些参数的变化转变为电桥输出电压的变化。电桥电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。输出的一种测量电路。1、根据供桥电压的性质，电桥可分为直流电桥和交流电桥。、根据供桥电压的性质，电桥可分为直流电桥和交流电桥。2、根据输出方式，电桥可分为平衡桥式电桥
3、和不平衡桥式、根据输出方式，电桥可分为平衡桥式电桥和不平衡桥式电桥。电桥。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 直流电桥的供桥电源是直流电桥的供桥电源是直流电压直流电压，只能适用于，只能适用于电阻电阻R变化的变化的转换。转换。1、工作原理、工作原理 由上式可知直流电桥的平衡条件为：由上式可知直流电桥的平衡条件为：R1R3=R2R4。根据电桥的工作原理，当固定供桥电压不变时，电桥的输根据电桥的工作原理，当固定供桥电压不变时，电桥的输出电压就与四个桥臂电阻的变化量有关。出电压就与四个桥臂电阻的变化量有关。1/3/20231/3/2023第
4、第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 2、接桥方式、接桥方式由电阻值参与变化的桥臂数决定由电阻值参与变化的桥臂数决定 （1）单臂方式）单臂方式 一个桥臂的电阻值参与变化一个桥臂的电阻值参与变化由上式可知电桥输出电压与应变片上的应变成线性关系。由上式可知电桥输出电压与应变片上的应变成线性关系。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 2、接桥方式、接桥方式由电阻值参与变化的桥臂数决定由电阻值参与变化的桥臂数决定 （2）半桥方式）半桥方式两个桥臂的电阻值参与变化两个桥臂的电阻值参与变化 a.a.邻臂方式邻臂方式邻臂极
5、性相反邻臂极性相反1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 2、接桥方式、接桥方式由电阻值参与变化的桥臂数决定由电阻值参与变化的桥臂数决定 （2）半桥方式）半桥方式两个桥臂的电阻值参与变化两个桥臂的电阻值参与变化 b.b.对臂方式对臂方式对臂极性相同对臂极性相同1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 2、接桥方式、接桥方式由电阻值参与变化的桥臂数决定由电阻值参与变化的桥臂数决定 （3）全桥方式）全桥方式四个桥臂的电阻值参与变化四个桥臂的电阻值参与变化1/3/20231/3/2023
6、第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 1/3/20231/3/2023小结：小结：1 1、直流电桥的优点：、直流电桥的优点：采用稳定性高的直流电源作激励电源时，电桥的输出是采用稳定性高的直流电源作激励电源时，电桥的输出是直流量，可用直流仪表测量，精度高。直流量，可用直流仪表测量，精度高。2 2、直流电桥的缺点：当电源电压不稳定，或环境温度变、直流电桥的缺点：当电源电压不稳定，或环境温度变化时，会引起电桥输出的变化，从而产生测量误差。即易化时，会引起电桥输出的变化，从而产生测量误差。即易引入人工频干扰，易受零漂和接地电位的影响。引入人工频干扰，易受零漂和接地电位的影响
7、。结论：直流电桥适合于静态量的测量。结论：直流电桥适合于静态量的测量。平衡电桥设被测量等于零时，电桥处于平衡状设被测量等于零时，电桥处于平衡状态，此时指示仪表态，此时指示仪表G及可调电位器及可调电位器H指零。指零。当某一桥臂随被测量变化时，电桥失当某一桥臂随被测量变化时，电桥失去平衡，调节电位器去平衡，调节电位器H，改变电阻改变电阻R5触电位置，可使电桥重新平衡，电表触电位置，可使电桥重新平衡，电表G指针回零。指针回零。电位器电位器H上的标度与桥臂电阻值的变上的标度与桥臂电阻值的变化成比例，故化成比例，故H的指示值可以直接表的指示值可以直接表达被测量的数值。达被测量的数值。第第8 8章章 第第
8、1 1节节 电桥电桥二、直流电桥二、直流电桥 第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥三、交流电桥三、交流电桥 交流电桥的供桥电源是交流电桥的供桥电源是交流电压交流电压，可以适用于，可以适用于电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C变化的转换。变化的转换。1 1、平衡条件、平衡条件 设交流电桥四个桥臂的阻抗为设交流电桥四个桥臂的阻抗为Z Z1 1、Z Z2 2、Z Z3 3、Z Z4 4，与直流电桥，与直流电桥类似，其平衡条件是：类似，其平衡条件是：Z Z1 1Z Z3 3=Z=Z2 2Z Z4 4。由上式可知交流电桥平衡必须满足两个条件：由上式可知交流电桥平衡必须满足两个条件：（1
