信号的调理与记录课件

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1、第四章第四章 信号的调理与记录信号的调理与记录 第一节第一节 电桥电桥 第二节第二节 调制与解调调制与解调 第三节第三节 滤波器滤波器 第四节第四节 信号的放大信号的放大 第五节第五节 测试信号的显示与记录测试信号的显示与记录 信号的调理与记录 信号的调理和转换信号的调理和转换是测试系统不可缺少的重要环节。被是测试系统不可缺少的重要环节。被测物理量经传感器后的输出信号通常是很微弱的或者是非电测物理量经传感器后的输出信号通常是很微弱的或者是非电压信号，如电阻、电容、电感或电荷、电流等电参量，这些压信号，如电阻、电容、电感或电荷、电流等电参量，这些微弱信号或非电压信号难以直接被显示或通过微弱信号或

2、非电压信号难以直接被显示或通过A AD D转换器送转换器送入仪器或计算机进行数据采集，而且有些信号本身还携带有入仪器或计算机进行数据采集，而且有些信号本身还携带有一些不期望有的信息或噪声。因此，经传感后的信号尚需经一些不期望有的信息或噪声。因此，经传感后的信号尚需经过调理、放大、滤波等一系列的加工处理，以将微弱电压信过调理、放大、滤波等一系列的加工处理，以将微弱电压信号放大、将非电压信号转换为电压信号、抑制干扰噪声、提号放大、将非电压信号转换为电压信号、抑制干扰噪声、提高信噪比，以便于后续环节的处理。信号的调理和转换涉及高信噪比，以便于后续环节的处理。信号的调理和转换涉及的范围很广，本章主要讨

3、论一些常用的环节，如电桥、调制的范围很广，本章主要讨论一些常用的环节，如电桥、调制与解调、滤波和放大等，并对常用的信号显示与记录仪器作与解调、滤波和放大等，并对常用的信号显示与记录仪器作简要介绍。简要介绍。 信号的调理与记录第一节第一节 电电 桥桥电桥电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路，由于桥式测量电路简单可靠，而且具有很出的一种测量电路，由于桥式测量电路简单可靠，而且具有很高的精度和灵敏度，因此在测量装置中被广泛采用。高的精度和灵敏度，因此在测量装置中被广泛采用。 按激励电源的类型可分为：按激励电源的类型可

4、分为：直流电桥直流电桥交流电桥交流电桥按输出方式分为：按输出方式分为： 不平衡式电桥不平衡式电桥平衡式电桥平衡式电桥不平衡式电桥不平衡式电桥应用更为广泛。下面仅对不平衡式电桥加以介绍。应用更为广泛。下面仅对不平衡式电桥加以介绍。 信号的调理与记录一、直流电桥一、直流电桥 电桥的输出电压：电桥的输出电压： 直流电桥的平衡条件：直流电桥的平衡条件： 信号的调理与记录电桥的连接形式有电桥的连接形式有单臂电桥单臂电桥连接、连接、半桥半桥连接与连接与全桥全桥连接。连接。 单臂电桥连接形式单臂电桥连接形式：工作中只有一个桥工作中只有一个桥臂电阻随被测量的臂电阻随被测量的变化而变化。变化而变化。 取取 电桥

5、的输出电压：电桥的输出电压： 灵敏度：灵敏度：激励电压激励电压UeUe不变不变 信号的调理与记录半桥连接形式：半桥连接形式：工作中有两个桥臂（一般为相邻桥臂）的阻工作中有两个桥臂（一般为相邻桥臂）的阻值随被测量差动变化。值随被测量差动变化。 电桥的输出电压：电桥的输出电压：灵敏度：灵敏度：信号的调理与记录全桥连接形式全桥连接形式：工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化。：工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化。 电桥的输出电压：电桥的输出电压：灵敏度：灵敏度：信号的调理与记录电桥的和差特性：电桥的和差特性： 1 1）若相邻两桥臂电阻同向变化（即两电阻同时增大或同时减）若相邻两桥臂电阻同向变化（即两电阻

