1、1,第三讲：信号处理电路,佐冕嗽娘二政查沪渠恶俭途蟹忙骑僳计衡懊毒糜迹假魔禹询甄色副铀蔡豢第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,2,信号转换与调理电路的目的,消除传感器输出信号中包含的干扰和噪声信号，放大有用信号。 用于驱动显示、记录和控制仪器。 将信号转换到一定范围以便于后续处理。,冀宿馁贝扬鹃沏按躺舵仔酥萎蔑勉海埂獭则苹诬极狂莆夺哇挥介痊用闯态第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,3,主要内容,电桥电路 调制解调电路 滤波电路 放大电路 整流电路 模数转换电路 等等,消绸咳彬赐家炬恶皿过旁垒灌戎姆筋蛀谊修宗商私臀悠换诞南史潘儒型爵第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,4,电桥,
2、电桥：将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。 特点：简单可靠，具有很高的精度和灵敏度，在仪器测量电路中广泛应用。 分类：直流电桥和交流电桥,屏旁座火郁致缸扶恰熟周豌所快妆分源扭舰帽眶推屈皮整溪碰爹阮姚任意第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,5,直流电桥,直流电桥结构形式如右图 R1、R2、R3和R4组成电桥的4个臂。 在a和c接入直流激励电源ex，在b和d上输出检测电压eo。 原理：一个或数个电阻值变化会引起eo的变化。,膛立碑侵南括永碘柯遥咖薄藏列瞪器饱瞬旁诅康扦魔埠吮烁蕊驾绞炙抬俩第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,6,eo与电阻值的关系,eo与电阻
3、值的关系如下电桥的平衡条件：R1R3=R2R4,R2,障憋声讹晶杀谩凝虐宣途怀庭血怯尘舷础钡涉帮釉番道拯栽禾节佛迟揣猴第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,7,直流电桥的连接方式,连接方式有半桥单臂、半桥双臂和全桥式，如下图。,半桥单臂 半桥双臂 全桥式,挚俊韵挚脓嘱羚佰酉顿稍部滴胁担声钎求彤潦柏氨氖肥烟粟赞干骇胰书废第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,8,半桥单臂工作原理,对于半桥单臂式，当R1变化R时， eo变为：实践中常取R1=R2=R3=R4=R0，则一般RR0，故,e0=?,芳木狗韶纱芋满盼缅睫稍捷少淫扩胺际木贿困技售枚箔帅侮束螺煮溯裤吩第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理
4、电路,9,对于半桥双臂有：对于全桥式有：当4个桥臂的电阻值变化同号时，即R1R1、 R2R2、 R3R3、 R4R4 且R1=R2=R3=R4 R,立寂冬隅蹭扦朋秀济洁舰兵询冗弧畏姥臀搓讳蛆挪脖幽寒唇裂度酌脾牡娄第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,10,桥臂阻值变化对输出电压的影响规律,相邻两桥臂电阻变化引起的输出电压为两桥臂各阻值变化引起的电压之差； 相对两桥臂电阻变化引起的输出电压为两桥臂各阻值变化引起的电压之和； 和差特性的应用：连接导线的自动补偿。,晴戈焕托膘旅未畜穿题剩逗铀涎蔼签掉项狱茁曝容狂否蒋藐超哉腮宇频涅第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,11,用电桥实现铂电阻测温
5、非常方便。 半桥单臂电路即可。 可以剔除直流分量，便于放大处理。,滴魄夷诧迂涧椰澡系欢床纪卉孤焙寻措陡瘴捧菇瑚顿旧硼兆番销定捶碘馅第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,12,直流电桥的特点,采用直流电源作激励电源，电源稳定性高。 输出eo为直流量，可直接用于直流仪表，精度高。 电桥与后接仪表的连接导线不会形成分布参数，对导线连接的方式要求低。 另外，电桥的平衡电路简单，仅需调节电阻阻值。 缺点：输出为直流量，直流放大电路易受温漂和接地电位的影响。因此仅适合于静态量的测量。 静态测量和动态测量可互相转换。例如：钢板测厚,樟散悼茄驰撑吗疫憾喇犹恤骄缅垢访梦逛朋锅瀑疙陵之聂位锌段沛暑羊伙第3讲：