9、）相对两臂阻抗之模的乘积应相等；）相对两臂阻抗之模的乘积应相等；（2）相对两臂阻抗角的和也必须相等。）相对两臂阻抗角的和也必须相等。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥三、交流电桥三、交流电桥 1 1、平衡条件、平衡条件 设由电阻和电容组成的交流电桥如下所示：设由电阻和电容组成的交流电桥如下所示：1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥三、交流电桥三、交流电桥 2 2、纯电阻交流电桥、纯电阻交流电桥 纯电阻交流电桥的四个桥臂均为电阻。纯电阻交流电桥的四个桥臂均为电阻。在纯电阻交流电桥中，由于在纯电阻交流电桥中，由于 导线间存在
10、分布电容，就相当导线间存在分布电容，就相当于在各个桥臂上并联了一个电容，所以纯电阻交流电桥在平衡于在各个桥臂上并联了一个电容，所以纯电阻交流电桥在平衡时，除了时，除了电阻电阻平衡外，还须有平衡外，还须有电容电容平衡。平衡。1/3/20231/3/2023 电容传感器电容传感器 电感传感器电感传感器 电阻传感器电阻传感器第第8 8章章 第第1 1节节 电桥电桥第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调一、概述一、概述 1/3/20231/3/2023在测控系统中为什么要采用信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？在测控系统中，进入测控电路的除了传感器输出的在测控系统中，进入测控电路
11、的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测控电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪来是测控电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。功用。目的：解决微弱缓变信号的传输问题解决微弱缓变信号的传输问题第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调一、概述一、概述 1 1、定义、定义 调制调制：利用：利用调制（控制）信号调
12、制（控制）信号使使载波载波的某个的某个参数（幅值、频率或相位）发生变化的过程称为参数（幅值、频率或相位）发生变化的过程称为调制。载波一般是高频稳定的交变信号。调制。载波一般是高频稳定的交变信号。经过调制的信号称为经过调制的信号称为已调制波已调制波。解调解调：从已调制波中恢复出调制（控制）信：从已调制波中恢复出调制（控制）信号的过程称为解调。号的过程称为解调。2、调制方式、调制方式 根据载波受调制的参数不同，调制可分为：根据载波受调制的参数不同，调制可分为：调幅（调幅（AM）：载波幅值随调制信号变化。：载波幅值随调制信号变化。调频（调频（FM）：载波频率随调制信号变化。：载波频率随调制信号变化。
13、调相（调相（PM）：载波相位随调制信号变化。：载波相位随调制信号变化。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 1 1、原理、原理 调幅是在时域将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调调幅是在时域将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。而制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。而在频域，则是将信号的频谱搬移到载波的频率处，相当于频谱的在频域，则是将信号的频谱搬移到载波的频率处，相当于频谱的“搬移搬移”过程。过程。数学表达式如下所示：数学表达式如下所示：
14、时域：时域：频域：频域：1/3/20231/3/2023（五）、卷积特性若则定义：两个函数定义：两个函数 与与 的卷积为：的卷积为：记为：记为：卷积与卷积定理：卷积与卷积定理：若以高频余弦信号作载波，把信号若以高频余弦信号作载波，把信号x(t)x(t)和载波信号相和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至载波频率至载波频率 处，且幅值减半。处，且幅值减半。目 录由于：由于：则：则：第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 1 1、原理、原理图形表示图形表示 1/3/20231/3/202
15、3第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 1 1、原理、原理 问题：问题：载波频率小于调制信号最高频率会出现什么情况？载波频率小于调制信号最高频率会出现什么情况？重叠失真重叠失真：当载波频率较低时，信号在中间部分的频带会相：当载波频率较低时，信号在中间部分的频带会相互重叠，这类似于采样频率较低时所发生的频率互重叠，这类似于采样频率较低时所发生的频率混叠效应混叠效应。因此，。因此，调幅时要求载波频率必须大于调制信号中的最高频率调幅时要求载波频率必须大于调制信号中的最高频率。实际应用。实际应用中，往往选择载波频率至少数倍甚至数十倍于信号中的最高频率。中
