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1、测控电路与器件目录第第1 1章章 信号调理电路信号调理电路第第2 2章章 常用控制器件常用控制器件第第3 3章章 控制电机控制电机第第4 4章章 常用电气控制线路常用电气控制线路第第5 5章章 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用第第6 6章章 模拟量控制电路模拟量控制电路第第7 7章章 开关量控制电路开关量控制电路第第8 8章章 信号显示信号显示 第1章 信号调理电路n信号放大n信号变换电路n信号运算电路n滤波电路n调制与解调电路n数据采集电路 1.1 信号放大 生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变生产现
2、场的各种物理量经过传感器或变送器变为电信号，这些为电信号，这些为电信号，这些为电信号，这些电信号往往比较小电信号往往比较小电信号往往比较小电信号往往比较小，需经过放大，需经过放大，需经过放大，需经过放大后才能送给后才能送给后才能送给后才能送给A/DA/D转换器变为数字量送给计算机转换器变为数字量送给计算机转换器变为数字量送给计算机转换器变为数字量送给计算机 。 因生产现场不同，放大器的工作环境千差万因生产现场不同，放大器的工作环境千差万因生产现场不同，放大器的工作环境千差万因生产现场不同，放大器的工作环境千差万别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对
3、别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要不同的放大器。不同的放大器。不同的放大器。不同的放大器。 本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔离放大器、可变增益放大器等。离放大器、可变增益放大器等。离放大器、可变增益放大器等。离放大器、可变增益放大器等。返回返回通用方法通用方法通
4、用方法通用方法 R Ri i很大，很大，很大，很大，R Ro o很小，很小，很小，很小，K K很大。很大。很大。很大。 虚短虚短虚短虚短在深度负反馈的条件下，运放的在深度负反馈的条件下，运放的在深度负反馈的条件下，运放的在深度负反馈的条件下，运放的两输入端的电两输入端的电两输入端的电两输入端的电压差为零压差为零压差为零压差为零 即：即：即：即：u ui iu uu u0 0，即，即，即，即u uu u 虚断虚断虚断虚断流入和流出输入端的电流都为流入和流出输入端的电流都为流入和流出输入端的电流都为流入和流出输入端的电流都为0 0。 即：即：即：即： I I=I=I0 0运算放大器的理想特性：运算
5、放大器的理想特性：运算放大器的理想特性：运算放大器的理想特性：1.1.1 比例放大器比例放大器同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器图1-1 同相放大器的基本形式 同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的特点。特点。特点。特点。基本形式如图基本形式如图基本形式如图基本形式如图1-11-1所示：所示：所示：所示：增益为：增益为：增益为：增益为：1.1.1 比例放大器比例放大器同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器 同相放大器的特点：输入阻抗高。同相放
6、大器的特点：输入阻抗高。同相放大器的特点：输入阻抗高。同相放大器的特点：输入阻抗高。输入阻抗为：输入阻抗为：输入阻抗为：输入阻抗为： 式中：式中：式中：式中：r ri i为运放的开环输入阻抗，为运放的开环输入阻抗，为运放的开环输入阻抗，为运放的开环输入阻抗，A A为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，F F为电路的反馈系数。为电路的反馈系数。为电路的反馈系数。为电路的反馈系数。1.1.1 比例放大器比例放大器同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器 同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于同相放大器的特点：输出阻抗很
7、小，几乎接近于同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于0 0。输出阻抗为：输出阻抗为：输出阻抗为：输出阻抗为： 式中：式中：式中：式中：r r0 0为运放的开环输出阻抗，为运放的开环输出阻抗，为运放的开环输出阻抗，为运放的开环输出阻抗，A A为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，F F为电路的反馈系数。为电路的反馈系数。为电路的反馈系数。为电路的反馈系数。1.1.1 比例放大器比例放大器反相放大器反相放大器反相放大器反相放大器 反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但
8、性能稳反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳定的特点。定的特点。定的特点。定的特点。基本形式如图基本形式如图基本形式如图基本形式如图1-41-4所示：所示：所示：所示：增益为：增益为：增益为：增益为：图1-4 反相放大器的基本形式 1.1.1 1.1.1 比例放大器比例放大器基本差分放大器基本差分放大器基本差分放大器基本差分放大器 图1-7 基本差分放大器 采用电路结构完全对称的差分放采用电路结构完全对称的差分放采用电路结构完全对称的差分放采用电路结构完全对称的差分放大，有利于抑制共模干扰（提高大，有利于抑制共模干扰（提高大，有利于抑制共模干扰（提高大，有利于抑制共模干扰（提高电路的共
9、模抑制比）和减小温度电路的共模抑制比）和减小温度电路的共模抑制比）和减小温度电路的共模抑制比）和减小温度漂移。漂移。漂移。漂移。 利用电路的线性叠加原理，先计利用电路的线性叠加原理，先计利用电路的线性叠加原理，先计利用电路的线性叠加原理，先计算输入信号算输入信号算输入信号算输入信号u uI1I1作用的输出作用的输出作用的输出作用的输出u uO1O1: : 再计算输入信号再计算输入信号再计算输入信号再计算输入信号u uI2I2作用的输出作用的输出作用的输出作用的输出u uO2O2: :1.1.1 1.1.1 比例放大器比例放大器基本差分放大器基本差分放大器基本差分放大器基本差分放大器 图1-7
10、基本差分放大器 如果电路能做到完全对称，即如果电路能做到完全对称，即如果电路能做到完全对称，即如果电路能做到完全对称，即 则有则有则有则有: :1.1.1 1.1.1 比例放大器比例放大器基本差分放大器基本差分放大器基本差分放大器基本差分放大器由于基本差分放大器的输入阻抗较低，它的应由于基本差分放大器的输入阻抗较低，它的应由于基本差分放大器的输入阻抗较低，它的应由于基本差分放大器的输入阻抗较低，它的应用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介绍的仪用放大器。绍的仪用放大器。绍的
11、仪用放大器。绍的仪用放大器。集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，如如如如INAl05INAl05INAl05INAl05，INAl06INAl06INAl06INAl06，INAll7INAll7INAll7INAll7。1.1.2 仪用放大器仪用放大器 仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大仪用
12、放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大器。器。器。器。 这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。经常用于精密仪器电路和测控电路
13、中，故称为仪用放大器。 图图图图1-81-81-81-8所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。图1-8三运放仪用放大器1.1.2 仪用放大器仪用放大器 电路分析：电路分析：电路分析：电路分析：图1-8三运放仪用放大器1.1.2 仪用放大器仪用放大器 电路分析：电路分析：电路分析：电路分析：图1-8三运放仪用放大器差模增益为：差模增益为：差模增益为：差模增益为：共模增益为：共模增益为：共模增益为：共模增益为：由三运放组成的差分放大器具有由三运放组成的差分放大器
14、具有由三运放组成的差分放大器具有由三运放组成的差分放大器具有高共高共高共高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益模抑制比、高输入阻抗和可变增益模抑制比、高输入阻抗和可变增益模抑制比、高输入阻抗和可变增益等等等等一系列优点，它是目前测控系统和仪一系列优点，它是目前测控系统和仪一系列优点，它是目前测控系统和仪一系列优点，它是目前测控系统和仪器仪表中最典型的前置放大器。器仪表中最典型的前置放大器。器仪表中最典型的前置放大器。器仪表中最典型的前置放大器。1.1.3 1.1.3 隔离放大器隔离放大器 所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器所谓隔离放大器，是指前级放
15、大器与后级放大器所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器之间之间之间之间没有电的联系没有电的联系没有电的联系没有电的联系，而是利用，而是利用，而是利用，而是利用光或磁来耦合光或磁来耦合光或磁来耦合光或磁来耦合信号。信号。信号。信号。 它可以提高系统的抗干扰性能、安全性能和可靠它可以提高系统的抗干扰性能、安全性能和可靠它可以提高系统的抗干扰性能、安全性能和可靠它可以提高系统的抗干扰性能、安全性能和可靠性，现代测控系统经常采用隔离放大器。性，现代测控系统经常采用隔离放大器。性，现代测控系统经常采用隔离放大器。性，现代测控系统经常采用隔离放大器。 目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦目前用得
16、较多的是利用光来耦合信号。用光来耦目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三极管。极管。极管。极管。 如图如图如图如图1-91-91-91-9给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。给出
17、了常见的几种光电耦合器的内部电路。给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。1.1.3 1.1.3 隔离放大器隔离放大器 不同类型光电耦合器件传输特性比较：（图不同类型光电耦合器件传输特性比较：（图不同类型光电耦合器件传输特性比较：（图不同类型光电耦合器件传输特性比较：（图1-101-101-101-10） 选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并将其工作范围限制在近似的线性传输区；将其工作范围限制在近似的线性传输区；将其工作范围限制在近似
18、的线性传输区；将其工作范围限制在近似的线性传输区； 在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极管型。管型。管型。管型。 硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但传输增益最小；传输增益最小；传输增益最小；传输增益最小； 硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大；硅光敏三极管型：传输
19、线性较差，传输增益较大；硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大；硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大； 达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。因此：因此：因此：因此：1.1.3 1.1.3 隔离放大器隔离放大器 下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器： 图1-11光电偶合放大电路图1-12线形光电偶合放大电路1.1.4 1.1.4 可变增益放大器可变增益
20、放大器 为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器的增益。的增益。的增益。的增益。 通过改变反馈网络的反馈系数，即电阻的比例，通过改变反馈网络的反馈系数，即电阻的比例，通过改变反馈网络的反馈系数，即电阻的比例，通过改变反馈网络的反馈系数，即电阻的比例，同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。同相放大器和反