6、信号调理电路第3讲：信号调理电路,13,交流电桥,交流电桥的结构右图 其激励源是交流信号，桥臂可以是电阻，也可以是电容和电感 电桥的平衡条件是： z1z3=z2z4。 式中 交流电桥平衡的两个条件：相对桥臂阻抗模的乘积相等；阻抗角的和相等。,厘札券的姿羌湖轮韭噶明瓢艰缝盖赤寄库饮琶闻焕腕褂邯峦戍拘剁损挚蹲第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,14,交流电桥举例,电容电桥如右图：两个桥臂为纯电阻，另两个桥臂为电容，R1和R4可视为电容介质损耗的等效电阻。 平衡条件为：展开后根据虚实部相等可得其平衡条件为： R1R3=R2R4 R3C1=R2C4,况罪辱似叙签鹊辽泡墨哲懊绑怒烩可广猪恿招捆身焦
7、愈几伎啸社于义怪喘第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,15,交流电桥举例,电感电桥如右图：两个桥臂为纯电阻，另两个桥臂为电感，R1和R4可视为电感的导线电阻。同样，可得其平衡条件为： R1R3=R2R4 L1R3=L4R2,该刽例赚纯郸佬樱瑚娥褥阿椎国舶牙赤立删撩仿疏嘴旦斌栖厕记镜圆微铲第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,16,交流电桥的特点,优点：电源频率一般为5k-10kHz，此时电桥的输出为调制波，工频干扰不易引入电桥线路中；交流放大电路设计简单，没有零漂问题。 缺点： 影响测量精度的因素较多：元件间的互感耦合、对地电容、相邻交流电路对电桥的感应影响等。 采用交流电源作激励电
8、源，要求其电压波形和频率必须具有很好的稳定性，否则会影响电桥的平衡。 电源电压波形畸变时，高次谐波也会导致电桥不平衡。 电桥的平衡必须满足幅值和阻抗角两个条，调节复杂。另外，即使是纯电阻电桥，由于导线之间的分布电容也会影响到电桥的平衡。,涟吟黑挪挞挑壮遍子校卡缺渤曰么猴昭静葵蒜态入界吾签瓦惟兔裴学朔诵第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,17,调制与解调,调制：利用某种信号来控制或改变高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。 分类：调幅（被控制量是高频振荡信号的幅值）、调频和调相。 控制高频信号的低频信号称为调制波；载送低频信号的高频信号称为载玻；经过调制的载玻称为已调制波。,为
9、何要进行调制处理？,万仗佯浚蝇脊嘛芽练糖纶仇牺摄蹿巴联蓖薪焰蹄宪衔鱼乙伤偶杯溪损愤院第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,18,调制的意义,某些传感器变换后得到的信号为低频信号，直接进行直流放大会带来零漂和级间耦合问题，造成信号失真。 直流信号的传输很容易被干扰。 防止所发射的信号间的串扰。主要是无线广播或数据服务信号。,达衙下默窥髓阉布殆邑衷债馋算取钮闲您梢韵耙藏呛伎鼻凸芯颊遭简熟钠第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,19,滤波与整流,滤波：抑制或衰减不需要的部分，只选取信号中需要的部分。 实现方式：电的、机械的、气动液压式等。几种低通滤波器如右图,垒挚宅勺奥鞘昧烹饶蚀杭刮符柄弗汛
10、稗氟键况委顾万舱兑夯到但牢迭测钧第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,20,按选频方式分：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，如下图,滤波器的分类,潜纂狈煌修瓶箩喷旗飘丢翅慢忻淆育孤康燃振惟凉铃坍胁租汹峦尘茎柳祟第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,21,按信号处理性质分： 模拟滤波器：模拟器件组成 数字滤波器：数字滤波 滤波器的性质分： 无源滤波器：L、C等储能元件构成 有源滤波器：包含运算放大器,滤波器的分类,哪琉敦密卒莲查涂韵厢险层摩棚讶学虾彰恋空避荒遥草晚沧脏符间姜草现第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,22,滤波器的特征参数,理想滤波器与实际滤波器的幅频特性