16、，往往选择载波频率至少数倍甚至数十倍于信号中的最高频率。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 2 2、解调方法、解调方法 （1 1）同步解调）同步解调 若把调幅波再次与载波信号相乘，则将再次若把调幅波再次与载波信号相乘，则将再次“搬移搬移”，即，即:时域：时域：频域：频域：若用一个低通滤波器滤除中心频率中的高频成分，那末将可若用一个低通滤波器滤除中心频率中的高频成分，那末将可以复现原信号的频谱（只是其幅值减少了一半，这可用放大处理以复现原信号的频谱（只是其幅值减少了一半，这可用放大处理来补偿），这一过程称为来补偿）
17、，这一过程称为同步解调同步解调。“同步同步”指解调时所乘的信指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 2 2、解调方法、解调方法 （1 1）同步解调）同步解调图形表示图形表示1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 2 2、解调方法、解调方法 （2 2）包络检波）包络检波 将调制信号进行偏置，叠加一个直流分量，使偏置后的信号将调制信号进行偏置，叠加
18、一个直流分量，使偏置后的信号都具有正电压，然后对其调幅，其调幅波的包络线具有原信号形都具有正电压，然后对其调幅，其调幅波的包络线具有原信号形状，这时可采用整流、滤波（或称状，这时可采用整流、滤波（或称整流检波整流检波）的方法，就可以恢）的方法，就可以恢复原信号，这种解调方法称为复原信号，这种解调方法称为包络检波包络检波。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 2 2、解调方法、解调方法 （3 3）相敏检波）相敏检波 相敏检波的原理与同步解调相似，也是将调制信号直接与载相敏检波的原理与同步解调相似，也是将调制信号直接与
19、载波信号相乘。这种调幅波具有极性变化，即在信号过零线时，其波信号相乘。这种调幅波具有极性变化，即在信号过零线时，其幅值发生由正到负（或由负到正）的突然变化，此时调幅波的相幅值发生由正到负（或由负到正）的突然变化，此时调幅波的相位（相对于载波）也相应地发生位（相对于载波）也相应地发生180180的相位变化。在解调电路的相位变化。在解调电路中利用二极管的单向导通性，即可恢复出原信号的幅值和极性，中利用二极管的单向导通性，即可恢复出原信号的幅值和极性，此种解调方法称为此种解调方法称为相敏检波相敏检波。相对于整流检波而言，采用相敏检波时，对原信号可不必再相对于整流检波而言，采用相敏检波时，对原信号可不
20、必再加偏置电压。加偏置电压。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调二、调幅及其解调二、调幅及其解调 2 2、解调方法、解调方法 （3 3）相敏检波）相敏检波原理图原理图1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 1 1、原理、原理 调频是利用信号的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等调频是利用信号的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其频率偏移量与信号幅值成正比，或者说，调频波是一幅波，但其频率偏移量与信号幅值成正比，或者说，调频波是一种随信号幅值而变化的疏密度（频率
21、）不同的等幅波。种随信号幅值而变化的疏密度（频率）不同的等幅波。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 1 1、原理、原理常用的调频方法常用的调频方法 （1 1）直接调频电路）直接调频电路 1/3/20231/3/2023 把被测量的变化直接转换为振荡频率的变化把被测量的变化直接转换为振荡频率的变化称为直接调频式测量电路，其输出是等幅波。称为直接调频式测量电路，其输出是等幅波。以电容或电感原理工作的传感器，在被测量小以电容或电感原理工作的传感器，在被测量小范围变化时，电容或电感也随之有近似的线性变范围变化时，电容或电
22、感也随之有近似的线性变化关系，那么可由电容、电感做成振荡器，把其化关系，那么可由电容、电感做成振荡器，把其中一个参数与被测量联系，比如以电容做调谐参中一个参数与被测量联系，比如以电容做调谐参数：数：第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 1 1、原理、原理常用的调频方法常用的调频方法 （1 1）直接调频电路）直接调频电路 对一个自激振荡电路，其谐振频率与调谐参数（电容或电感）对一个自激振荡电路，其谐振频率与调谐参数（电容或电感）有关，即：有关，即：由上式可知，这种电路可将被测量的变化直接转化为振荡由上式可知，这种电路可将被测量的变化直接转化为振荡频