21、相放大器都很容易改变增益。同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。 图图图图1-141-14所示是一个可变增益的同相放大器的原理所示是一个可变增益的同相放大器的原理所示是一个可变增益的同相放大器的原理所示是一个可变增益的同相放大器的原理图。图。图。图。1.1.4 1.1.4 可变增益放大器可变增益放大器 增益增益增益增益: : 显然，改变变阻器显然，改变变阻器显然，改变变阻器显然，改变变阻器R RP P的阻的阻的阻的阻值可以改变放大器的增益。值可以改变放大器的增益。值可以改变放大器的增益。值可以改变放大器的增益。 该电路可以该电路可以该电路可以该电路可以
22、连续连续连续连续地改变放地改变放地改变放地改变放大器的增益。大器的增益。大器的增益。大器的增益。 1.2 1.2 信号变换电路信号变换电路 电压电流变换器电压电流变换器(VCC)(VCC) 电流电压变换器电流电压变换器(CVC)(CVC)电压频率变换电路电压频率变换电路 频率电压变换电路频率电压变换电路电压比较器电压比较器限幅放大器限幅放大器 返回返回1.2.1 电压电压/ /电流变换器电流变换器和电流和电流/ /电压变换器电压变换器 电压电流变换器电压电流变换器电压电流变换器电压电流变换器(VCC)(VCC)(VCC)(VCC)用来将用来将用来将用来将电压电压电压电压信号变换为与电压成信号变
23、换为与电压成信号变换为与电压成信号变换为与电压成正比的正比的正比的正比的电流电流电流电流信号。信号。信号。信号。 VCCVCCVCCVCC按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。电压电压电压电压/ /电流变换器电流变换器电流变换器电流变换器(1)(1)(1)(1)负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器常用的接法：常用的接法：常用的接法：常用的接法：反相式负载浮地型反相式负载浮地型反相式负
24、载浮地型反相式负载浮地型VCCVCCVCCVCC中，输入电压中，输入电压中，输入电压中，输入电压u u u uI I I I加在反相输入端，负载阻抗加在反相输入端，负载阻抗加在反相输入端，负载阻抗加在反相输入端，负载阻抗Z Z Z ZL L L L接在接在接在接在反馈支路中，故输入电流等于反馈反馈支路中，故输入电流等于反馈反馈支路中，故输入电流等于反馈反馈支路中，故输入电流等于反馈支路中的电流，即支路中的电流，即支路中的电流，即支路中的电流，即 (1)(1)(1)(1)负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载阻抗中的电流负载阻抗中的电
25、流负载阻抗中的电流负载阻抗中的电流i i i iL L L L与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压u u u uI I I I成正比，而与负载阻抗成正比，而与负载阻抗成正比，而与负载阻抗成正比，而与负载阻抗Z Z Z ZL L L L无关。无关。无关。无关。同相式负载浮地型同相式负载浮地型同相式负载浮地型同相式负载浮地型VCCVCCVCCVCC中，输入电中，输入电中，输入电中，输入电压压压压u u u uI I I I加在同相输入端，负载阻抗加在同相输入端，负载阻抗加在同相输入端，负载阻抗加在同相输入端，负载阻抗Z Z Z ZL L L L接在反馈支路中，故输入电流等于接在反馈支路中，故输
26、入电流等于接在反馈支路中，故输入电流等于接在反馈支路中，故输入电流等于反馈支路中的电流，即反馈支路中的电流，即反馈支路中的电流，即反馈支路中的电流，即 电流放大式负载浮地型电流放大式负载浮地型电流放大式负载浮地型电流放大式负载浮地型VCCVCCVCCVCC，在这个电路中，负载电流大，在这个电路中，负载电流大，在这个电路中，负载电流大，在这个电路中，负载电流大部分由运算放大器提供，只有很小一部分由信号源提供，部分由运算放大器提供，只有很小一部分由信号源提供，部分由运算放大器提供，只有很小一部分由信号源提供，部分由运算放大器提供，只有很小一部分由信号源提供，且有且有且有且有(1)(1)(1)(1)
27、负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器图1-21负载接地型VCC(2)(2)(2)(2)负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器常用接法：常用接法：常用接法：常用接法：利用叠加原理，有：利用叠加原理，有：利用叠加原理，有：利用叠加原理，有：如果如果如果如果(2)(2)(2)(2)负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器高性能型：高性能型：高性能型：高性能型： 电路中电路中电路中电路中A1A1A1A1为普通运算放大器，为普通运算
28、放大器，为普通运算放大器，为普通运算放大器，A2A2A2A2为仪器放大器为仪器放大器为仪器放大器为仪器放大器( ( ( (如如如如AD620)AD620)AD620)AD620)。假定。假定。假定。假定A2A2A2A2的增益为的增益为的增益为的增益为K K K K，则有：，则有：，则有：，则有：图1-22高性能负载接地型VCC电流电压变换器电流电压变换器(CVC) 电流电压变换器电流电压变换器电流电压变换器电流电压变换器(CVC)(CVC)(CVC)(CVC)用来将电流信号变换为成正比的用来将电流信号变换为成正比的用来将电流信号变换为成正比的用来将电流信号变换为成正比的电压信号。电压信号。电压
29、信号。电压信号。 图图图图1-231-231-231-23所示为电流电压变换器的原理图。所示为电流电压变换器的原理图。所示为电流电压变换器的原理图。所示为电流电压变换器的原理图。电流电压变换器电流电压变换器(CVC) 若将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略运若将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略运若将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略运若将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略运算放大器本身的输入电流，则有算放大器本身的输入电流，则有算放大器本身的输入电流，则有算放大器本身的输入电流，则有电流电压变换器电流电压变换器(CVC) 若被测电流若被测电流若被测电流若被测电流i i
30、 i iS S S S很小，为了要有一定的输出电压数值应该很小，为了要有一定的输出电压数值应该很小，为了要有一定的输出电压数值应该很小，为了要有一定的输出电压数值应该取较大的取较大的取较大的取较大的R R R RF F F F阻值，但阻值，但阻值，但阻值，但R R R RF F F F越大，必然带来两个问题：一是越大，必然带来两个问题：一是越大，必然带来两个问题：一是越大，必然带来两个问题：一是大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出端的大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出端的大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出端的大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出端的噪声也越大。噪声也
31、越大。噪声也越大。噪声也越大。 在实际应用中，常采用如下图所示电路：在实际应用中，常采用如下图所示电路：在实际应用中，常采用如下图所示电路：在实际应用中，常采用如下图所示电路：1.2.2 电压电压/频率变换与频率频率变换与频率/电压变换电压变换 电压电压电压电压/ / / /频率变换电路（频率变换电路（频率变换电路（频率变换电路（VFCVFCVFCVFC）：也称为频率调制）：也称为频率调制）：也称为频率调制）：也称为频率调制（FMFMFMFM）、压控振荡器（）、压控振荡器（）、压控振荡器（）、压控振荡器（VCOVCOVCOVCO）、准模）、准模）、准模）、准模/ / / /数转换电路。数转换电
32、路。数转换电路。数转换电路。 频率频率频率频率/ / / /电压变换电路（电压变换电路（电压变换电路（电压变换电路（FVCFVCFVCFVC）：也称为鉴频器、准）：也称为鉴频器、准）：也称为鉴频器、准）：也称为鉴频器、准数数数数/ / / /模转换电路。模转换电路。模转换电路。模转换电路。1. 电压电压/频率变换电路频率变换电路 绝大多数的电压频率变换电路都可采用图绝大多数的电压频率变换电路都可采用图绝大多数的电压频率变换电路都可采用图绝大多数的电压频率变换电路都可采用图1-261-261-261-26的原理的原理的原理的原理框图来说明。框图来说明。框图来说明。框图来说明。 图中模拟开关在比较
33、器输出的控制下将输入信号输入到图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出与参考电压与参考电压与参考电压与参考电压U U U UR R R R相比较，当积分器的输出达到时，比较器相比较，当积分器的输出达到时，比较器相比较，当积分器的输出达到时，比较器相比较，当积分器的输出达到时，比较器翻转，其输出控制模拟开
34、关切换到翻转，其输出控制模拟开关切换到翻转，其输出控制模拟开关切换到翻转，其输出控制模拟开关切换到u u u uF F F F，是与，是与，是与，是与u u u uI I I I相反的电相反的电相反的电相反的电压压压压, , , ,且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器的输出迅速回零。的输出迅速回零。的输出迅速回零。的输出迅速回零。 1. 电压电压/频率变换电路频率变换电路 假定假定假定假定u u u uI I I I0000，在对，在对，在对，在对
35、u u u uI I I I积分时积分器的输出：积分时积分器的输出：积分时积分器的输出：积分时积分器的输出： 比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期间需时间为间需时间为间需时间为间需时间为T2T2T2T2。在设计电路时使。在设计电路时使。在设计电路时使。在设计电路时使T2T1T2T1T2T1T2UU- -时，时，时，时，U UOO=U=U+OO，maxmax （2 2）当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电）当同相输入端电压大于反向输入
36、端电压时，输出电）当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电）当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电 压为高电平，即压为高电平，即压为高电平，即压为高电平，即 U U+00时，时，时，时，U UOO0;0; 当当当当i iF F000。 令令令令i iF F=0=0，则有：，则有：，则有：，则有：1. 电压比较器电压比较器（1 1）比较器的输入电路）比较器的输入电路）比较器的输入电路）比较器的输入电路c. c. 斜率比较器斜率比较器斜率比较器斜率比较器 因此：因此：因此：因此： 迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它在迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它在迟滞比较器是一个
37、具有迟滞回环特性的比较器，它在迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它在单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。 左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。1. 电压比较器电压比较器（2 2）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路 设运放是理想的并利设运放是理想的并利设运放是理想的并利
38、设运放是理想的并利用叠加原理，则有用叠加原理，则有用叠加原理，则有用叠加原理，则有 1. 电压比较器电压比较器（2 2）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路根据输出电压根据输出电压根据输出电压根据输出电压v vOO的不同值（的不同值（的不同值（的不同值（V VOHOH或或或或V VOLOL），可求出上门），可求出上门），可求出上门），可求出上门限电压限电压限电压限电压V VT+T+和下门限电压和下门限电压和下门限电压和下门限电压V VTT分别为：分别为：分别为：分别为： 设从设从设从设从 v vI I=0=0、v vOO=v=vOHOH和和和和v vp p=v
39、=vT+T+开始讨论。开始讨论。开始讨论。开始讨论。当当当当v vI I由零向正方向增加到接近由零向正方向增加到接近由零向正方向增加到接近由零向正方向增加到接近v vp p=v=vT+T+前，前，前，前，v vOO一直保持一直保持一直保持一直保持 不不不不变。当变。当变。当变。当v vI I增加到略大于增加到略大于增加到略大于增加到略大于v vp p=v=vT+T+，则，则，则，则v vOO由由由由V VOHOH下跳到下跳到下跳到下跳到V VOLOL，同时使同时使同时使同时使v vP P下跳到下跳到下跳到下跳到v vp p=v=vT-T-。V VI I再增加，再增加，再增加，再增加，v vOO