6、同时增大或同时减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消；小），所产生的输出电压的变化将相互抵消； 2 2）若相邻两桥臂电阻反相变化（即两电阻一个增大一个减小）若相邻两桥臂电阻反相变化（即两电阻一个增大一个减小），所产生的输出电压的变化将相互迭加。，所产生的输出电压的变化将相互迭加。 用悬臂梁做敏感元件测力时，常在梁的上下表面各贴一个应变用悬臂梁做敏感元件测力时，常在梁的上下表面各贴一个应变片，并将两个应变片接入电桥相邻的两个桥臂。片，并将两个应变片接入电桥相邻的两个桥臂。 信号的调理与记录用柱形梁做敏感元件测力时，常沿着圆周间隔用柱形梁做敏感元件测力时，常沿着圆周间隔9090纵向贴纵向贴4 4

7、个个应变片应变片R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4作为工作片，与纵向应变片相间，再横作为工作片，与纵向应变片相间，再横向贴向贴4 4个应变片个应变片R R5 5、R R6 6、R R7 7、R R8 8用作温度补偿。用作温度补偿。 信号的调理与记录使用电桥电路时，还需要调节使用电桥电路时，还需要调节零位平衡零位平衡，即当工作臂电阻变化，即当工作臂电阻变化为零时，使电桥的输出为零。为零时，使电桥的输出为零。 a a）差动串联平衡）差动串联平衡 b b）差动并联平衡）差动并联平衡 信号的调理与记录二、交流电桥二、交流电桥 交流电桥采用交流电源激励，电桥的四个臂可为电感、电容或交

8、流电桥采用交流电源激励，电桥的四个臂可为电感、电容或电阻。电阻。如果交流电桥的阻抗、电流及电压都用如果交流电桥的阻抗、电流及电压都用复数复数表示，则关表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，即于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，即交流电桥交流电桥的平衡条件的平衡条件为为 把各阻抗用指数式表示为把各阻抗用指数式表示为 交流电桥平衡必须满足两个条件：即交流电桥平衡必须满足两个条件：即相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。且它们的阻抗角之和也必须相等。 信号的调理与记录根据交流电桥的平衡条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常

9、根据交流电桥的平衡条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用的电容、电感电桥其相邻两臂可接入电阻，而另外两个桥臂用的电容、电感电桥其相邻两臂可接入电阻，而另外两个桥臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或者都是电感。接入相同性质的阻抗，例如都是电容或者都是电感。 电容电桥电容电桥 平衡条件平衡条件 要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，即调要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，即调节电阻达到电阻平衡，调节电容达到电容平衡。节电阻达到电阻平衡，调节电容达到电容平衡。 信号的调理与记录电感电桥电感电桥 平衡条件平衡条件要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电感两个参数，即调要使电桥达

10、到平衡，必须同时调节电阻与电感两个参数，即调节电阻达到电阻平衡，调节电感达到电感平衡。节电阻达到电阻平衡，调节电感达到电感平衡。 信号的调理与记录对于对于纯电阻交流电桥纯电阻交流电桥，即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存，即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容。为此，除了在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容。为此，除了有电阻平衡外，还须有电容平衡。有电阻平衡外，还须有电容平衡。 电阻交流电桥电阻交流电桥的分布电容的分布电容 具有电阻电容平衡具有电阻电容平衡的交流电阻电桥的交流电阻电桥 信号的调理与记录三、带感应耦合臂的电桥三、带感应耦合臂的电桥 带感应

11、耦合臂的电桥是将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成带感应耦合臂的电桥是将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥，的电桥，般有下列两种形式：般有下列两种形式： 变压器电桥变压器电桥 绕组绕组W W1 1、W W2 2与阻抗与阻抗Z Z3 3、Z Z4 4构构成电桥的四个臂。绕组成电桥的四个臂。绕组W W1 1、W W2 2相当于变压器的二次边绕相当于变压器的二次边绕组。平衡时，指零仪组。平衡时，指零仪G G指零。指零。信号的调理与记录电桥平衡时，绕组电桥平衡时，绕组W W1 1、W W2 2的激磁效应互相抵消，铁的激磁效应互相抵消，铁心中无磁通，所以指零仪心中无磁通，所以指零仪G G指零。指零。