23、率的变化，因此称为频率的变化，因此称为直接调频电路直接调频电路，其输出也是等幅波。，其输出也是等幅波。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 1 1、原理、原理常用的调频方法常用的调频方法 （2 2）压控振荡器）压控振荡器 用调制信号对压控振荡器用调制信号对压控振荡器(VCO)(VCO)进行电压控制，利用其振荡进行电压控制，利用其振荡频率与控制电压成线性变化的特性，改变压控振荡器的输出频频率与控制电压成线性变化的特性，改变压控振荡器的输出频率，从而达到频率调制的目的。率，从而达到频率调制的目的。根据第四章内容，传感器
24、把被测量的变化同输出电压的变化根据第四章内容，传感器把被测量的变化同输出电压的变化建立起线性关系，然后我们利用压控振荡器，把这种信号进行频建立起线性关系，然后我们利用压控振荡器，把这种信号进行频率调制，就可把被测量的变化转化为调制波信号。率调制，就可把被测量的变化转化为调制波信号。压控振荡电路有多种形式，现在已有集成化的压控振荡器压控振荡电路有多种形式，现在已有集成化的压控振荡器芯片出售。芯片出售。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 2 2、解调方法、解调方法 对调频波进行解调又称为对调频波进行解调又称为鉴频鉴频
25、，就是将信号的频率变化再变，就是将信号的频率变化再变换为电压幅值的变化。鉴频的方法也有许多，常用的是变压器耦换为电压幅值的变化。鉴频的方法也有许多，常用的是变压器耦合的谐振回路法，其主要包括两大部分：合的谐振回路法，其主要包括两大部分：（1 1）频率）频率电压线性变换部分电压线性变换部分 （2 2）幅值检波部分）幅值检波部分 1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 2 2、解调方法、解调方法变压器耦合的谐振回路原理图变压器耦合的谐振回路原理图 图中图中L L1 1、L L2 2是变压器耦合的原、副线圈，它们和是变压器
26、耦合的原、副线圈，它们和C C1 1、C C2 2组组成并联谐振回路。成并联谐振回路。e ef f为输入的调频信号，在回路的谐振频率为输入的调频信号，在回路的谐振频率f fn n处，处，线圈线圈L L1 1、L L2 2的耦合电流最大，副边输出电压的耦合电流最大，副边输出电压e ea a也最大；也最大；e ef f频率离频率离f fn n越远，线圈越远，线圈L L1 1、L L2 2的耦合电流越小，副边输出电压的耦合电流越小，副边输出电压e ea a也越小；也越小；从而将调频波信号频率的变化转化为电压幅值的变化。从而将调频波信号频率的变化转化为电压幅值的变化。1/3/20231/3/2023优
27、点：抗干扰能力强。优点：抗干扰能力强。调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的所要求带宽的2020倍；调频系统较之调幅系统复倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制是一种非线性调制。杂，因为频率调制是一种非线性调制。因为调频信号所携带的信息包含在频率变化因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中要表现在振幅之中 缺点：占频带宽度大，复杂缺点：占频带宽度大，复杂第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调三、调频及其解调三、调频及其解调 1/3/2
28、0231/3/2023第第8 8章章 第第2 2节节 调制与解调调制与解调四、调频及其解调应用四、调频及其解调应用调幅和调频应用非常广泛：调幅和调频应用非常广泛：1 1、收音机用调幅波和调频波来远距离传送节目信号；、收音机用调幅波和调频波来远距离传送节目信号；2 2、测试技术中，应用检测仪表进行信号处理。、测试技术中，应用检测仪表进行信号处理。3 3、应用于工程遥测技术，实现被测量的远距离测量，、应用于工程遥测技术，实现被测量的远距离测量，以各种现代通信方式进行信号的发送和接收。以各种现代通信方式进行信号的发送和接收。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器
29、 滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声滤除干扰噪声或进行或进行频谱分析频谱分析。广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统
30、的任何一个环节，诸如机械系统、电气网构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器一、滤波器的分类一、滤波器的分类 根据滤波器的选频作用，可将滤波器分为以下四类：根据滤波器的选频作用，可将滤波器分为以下四类：（1 1）低通滤波器低通滤波器从从0f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低