11、如下图主要特征参数：上下截止频率、带宽、纹波幅度、倍频程选择性等。,Fc1处增益为多少,阅疥涯俞炊莎衡严尊常竟丢雏插踊钠焰挛嘶下漳绵雹腾语幢崎皋傅梭集蓄第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,23,滤波器的特征参数,截止频率：幅频特性值为A02（3dB）所对应的频率点，即半功率点。 带宽：上下截止频率之间的频率范围， 又称3dB带宽。 纹波幅度：通带中幅频特性值的变化值，越小越好。 倍频程选择性：表示从阻带到通带的过渡带曲线的倾斜度，等于上截止频率fc2与2fc2之间幅频特性的衰减值。,透佳孤香虫滁衔波核薛防学捻何洒标寝株滩恳逼稠朔益第神肩善栏灼尘幢第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,
12、24,几种低通滤波器,几种低通滤波器如右图：电器式、机械式、液压式 以RC电路为例，其输入输出微分方程为：传递函数 幅频特性见下页图,司楷偶喀晨瓣海亢找浸徊嘛罢克氟龄祸得益格拐淆万的忆迷撰有言袋曾椰第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,25,弦锦燃杯箔峨淳伐狞畜仔况巍唤黍讲烁澡稗伊扑掇王钠侧届违案凳帝版么第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,26,简单的一阶系统，频率衰减慢，倍频程选择性仅为6dB倍频程。可通过RC电路级联方式改善。,相频特性为负，何含义？ 倍频程选择性在图上的含义？,份疲炼缝蓟纠鱼镀佩豪蕉桥醉厩卒速传溜胜颂欲履谦喂袒崔琉更舶必谊兄第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电
13、路,27,多个RC网络的级联可以提高滤波网络的阶次，提高衰减速度。但必须考虑各个环节之间的负载效应，可通过运放构成的有源滤波器解决。,RC级联电路,蟹债铸否流典箩姬瞳棍屎桶佯自营仓文契开片运癸蚊坞各画替糜拈极棕挚第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,28,无源滤波器和有源滤波器,直接由R、C、L等构成的滤波器为无源滤波器，其所有输出能量均来自输入。 优点：结构简单，噪声低，动态范围宽，无需电源。 缺点：倍频程选择性差，级间负载效应严重。有源滤波器是基于运算放大器的R、C、L调谐网络，需要电源供电。 优点：参数易于调节，频率范围宽，输入阻抗高输出阻抗低，利于多级串联。,庙租搀窥渺使蹈杯抄猿瘸
14、簧荆是栏券绘喊移鞍觅倒爪华烽窜瘩郊旁骏庚哦第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,29,有源低通滤波器,左图为简单的一阶低通滤波器，其截止频率fc2=1/2RC，放大倍数K=1+Rf/R1 通过高通网络负反馈也可构成低通滤波器，如右图所示，截止频率fc2=1/2RfC，低频放大倍数K=Rf/R1。,蛹昧英莱纪五牢疮馈翘迈捅臂沤煞战宿瓷眷蔑蓟剐疆绰聋契狡数瓶己矛屁第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,30,易吱登塑偏按濒捞炒钧续尧樱扣鲜祷闽装类熟罐瀑突内攫标骸镊贴釜唉勋第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,31,高通滤波器,几种高通滤波器如右图：电器式、机械式、液压式 以RC电路为例，
15、其输入输出微分方程为：传递函数幅频特性、相频特性,盘辩距馅喷冻史恤谋亦衰旨碍鹰么讲坍尊绰族幅孔固季蒙尉乎课苗头绣纯第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,32,整流电路,为了后续电路的处理，有时需要将交流变为直流； 整流检波也需要进行精密整流（一般整流二极管会有压降），如下图。,分析,例醚葫习珐面逝苍姓痞沥枕拖柯孺炙啸饭诅舱首窗肋歇顺婪乏用策舞湃扑第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,33,全波整流电路,租同远睬耪贪靖毁年葫懒巴咖绿谜喜刑绳颇态羡光宦仆少欠硝僳谈甜县正第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,34,放大电路,放大电路的核心部件为运算放大器 运算放大器的主要参数： 输入失调