12、以上两种电桥中的感应耦合臂可代以差动式三绕组电感传感以上两种电桥中的感应耦合臂可代以差动式三绕组电感传感器，通过它的敏感元件器，通过它的敏感元件铁心，将被测位移量转换为绕组铁心，将被测位移量转换为绕组间互感变化，再通过电桥转换为电压或电流的输出。间互感变化，再通过电桥转换为电压或电流的输出。 优点优点：与一般电桥比较，具有较高的精确度、灵敏度和稳定性。与一般电桥比较，具有较高的精确度、灵敏度和稳定性。 信号的调理与记录第二节第二节 调制与解调调制与解调 调制调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。某

13、个参数（幅值、频率或相位）的过程。在这里，在这里，高频振荡高频振荡信号被称为信号被称为载波载波，控制高频振荡的低频信号被称为，控制高频振荡的低频信号被称为调制信号调制信号，调制后的高频振荡信号为调制后的高频振荡信号为已调制信号已调制信号。 解决微弱缓变信号的放大以及传输的问题。解决微弱缓变信号的放大以及传输的问题。调制与解调的概念调制与解调的概念调制与解调的目的调制与解调的目的解调解调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。调制与解调是一对相反的信号变换过程，在工程上经常结合在制与解调是一对相反的信号变换过程，在工程上经常结合在一起使用。一

14、起使用。信号的调理与记录调制的种类调制的种类幅值调制幅值调制频率调制频率调制相位调制相位调制信号的调理与记录一、幅值调制与解调一、幅值调制与解调 1 1幅值调制幅值调制 幅值调制是将一个高频载波信号幅值调制是将一个高频载波信号( (此处采用余弦波此处采用余弦波) )与被测信与被测信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。而变化。 信号的调理与记录2 2调幅信号的频域分析调幅信号的频域分析 由傅里叶变换的性质知：时域中两个信号相乘对应于频域中由傅里叶变换的性质知：时域中两个信号相乘对应于频域中这两个信号的傅里叶变换的卷积，即

15、这两个信号的傅里叶变换的卷积，即 余弦函数的频域波形是一对脉冲谱线，即余弦函数的频域波形是一对脉冲谱线，即 一个函数与单位脉冲函数卷积的结果就是将这个函数的波形一个函数与单位脉冲函数卷积的结果就是将这个函数的波形由坐标原点平移至该脉冲函数处。由坐标原点平移至该脉冲函数处。若以高频余弦信号作载波，若以高频余弦信号作载波，把信号把信号x(t)x(t)和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频和载波信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至载波频率谱图形由原点平移至载波频率ff0 0处，幅值减半。处，幅值减半。 信号的调理与记录调幅过程相当于频谱调幅过程相当于频谱“搬移搬移”过程。过程。

16、 信号的调理与记录从调幅原理看，载波频率从调幅原理看，载波频率f f0 0必须高于原信号中的最高频率必须高于原信号中的最高频率f fm m 才能使已调波仍保持原信号的频谱图形，不致重叠。才能使已调波仍保持原信号的频谱图形，不致重叠。为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽（为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽（2f2fm m）相对）相对中心频率（载波频率中心频率（载波频率f f0 0）应越小越好。）应越小越好。实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号。实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号。3 3调幅信号的解调方法调幅信号的解调方法 幅值调制的解调方法有幅值调制的解调方法有同步解

17、调同步解调、包络检波包络检波和和相敏检波法相敏检波法。 （1 1）同步解调）同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域的频谱图形将再一若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域的频谱图形将再一次进行次进行“搬移搬移”，其结果是使原信号的频谱图形平移到，其结果是使原信号的频谱图形平移到0 0和和ff0 0的频率处。若用一个低通滤波器滤去中心频率为的频率处。若用一个低通滤波器滤去中心频率为2f2f0 0的高频成分，的高频成分，便可以复现原信号的频谱（只是其幅值减小为一半，这可用放便可以复现原信号的频谱（只是其幅值减小为一半，这可用放大处理来补偿），这一过程称为同步解调。大处理来补偿），这一过程称