31、于f2的的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地的频率成分受到极大地衰减。衰减。（2 2）高通滤波器高通滤波器与低通滤波相反，从频率与低通滤波相反，从频率f1，其幅频特性平直。它使信，其幅频特性平直。它使信号中高于号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成的频率成分将受到极大地衰减。分将受到极大地衰减。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器一、滤波器的分类一、滤波器的分类 （3 3）带通滤波器带通滤波器它的通频带在它的通频带在f1f2之间。它使信号中
32、高于之间。它使信号中高于f1而低于而低于f2的频率的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。（4 4）带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波相反，阻频带在频率与带通滤波相反，阻频带在频率f1f2之间。它使信号中高之间。它使信号中高于于f1而低于而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。受衰减地通过。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器一、滤波器的分类一、滤波器的分类 低通滤波器和高通滤波器是滤波器两种最基本的形式，其它低通滤波器和高通滤波器是
33、滤波器两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。例如：的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。例如：低通滤波器与低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。为带阻滤波器。带通滤波器带通滤波器低通与高通滤波器的串联低通与高通滤波器的串联带阻滤波器带阻滤波器低通与高通滤波器的并联低通与高通滤波器的并联 1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器二、理想滤波器二、理想滤波器 理想滤波器是指能使通频带内信号的幅值和相位都不失真，阻理想滤波器是指能使通频
34、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，其通带和阻带之间有明显的带内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。理想低通滤波器的频率响应函数及图形为：理想低通滤波器的频率响应函数及图形为：1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器二、理想滤波器二、理想滤波器 分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响分析上式
35、所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数应函数h(t)为为sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在单位脉冲输入滤波器之前，标左、右无限延伸，从图中可以看出，在单位脉冲输入滤波器之前，即在即在t0时，滤波器就已经有响应了。时，滤波器就已经有响应了。显然，这是一种非因果关系，显然，这是一种非因果关系，在物理上是不能实现的。在物理上是不能实现的。由此知在截止频率处呈现直角由此知在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者说在频域内锐变的幅频特性，或者说在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是用矩形窗函数描述
36、的理想滤波器是不可能存在的。实际滤波器的频域不可能存在的。实际滤波器的频域图形不会在某个频率上完全截止，图形不会在某个频率上完全截止，而会逐渐衰减并延伸到而会逐渐衰减并延伸到。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器三、实际滤波器三、实际滤波器 理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。在过渡带内的频率成分不会被完全
37、抑制，只会受到不同程度的衰减。所以，当一个信号经过实际滤波器时，其所以，当一个信号经过实际滤波器时，其带宽带宽B与响应建立时间与响应建立时间T之间存在一个反比关系之间存在一个反比关系，即：，即：BT=常数常数 带宽标志着滤波器的分辨力，带宽越窄，分辨力越高，但由上带宽标志着滤波器的分辨力，带宽越窄，分辨力越高，但由上式可知滤波器达到稳态输出的时间会加长，反之，若想获得较快的式可知滤波器达到稳态输出的时间会加长，反之，若想获得较快的输出，就要选择带宽较大的滤波器，但由此会导致滤波的精度下降。输出，就要选择带宽较大的滤波器，但由此会导致滤波的精度下降。实际使用时，要综合考虑这两个因素。实际使用时，
