第7章信號(hào)調(diào)整出版社走信息路讀北郵書(shū)《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》課件下一頁(yè)第7章信號(hào)調(diào)整出版社第7章信號(hào)調(diào)理走信息路讀北郵書(shū)

7.1信號(hào)放大7.2信號(hào)濾波7.3

信號(hào)線形變換《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》課件關(guān)閉第7章信號(hào)調(diào)整信號(hào)放大7.17.1.2

隔離放大器7.1.1

儀用放大器第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器

儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1

儀用放大器集成電路27.1.1第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.11）三運(yùn)放電路由三運(yùn)放電路組成的儀用放大器有兩級(jí)組成（如圖7.1.1所示），第一級(jí)是兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的同相放大器，第二級(jí)是差動(dòng)放大器——減法器。如果Al、A2和A3都是理想運(yùn)放。則v1＝v2，v3＝v4，儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.11）三運(yùn)放電路由三運(yùn)放電路組成的儀用放大器有兩級(jí)組成（如圖7.1.1所示），第一級(jí)是兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的同相放大器，第二級(jí)是差動(dòng)放大器——減法器儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1vo+_+_+_R3R4R1R2R5R6RBv1v2v3v4vO1vO2A1A2A3IB圖7.1.1三運(yùn)放電路圖第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.1如果Al、A2和A3都是理想運(yùn)放。則v1＝v2，v3＝v4，儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.1儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1因此儀用放大器第一級(jí)放大倍數(shù)：輸出電壓

第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.1

為了提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，應(yīng)根據(jù)上下對(duì)稱(chēng)的原則選擇電阻參數(shù)。R1＝R2，R3＝R4，R5＝R6，儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1

由(7-3)式可知，在共模電壓作用下，輸出電壓為零，電阻RB兩端是不會(huì)產(chǎn)生電位差的，因此儀用放大器具有很高的共模抑制能力。二級(jí)放大倍數(shù)：第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.1

儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1儀用放大器總的放大倍數(shù)：

若取R3＝R4，R5＝R6，

第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.1(2）雙運(yùn)放電路雙運(yùn)放電路如圖7.1.2所示，根據(jù)電路線性疊加原理，分別計(jì)算電路在輸入信號(hào)v1和v2作用下的輸出信號(hào)vO1和vO2，則vO＝vO1＋vO儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1vo+_+_R3R2R4v1v2A1A2R1v01圖7.1.2雙運(yùn)放電路第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器基本結(jié)構(gòu)7.1.1儀用放大器基本結(jié)構(gòu)1第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器集成電路7.1.2（1）概述理想運(yùn)放的CMRR值（共模抑制比）應(yīng)該是無(wú)窮大的，但大多數(shù)集成運(yùn)算放大器的CMRR值實(shí)際上在80dB以上。目前市場(chǎng)上所有的儀用放大器的共模抑制比在200Hz處就開(kāi)始衰減，因而不能滿足某些系統(tǒng)在寬帶干擾抑制方面的應(yīng)用要求。（2）儀用放大器AD8221AD8221可廣泛用于精確數(shù)據(jù)采集、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析和航空航天儀器系統(tǒng)中。由于它具有低失調(diào)電壓、低失調(diào)電壓溫漂、低增益漂移、高增益精度等特點(diǎn)，因而非常適用于要求直流特性比較高的應(yīng)用領(lǐng)域，例如橋式電路信號(hào)測(cè)量等。另外，它還可應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制、醫(yī)療儀器、應(yīng)變儀和傳感器接口等電路中。儀用放大器集成電路2第7章信號(hào)調(diào)整儀用放大器集成電路7.1.2儀用放大器集成電路2