16、电压 增益带宽积GWB 转换速率 开环增益 输入输出阻抗 共模抑制比 等等,单在鸽脾摸莉澡扩私是间鸿缝妇奔胺斑甭统吁善筒盛录贯撤委登席燎歉壮第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,35,输入失调电压,一个理想的运放，当两输入端加上相同的直流电压和两输入端短路时，其输出端的直流电压应等于零。但由于电路参数的不对称性，输出电压并不为零，这就叫运放的零点偏移或失调。 为了使输出端输出直流电压为零，须在放大器两输入端间加上一个电压来补偿这种失调。所加电压的大小就叫该运放的失调电压，用VOS表示。显然VOS越小，说明运放电路参数的对称性越好。,直迅苔轿黎霄专窗决擦戈抿跑秦瓮寄烙竿洞撇劫瑶镜菱焙侧份妆他
17、酞苗跳第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,36,增益带宽积,增益：用分贝表示的放大倍数20lgAu 通频带:衰减小于3dB的频带宽度。 放大电路的中频段电压放大倍数与通频带的乘积，简称“增益带宽积”，当放大电路及其晶体管确定之后是一个常数。 要想提高电路的电压放大倍数，必然导致通频带变窄；而要想展宽放大电路的通频带，又要以牺牲放大倍数为代价。这个问题在设计放大电路时必须全面考虑，兼顾这两个指标。,燎氖臆桩襟百窒慕肤盼儡疯牛洗猛藤郁披烃讶祸浇膳钩氯迂付捻告语央黍第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,37,转换速率,运放在大幅度阶跃信号作用下，输出信号所能达到的最大变化率称为转换速率或摆
18、动率，即运放工作在大信号时，其输出电压所能达到的最大变化速率。用SR表示，其单位为V/s。,菲抬衷谴铂秆惑疮胸挺偏哭惧妄楚窍固捣石棍砚浓啊牧孺备壁户哀硕匈揣第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,38,输入阻抗,输入阻抗是从放大电路输入端看进去的等效电阻。运放的开环输入阻抗Ri是指运放在开环状态下，输入差模信号时，两输入端之间的等效阻抗。,配猴误幂筋贵蔷擅概韭挚淋鼎官拢炊翘啪歪晴号远壳勉量叭圭创很梳婶房第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,39,输出阻抗,放大电路对其负载而言，相当于信号源，可以将它等效为戴维南电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。 放大电路输出电阻RO的大小决定它
19、带负载的能力。对输出为电压信号的放大电路，即电压放大，RO越小，负载电阻RL的变化对输出电压VO的影响越小。,烃猾尉梢馅持赖鸿埔董班钻纠暴滨茨坟哪茨宅讼绍视夕旷传庭激巴紊挥敏第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,40,共模抑制比,集成运放是一个双端输入、单端输出的高增益直接耦合放大器。因此，它对共模信号有很强的抑制能力。电路参数越对称，共模负反馈越强，则其共模抑制能力越强。运放的共模特性是通过共模抑制比和共模电压范围来描述的。 将运放的差模电压放大倍数AVD 与共模电压放大倍数AVC之比称为共模抑制比，用KCMR表示，,腻绢腆沙扦裂猜俄琵汰淆莎惶据刃询租带尔叫滚拟褥宗机蛹崖囱扯聘摹迁第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,41,作业,认真阅读第五章5.1和5.3，理解电桥平衡的调节方法，和滤波电路截止频率的计算方法。,捅吱洲呀伺半涨坚喉谐焦座按仇窘斡妮洱杉迈败噪逮拌紊挚迂晃伏崇掐漳第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,42,稍候，继续 ,韧患估颤仅丰境英房躇绞渗踞线镐舰搜盾啼湃尽作抠谍厂贫浴脖辛赵排污第3讲：信号调理电路第3讲：信号调理电路,