18、为同步解调。“同步同步”是指在解是指在解调过程中所乘的载波信号与调制时的载波信号具有相同的频率调过程中所乘的载波信号与调制时的载波信号具有相同的频率与相位。与相位。 信号的调理与记录用低通滤波器将频用低通滤波器将频率为率为2f2f0 0的高频信号的高频信号滤去，则可得到滤去，则可得到x(t)/2x(t)/2。 信号的调理与记录（2 2）包络检波）包络检波 把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A A，使偏置后的信号，使偏置后的信号都具有正电压，那么调幅波的包络线将具有原调制信号的形都具有正电压，那么调幅波的包络线将具有原调制信号的形状。把该调幅波简单地整流、滤

19、波就可恢复原调制信号。状。把该调幅波简单地整流、滤波就可恢复原调制信号。如果原调制信号中有直流分量，则在整流后应准确地减去所如果原调制信号中有直流分量，则在整流后应准确地减去所加的偏置电压。加的偏置电压。若所加的偏置电压未能使信号电压都在零线的一侧，则对调若所加的偏置电压未能使信号电压都在零线的一侧，则对调幅波简单地整流不能恢复原调制信号。相敏检波技术可解决幅波简单地整流不能恢复原调制信号。相敏检波技术可解决此问题。此问题。信号的调理与记录调制信号加足够直调制信号加足够直流偏置的调幅波流偏置的调幅波 调制信号直流偏置调制信号直流偏置不够时不够时的调幅波的调幅波 信号的调理与记录（3 3）相敏检

20、波）相敏检波 相敏检波的特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏相敏检波的特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏检波时，对调制信号不必再加直流偏置。相敏检波利用交变检波时，对调制信号不必再加直流偏置。相敏检波利用交变信号在过零位时正、负极性发生突变，使调幅波的相位信号在过零位时正、负极性发生突变，使调幅波的相位( (与载与载波比较波比较) )也相应地产生也相应地产生180180的相位跳变，这样便既能反映出的相位跳变，这样便既能反映出原调制信号的幅值，又能反映其极性。原调制信号的幅值，又能反映其极性。 在在0 0t t1 1区间，调制信号区间，调制信号x(t)x(t)为正，调幅波为正，调幅

21、波x xm m(t)(t)与载波与载波y(t)y(t)同同相。相。当载波电压为正时，当载波电压为正时，VDVD1 1导通，电流的流向是导通，电流的流向是d1VDd1VD1 125R25R1 1地地dd当载波电压为负时，变压器当载波电压为负时，变压器T T1 1和和T T2 2的极性同时改变，的极性同时改变，VDVD3 3导通，导通，电流的流向是电流的流向是d3VDd3VD3 345R45R1 1地地dd可见在可见在0 0t t1 1区间，流经负载区间，流经负载R R1 1的电流方向始终是的电流方向始终是由上到下由上到下，输出电压输出电压u u0 0(t)(t)为为正值正值。信号的调理与记录信号

22、的调理与记录在在t t1 1t t2 2区间，调制信号区间，调制信号x(t)x(t)为负，调幅波为负，调幅波x xm m(t)(t)相对于载波相对于载波y(t)y(t)的极性相差的极性相差180180。当载波电压为正时，当载波电压为正时，VDVD2 2导通，电流的流向是导通，电流的流向是52VD52VD2 23d3d地地RR1 155当载波电压为负时，当载波电压为负时，VDVD4 4导通，电流的流向是导通，电流的流向是54VD54VD4 41d1d地地RR1 155可见在可见在t t1 1t t2 2区间，流经负载区间，流经负载R R1 1的电流方向始终是的电流方向始终是由下向上由下向上，输出

23、电压输出电压u u0 0(t)(t)为为负值负值。 综上所述，相敏检波是利用二极管的单向导通作用将电路输综上所述，相敏检波是利用二极管的单向导通作用将电路输出极性换向。简单地说，这种电路相当于在出极性换向。简单地说，这种电路相当于在0 0t t1 1段把段把x xm m(t)(t)的负部翻上去，而在的负部翻上去，而在t t1 1t t2 2段把段把x xm m(t)(t)的正部翻下来。若将的正部翻下来。若将u u0 0(t)(t)经低通滤波器滤波，则所得到的信号就是经低通滤波器滤波，则所得到的信号就是x xm m(t)(t)经过经过“翻转翻转”后的包络。后的包络。 信号的调理与记录动态电阻应变