38、要综合考虑这两个因素。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器三、实际滤波器三、实际滤波器 1、实际滤波器、实际滤波器 实际滤波器描述的主要参数有实际滤波器描述的主要参数有纹波幅度、截止频率、品质因数纹波幅度、截止频率、品质因数等。下图是一个典型的实际带通滤波器：等。下图是一个典型的实际带通滤波器：品质因数品质因数Q Q：对于带通滤波器，通常把中心频率对于带通滤波器，通常把中心频率f0和带宽和带宽B之比称为之比称为滤波器的品质因数，其值越大，表明滤波器频率分辨力越高。滤波器的品质因数，其值越大，表明滤波器频率分辨力越高。1/3/20231/3/2023第第8
39、 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器三、实际滤波器三、实际滤波器 2、RC调谐式滤波器调谐式滤波器 在测试系统中，信号频率相对来说不高，因此常用在测试系统中，信号频率相对来说不高，因此常用RCRC滤波器。滤波器。RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件易得，所以在工程测试的领域中经常用到。标准的阻容元件易得，所以在工程测试的领域中经常用到。(1)(1)一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器 RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：1/3/20231/3/20
40、23第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器三、实际滤波器三、实际滤波器 2、RC调谐式滤波器调谐式滤波器 (2)(2)一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器 RC高通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：高通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器三、实际滤波器三、实际滤波器 2、RC调谐式滤波器调谐式滤波器 (3)(3)RC带通滤波器带通滤波器 RC带通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：带通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤
41、波器四、常用滤波器四、常用滤波器 频谱分析：频谱分析：将信号通过中心频率不同的多个带通滤波器，则将信号通过中心频率不同的多个带通滤波器，则各个滤波器的输出就反映了信号中在该通带频率范围内的量值，此各个滤波器的输出就反映了信号中在该通带频率范围内的量值，此过程称为过程称为信号的频谱分析信号的频谱分析，由此分析，也可摘取信号中某些特殊的，由此分析，也可摘取信号中某些特殊的频率成分。频率成分。频谱分析时带通滤波频谱分析时带通滤波器的使用方法：器的使用方法：（1）采用中心频率）采用中心频率可调的带通滤波器。可调的带通滤波器。（2）采用一组各自）采用一组各自中心频率固定、但又按一中心频率固定、但又按一定
42、规律相隔的滤波器组。定规律相隔的滤波器组。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器四、常用滤波器四、常用滤波器 用于频谱分析装置中的滤波器组，根据带通滤波器中心频率用于频谱分析装置中的滤波器组，根据带通滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，可分为两种：与带宽之间的数值关系，可分为两种：1 1、恒带宽比滤波器恒带宽比滤波器 中心频率与带宽的比值（品质因数）是不变的，称为恒带宽比中心频率与带宽的比值（品质因数）是不变的，称为恒带宽比带通滤波器带通滤波器，优点是用较少的带通滤波器个数就可以覆盖较大的频，优点是用较少的带通滤波器个数就可以覆盖较大的频率范围，缺点是中心
43、频率越高，带宽也越宽，高频滤波性能下降。率范围，缺点是中心频率越高，带宽也越宽，高频滤波性能下降。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器四、常用滤波器四、常用滤波器 1 1、恒带宽比滤波器恒带宽比滤波器 恒带宽比带通滤波器为使各个带通滤波器组合起来后能覆盖整恒带宽比带通滤波器为使各个带通滤波器组合起来后能覆盖整个要分析的信号频率范围，其带通滤波器组的中心频率是倍频程关个要分析的信号频率范围，其带通滤波器组的中心频率是倍频程关系，同时带宽是邻接式的，通常的做法是使前一个滤波器的系，同时带宽是邻接式的，通常的做法是使前一个滤波器的上截止上截止频率与后一个滤波器