40、保持保持保持保持v vOO=v=vOLOL不变。不变。不变。不变。若减小若减小若减小若减小v vI I，只要，只要，只要，只要v vI Ivvp p=v=vT-T-，则，则，则，则v vOO将始终保持将始终保持将始终保持将始终保持v vOO=v=vOLOL不不不不变，只有当变，只有当变，只有当变，只有当v vI Ivvp p=v=vT-T-时，时，时，时， v vOO才由才由才由才由v vOLOL跳到跳到跳到跳到V VOHOH。其传输特性如图所示。其传输特性如图所示。其传输特性如图所示。其传输特性如图所示。 1. 电压比较器电压比较器（2 2）比较器的反馈电路）比较器的反馈电路）比较器的反馈电
41、路）比较器的反馈电路传输特性：传输特性：传输特性：传输特性： 下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。1. 电压比较器电压比较器（3 3）比较器的输出箝位）比较器的输出箝位）比较器的输出箝位）比较器的输出箝位 当当当当u uI IUUR R时，输出电压时，输出电压时，输出电压时，输出电压u uOO为正，并且被箝定在稳压二为正，并且被箝定在稳压二为正，并且被箝定在稳压二为正，并且被箝定在稳压二极管的稳定电压极管的稳定电压极管的稳定电压极管的稳定电压U UWW上；上；上；
42、上； 当当当当u uI IUUR R时，输出电压时，输出电压时，输出电压时，输出电压u uOO为负，并且被箝定在稳压二为负，并且被箝定在稳压二为负，并且被箝定在稳压二为负，并且被箝定在稳压二极管的正向压降极管的正向压降极管的正向压降极管的正向压降U UDD上。上。上。上。2. 2. 限幅放大器限幅放大器 限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号达形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入
43、信号达形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号达形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号达到某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维到某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维到某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维到某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入输出特性输出特性输出特性输出特性如图如图如图如图1-37(b)1-37(b)所示所示所示所示 。2. 2. 限幅放大器限幅放大器 下图
44、为采用稳压二极管的反馈式限幅放大电路。下图为采用稳压二极管的反馈式限幅放大电路。下图为采用稳压二极管的反馈式限幅放大电路。下图为采用稳压二极管的反馈式限幅放大电路。 当输入信号当输入信号当输入信号当输入信号u uI I较小、输出电压的绝对值较小、输出电压的绝对值较小、输出电压的绝对值较小、输出电压的绝对值|u|uOO|U|U|UZ Z+U+UDD，则稳压二极管的支路导通，输出电压，则稳压二极管的支路导通，输出电压，则稳压二极管的支路导通，输出电压，则稳压二极管的支路导通，输出电压u uOO随输入电压随输入电压随输入电压随输入电压u uI I的增加被箝定在的增加被箝定在的增加被箝定在的增加被箝定
45、在U UZ Z+U+UDD上，而不随输入电上，而不随输入电上，而不随输入电上，而不随输入电压的变化而变化。压的变化而变化。压的变化而变化。压的变化而变化。1.3 信号运算电路信号运算电路 加法运算电路加法运算电路减法运算电路减法运算电路积分运算电路积分运算电路微分运算电路微分运算电路特征值运算电路特征值运算电路 返回返回加法运算电路加法运算电路 若干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实现，若干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实现，若干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实现，若干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实现，如图如图如图如图1-381-381-
46、381-38所示。所示。所示。所示。 输入电压输入电压输入电压输入电压u u u u1 1 1 1，u u u u2 2 2 2，u u u un n n n通过通过通过通过电阻接入反相输入端，由于此电阻接入反相输入端，由于此电阻接入反相输入端，由于此电阻接入反相输入端，由于此点为虚地点，故根据节点电流点为虚地点，故根据节点电流点为虚地点，故根据节点电流点为虚地点，故根据节点电流原理可得如下关系式：原理可得如下关系式：原理可得如下关系式：原理可得如下关系式： a.a.a.a.反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路加法运算电路加法运算电路 如果取：如果取：如果取：如果取
47、： 则有：则有：则有：则有： a.a.a.a.反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路加法运算电路加法运算电路 若干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器来若干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器来若干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器来若干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器来实现，如图实现，如图实现，如图实现，如图1-391-391-391-39所示。所示。所示。所示。 通常令通常令通常令通常令：b.b.b.b.同相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路可得可得可得可得：减法运算电路减法运算电路 减法运算电路如图
48、减法运算电路如图减法运算电路如图减法运算电路如图1-401-401-401-40所示。所示。所示。所示。 利用线性叠加原理，有：利用线性叠加原理，有：利用线性叠加原理，有：利用线性叠加原理，有： 图1-40电路减法运算积分运算电路积分运算电路 积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种用它的
49、充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种波形。波形。波形。波形。 典型的积分电路如图典型的积分电路如图典型的积分电路如图典型的积分电路如图1-411-411-411-41所示。所示。所示。所示。积分运算电路积分运算电路 在积分电路中，负反馈回路中是一个积分电容在积分电路中，负反馈回路中是一个积分电容在积分电路中，负反馈回路中是一个积分电容在积分电路中，负反馈回路中是一个积分电容C C C C，而不是，而不是，而不是，而不是电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：电阻，这种积分电路称
50、为反相积分电路，其输出电压为：微分运算电路微分运算电路 通过变换图通过变换图通过变换图通过变换图1-411-411-411-41中电阻和电容的位置，就可得到如图中电阻和电容的位置，就可得到如图中电阻和电容的位置，就可得到如图中电阻和电容的位置，就可得到如图1-421-421-421-42所示的微分运算电路。所示的微分运算电路。所示的微分运算电路。所示的微分运算电路。根据节点电流原理，由电路可得：根据节点电流原理，由电路可得：根据节点电流原理，由电路可得：根据节点电流原理，由电路可得：1.3.3 特征值运算电路特征值运算电路 在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信在测控仪器中，经常需要获得某
51、些特征值，如信在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有绝绝绝绝对值运算电路对值运算电路对值运算电路对值运算电路、峰值运算电路峰值运算电路峰值运算电路峰值运算电路、均值运算电路均值运算电路均值运算电路均值运算电路、有效值运算电路有
52、效值运算电路有效值运算电路有效值运算电路等，这些电路统称为特征值运算等，这些电路统称为特征值运算等，这些电路统称为特征值运算等，这些电路统称为特征值运算电路。电路。电路。电路。1. 绝对值运算电路绝对值运算电路 取绝对值就是对信号进行全波或半波整流。取绝对值就是对信号进行全波或半波整流。取绝对值就是对信号进行全波或半波整流。取绝对值就是对信号进行全波或半波整流。 绝对值电路的传输特性曲线应具有如图绝对值电路的传输特性曲线应具有如图绝对值电路的传输特性曲线应具有如图绝对值电路的传输特性曲线应具有如图1-431-431-431-43所所所所示的形式。示的形式。示的形式。示的形式。1. 绝对值运算电
53、路绝对值运算电路 常使用整流二极管对信号进行全波或半波整流。但是整常使用整流二极管对信号进行全波或半波整流。但是整常使用整流二极管对信号进行全波或半波整流。但是整常使用整流二极管对信号进行全波或半波整流。但是整流二极管的非线性会带来严重影响，特别是在小信号的流二极管的非线性会带来严重影响，特别是在小信号的流二极管的非线性会带来严重影响，特别是在小信号的流二极管的非线性会带来严重影响，特别是在小信号的情况下。情况下。情况下。情况下。 为了精确地实现绝对值运算，必须采用线性整流电路。为了精确地实现绝对值运算，必须采用线性整流电路。为了精确地实现绝对值运算，必须采用线性整流电路。为了精确地实现绝对值
54、运算，必须采用线性整流电路。图图图图1-441-441-441-44所示为全波线性绝对值电路。所示为全波线性绝对值电路。所示为全波线性绝对值电路。所示为全波线性绝对值电路。图1-44 全波线性绝对值电路由由由由A A A A1 1 1 1和和和和R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2、D D D D1 1 1 1、D D D D2 2 2 2构成半波整流电路，构成半波整流电路，构成半波整流电路，构成半波整流电路，有：有：有：有：（1 1 1 1）u u u uI I I I0000时：时：时：时：D D D Dl l l l导通、导通、导通、导通、D D D D2 2 2
55、2截止、截止、截止、截止、u u u uA A A A=0=0=0=0：（2 2 2 2）u u u uI I I I000fffffffP P P P时，低通滤波器的输出电压与输入电压的比很小。对于时，低通滤波器的输出电压与输入电压的比很小。对于时，低通滤波器的输出电压与输入电压的比很小。对于时，低通滤波器的输出电压与输入电压的比很小。对于不对称的交流电而言，无论如何不会有不对称的交流电而言，无论如何不会有不对称的交流电而言，无论如何不会有不对称的交流电而言，无论如何不会有ffffffffP P P P的情况，的情况，的情况，的情况，因为输入信号的傅里叶变换常数项不为零，而是信号的因为输入信
56、号的傅里叶变换常数项不为零，而是信号的因为输入信号的傅里叶变换常数项不为零，而是信号的因为输入信号的傅里叶变换常数项不为零，而是信号的算术平均值，即算术平均值，即算术平均值，即算术平均值，即2. 均值运算电路均值运算电路 将傅里叶级数的所有其他项之和记为将傅里叶级数的所有其他项之和记为将傅里叶级数的所有其他项之和记为将傅里叶级数的所有其他项之和记为uuI I(t) (t) ，则，则，则，则uuI I(t)(t)与与与与输入电压输入电压输入电压输入电压u uI I(t)(t)有相同的形状，只是相当于在纵轴方向平有相同的形状，只是相当于在纵轴方向平有相同的形状，只是相当于在纵轴方向平有相同的形状，
57、只是相当于在纵轴方向平移了移了移了移了u uI I，则输入电压可写为：，则输入电压可写为：，则输入电压可写为：，则输入电压可写为： 这时，只要将这时，只要将这时，只要将这时，只要将f f f fP P P P选得足够低，就能满足选得足够低，就能满足选得足够低，就能满足选得足够低，就能满足ffffffffP P P P的条件，经的条件，经的条件，经的条件，经过低通滤波器时，过低通滤波器时，过低通滤波器时，过低通滤波器时，uuI I(t)(t)被积分，而直流部分线性通过，被积分，而直流部分线性通过，被积分，而直流部分线性通过，被积分，而直流部分线性通过，则输出电压可写成：则输出电压可写成：则输出电
58、压可写成：则输出电压可写成： 当当当当RCRC取足够大时，则有：取足够大时，则有：取足够大时，则有：取足够大时，则有：3. 峰值运算电路峰值运算电路 峰值运算电路的基本原理就是利用峰值运算电路的基本原理就是利用峰值运算电路的基本原理就是利用峰值运算电路的基本原理就是利用二极管二极管二极管二极管单向导电特性，使单向导电特性，使单向导电特性，使单向导电特性，使电容电容电容电容单向充电，记忆其峰值。单向充电，记忆其峰值。单向充电，记忆其峰值。单向充电，记忆其峰值。 为了克服二极管管压降的影响，可以采用图为了克服二极管管压降的影响，可以采用图为了克服二极管管压降的影响，可以采用图为了克服二极管管压降的