24、仪动态电阻应变仪 电桥由振荡器供给等幅高频振荡电压电桥由振荡器供给等幅高频振荡电压(10kHz(10kHz或或15kHz)15kHz)。被测量。被测量( (应变应变) )通过电阻应变片调制电桥输出，电桥输出为调幅波，经通过电阻应变片调制电桥输出，电桥输出为调幅波，经过放大，再经相敏检波与低通滤波即可取出所测信号。过放大，再经相敏检波与低通滤波即可取出所测信号。 信号的调理与记录二、频率调制与解调二、频率调制与解调 频率调制频率调制是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当出的是等幅波，但其振荡频率

25、偏移量和信号电压成正比。当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率；信号电压为信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。正值时频率提高，负值时则降低。调频信号调频信号 载波载波 频率调制一般用振荡电路来实现，如频率调制一般用振荡电路来实现，如LCLC振荡电路、变容二极管振荡电路、变容二极管调制器、压控振荡器等。调制器、压控振荡器等。1 1频率调制的概念及方法频率调制的概念及方法 信号的调理与记录a a）三角波调制信号）三角波调制信号 b b）调频信号波形）调频信号波形 信号的调理与记录LCLC振荡电路常被用于电容、涡流、电感等传感器的测量电路，振荡电路常

26、被用于电容、涡流、电感等传感器的测量电路，将电容（或电感）作为自激振荡器的谐振回路的一调谐参数，将电容（或电感）作为自激振荡器的谐振回路的一调谐参数，则电路的谐振频率为则电路的谐振频率为 中心频率中心频率直接调频测量电路直接调频测量电路信号的调理与记录按泰勒级数展开并忽略高阶项按泰勒级数展开并忽略高阶项 LCLC振荡回路的振荡频率振荡回路的振荡频率f f与调谐参数（电容与调谐参数（电容C C）的变化成线性）的变化成线性关系，亦即振荡频率受控于被测物理量。关系，亦即振荡频率受控于被测物理量。 压控振荡器压控振荡器 压控振荡器是利用调制信号的幅值来控制其振荡频率，使振荡压控振荡器是利用调制信号的幅

27、值来控制其振荡频率，使振荡频率随控制电压呈线性变化。振荡器的中心频率和频率范围由频率随控制电压呈线性变化。振荡器的中心频率和频率范围由生产厂预置，频率范围与控制电压相对应。压控振荡器芯片生产厂预置，频率范围与控制电压相对应。压控振荡器芯片（如（如MAXIMMAXIM公司推出的公司推出的MAX2622MAX2622MAX2624MAX2624）。）。 信号的调理与记录2 2调频信号的解调调频信号的解调 调频信号的解调又称为调频信号的解调又称为鉴频鉴频，是将频率变化恢复成调制信，是将频率变化恢复成调制信号电压幅值变化的过程。号电压幅值变化的过程。一般采用一般采用鉴频器鉴频器和和锁相环解调器锁相环解

28、调器。 鉴频器实际上是由一个高通滤波器（鉴频器实际上是由一个高通滤波器（R R1 1、C C1 1）及一个包络）及一个包络检波器（检波器（VDVD、C C2 2）构成。）构成。 从高通滤波器幅频特性的过渡带可以看到，随输入信号频从高通滤波器幅频特性的过渡带可以看到，随输入信号频率的不同，输出信号的幅值便不同。通常在幅频特性的过渡带率的不同，输出信号的幅值便不同。通常在幅频特性的过渡带上选择一段线性好的区域来实现上选择一段线性好的区域来实现频率频率- -电压的转换电压的转换，并使调频，并使调频信号的信号的载频载频f f0 0位于这段线性区的中点。由于调频信号的瞬时频位于这段线性区的中点。由于调频

29、信号的瞬时频率正比于调制信号率正比于调制信号x(t)x(t)，它经过高通滤波器后，使原来等幅的，它经过高通滤波器后，使原来等幅的调频信号的幅值变为随调制信号调频信号的幅值变为随调制信号x(t)x(t)变化的变化的“调幅调幅”信号，即信号，即包络形状正比于调制信号包络形状正比于调制信号x(t)x(t)，但频率仍与调频信号保持一致。，但频率仍与调频信号保持一致。该信号经后续包络检波器检出包络，即可恢复出反映被测量变该信号经后续包络检波器检出包络，即可恢复出反映被测量变化的调制信号化的调制信号 。 信号的调理与记录信号的调理与记录第三节第三节 滤波器滤波器 一、概述一、概述 1. 1. 什么是滤波什