應(yīng)用電路-利用AD8221作精確應(yīng)變測(cè)量+_350Ω0.1μFRAD8221－IN350Ω350Ω350Ω5V2.5V10μF圖7.1.3橋路信號(hào)測(cè)量電路圖第7章信號(hào)調(diào)整隔離放大器概述1光電耦合器27.1.2光電隔離放大器3新型光電隔離放大器36504第7章信號(hào)調(diào)整概述7.1.2采用變壓器耦合的隔離放大器有:BB公司（BURR-BROWN公司）的ISO212、3656；AD公司（AnalogDevices公司）的AD202、AD204、AD210、AD215；采用電容耦合的隔離放大器有:BB公司的ISO102，ISO103，ISO106，ISO107，ISO113，ISO120，ISO121，ISO122，ISO175；采用光電耦合的隔離放大器有:BB公司的ISO100，ISO130，3650，3652概述1第7章信號(hào)調(diào)整光電耦合器7.1.2(1)光電耦合器原理及特性在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。(2)光電耦合器可作為線性耦合器使用。在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器2第7章信號(hào)調(diào)整光電隔離放大器7.1.2

光電耦合器件具有非線性電流傳輸?shù)奶匦?，如果直接用于模擬量的傳輸，則線性度和精度都很差。于是很多國(guó)外器件公司相繼推出線性光耦隔離放大器件，它利用發(fā)光二極管LED與兩個(gè)光電二極管進(jìn)行耦合，一路反饋到輸入端，一路耦合到輸出端，經(jīng)過(guò)激光調(diào)整精心匹配，線性度和穩(wěn)定度都很好。光電隔離放大器3R1OE圖7.1.4性能優(yōu)良的線性光電耦合放大器+_R2vIR3vCC+VCCR4C_+vOA2A1第7章信號(hào)調(diào)整

新型光電隔離放大器36507.1.2（1）3650是Ｂ-Ｂ公司生產(chǎn)的新型光電隔離放大器，尺寸小、價(jià)格低、具有較寬的帶寬且性能可靠。由于采用了直流模擬調(diào)制技術(shù)，從而避免了大多數(shù)隔離放大器模塊在信號(hào)傳送和接收所存在的電磁干擾問(wèn)題。（2）光電隔離放大器3650應(yīng)用說(shuō)明電源失調(diào)電壓的調(diào)節(jié)電源新型光電隔離放大器36504第7章信號(hào)調(diào)整信號(hào)濾波7.27.2.2

RC有源濾波電路7.2.1

概述第7章信號(hào)調(diào)整概述濾波器類(lèi)型1濾波器的主要特性指標(biāo)27.2.1濾波器傳遞函數(shù)3

濾波器特性的逼近4第7章信號(hào)調(diào)整濾波器類(lèi)型

7.2.11.濾波器類(lèi)型（1）按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器（2）按功能分：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器(BEF)，全通濾波器。（3）按電路組成分：LC無(wú)源濾波器、RC無(wú)源濾波器、由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器、RC有源濾波器(4)按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階濾波器、二階濾波器、高階濾波器濾波器類(lèi)型1第7章信號(hào)調(diào)整濾波器的主要特性指標(biāo)7.2.1（1）特征頻率：①通帶截止頻率②阻帶截止頻率③轉(zhuǎn)折頻率④固有頻率（2）增益與衰耗（3）阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)（4）靈敏度（5）群時(shí)延函數(shù)濾波器的主要特性指標(biāo)2第7章信號(hào)調(diào)整濾波器傳遞函數(shù)7.2.1

高階濾波器的傳遞函數(shù)可以由多個(gè)二階函數(shù)（n為偶數(shù)）或一個(gè)一階函數(shù)和多個(gè)二階函數(shù)（n為奇數(shù)）乘積求得。所以二階濾波器為基本濾波器。濾波器傳遞函數(shù)3第7章信號(hào)調(diào)整濾波器特性的逼近7.2.1

理想濾波器要求幅頻特性A(w)在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，沒(méi)有過(guò)渡帶，還要求群延時(shí)函數(shù)在通帶內(nèi)為一常量，實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此工程實(shí)踐中往往選擇適當(dāng)逼近方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)理想濾波器的最佳逼近。測(cè)控系統(tǒng)中常用的三種逼近方法為：巴特沃斯逼近法；切比雪夫逼近法；貝賽爾逼近法。