59、影响，可以采用图1-461-461-461-46所示的电路，所示的电路，所示的电路，所示的电路，将二极管将二极管将二极管将二极管D1D1D1D1放在反馈回路中。放在反馈回路中。放在反馈回路中。放在反馈回路中。图1-46峰值运算电路 3. 峰值运算电路峰值运算电路 当输入电压当输入电压当输入电压当输入电压u u u uI I I IuuuuuuuC C C C时，时，时，时，A A A A1 1 1 1输出为正，输出为正，输出为正，输出为正，D D D D1 1 1 1截止、截止、截止、截止、D D D D2 2 2 2导通，电容导通，电容导通，电容导通，电容C C C C充电，使得充电，使得充
60、电，使得充电，使得u u u uC C C C=u=u=u=uI I I I。这样电容。这样电容。这样电容。这样电容C C C C一直充电到输人电压的最大值。一直充电到输人电压的最大值。一直充电到输人电压的最大值。一直充电到输人电压的最大值。 后级电压跟随器具有较高的输入阻抗，电容后级电压跟随器具有较高的输入阻抗，电容后级电压跟随器具有较高的输入阻抗，电容后级电压跟随器具有较高的输入阻抗，电容C C C C可以保持峰值可以保持峰值可以保持峰值可以保持峰值较长时间较长时间较长时间较长时间。图1-46峰值运算电路4. 有效值运算电路有效值运算电路 交变信号交变信号交变信号交变信号u(t)u(t)u
61、(t)u(t)的有效值被定义为平方平均值或方均根值。的有效值被定义为平方平均值或方均根值。的有效值被定义为平方平均值或方均根值。的有效值被定义为平方平均值或方均根值。 为了使有效值为了使有效值为了使有效值为了使有效值U U U U不随不随不随不随T T T T而变化，而变化，而变化，而变化，T T T T的选取应大于信号中谐的选取应大于信号中谐的选取应大于信号中谐的选取应大于信号中谐波分量的最大周期。波分量的最大周期。波分量的最大周期。波分量的最大周期。 对于正弦信号有：对于正弦信号有：对于正弦信号有：对于正弦信号有： 也就是说，对于正弦信号，可以通过测量其幅值求得有也就是说，对于正弦信号，可
62、以通过测量其幅值求得有也就是说，对于正弦信号，可以通过测量其幅值求得有也就是说，对于正弦信号，可以通过测量其幅值求得有效值。效值。效值。效值。4. 有效值运算电路有效值运算电路 对于其他输入信号，可以通过图对于其他输入信号，可以通过图对于其他输入信号，可以通过图对于其他输入信号，可以通过图1-47(a)1-47(a)1-47(a)1-47(a)所示电路来获所示电路来获所示电路来获所示电路来获得有效值。得有效值。得有效值。得有效值。 图中图中图中图中A1A1A1A1构成同相积分器。构成同相积分器。构成同相积分器。构成同相积分器。A2A2A2A2实现开方，电路的输出与有实现开方，电路的输出与有实现
63、开方，电路的输出与有实现开方，电路的输出与有效值成正比。效值成正比。效值成正比。效值成正比。1.4 滤波电路滤波电路 滤波电路的功能是从众多的信号中选出需要的滤波电路的功能是从众多的信号中选出需要的滤波电路的功能是从众多的信号中选出需要的滤波电路的功能是从众多的信号中选出需要的信号。信号。信号。信号。 根据电路工作时是否需要电源，滤波电路分为根据电路工作时是否需要电源，滤波电路分为根据电路工作时是否需要电源，滤波电路分为根据电路工作时是否需要电源，滤波电路分为无源滤波器和有源滤波器；无源滤波器和有源滤波器；无源滤波器和有源滤波器；无源滤波器和有源滤波器； 根据电路选取信号的特点，滤波器可分为四
64、种：根据电路选取信号的特点，滤波器可分为四种：根据电路选取信号的特点，滤波器可分为四种：根据电路选取信号的特点，滤波器可分为四种：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。滤波器。滤波器。滤波器。1. 无源滤波器无源滤波器 无源滤波器主要由电感、电容和电阻构成，所无源滤波器主要由电感、电容和电阻构成，所无源滤波器主要由电感、电容和电阻构成，所无源滤波器主要由电感、电容和电阻构成，所以又称以又称以又称以又称RLCRLCRLCRLC滤波电路。滤波电路。滤波电路。滤波电路。
65、RLCRLCRLCRLC滤波电路可分为低通滤波器、高通滤波器、滤波电路可分为低通滤波器、高通滤波器、滤波电路可分为低通滤波器、高通滤波器、滤波电路可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。带通滤波器和带阻滤波器。带通滤波器和带阻滤波器。带通滤波器和带阻滤波器。（1）低通滤波器（）低通滤波器（LPF） 当低通滤波器输入当低通滤波器输入当低通滤波器输入当低通滤波器输入0f0f0f0f1 1 1 1频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后输出输出输出输出0f0f0f0f0 0 0 0频率范围的信号，也就是说，只有频率
66、范围的信号，也就是说，只有频率范围的信号，也就是说，只有频率范围的信号，也就是说，只有f f f f0 0 0 0频率以下频率以下频率以下频率以下的信号才能通过滤波器。这里的的信号才能通过滤波器。这里的的信号才能通过滤波器。这里的的信号才能通过滤波器。这里的f f f f0 0 0 0频率称为截止频率，频率称为截止频率，频率称为截止频率，频率称为截止频率，又称转折频率，又称转折频率，又称转折频率，又称转折频率，低通滤波器只能通过频率低于截止频低通滤波器只能通过频率低于截止频低通滤波器只能通过频率低于截止频低通滤波器只能通过频率低于截止频率率率率f f f f0 0 0 0的信号。的信号。的信号
67、。的信号。 低通滤波器的功能是选取低频信号低通滤波器的功能是选取低频信号低通滤波器的功能是选取低频信号低通滤波器的功能是选取低频信号，低通滤波器意为，低通滤波器意为，低通滤波器意为，低通滤波器意为“低频信号可以通过的电路低频信号可以通过的电路低频信号可以通过的电路低频信号可以通过的电路”。 以下图为例说明低通滤波器的性质。以下图为例说明低通滤波器的性质。以下图为例说明低通滤波器的性质。以下图为例说明低通滤波器的性质。（1）低通滤波器（）低通滤波器（LPF） 图图图图(a)(a)(a)(a)为为为为RCRCRCRC低通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，低通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，低
68、通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，低通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，因为电容因为电容因为电容因为电容C C C C对高频信号阻碍小，高频信号经电容对高频信号阻碍小，高频信号经电容对高频信号阻碍小，高频信号经电容对高频信号阻碍小，高频信号经电容C C C C旁路旁路旁路旁路到地；电容到地；电容到地；电容到地；电容C C C C对低频信号阻碍大，低频信号不会旁路，对低频信号阻碍大，低频信号不会旁路，对低频信号阻碍大，低频信号不会旁路，对低频信号阻碍大，低频信号不会旁路，而是输出到后级电路。而是输出到后级电路。而是输出到后级电路。而是输出到后级电路。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常
69、见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。（1）低通滤波器（）低通滤波器（LPF） 如果单级如果单级如果单级如果单级RCRCRCRC低通滤波器滤波达不到效果，可采用图低通滤波器滤波达不到效果，可采用图低通滤波器滤波达不到效果，可采用图低通滤波器滤波达不到效果，可采用图(b)(b)(b)(b)所示的多级所示的多级所示的多级所示的多级RCRCRCRC滤波器，这种滤波器能更彻底地滤掉高滤波器，这种滤波器能更彻底地滤掉高滤波器，这种滤波器能更彻底地滤掉高滤波器，这种滤波器能更彻底地滤掉高频信号，使选出的低频信号更纯净。频信号，使选出的低频信号更纯净。频信号，使选出的低频信
70、号更纯净。频信号，使选出的低频信号更纯净。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。（1）低通滤波器（）低通滤波器（LPF） 图图图图(c)(c)(c)(c)所示为所示为所示为所示为RLRLRLRL低通滤波器。当电路输入各种频率的信低通滤波器。当电路输入各种频率的信低通滤波器。当电路输入各种频率的信低通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，因为电感对高频信号阻碍大，高频信号很难通号时，因为电感对高频信号阻碍大，高频信号很难通号时，因为电感对高频信号阻碍大，高频信号很难通号时，因为电感对高频信号阻碍大，高频信号很难通过电感过电感
71、过电感过电感L L L L；而电感对低频信号阻碍小，低频信号很容易；而电感对低频信号阻碍小，低频信号很容易；而电感对低频信号阻碍小，低频信号很容易；而电感对低频信号阻碍小，低频信号很容易通过电感去后级电路。通过电感去后级电路。通过电感去后级电路。通过电感去后级电路。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。下图为几种常见的低通滤波器。（2）高通滤波器（）高通滤波器（HPF） 当高通滤波器输入当高通滤波器输入当高通滤波器输入当高通滤波器输入0f0f0f0f1 1 1 1频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频
72、率范围的信号时，经滤波器后输出输出输出输出f f f f0 0 0 0ffff1 1 1 1频率范围的信号，也就是说，只有频率范围的信号，也就是说，只有频率范围的信号，也就是说，只有频率范围的信号，也就是说，只有f f f f0 0 0 0频率以频率以频率以频率以上的信号才能通过滤波器。上的信号才能通过滤波器。上的信号才能通过滤波器。上的信号才能通过滤波器。高通滤波器只能通过频率高通滤波器只能通过频率高通滤波器只能通过频率高通滤波器只能通过频率高于截止频率高于截止频率高于截止频率高于截止频率f f f f0 0 0 0的信号。的信号。的信号。的信号。 高通滤波器的功能是选取高频信号。高通滤波器
73、的功能是选取高频信号。高通滤波器的功能是选取高频信号。高通滤波器的功能是选取高频信号。 以下图为例说明高通滤波器的性质。以下图为例说明高通滤波器的性质。以下图为例说明高通滤波器的性质。以下图为例说明高通滤波器的性质。（2）高通滤波器（）高通滤波器（HPF） 图图图图(a)(a)(a)(a)为为为为RCRCRCRC高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，因为电容因为电容因为电容因为电容C C C C对高频信号阻碍小，对低频信号阻碍大，故对高频信号阻碍小，对低频信号阻碍大，故对高
74、频信号阻碍小，对低频信号阻碍大，故对高频信号阻碍小，对低频信号阻碍大，故低频信号难于通过电容低频信号难于通过电容低频信号难于通过电容低频信号难于通过电容C C C C，高频信号很容易通过电容去，高频信号很容易通过电容去，高频信号很容易通过电容去，高频信号很容易通过电容去后级电路。后级电路。后级电路。后级电路。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。（2）高通滤波器（）高通滤波器（HPF） 图图图图(b)(b)(b)(b)为为为为RLRLRLRL高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，
75、高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，高通滤波器。当电路输入各种频率的信号时，因为电感对高频信号阻碍大，对低频信号阻碍小，故因为电感对高频信号阻碍大，对低频信号阻碍小，故因为电感对高频信号阻碍大，对低频信号阻碍小，故因为电感对高频信号阻碍大，对低频信号阻碍小，故低频信号很容易通过电感低频信号很容易通过电感低频信号很容易通过电感低频信号很容易通过电感L L L L旁路到地，高频信号不容旁路到地，高频信号不容旁路到地，高频信号不容旁路到地，高频信号不容易被电感旁路而只能去后级电路。易被电感旁路而只能去后级电路。易被电感旁路而只能去后级电路。易被电感旁路而只能去后级电路。下图为几种常见的高通滤波器
76、。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。（2）高通滤波器（）高通滤波器（HPF） 图图图图(c)(c)(c)(c)是一种效果更好的高通滤波器。电容是一种效果更好的高通滤波器。电容是一种效果更好的高通滤波器。电容是一种效果更好的高通滤波器。电容C1C1C1C1、C2C2C2C2对高频对高频对高频对高频信号阻碍小、对低频信号阻碍大，低频信号难于通过，信号阻碍小、对低频信号阻碍大，低频信号难于通过，信号阻碍小、对低频信号阻碍大，低频信号难于通过，信号阻碍小、对低频信号阻碍大，低频信号难于通过，高频信号很容易通过；另外，电感高频信号很容易通过；另外，电感高
77、频信号很容易通过；另外，电感高频信号很容易通过；另外，电感L L L L对高频信号阻碍大、对高频信号阻碍大、对高频信号阻碍大、对高频信号阻碍大、对低频信号阻碍小，低频信号很容易被旁路掉，高频信对低频信号阻碍小，低频信号很容易被旁路掉，高频信对低频信号阻碍小，低频信号很容易被旁路掉，高频信对低频信号阻碍小，低频信号很容易被旁路掉，高频信号则不容易被旁路掉。这种滤波器的电容号则不容易被旁路掉。这种滤波器的电容号则不容易被旁路掉。这种滤波器的电容号则不容易被旁路掉。这种滤波器的电容C1C1C1C1、C2C2C2C2对低频对低频对低频对低频信号有较大的阻碍，再加上电感对低频信号的旁路，低信号有较大的阻