44、的下截止频率相一致，如下图所示。这样的一频率与后一个滤波器的下截止频率相一致，如下图所示。这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为“邻接式邻接式”的。的。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 第第3 3节节 滤波器滤波器四、常用滤波器四、常用滤波器 2 2、恒带宽滤波器恒带宽滤波器 带宽带宽B B不随中心频率而变化，称为恒带宽带通滤波器不随中心频率而变化，称为恒带宽带通滤波器，其优点，其优点是不论带通滤波器的中心频率处在任何频段上，带宽都相同，即分是不论带通滤波器的中心频率处在任何频段上，带宽都相同，即分辨率不随频率变化，缺点是在覆盖频率范围相同的
45、情况下，要比恒辨率不随频率变化，缺点是在覆盖频率范围相同的情况下，要比恒带宽比滤波器使用较多的带通滤波器。带宽比滤波器使用较多的带通滤波器。1/3/20231/3/2023第第8 8章章 习习 题题一、填空题一、填空题1 1、直流电桥适用于、直流电桥适用于 参数变化的测量；参数变化的测量；交流电桥适用于交流电桥适用于 参数变化的测量。参数变化的测量。2 2、纯电阻交流电桥除了、纯电阻交流电桥除了 平衡，还要有平衡，还要有 平衡。平衡。3 3、调制方式因载波参数不同可分为、调制方式因载波参数不同可分为 、和和 。4 4、调幅波的解调方法有、调幅波的解调方法有 、和和 。5 5、调频电路常用的有、
46、调频电路常用的有 和和 。6 6、调频波的解调包括、调频波的解调包括 和和 两大部分。两大部分。7 7、滤波器由选频作用分为、滤波器由选频作用分为 、和和 四种。四种。8 8、常用的滤波器有、常用的滤波器有 和和 。1/3/20231/3/2023 1 1、设有一电桥，、设有一电桥，R1是工作桥臂，是工作桥臂，R2，R3，R4是固定电是固定电阻，且阻，且R1=R2=R3=R4。工作时。工作时 ，若电桥的电源，若电桥的电源电压为电压为e0，则电桥输出电压（，则电桥输出电压（）。）。（1 1）（2 2）（3 3）（4 4）2 2、调幅相当于在时域中将调制信号与载波信号（、调幅相当于在时域中将调制信
47、号与载波信号（）。）。（1 1）相乘）相乘 （2 2）相除）相除 （3 3）相加）相加 （4 4）相减）相减 3 3、电路中鉴频器的作用是、电路中鉴频器的作用是 。（1 1）使高频电压转变成直流电压）使高频电压转变成直流电压 （2 2）使电感量转变为电压量）使电感量转变为电压量 （3 3）使频率变化转变为电压变化）使频率变化转变为电压变化 （4 4）使频率转变为电流）使频率转变为电流第第8 8章章 习习 题题二、选择题二、选择题1/3/20231/3/2023 4 4、一选频装置，其幅、一选频装置，其幅频特性在频特性在 区间近于平直，区间近于平直，在在 区间急剧衰减，这叫（区间急剧衰减，这叫（
48、）滤波器。）滤波器。（1 1）低通）低通 （2 2）高通）高通 （3 3）带通）带通 （4 4）带阻）带阻 5 5、一带通滤波器，其中心频率是、一带通滤波器，其中心频率是400Hz400Hz，带宽是，带宽是50Hz50Hz，则，则滤波器的品质因数等于（滤波器的品质因数等于（）。）。（1 1）6 6 （2 2）8 8 （3 3）10 10 （4 4）12126 6、滤波器的带宽越小，表示该滤波器（、滤波器的带宽越小，表示该滤波器（）。）。A A建立时间越短，频率分辨率越低建立时间越短，频率分辨率越低 B B建立时间越长，频率分辨建立时间越长，频率分辨率越低率越低C C建立时间越短，频率分辨率越高
49、建立时间越短，频率分辨率越高 D D建立时间越长，频率分辨建立时间越长，频率分辨率越高率越高第第4 4章章 习习 题题二、选择题二、选择题1/3/20231/3/2023 1 1、平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。、平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。（）2 2、调幅波是载波与调制信号的叠加。、调幅波是载波与调制信号的叠加。（）3 3、调幅时，调制信号的频率不变。、调幅时，调制信号的频率不变。（）4 4、带通滤波器的品质因数值越大，其频率选择性越好。、带通滤波器的品质因数值越大，其频率选择性越好。（）5 5、将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。、将高通与低通
50、滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。（）第第4 4章章 习习 题题三、三、判断对错题（用判断对错题（用或或表示）表示）1/3/20231/3/2023第第4 4章章 习习 题题四、四、分析计算题分析计算题1/3/20231/3/2023第第4 4章章 习习 题题五、五、简答题简答题 1 1、何谓电桥平衡？直流电桥平衡应满足什么条件？交流、何谓电桥平衡？直流电桥平衡应满足什么条件？交流电桥应满足什么条件？电桥应满足什么条件？2 2、什么是调制和解调？、什么是调制和解调？3 3、简述调幅的原理及其解调方法。、简述调幅的原理及其解调方法。4 4、简述调频的原理及其解调方法。、简述调频的原理及其解调方法