30、么是滤波 在通过传感器获得的信号中，常常混淆有许多其他频率在通过传感器获得的信号中，常常混淆有许多其他频率的干扰。由于这些干扰的存在，有时得不到正确的测量值，的干扰。由于这些干扰的存在，有时得不到正确的测量值，甚至有时有用的信号被淹没在干扰噪声中。为了突出有用信甚至有时有用的信号被淹没在干扰噪声中。为了突出有用信号，抑制噪声干扰，我们就要对传感器获得的信号进行滤波。号，抑制噪声干扰，我们就要对传感器获得的信号进行滤波。 滤波的实质滤波的实质就是对信号进行频率选择，完成滤波功能的就是对信号进行频率选择，完成滤波功能的装置称为装置称为滤波器滤波器。当信号通过滤波器时，信号中某些频率成。当信号通过滤

31、波器时，信号中某些频率成分得以通过，其他频率成分的信号受到衰减或抑制。信号通分得以通过，其他频率成分的信号受到衰减或抑制。信号通过滤波器的过程，就称为对信号进行过滤波器的过程，就称为对信号进行滤波滤波。信号的调理与记录按按滤波器的选频方式滤波器的选频方式分：分：低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按滤波器电路的构成形式分按滤波器电路的构成形式分 有源滤波器有源滤波器无源滤波器无源滤波器按所处理的信号信号分按所处理的信号信号分模拟滤波器模拟滤波器数字滤波器数字滤波器信号的调理与记录低通滤波器低通滤波器允许在其截止频率以下的频率成分通过而高于此允许在其截

32、止频率以下的频率成分通过而高于此频率的频率成分被衰减；频率的频率成分被衰减；高通滤波器高通滤波器只允许在其截止频率之上的频率成分通过；只允许在其截止频率之上的频率成分通过；带通滤波器带通滤波器只允许在其中心频率附近一定范围内的频率分量只允许在其中心频率附近一定范围内的频率分量通过；通过；带阻滤波器带阻滤波器可将选定频带上的频率成分衰减掉。可将选定频带上的频率成分衰减掉。a a）低通滤波器）低通滤波器 b b）高通滤波器）高通滤波器 c c）带通滤波器）带通滤波器 d d）带阻滤波器）带阻滤波器 信号的调理与记录二、滤波器性能分析二、滤波器性能分析 1 1理想滤波器理想滤波器 理想滤波器是指能使

33、通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，明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性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。为零。理想理想滤波器在工程实际中是不可滤波器在工程实际中是不可能实现的。能实现的。 信号的调理与记录2实际滤波器的特征参数实际滤波器的特征参数 在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有在实

34、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。在过渡带严格的界限。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。内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此，在设计实际滤波器时，总分衰减得越快、越多越好。因此，在设计实际滤波器时，总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。 与理想滤波器相比，实际滤波器需要用更多的概念和与理想滤波器相比

35、，实际滤波器需要用更多的概念和参数去描述它，主要参数有参数去描述它，主要参数有纹波幅度纹波幅度、截止频率截止频率、带宽带宽、品质因数品质因数、倍频程选择性倍频程选择性等。下图是一个典型的实际带通等。下图是一个典型的实际带通滤波器滤波器.信号的调理与记录（1 1）截止频率截止频率 截止频率指幅频特性值等于截止频率指幅频特性值等于 （即（即-3dB-3dB）时所对应的频）时所对应的频率点（图中的率点（图中的 和和 ）。若以信号的幅值平方表示信号功）。若以信号的幅值平方表示信号功率，该频率对应的点为半功率点。率，该频率对应的点为半功率点。 信号的调理与记录（2）带宽 B 滤波器带宽定义为上下两截止频