78、碍，再加上电感对低频信号的旁路，低信号有较大的阻碍，再加上电感对低频信号的旁路，低信号有较大的阻碍，再加上电感对低频信号的旁路，低频信号很难通过该滤波器，低频信号分离较彻底。频信号很难通过该滤波器，低频信号分离较彻底。频信号很难通过该滤波器，低频信号分离较彻底。频信号很难通过该滤波器，低频信号分离较彻底。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。下图为几种常见的高通滤波器。（3）带通滤波器（）带通滤波器（BPF） 当带通滤波器输入当带通滤波器输入当带通滤波器输入当带通滤波器输入0f0f0f0f1 1 1 1频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，
79、经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后输出输出输出输出f f f fL L L LffffH H H H频率范围的信号，这里频率范围的信号，这里频率范围的信号，这里频率范围的信号，这里f f f fL L L L称为下限截止频率，称为下限截止频率，称为下限截止频率，称为下限截止频率，f f f fH H H H称为上限截止频率。称为上限截止频率。称为上限截止频率。称为上限截止频率。带通滤波器只能通过在下限截带通滤波器只能通过在下限截带通滤波器只能通过在下限截带通滤波器只能通过在下限截止频率止频率止频率止频率f f f fL L L L和上限截止频率和上限截止频率和上
80、限截止频率和上限截止频率f f f fH H H H之间的信号（含之间的信号（含之间的信号（含之间的信号（含f f f fL L L L、f f f fH H H H信号）信号）信号）信号），如果，如果，如果，如果f f f fL L L L=f=f=f=fH H H H=f=f=f=f0 0 0 0，那么这种带通滤波器就可以选择单一，那么这种带通滤波器就可以选择单一，那么这种带通滤波器就可以选择单一，那么这种带通滤波器就可以选择单一频率的频率的频率的频率的f f f f0 0 0 0信号。信号。信号。信号。 带通滤波器的功能是选取某一段频率范围内的信号。带通滤波器的功能是选取某一段频率范围内
81、的信号。带通滤波器的功能是选取某一段频率范围内的信号。带通滤波器的功能是选取某一段频率范围内的信号。 以下图为例说明带通滤波器的性质。以下图为例说明带通滤波器的性质。以下图为例说明带通滤波器的性质。以下图为例说明带通滤波器的性质。（3）带通滤波器（）带通滤波器（BPF） 图图图图(a)(a)(a)(a)是一种由是一种由是一种由是一种由RCRCRCRC元件构成的带通滤波器。其中元件构成的带通滤波器。其中元件构成的带通滤波器。其中元件构成的带通滤波器。其中R R R R1 1 1 1、C C C C1 1 1 1构成低通滤波器，它的截止频率为构成低通滤波器，它的截止频率为构成低通滤波器，它的截止频
82、率为构成低通滤波器，它的截止频率为f f f fH H H H，可以通过，可以通过，可以通过，可以通过f f f fH H H H频频频频率以下的信号；率以下的信号；率以下的信号；率以下的信号；C C C C2 2 2 2、R R R R2 2 2 2构成高通滤波器，它的截止频构成高通滤波器，它的截止频构成高通滤波器，它的截止频构成高通滤波器，它的截止频率为率为率为率为f f f fL L L L，可以通过，可以通过，可以通过，可以通过f f f fL L L L频率以上的信号；结果只有频率以上的信号；结果只有频率以上的信号；结果只有频率以上的信号；结果只有f f f fL L L Lffff
83、H H H H频率范围的信号通过整个滤波器。频率范围的信号通过整个滤波器。频率范围的信号通过整个滤波器。频率范围的信号通过整个滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。（3）带通滤波器（）带通滤波器（BPF） 图图图图(b)(b)(b)(b)是一种由是一种由是一种由是一种由LCLCLCLC串联谐振电路构成的带通滤波器。串联谐振电路构成的带通滤波器。串联谐振电路构成的带通滤波器。串联谐振电路构成的带通滤波器。L L L L、C C C C谐振频率为谐振频率为谐振频率为谐振频率为f f f f0 0 0 0，它对频率为，
84、它对频率为，它对频率为，它对频率为f f f f0 0 0 0的信号阻碍小，对其他的信号阻碍小，对其他的信号阻碍小，对其他的信号阻碍小，对其他信号阻碍很大，故只有频率为信号阻碍很大，故只有频率为信号阻碍很大，故只有频率为信号阻碍很大，故只有频率为f f f f0 0 0 0的信号可以通过。的信号可以通过。的信号可以通过。的信号可以通过。 该电路选取单一频率的信号，如果想让该电路选取单一频率的信号，如果想让该电路选取单一频率的信号，如果想让该电路选取单一频率的信号，如果想让f f f f0 0 0 0附近频率的附近频率的附近频率的附近频率的信号也能通过，就要降低谐振电路的信号也能通过，就要降低谐
85、振电路的信号也能通过，就要降低谐振电路的信号也能通过，就要降低谐振电路的Q Q Q Q值，值，值，值，Q Q Q Q值越低，值越低，值越低，值越低，LCLCLCLC电路的通频带越宽，能通过电路的通频带越宽，能通过电路的通频带越宽，能通过电路的通频带越宽，能通过f0f0f0f0附近更过频率的信号。附近更过频率的信号。附近更过频率的信号。附近更过频率的信号。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。（3）带通滤波器（）带通滤波器（BPF） 图图图图(c)(c)(c)(c)是一种由是一种由是一种由是一种由LCLCLCLC并联谐振电
86、路构成的带通滤波器。并联谐振电路构成的带通滤波器。并联谐振电路构成的带通滤波器。并联谐振电路构成的带通滤波器。L L L L、C C C C谐振频率为谐振频率为谐振频率为谐振频率为f f f f0 0 0 0，它对频率为，它对频率为，它对频率为，它对频率为f f f f0 0 0 0的信号阻碍大，对其他的信号阻碍大，对其他的信号阻碍大，对其他的信号阻碍大，对其他频率的信号阻碍小，故其他频率的信号被旁路，只有频率的信号阻碍小，故其他频率的信号被旁路，只有频率的信号阻碍小，故其他频率的信号被旁路，只有频率的信号阻碍小，故其他频率的信号被旁路，只有频率为频率为频率为频率为f f f f0 0 0 0
87、的信号不会被旁路，而去后级电路。的信号不会被旁路，而去后级电路。的信号不会被旁路，而去后级电路。的信号不会被旁路，而去后级电路。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。下图为几种常见的带通滤波器。（4）带阻滤波器（）带阻滤波器（BEF） 当带通滤波器输入当带通滤波器输入当带通滤波器输入当带通滤波器输入0f0f0f0f1 1 1 1频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后频率范围的信号时，经滤波器后输出输出输出输出0f0f0f0fL L L L、f f f fH H H Hffff1 1 1 1频率范围的信号
88、，而频率范围的信号，而频率范围的信号，而频率范围的信号，而f f f fL L L LffffH H H H频率范围内的频率范围内的频率范围内的频率范围内的信号不能通过。信号不能通过。信号不能通过。信号不能通过。带阻滤波器只能通过在下限截止频率带阻滤波器只能通过在下限截止频率带阻滤波器只能通过在下限截止频率带阻滤波器只能通过在下限截止频率f f f fL L L L以下和上限截止频率以下和上限截止频率以下和上限截止频率以下和上限截止频率f f f fH H H H以上的信号（不含以上的信号（不含以上的信号（不含以上的信号（不含f f f fL L L L、f f f fH H H H信号），信
89、号），信号），信号），如果如果如果如果f f f fL L L L=f=f=f=fH H H H=f=f=f=f0 0 0 0，那么这种带通滤波器就可以选择频率，那么这种带通滤波器就可以选择频率，那么这种带通滤波器就可以选择频率，那么这种带通滤波器就可以选择频率f f f f0 0 0 0以以以以外的所有信号。外的所有信号。外的所有信号。外的所有信号。 带阻滤波器的功能是选取某一段频率范围以外的信号。带阻滤波器的功能是选取某一段频率范围以外的信号。带阻滤波器的功能是选取某一段频率范围以外的信号。带阻滤波器的功能是选取某一段频率范围以外的信号。带阻滤波器又叫陷波器，它的功能与带通滤波器恰好带阻滤
90、波器又叫陷波器，它的功能与带通滤波器恰好带阻滤波器又叫陷波器，它的功能与带通滤波器恰好带阻滤波器又叫陷波器，它的功能与带通滤波器恰好相反。相反。相反。相反。 以下图为例说明带阻滤波器的性质。以下图为例说明带阻滤波器的性质。以下图为例说明带阻滤波器的性质。以下图为例说明带阻滤波器的性质。（4）带阻滤波器（）带阻滤波器（BEF） 图图图图(a)(a)(a)(a)是一种由是一种由是一种由是一种由RCRCRCRC元件构成的带阻滤波器。其中元件构成的带阻滤波器。其中元件构成的带阻滤波器。其中元件构成的带阻滤波器。其中R R R R1 1 1 1、C C C C1 1 1 1构成低通滤波器，它的截止频率为
91、构成低通滤波器，它的截止频率为构成低通滤波器，它的截止频率为构成低通滤波器，它的截止频率为f f f fL L L L，可以通过，可以通过，可以通过，可以通过f f f fL L L L频频频频率以下的信号；率以下的信号；率以下的信号；率以下的信号；C C C C2 2 2 2、R R R R2 2 2 2构成高通滤波器，它的截止频构成高通滤波器，它的截止频构成高通滤波器，它的截止频构成高通滤波器，它的截止频率为率为率为率为f f f fH H H H，可以通过，可以通过，可以通过，可以通过f f f fH H H H频率以上的信号；结果只有频率以上的信号；结果只有频率以上的信号；结果只有频率
92、以上的信号；结果只有f f f fL L L L以下以下以下以下和和和和f f f fH H H H以上范围的信号可以通过滤波器。以上范围的信号可以通过滤波器。以上范围的信号可以通过滤波器。以上范围的信号可以通过滤波器。下图为几种常见的带阻滤波器。下图为几种常见的带阻滤波器。下图为几种常见的带阻滤波器。下图为几种常见的带阻滤波器。（4）带阻滤波器（）带阻滤波器（BEF） 图图图图(b)(b)(b)(b)是一种由是一种由是一种由是一种由LCLCLCLC并联谐振构成的带阻滤波器。并联谐振构成的带阻滤波器。并联谐振构成的带阻滤波器。并联谐振构成的带阻滤波器。 L L L L、C C C C谐谐谐谐振
93、频率为振频率为振频率为振频率为f f f f0 0 0 0，它对频率为，它对频率为，它对频率为，它对频率为f f f f0 0 0 0的信号阻碍很大，而对其他的信号阻碍很大，而对其他的信号阻碍很大，而对其他的信号阻碍很大，而对其他频率的信号阻碍小，故只有频率为频率的信号阻碍小，故只有频率为频率的信号阻碍小，故只有频率为频率的信号阻碍小，故只有频率为f0f0f0f0的信号不能通过，的信号不能通过，的信号不能通过，的信号不能通过，其他频率的信号都能通过。其他频率的信号都能通过。其他频率的信号都能通过。其他频率的信号都能通过。 该电路可以阻止单一频率的信号，如果想让该电路可以阻止单一频率的信号，如果
94、想让该电路可以阻止单一频率的信号，如果想让该电路可以阻止单一频率的信号，如果想让f0f0f0f0附近频率附近频率附近频率附近频率的信号也不能通过，可以降低谐振电路的的信号也不能通过，可以降低谐振电路的的信号也不能通过，可以降低谐振电路的的信号也不能通过，可以降低谐振电路的Q Q Q Q值，值，值，值，Q Q Q Q值越低，值越低，值越低，值越低，LCLCLCLC电路的通频带越宽，可以阻止电路的通频带越宽，可以阻止电路的通频带越宽，可以阻止电路的通频带越宽，可以阻止f0f0f0f0附近更多频率的信号附近更多频率的信号附近更多频率的信号附近更多频率的信号通过。通过。通过。通过。（4）带阻滤波器（）
95、带阻滤波器（BEF） 图图图图(c)(c)(c)(c)是一种由是一种由是一种由是一种由LCLCLCLC串联谐振电路构成的带阻滤波器。串联谐振电路构成的带阻滤波器。串联谐振电路构成的带阻滤波器。串联谐振电路构成的带阻滤波器。L L L L、C C C C谐振频率为谐振频率为谐振频率为谐振频率为f f f f0 0 0 0，它对频率为，它对频率为，它对频率为，它对频率为f f f f0 0 0 0的信号阻碍很小，对其他的信号阻碍很小，对其他的信号阻碍很小，对其他的信号阻碍很小，对其他信号阻碍很大，故只有频率为信号阻碍很大，故只有频率为信号阻碍很大，故只有频率为信号阻碍很大，故只有频率为f f f
96、f0 0 0 0的信号被旁路到地，其的信号被旁路到地，其的信号被旁路到地，其的信号被旁路到地，其他频率的信号不会被旁路，而是去后级电路。他频率的信号不会被旁路，而是去后级电路。他频率的信号不会被旁路，而是去后级电路。他频率的信号不会被旁路，而是去后级电路。2. 有源滤波器有源滤波器 有源滤波器一般由有源器件（运算放大器）和有源滤波器一般由有源器件（运算放大器）和有源滤波器一般由有源器件（运算放大器）和有源滤波器一般由有源器件（运算放大器）和RCRCRCRC原件构成原件构成原件构成原件构成。 它的优点是不采用大电感和大电容，故体积小、它的优点是不采用大电感和大电容，故体积小、它的优点是不采用大电