濾波器特性的逼近4第7章信號(hào)調(diào)整RC有源濾波電路壓控電壓源型RC有源濾波電路1無(wú)限增益多路反饋型濾波電路27.2.2雙二階環(huán)濾波電路3有源濾波器集成電路4第7章信號(hào)調(diào)整壓控電壓源型RC有源濾波電路7.2.2

（1）低通濾波電路壓控電壓源型RC有源濾波電路1+R0Rvo(t)C1C2R2R1+_圖7.2.1低通濾波電路第7章信號(hào)調(diào)整壓控電壓源型RC有源濾波電路7.2.2（2）高通濾波器壓控電壓源型RC有源濾波電路1vo(t)R0RC2C1R1R2-++_圖7.2.2高通濾波電路第7章信號(hào)調(diào)整壓控電壓源型RC有源濾波電路7.2.2（3）帶通濾波器壓控電壓源型RC有源濾波電路1vi(t)R0Rvo(t)C1C2R1R2R3+_圖7.2.3帶通濾波器第7章信號(hào)調(diào)整壓控電壓源型RC有源濾波電路7.2.2（4）帶阻濾波器壓控電壓源型RC有源濾波電路1R1C3R0Rvo(t)vi(t)C2C1R3R2+_圖7.2.4帶阻濾波器第7章信號(hào)調(diào)整無(wú)限增益多路反饋型濾波電路7.2.2

無(wú)限增益多路反饋型濾波電路由兩部分構(gòu)成：理論上具有無(wú)限增益的運(yùn)算放大器和多路反饋網(wǎng)絡(luò)。主要有以下幾種類(lèi)型：（1）低通濾波電路(圖7.2.5)

（2）高通濾波器(圖7.2.6)無(wú)限增益多路反饋型濾波電路2第7章信號(hào)調(diào)整

雙二階環(huán)濾波電路7.2.2（1）具有低通與帶通濾波功能的雙二階環(huán)濾波器雙二階環(huán)濾波電路3R1R0R2C1R3R4R5vi(t)C2v3(t)v2(t)v1(t)+_+_+_圖7.2.8具有低通與帶通濾波功能的雙二階環(huán)濾波電路A1A2A3第7章信號(hào)調(diào)整雙二階環(huán)濾波電路7.2.22）可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路圖7.2.9所示為可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路，通過(guò)對(duì)電路參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)不同功能。令R03開(kāi)路，R01=R02R2/R3

，電路實(shí)現(xiàn)高通濾波功能；令R01=R02R2/R3

，R03=R02R5/R4，電路實(shí)現(xiàn)帶阻濾波功能；令R01=R02R2/(2R3)

，R03=R02R5/R4

，電路實(shí)現(xiàn)全通濾波功能。雙二階環(huán)濾波電路3第7章信號(hào)調(diào)整雙二階環(huán)濾波電路7.2.2雙二階環(huán)濾波電路3vo(t)vi(t)R01R1R2C1R3R4R5R02R03C2+_+_+_圖7.2.9可實(shí)現(xiàn)高通、帶阻與全通濾波的雙二階環(huán)電路A1A2A3第7章信號(hào)調(diào)整雙二階環(huán)濾波電路7.2.23）低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波電路圖7.2.10所示為可實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波功能的雙二階環(huán)電路，通過(guò)對(duì)電路參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)不同功能。雙二階環(huán)濾波電路3vi(t)vH(t)vB(t)vL(t)vX(t)R01R02R04R03R1R2R05R06R07R0C2C1圖7.2.10具有低通、高通、帶通、帶阻與全通濾波功能的雙二階環(huán)電路+_+_+_+_第7章信號(hào)調(diào)整有源濾波器集成電路7.2.2