97、感和大电容，故体积小、它的优点是不采用大电感和大电容，故体积小、质量小，并且对选取的信号有放大作用；其缺质量小，并且对选取的信号有放大作用；其缺质量小，并且对选取的信号有放大作用；其缺质量小，并且对选取的信号有放大作用；其缺点是因为运算放大器频率带宽不够理想。点是因为运算放大器频率带宽不够理想。点是因为运算放大器频率带宽不够理想。点是因为运算放大器频率带宽不够理想。 所以，所以，所以，所以，有源滤波器常用在几千赫兹频率以下的有源滤波器常用在几千赫兹频率以下的有源滤波器常用在几千赫兹频率以下的有源滤波器常用在几千赫兹频率以下的电路中，高频电路中采用电路中，高频电路中采用电路中，高频电路中采用电路
98、中，高频电路中采用LCLCLCLC无源滤波电路效果无源滤波电路效果无源滤波电路效果无源滤波电路效果更好更好更好更好。（1）一阶低通滤波器）一阶低通滤波器 一阶低通滤波器如下图所示：一阶低通滤波器如下图所示：一阶低通滤波器如下图所示：一阶低通滤波器如下图所示： 图图图图(a)(a)(a)(a)所示电路中，所示电路中，所示电路中，所示电路中，R R R R1 1 1 1、C C C C1 1 1 1构成低通滤波器，它选出低频构成低通滤波器，它选出低频构成低通滤波器，它选出低频构成低通滤波器，它选出低频信号后，再送到运算放大器放大，运算放大器与信号后，再送到运算放大器放大，运算放大器与信号后，再送到
99、运算放大器放大，运算放大器与信号后，再送到运算放大器放大，运算放大器与R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3构成同相放大电路。构成同相放大电路。构成同相放大电路。构成同相放大电路。 该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：（1）一阶低通滤波器）一阶低通滤波器 图图图图(b)(b)(b)(b)所示电路中，所示电路中，所示电路中，所示电路中，R R R R1 1 1 1、C C C C1 1 1 1构成负反馈电路。因为电容构成负反馈电路。因为电容构成负反馈电路。因为电容构成负反馈电路。因为电容C C C C1 1 1 1对高频信号
100、阻碍很小，所以从输出端经对高频信号阻碍很小，所以从输出端经对高频信号阻碍很小，所以从输出端经对高频信号阻碍很小，所以从输出端经C C C C1 1 1 1反馈到输入端反馈到输入端反馈到输入端反馈到输入端的高频信号很多，由于是负反馈，反馈信号将输入的高的高频信号很多，由于是负反馈，反馈信号将输入的高的高频信号很多，由于是负反馈，反馈信号将输入的高的高频信号很多，由于是负反馈，反馈信号将输入的高频信号抵消，而频信号抵消，而频信号抵消，而频信号抵消，而C C C C1 1 1 1对低频信号阻碍大，负反馈到输入端对低频信号阻碍大，负反馈到输入端对低频信号阻碍大，负反馈到输入端对低频信号阻碍大，负反馈到
101、输入端的低频信号很少，低频信号抵消少，大部分低频信号送的低频信号很少，低频信号抵消少，大部分低频信号送的低频信号很少，低频信号抵消少，大部分低频信号送的低频信号很少，低频信号抵消少，大部分低频信号送到运算放大器输入端，并经放大后输出。到运算放大器输入端，并经放大后输出。到运算放大器输入端，并经放大后输出。到运算放大器输入端，并经放大后输出。 该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：（2）一阶高通滤波器）一阶高通滤波器 一阶高通滤波器如下图所示：一阶高通滤波器如下图所示：一阶高通滤波器如下图所示：一阶高通滤波器如下图所示： C C C C1 1 1
102、 1、R R R R1 1 1 1构成高通滤波器，高频信号很容易通过电容构成高通滤波器，高频信号很容易通过电容构成高通滤波器，高频信号很容易通过电容构成高通滤波器，高频信号很容易通过电容C1C1C1C1并并并并送到运算放大器输入端，运算放大器与送到运算放大器输入端，运算放大器与送到运算放大器输入端，运算放大器与送到运算放大器输入端，运算放大器与R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3构成同相构成同相构成同相构成同相放大电路。放大电路。放大电路。放大电路。 该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：该滤波器的截止频率为：（3）二阶带通滤波器）二阶带通滤波
103、器 二阶带通滤波器如下图所示：二阶带通滤波器如下图所示：二阶带通滤波器如下图所示：二阶带通滤波器如下图所示： R R R R1 1 1 1、C C C C1 1 1 1构成低通滤波器，它可以通过频率构成低通滤波器，它可以通过频率构成低通滤波器，它可以通过频率构成低通滤波器，它可以通过频率f f f fH H H H以下的信号以下的信号以下的信号以下的信号（含（含（含（含f f f fH H H H频率的信号）；频率的信号）；频率的信号）；频率的信号）；C C C C2 2 2 2、R R R R2 2 2 2构成高通滤波器，可以通构成高通滤波器，可以通构成高通滤波器，可以通构成高通滤波器，可以
104、通过频率过频率过频率过频率f f f fL L L L以上的信号（含以上的信号（含以上的信号（含以上的信号（含f f f fL L L L频率的信号）。结果只有频率的信号）。结果只有频率的信号）。结果只有频率的信号）。结果只有f f f fL L L LffffH H H H频率的信号送到运算放大器放大而输出。频率的信号送到运算放大器放大而输出。频率的信号送到运算放大器放大而输出。频率的信号送到运算放大器放大而输出。（4）二阶带阻滤波器）二阶带阻滤波器 二阶带阻滤波器如下图所示：二阶带阻滤波器如下图所示：二阶带阻滤波器如下图所示：二阶带阻滤波器如下图所示： R R R R1 1 1 1、C C
105、 C C1 1 1 1、R R R R2 2 2 2构成低通滤波器，它可以通过频率构成低通滤波器，它可以通过频率构成低通滤波器，它可以通过频率构成低通滤波器，它可以通过频率f f f fL L L L以下的低以下的低以下的低以下的低频信号（不含频信号（不含频信号（不含频信号（不含f f f fL L L L频率的信号）；频率的信号）；频率的信号）；频率的信号）； C C C C2 2 2 2、C C C C3 3 3 3、R R R R3 3 3 3构成高通滤构成高通滤构成高通滤构成高通滤波器，可以通过频率波器，可以通过频率波器，可以通过频率波器，可以通过频率f f f fH H H H以上的
106、信号（不含以上的信号（不含以上的信号（不含以上的信号（不含f f f fH H H H频率的信号）频率的信号）频率的信号）频率的信号）。结果只有。结果只有。结果只有。结果只有0f0f0f0fL L L L以及大于以及大于以及大于以及大于f f f fH H H H以上频率的信号送到运算放以上频率的信号送到运算放以上频率的信号送到运算放以上频率的信号送到运算放大器放大而输出。大器放大而输出。大器放大而输出。大器放大而输出。1.5 1.5 调制与解调电路调制与解调电路 调制的目的调制的目的调制的分类调制的分类振幅的调制与解调振幅的调制与解调频率调制与解调频率调制与解调 返回返回调制的目的和分类调制
107、的目的和分类 在非电量测量仪器中可以测量的非电量信号都具在非电量测量仪器中可以测量的非电量信号都具在非电量测量仪器中可以测量的非电量信号都具在非电量测量仪器中可以测量的非电量信号都具有较低的频谱分量，一般在零频有较低的频谱分量，一般在零频有较低的频谱分量，一般在零频有较低的频谱分量，一般在零频( ( ( (直流直流直流直流) ) ) )到几十千到几十千到几十千到几十千赫范围内变化的。当被测信号比较弱时，由于在赫范围内变化的。当被测信号比较弱时，由于在赫范围内变化的。当被测信号比较弱时，由于在赫范围内变化的。当被测信号比较弱时，由于在信号传送过程中易受同频率干扰信号的干扰，如信号传送过程中易受同
108、频率干扰信号的干扰，如信号传送过程中易受同频率干扰信号的干扰，如信号传送过程中易受同频率干扰信号的干扰，如工频干扰放大器的低频噪声、直流漂移等。所以工频干扰放大器的低频噪声、直流漂移等。所以工频干扰放大器的低频噪声、直流漂移等。所以工频干扰放大器的低频噪声、直流漂移等。所以不宜采用直接放大的形式对信号进行传送，经常不宜采用直接放大的形式对信号进行传送，经常不宜采用直接放大的形式对信号进行传送，经常不宜采用直接放大的形式对信号进行传送，经常采用调制采用调制采用调制采用调制- - - -解调方法，提高电路的抗干扰能力，解调方法，提高电路的抗干扰能力，解调方法，提高电路的抗干扰能力，解调方法，提高电
109、路的抗干扰能力，提高信噪比提高信噪比提高信噪比提高信噪比。调制的目的和分类调制的目的和分类 调制调制调制调制解调的作用在于通过某种调制方法，将原解调的作用在于通过某种调制方法，将原解调的作用在于通过某种调制方法，将原解调的作用在于通过某种调制方法，将原始的低频信号的频谱调制到另一个具有高频的频始的低频信号的频谱调制到另一个具有高频的频始的低频信号的频谱调制到另一个具有高频的频始的低频信号的频谱调制到另一个具有高频的频谱上，经调制后高频调制波载有原始输入信号的谱上，经调制后高频调制波载有原始输入信号的谱上，经调制后高频调制波载有原始输入信号的谱上，经调制后高频调制波载有原始输入信号的全部信息，经
110、过有效放大后使调制波信号增强，全部信息，经过有效放大后使调制波信号增强，全部信息，经过有效放大后使调制波信号增强，全部信息，经过有效放大后使调制波信号增强，然后采用解调技术，又从调制波中解调出原始的然后采用解调技术，又从调制波中解调出原始的然后采用解调技术，又从调制波中解调出原始的然后采用解调技术，又从调制波中解调出原始的输入信号来，这时的信号已经是放大了的输入信输入信号来，这时的信号已经是放大了的输入信输入信号来，这时的信号已经是放大了的输入信输入信号来，这时的信号已经是放大了的输入信号。号。号。号。 调制：将低频信号装载到高频信号上的过程；调制：将低频信号装载到高频信号上的过程；调制：将低
111、频信号装载到高频信号上的过程；调制：将低频信号装载到高频信号上的过程； 解调：从高频信号中将低频信号取出的过程。解调：从高频信号中将低频信号取出的过程。解调：从高频信号中将低频信号取出的过程。解调：从高频信号中将低频信号取出的过程。调制的目的和分类调制的目的和分类 通常调制分为线性调制和非线性调制两类。通常调制分为线性调制和非线性调制两类。通常调制分为线性调制和非线性调制两类。通常调制分为线性调制和非线性调制两类。 线性调制：将调制信号与载波线性调制：将调制信号与载波线性调制：将调制信号与载波线性调制：将调制信号与载波( ( ( (正弦的或非正弦正弦的或非正弦正弦的或非正弦正弦的或非正弦的的的
112、的) ) ) )相乘相乘相乘相乘的调制方式；的调制方式；的调制方式；的调制方式； 非线性调制：线性调制方式以外的其他方式的调非线性调制：线性调制方式以外的其他方式的调非线性调制：线性调制方式以外的其他方式的调非线性调制：线性调制方式以外的其他方式的调制。制。制。制。 常见的双边带振幅调制就属于线性调制，而频率常见的双边带振幅调制就属于线性调制，而频率常见的双边带振幅调制就属于线性调制，而频率常见的双边带振幅调制就属于线性调制，而频率调制和相位调制调制和相位调制调制和相位调制调制和相位调制( ( ( (统称角调制统称角调制统称角调制统称角调制) ) ) )就是属于非线性调就是属于非线性调就是属于
113、非线性调就是属于非线性调制：原则上，调制波的解调方法也依赖于所采用制：原则上，调制波的解调方法也依赖于所采用制：原则上，调制波的解调方法也依赖于所采用制：原则上，调制波的解调方法也依赖于所采用的调制方法，达到同样解调的具体方式可能有多的调制方法，达到同样解调的具体方式可能有多的调制方法，达到同样解调的具体方式可能有多的调制方法，达到同样解调的具体方式可能有多种，解调器电路也是多样的。种，解调器电路也是多样的。种，解调器电路也是多样的。种，解调器电路也是多样的。1.5.1 振幅的调制与解调振幅的调制与解调 振幅的调制和解调过程可用如图振幅的调制和解调过程可用如图振幅的调制和解调过程可用如图振幅的
114、调制和解调过程可用如图1-541-541-541-54所示的方框图表示。它所示的方框图表示。它所示的方框图表示。它所示的方框图表示。它是由调制器、交流放大器和解调三个基本环节组成。是由调制器、交流放大器和解调三个基本环节组成。是由调制器、交流放大器和解调三个基本环节组成。是由调制器、交流放大器和解调三个基本环节组成。1.5.1 振幅的调制与解调振幅的调制与解调 原始的输入信号是调制信号原始的输入信号是调制信号原始的输入信号是调制信号原始的输入信号是调制信号x(tx(tx(tx(t) ) ) )，c(t)c(t)c(t)c(t)是频率较高的载波信是频率较高的载波信是频率较高的载波信是频率较高的载
115、波信号，是由测量设备内部提供的高频电压，它可以是正弦波电号，是由测量设备内部提供的高频电压，它可以是正弦波电号，是由测量设备内部提供的高频电压，它可以是正弦波电号，是由测量设备内部提供的高频电压，它可以是正弦波电压也可以是脉冲电压。调制器的作用是实现压也可以是脉冲电压。调制器的作用是实现压也可以是脉冲电压。调制器的作用是实现压也可以是脉冲电压。调制器的作用是实现调制信号调制信号调制信号调制信号x(tx(tx(tx(t) ) ) )对对对对载波载波载波载波c(t)c(t)c(t)c(t)的振幅调制的振幅调制的振幅调制的振幅调制，输出信号称为调幅波。交流放大器对，输出信号称为调幅波。交流放大器对，
116、输出信号称为调幅波。交流放大器对，输出信号称为调幅波。交流放大器对调幅波进行高频放大。解调器将从放大了的调幅波中解调出调幅波进行高频放大。解调器将从放大了的调幅波中解调出调幅波进行高频放大。解调器将从放大了的调幅波中解调出调幅波进行高频放大。解调器将从放大了的调幅波中解调出输入的原始调制信号。输入的原始调制信号。输入的原始调制信号。输入的原始调制信号。 1. 振幅调制振幅调制 假设：假设：假设：假设： 载波为：载波为：载波为：载波为： 被测信号即调制信号为：被测信号即调制信号为：被测信号即调制信号为：被测信号即调制信号为： 振幅调制就是采用调制信号和载波振幅调制就是采用调制信号和载波振幅调制就
117、是采用调制信号和载波振幅调制就是采用调制信号和载波相乘相乘相乘相乘的调制方式。的调制方式。的调制方式。的调制方式。 则，乘法器的输出为调幅波，即则，乘法器的输出为调幅波，即则，乘法器的输出为调幅波，即则，乘法器的输出为调幅波，即1. 振幅调制振幅调制 假设：假设：假设：假设： 载波为：载波为：载波为：载波为： 被测信号即调制信号为：被测信号即调制信号为：被测信号即调制信号为：被测信号即调制信号为： 振幅调制就是采用调制信号和载波振幅调制就是采用调制信号和载波振幅调制就是采用调制信号和载波振幅调制就是采用调制信号和载波相乘相乘相乘相乘的调制方式。的调制方式。的调制方式。的调制方式。 则，乘法器的
118、输出为调幅波，即则，乘法器的输出为调幅波，即则，乘法器的输出为调幅波，即则，乘法器的输出为调幅波，即1. 振幅调制振幅调制 图图图图1-551-55分别给出了调制信号、载波和调幅波的波形图。分别给出了调制信号、载波和调幅波的波形图。分别给出了调制信号、载波和调幅波的波形图。分别给出了调制信号、载波和调幅波的波形图。 调幅波可以被看做调幅波可以被看做调幅波可以被看做调幅波可以被看做频率为频率为频率为频率为 c c而而而而振幅按振幅按振幅按振幅按X Xmmsintsint变化变化变化变化的调幅信的调幅信的调幅信的调幅信号，这时调幅波已不是频率为号，这时调幅波已不是频率为号，这时调幅波已不是频率为号
119、，这时调幅波已不是频率为 c c的正弦波了，它是由两个正的正弦波了，它是由两个正的正弦波了，它是由两个正的正弦波了，它是由两个正弦波组成。弦波组成。弦波组成。弦波组成。1. 振幅调制振幅调制 利用三角公式做如下推导，则可以将调幅波分解为两个利用三角公式做如下推导，则可以将调幅波分解为两个利用三角公式做如下推导，则可以将调幅波分解为两个利用三角公式做如下推导，则可以将调幅波分解为两个正弦量的和，即正弦量的和，即正弦量的和，即正弦量的和，即 可见，频率为可见，频率为可见，频率为可见，频率为的信号去调制角频率为的信号去调制角频率为的信号去调制角频率为的信号去调制角频率为c c的载波，调制的载波，调制
120、的载波，调制的载波，调制后的调幅波既不包含与调制信号频率后的调幅波既不包含与调制信号频率后的调幅波既不包含与调制信号频率后的调幅波既不包含与调制信号频率相同的正弦量，也相同的正弦量，也相同的正弦量，也相同的正弦量，也不包含频率为载波频率不包含频率为载波频率不包含频率为载波频率不包含频率为载波频率c c（简称载频）的正弦量，而是（简称载频）的正弦量，而是（简称载频）的正弦量，而是（简称载频）的正弦量，而是在载频在载频在载频在载频c c两侧出现两个频率为（两侧出现两个频率为（两侧出现两个频率为（两侧出现两个频率为（c c-）和（）和（）和（）和（c c+）的）的）的）的正弦量，其振幅减小了一半。正
121、弦量，其振幅减小了一半。正弦量，其振幅减小了一半。正弦量，其振幅减小了一半。1. 振幅调制振幅调制 在非电量测量仪器中，一些参数在非电量测量仪器中，一些参数在非电量测量仪器中，一些参数在非电量测量仪器中，一些参数变换经常接成电桥电路，电桥输变换经常接成电桥电路，电桥输变换经常接成电桥电路，电桥输变换经常接成电桥电路，电桥输入电压经常是正弦电压入电压经常是正弦电压入电压经常是正弦电压入电压经常是正弦电压u uc c(t)=U(t)=Ummsinsinc ct t，是调制电路的，是调制电路的，是调制电路的，是调制电路的载波电压。电桥的输出电压为载波电压。电桥的输出电压为载波电压。电桥的输出电压为载
122、波电压。电桥的输出电压为当被测非电量当被测非电量当被测非电量当被测非电量x(t)=0x(t)=0时，时，时，时，Z Z1 1=Z=Z2 2=Z=Z3 3=Z=Z4 4=Z=Z，电桥处于平，电桥处于平，电桥处于平，电桥处于平衡状态；衡状态；衡状态；衡状态；若被测非电量为若被测非电量为若被测非电量为若被测非电量为x(t)x(t)时，桥臂时，桥臂时，桥臂时，桥臂Z Zl l和和和和Z Z2 2做差动变化，这时电桥做差动变化，这时电桥做差动变化，这时电桥做差动变化，这时电桥的输出电压为：的输出电压为：的输出电压为：的输出电压为：电桥电路电桥电路电桥电路电桥电路2. 调幅波的解调调幅波的解调 从调幅波中
123、检出输入信号的过程就是解调。从调幅波中检出输入信号的过程就是解调。从调幅波中检出输入信号的过程就是解调。从调幅波中检出输入信号的过程就是解调。 当信号中的直流分量大于交流分量的幅值，即调制指数当信号中的直流分量大于交流分量的幅值，即调制指数当信号中的直流分量大于交流分量的幅值，即调制指数当信号中的直流分量大于交流分量的幅值，即调制指数m m m mx x x x1111111。 右图为一般情况下调幅波波形右图为一般情况下调幅波波形右图为一般情况下调幅波波形右图为一般情况下调幅波波形的示意图。的示意图。的示意图。的示意图。 如果这是仍然采用上述的二极如果这是仍然采用上述的二极如果这是仍然采用上述
124、的二极如果这是仍然采用上述的二极管包络检波，则检出的信号波管包络检波，则检出的信号波管包络检波，则检出的信号波管包络检波，则检出的信号波形变成图（形变成图（形变成图（形变成图（c c c c）所示那样，不管）所示那样，不管）所示那样，不管）所示那样，不管调幅波的极性是如何随信号极调幅波的极性是如何随信号极调幅波的极性是如何随信号极调幅波的极性是如何随信号极性的变化而变化，均对调幅波性的变化而变化，均对调幅波性的变化而变化，均对调幅波性的变化而变化，均对调幅波做正极性检波，这样就失去了做正极性检波，这样就失去了做正极性检波，这样就失去了做正极性检波，这样就失去了原来信号波形的本来面目。原来信号波
125、形的本来面目。原来信号波形的本来面目。原来信号波形的本来面目。图1-60 mxl调幅波解调示例2. 调幅波的解调调幅波的解调 为了从调幅波中检出输入信号的真实波形，必须采用为了从调幅波中检出输入信号的真实波形，必须采用为了从调幅波中检出输入信号的真实波形，必须采用为了从调幅波中检出输入信号的真实波形，必须采用同同同同步解调法步解调法步解调法步解调法。 同步解调法是以载波同步解调法是以载波同步解调法是以载波同步解调法是以载波极性极性极性极性作为控制信号做同步解调的方作为控制信号做同步解调的方作为控制信号做同步解调的方作为控制信号做同步解调的方法。当输入信号法。当输入信号法。当输入信号法。当输入信
126、号x(t)x(t)x(t)x(t)为正时，将调幅波的正半周检出，为正时，将调幅波的正半周检出，为正时，将调幅波的正半周检出，为正时，将调幅波的正半周检出，去掉负半周，或将负半周倒向作正半周。前者为半波解去掉负半周，或将负半周倒向作正半周。前者为半波解去掉负半周，或将负半周倒向作正半周。前者为半波解去掉负半周，或将负半周倒向作正半周。前者为半波解调，后者为全波解调。而当输入信号调，后者为全波解调。而当输入信号调，后者为全波解调。而当输入信号调，后者为全波解调。而当输入信号x(t)x(t)x(t)x(t)为负极性时，为负极性时，为负极性时，为负极性时，就应检出调幅波的负半周，而去掉正半周，或既取出
127、负就应检出调幅波的负半周，而去掉正半周，或既取出负就应检出调幅波的负半周，而去掉正半周，或既取出负就应检出调幅波的负半周，而去掉正半周，或既取出负半周又将正半周作负半周。经这种同步解调之后的信号半周又将正半周作负半周。经这种同步解调之后的信号半周又将正半周作负半周。经这种同步解调之后的信号半周又将正半周作负半周。经这种同步解调之后的信号由低通滤波器滤掉高频分量，则可以解调出原始输入信由低通滤波器滤掉高频分量，则可以解调出原始输入信由低通滤波器滤掉高频分量，则可以解调出原始输入信由低通滤波器滤掉高频分量，则可以解调出原始输入信号的完整波形来，如图号的完整波形来，如图号的完整波形来，如图号的完整波
128、形来，如图1-60(d)1-60(d)1-60(d)1-60(d)所示。所示。所示。所示。1.5.2 频率调制与解调频率调制与解调 频率调制的功能是用低频信号去调制高频等幅频率调制的功能是用低频信号去调制高频等幅频率调制的功能是用低频信号去调制高频等幅频率调制的功能是用低频信号去调制高频等幅信号，得到信号，得到信号，得到信号，得到幅度不变但频率随低频信号变化幅度不变但频率随低频信号变化幅度不变但频率随低频信号变化幅度不变但频率随低频信号变化的的的的高频调频信号。高频调频信号。高频调频信号。高频调频信号。 随着数字式仪表的日益增多，被测量信号通过随着数字式仪表的日益增多，被测量信号通过随着数字式
129、仪表的日益增多，被测量信号通过随着数字式仪表的日益增多，被测量信号通过频率调制的形式出现的也越来越多。最普通的频率调制的形式出现的也越来越多。最普通的频率调制的形式出现的也越来越多。最普通的频率调制的形式出现的也越来越多。最普通的方法，可以将传感器输出的电压信号输入至方法，可以将传感器输出的电压信号输入至方法，可以将传感器输出的电压信号输入至方法，可以将传感器输出的电压信号输入至电电电电压压压压/ / / /频率频率频率频率(V(V(V(VF)F)F)F)变换器变换器变换器变换器，这时，变换器输出的，这时，变换器输出的，这时，变换器输出的，这时，变换器输出的是一个被调制信号进行了频率调制的调频
130、波。是一个被调制信号进行了频率调制的调频波。是一个被调制信号进行了频率调制的调频波。是一个被调制信号进行了频率调制的调频波。1.5.2 频率调制与解调频率调制与解调 另一种通行方法是，利用电抗元件组成另一种通行方法是，利用电抗元件组成另一种通行方法是，利用电抗元件组成另一种通行方法是，利用电抗元件组成调谐振荡器调谐振荡器调谐振荡器调谐振荡器。电。电。电。电抗元件抗元件抗元件抗元件(L(L(L(L或或或或C)C)C)C)作为传感器参量它感受被测量的变化，作作为传感器参量它感受被测量的变化，作作为传感器参量它感受被测量的变化，作作为传感器参量它感受被测量的变化，作为调制信号输入，振荡器原有的振荡信
131、号作为载波。当为调制信号输入，振荡器原有的振荡信号作为载波。当为调制信号输入，振荡器原有的振荡信号作为载波。当为调制信号输入，振荡器原有的振荡信号作为载波。当有调制信号输入时，振荡器输出的即是被调制了的调频有调制信号输入时，振荡器输出的即是被调制了的调频有调制信号输入时，振荡器输出的即是被调制了的调频有调制信号输入时，振荡器输出的即是被调制了的调频波。如图波。如图波。如图波。如图1-61(a)1-61(a)1-61(a)1-61(a)所示。所示。所示。所示。1.5.2 频率调制与解调频率调制与解调 图图图图1-611-61中电感中电感中电感中电感L L与电容与电容与电容与电容C C并联组成振荡
132、器的谐振回并联组成振荡器的谐振回并联组成振荡器的谐振回并联组成振荡器的谐振回路，并联电容器路，并联电容器路，并联电容器路，并联电容器C C1 1相当于相当于相当于相当于一个电容式传感器，是一一个电容式传感器，是一一个电容式传感器，是一一个电容式传感器，是一个随被测信号变化的可变个随被测信号变化的可变个随被测信号变化的可变个随被测信号变化的可变电容器。电容器。电容器。电容器。设调制信号为正弦波，其电容变化量为：设调制信号为正弦波，其电容变化量为：设调制信号为正弦波，其电容变化量为：设调制信号为正弦波，其电容变化量为：当调制信号为零时，振荡回路的频率为：当调制信号为零时，振荡回路的频率为：当调制信
133、号为零时，振荡回路的频率为：当调制信号为零时，振荡回路的频率为：1.5.2 频率调制与解调频率调制与解调 当有调制信号输入时，振荡回路的频率变为：当有调制信号输入时，振荡回路的频率变为：当有调制信号输入时，振荡回路的频率变为：当有调制信号输入时，振荡回路的频率变为：式中，式中，式中，式中，2. 调频波的解调调频波的解调 调频波是以正弦波调频波是以正弦波调频波是以正弦波调频波是以正弦波频率频率频率频率的变化来反映被测信号的的变化来反映被测信号的的变化来反映被测信号的的变化来反映被测信号的幅值幅值幅值幅值变化。因变化。因变化。因变化。因此，调频波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行此，调频
134、波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行此，调频波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行此，调频波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行幅值检波。幅值检波。幅值检波。幅值检波。 调频波的解调由鉴频器完成。通常，鉴频器由线性变换电路与调频波的解调由鉴频器完成。通常，鉴频器由线性变换电路与调频波的解调由鉴频器完成。通常，鉴频器由线性变换电路与调频波的解调由鉴频器完成。通常，鉴频器由线性变换电路与幅值检波器构成，如图幅值检波器构成，如图幅值检波器构成，如图幅值检波器构成，如图1-62(a)1-62(a)1-62(a)1-62(a)所示。所示。所示。所示。图1-62 调频波的解调1.