目前電子市場(chǎng)上已有多種有源濾波器集成電路，例如美國(guó)MAXIM公司的MAX274/275，MAX26X系列（引腳可編程的通用及帶通濾波器）；BB公司的UAF42有源濾波器；美國(guó)LTC(linearTechnologyCorp)公司的LTC1562等。有源濾波器集成電路4第7章信號(hào)調(diào)整信號(hào)線性變換7.37.3.2

電壓頻率變換7.3.1

電壓電流變換第7章信號(hào)調(diào)整電壓電流變換負(fù)載浮置的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1負(fù)載接地的電壓—電流變換器27.3.1第7章信號(hào)調(diào)整負(fù)載浮置的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路7.3.1（1）如圖7.3.1所示為實(shí)現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換的基本原理電路。根據(jù)運(yùn)算放大器的特性，可以求得負(fù)載浮置的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1（2）這種電路的缺點(diǎn)是負(fù)載電流全部要由輸入信號(hào)源提供。為減小輸入電壓提供的電流可將負(fù)載改接到放大的輸出端，如圖7.3.2所示.第7章信號(hào)調(diào)整負(fù)載浮置的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路7.3.1負(fù)載浮置的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路1(3)采用加大運(yùn)算放大器輸入阻抗和采用同相運(yùn)算放大器，將輸入信號(hào)接入同相端，可以減小負(fù)載從輸入信號(hào)源汲取的電流，如圖7.3.3所示。

ZLR1vOvI←I1←IL圖7.3.3負(fù)載浮置的同相運(yùn)算放大電路+_第7章信號(hào)調(diào)整負(fù)載接地的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路7.3.1負(fù)載接地的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路2

因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中常常要求負(fù)載電阻一端接地，以便與后續(xù)電路相連，所以可以采用單個(gè)或兩個(gè)運(yùn)算放大器電路運(yùn)算放大器的電路組成負(fù)載接地的電壓—電流變換器。R2R1vO→I1↓IL圖7.3.4負(fù)載接地的單運(yùn)放電壓—電流變換器+_R3R4ZLvLvI↓I3第7章信號(hào)調(diào)整負(fù)載接地的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路7.3.1負(fù)載接地的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路2根據(jù)電路的疊加原理，輸出電壓為由圖7.3.4可知，第7章信號(hào)調(diào)整電壓頻率變換積分復(fù)原型電壓頻率變換器1電荷平衡型電壓頻率變換器27.3.2電壓頻率變換器集成電路3第7章信號(hào)調(diào)整積分復(fù)原型電壓頻率變換器7.3.2積分復(fù)原型電壓頻率變換器2

積分復(fù)原型電壓頻率變換器由積分器、比較器和積分復(fù)原模擬開(kāi)關(guān)等部分組成。積分復(fù)原型電壓頻率變換器基本工作原理相似，主要差別在于復(fù)位方法、復(fù)位時(shí)間長(zhǎng)短。圖7.3.5所示為積分復(fù)原型電壓頻率變換器原理圖。

模擬開(kāi)關(guān)積分器比較器參考電壓vR輸入信號(hào)vIvF圖7.3.5積分復(fù)原型電壓頻率變換器原理圖vO第7章信號(hào)調(diào)整積分復(fù)原型電壓頻率變換器7.3.2積分復(fù)原型電壓頻率變換器2

輸入信號(hào)vI經(jīng)過(guò)積分器積分，積分后的電壓vO與比較器的參考電壓vR比較，vO=vR，比較器翻轉(zhuǎn)，比較器輸出控制模擬開(kāi)關(guān)切換到vF

，模擬開(kāi)關(guān)使積分器復(fù)原為零。假定vI>0，則積分器輸出經(jīng)過(guò)一段時(shí)間T1

后，

比較器翻轉(zhuǎn)，積分器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間T2后復(fù)原為零。比較器輸出頻率

由公式（7.3.9）可知，變換電路的輸出頻率f0與輸入電壓vI成正比。第7章信號(hào)調(diào)整電荷平衡型電壓頻率變換器7.3.2電荷平衡型電壓頻率變換器2

積分復(fù)原型電壓頻率