135、6 1.6 数据采集电路数据采集电路 采样保持器采样保持器多路模拟开关多路模拟开关 返回返回1.6.1 采样保持器采样保持器 数字化是测控系统发展的必然方向。但测控系统的测量和控数字化是测控系统发展的必然方向。但测控系统的测量和控数字化是测控系统发展的必然方向。但测控系统的测量和控数字化是测控系统发展的必然方向。但测控系统的测量和控制对象绝大多数是模拟量。为将模拟量输入计算机处理，必制对象绝大多数是模拟量。为将模拟量输入计算机处理，必制对象绝大多数是模拟量。为将模拟量输入计算机处理，必制对象绝大多数是模拟量。为将模拟量输入计算机处理，必须先进行模须先进行模须先进行模须先进行模数变换数变换数变换
136、数变换( ( ( (即即即即A A A AD D D D变换变换变换变换) ) ) )。 一般一般一般一般A A A AD D D D变换过程包括采样、保持、量化和编码四个步骤。变换过程包括采样、保持、量化和编码四个步骤。变换过程包括采样、保持、量化和编码四个步骤。变换过程包括采样、保持、量化和编码四个步骤。其中采样与保持系由同一芯片其中采样与保持系由同一芯片其中采样与保持系由同一芯片其中采样与保持系由同一芯片采样保持器采样保持器采样保持器采样保持器(S/H)(S/H)(S/H)(S/H)完成。完成。完成。完成。 采样是将输入模拟量变为时间上离散、幅值上连续的采样信采样是将输入模拟量变为时间上
137、离散、幅值上连续的采样信采样是将输入模拟量变为时间上离散、幅值上连续的采样信采样是将输入模拟量变为时间上离散、幅值上连续的采样信号号号号( ( ( (又称为离散模拟信号又称为离散模拟信号又称为离散模拟信号又称为离散模拟信号) ) ) )。 而幅值变为数字量即为量化、编码的过程。而幅值变为数字量即为量化、编码的过程。而幅值变为数字量即为量化、编码的过程。而幅值变为数字量即为量化、编码的过程。 由于模拟量随时间连续变化，而完成由于模拟量随时间连续变化，而完成由于模拟量随时间连续变化，而完成由于模拟量随时间连续变化，而完成A/DA/DA/DA/D变换需要一定时间变换需要一定时间变换需要一定时间变换需
138、要一定时间tttt，为使，为使，为使，为使A/DA/DA/DA/D变换结束时的值能代表采样时刻的模拟量值，变换结束时的值能代表采样时刻的模拟量值，变换结束时的值能代表采样时刻的模拟量值，变换结束时的值能代表采样时刻的模拟量值，应该在应该在应该在应该在tttt内保持送到内保持送到内保持送到内保持送到A/DA/DA/DA/D变换的模拟量值不变，这就是保持变换的模拟量值不变，这就是保持变换的模拟量值不变，这就是保持变换的模拟量值不变，这就是保持器的任务。采样与保持功能一体化的器件即为采样保持器。器的任务。采样与保持功能一体化的器件即为采样保持器。器的任务。采样与保持功能一体化的器件即为采样保持器。器
139、的任务。采样与保持功能一体化的器件即为采样保持器。1.6.1 采样保持器采样保持器 图图图图1-631-631-631-63给出了一个单通道模拟系统的框图。给出了一个单通道模拟系统的框图。给出了一个单通道模拟系统的框图。给出了一个单通道模拟系统的框图。1.6.1 采样保持器采样保持器 在跟踪在跟踪在跟踪在跟踪- - - -保持工作模式下采样保持器保持工作模式下采样保持器保持工作模式下采样保持器保持工作模式下采样保持器S/HS/HS/HS/H在控制信号控制在控制信号控制在控制信号控制在控制信号控制下的波形如图下的波形如图下的波形如图下的波形如图1-641-641-641-64所示所示所示所示.
140、. . .1.6.1 采样保持器采样保持器 在跟踪期间在跟踪期间在跟踪期间在跟踪期间(t(t(t(t1 1 1 1t t t t2 2 2 2),S/H),S/H),S/H),S/H的输出信号跟踪输入信号的输出信号跟踪输入信号的输出信号跟踪输入信号的输出信号跟踪输入信号的变化；在保持信号到来的变化；在保持信号到来的变化；在保持信号到来的变化；在保持信号到来时刻时刻时刻时刻t t t t2 2 2 2，S/H S/H S/H S/H 的输出保持的输出保持的输出保持的输出保持在在在在t t t t2 2 2 2时刻所具有的数值时刻所具有的数值时刻所具有的数值时刻所具有的数值, , , ,并且一直保
141、持到保持信号并且一直保持到保持信号并且一直保持到保持信号并且一直保持到保持信号结束结束结束结束t t t t3 3 3 3；由于转换速度再；由于转换速度再；由于转换速度再；由于转换速度再快的快的快的快的ADC,ADC,ADC,ADC,也需要一定的工也需要一定的工也需要一定的工也需要一定的工作时间。这个时间称为作时间。这个时间称为作时间。这个时间称为作时间。这个时间称为ADCADCADCADC的转换时间，又称为的转换时间，又称为的转换时间，又称为的转换时间，又称为孔径时间。所以孔径时间。所以孔径时间。所以孔径时间。所以A/DA/DA/DA/D转换转换转换转换器是在保持周期内器是在保持周期内器是在
142、保持周期内器是在保持周期内(t(t(t(t2 2 2 2t t t t3 3 3 3) ) ) )完成转换的。完成转换的。完成转换的。完成转换的。1.6.2 多路模拟开关多路模拟开关 多路数据选择器用于对多路数字信号进行选择，随选择地多路数据选择器用于对多路数字信号进行选择，随选择地多路数据选择器用于对多路数字信号进行选择，随选择地多路数据选择器用于对多路数字信号进行选择，随选择地址信号的不同，每次选择多路信号中的一路进行传输。它址信号的不同，每次选择多路信号中的一路进行传输。它址信号的不同，每次选择多路信号中的一路进行传输。它址信号的不同，每次选择多路信号中的一路进行传输。它只要求所传送信息
143、的逻辑状态不变，允许电压幅度有一定只要求所传送信息的逻辑状态不变，允许电压幅度有一定只要求所传送信息的逻辑状态不变，允许电压幅度有一定只要求所传送信息的逻辑状态不变，允许电压幅度有一定变化。而多路模拟开关主要用于选择多路模拟信号。变化。而多路模拟开关主要用于选择多路模拟信号。变化。而多路模拟开关主要用于选择多路模拟信号。变化。而多路模拟开关主要用于选择多路模拟信号。 多路模拟开关常用于测控系统中信号通道的选择及可编程多路模拟开关常用于测控系统中信号通道的选择及可编程多路模拟开关常用于测控系统中信号通道的选择及可编程多路模拟开关常用于测控系统中信号通道的选择及可编程放大器等方面。放大器等方面。放
144、大器等方面。放大器等方面。 常用的常用的常用的常用的CMOSCMOSCMOSCMOS多路模拟开关有以下几种：多路模拟开关有以下几种：多路模拟开关有以下几种：多路模拟开关有以下几种： (1)(1)(1)(1)四四四四1 1 1 1对对对对1 1 1 1双向开关双向开关双向开关双向开关CC4066CC4066CC4066CC4066； ( ( ( (2)2)2)2)三三三三2 2 2 2对对对对1 1 1 1单向开关单向开关单向开关单向开关CC4053CC4053CC4053CC4053； ( ( ( (3)3)3)3)双双双双4 4 4 4对对对对1 1 1 1单向开关单向开关单向开关单向开关C
145、C4052CC4052CC4052CC4052； ( ( ( (4)4)4)4)单单单单8 8 8 8对对对对1 1 1 1双向开关双向开关双向开关双向开关CC4051CC4051CC4051CC4051； ( ( ( (5)5)5)5)单单单单16161616对对对对1 1 1 1双向开关双向开关双向开关双向开关CC4067CC4067CC4067CC4067；1.6.2 多路模拟开关多路模拟开关 下面以下面以下面以下面以CC4051CC4051CC4051CC4051为例介绍其功用。为例介绍其功用。为例介绍其功用。为例介绍其功用。图1-68 CC4051逻辑图和引脚图 CC4051CC40
146、51CC4051CC4051是单是单是单是单8 8 8 8对对对对1 1 1 1双向模拟开关。它由电平位移电路、双向模拟开关。它由电平位移电路、双向模拟开关。它由电平位移电路、双向模拟开关。它由电平位移电路、8 8 8 8选选选选1 1 1 1译码器和译码器和译码器和译码器和8 8 8 8个个个个CMOSCMOSCMOSCMOS双向模拟开关（传输门双向模拟开关（传输门双向模拟开关（传输门双向模拟开关（传输门TGTGTGTG0 0 0 0TGTGTGTG7 7 7 7）组成。）组成。）组成。）组成。途中途中途中途中A A A A、B B B B、C C C C是地址输入端，是地址输入端，是地址输
147、入端，是地址输入端，INHINHINHINH是禁止端。是禁止端。是禁止端。是禁止端。 输入状态接通状态输入状态接通状态INHCBAINHCBA000000101500011011060010201117001131均不接通01004CC4051CC4051CC4051CC4051的逻辑图：的逻辑图：的逻辑图：的逻辑图：由表可知，当由表可知，当由表可知，当由表可知，当INH=1INH=1INH=1INH=1时，无论地址时，无论地址时，无论地址时，无论地址CBACBACBACBA为任何状态，模拟开关为任何状态，模拟开关为任何状态，模拟开关为任何状态，模拟开关TGTGTGTG0 0 0 0TGTGT
148、GTG7 7 7 7均处于断开状态，均处于断开状态，均处于断开状态，均处于断开状态，IN/OUT(IN/OUT(IN/OUT(IN/OUT(即即即即X X X Xo o o oX X X X7 7 7 7) ) ) )中的任一端均不中的任一端均不中的任一端均不中的任一端均不与公共端与公共端与公共端与公共端X X X X接通，信号不能传送。只有当接通，信号不能传送。只有当接通，信号不能传送。只有当接通，信号不能传送。只有当INH=0INH=0INH=0INH=0时，才由地址时，才由地址时，才由地址时，才由地址CBACBACBACBA的状态决定选通的状态决定选通的状态决定选通的状态决定选通TGTGTGTG0 0 0 0TGTGTGTG7 7 7 7当中某一路。当中某一路。当中某一路。当中某一路。 1.6.2 多路模拟开关多路模拟开关