36、率之间的频率范围，又称滤波器带宽定义为上下两截止频率之间的频率范围，又称-3dB-3dB带宽，单位为带宽，单位为HzHz。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。器分离信号中相邻频率成分的能力。 （3 3）纹波幅度纹波幅度 通带中幅频特性值的起伏变化值称纹波幅度，以通带中幅频特性值的起伏变化值称纹波幅度，以表示，表示，值应越小越好。值应越小越好。（4）品质因数品质因数 Q Q 对于带通滤波器，其中心频率对于带通滤波器，其中心频率定义为定义为信号的调理与记录品质因数定义为中心频率与带宽之比品质因数定义为中心频率与带宽之比 在电工学中，通常

37、用在电工学中，通常用Q代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡环节中，环节中，Q值相当于谐振点的幅值增益系数，值相当于谐振点的幅值增益系数， Q=1/2（阻阻尼率）。例如一个中心频率为尼率）。例如一个中心频率为500Hz的滤波器，若其中的滤波器，若其中-3dB带宽为带宽为10Hz，则称其，则称其Q值为值为50。Q值越大，表明滤波器频率值越大，表明滤波器频率分辨力越高。分辨力越高。（5 5）倍频程选择性倍频程选择性 W W 在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢

38、，它决定着的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止频率来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止频率 与与 2 之之间，或者在下截止频率间，或者在下截止频率 与与 之间幅频特性的衰减值，即之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量频率变化一个倍频程时的衰减量信号的调理与记录或或倍频程衰减量以倍频程衰减量以dB/oct表示（表示（octave，倍频程）。显然，衰，倍频程）。显然，衰减越快（即减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。对于远

39、离截值越大），滤波器的选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。即倍频程衰减数表示之。即dB10oct。（6 6）滤波器因数滤波器因数 滤波器因数滤波器因数定义为滤波器幅频特性的定义为滤波器幅频特性的-60dB-60dB带宽与带宽与-3dB-3dB带带宽的比，即宽的比，即对理想滤波器有对理想滤波器有=1=1。对普通使用的滤波器，一般为。对普通使用的滤波器，一般为1 15 5。 信号的调理与记录信号的调理与记录三、实际滤波电路三、实际滤波电路 RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，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

40、阻容元件，所以在工程测试的领域中最经常并且选用标准的阻容元件，所以在工程测试的领域中最经常用到的滤波器是用到的滤波器是RC滤波器。滤波器。1 1一阶一阶RCRC低通滤波器低通滤波器令令=RC=RC，称时间常数。，称时间常数。传递函数和传递函数和频率响应函数频率响应函数电路的微分方程式电路的微分方程式信号的调理与记录幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 信号的调理与记录当当 时，时， ， 近似于一条通过原点的直近似于一条通过原点的直线。此时，线。此时，RCRC低通滤波器是一个不失真传输系统。低通滤波器是一个不失真传输系统。当当 时，时， ，即，即RC低通滤波器的截止频率为低通滤波器的截止频率为当

41、当 ， ，信号完全被阻挡，不能通过。信号完全被阻挡，不能通过。信号的调理与记录2 2一阶一阶RCRC高通滤波器高通滤波器电路的微分方程式电路的微分方程式令令=RC，称时间常数。，称时间常数。传递函数和传递函数和频率响应函数频率响应函数幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性信号的调理与记录当当 时，时， ， ，RCRC低通滤波器是一个不低通滤波器是一个不失真传输系统。失真传输系统。当当 时，时， ，即，即RC高通滤波器的截止频率为高通滤波器的截止频率为当当 ， ，信号完全被阻挡，不能通过。信号完全被阻挡，不能通过。信号的调理与记录2 2RCRC带通滤波器带通滤波器带通滤波器可以看作为低通带通滤波器

42、可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联。滤波器和高通滤波器的串联。传递函数和传递函数和频率响应函数频率响应函数幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性信号的调理与记录当当 时，时， ，RCRC低通滤波器是一个不失真低通滤波器是一个不失真传输系统。传输系统。当当 时，时， ，即，即RC带通滤波器的下、带通滤波器的下、上截止频率为上截止频率为当当 ， ，信号完全被阻挡，信号完全被阻挡，不能通过。不能通过。信号的调理与记录一阶一阶RCRC滤波器在过渡带内的衰减速率非常慢，每个倍频程只有滤波器在过渡带内的衰减速率非常慢，每个倍频程只有6dB6dB，通带和阻带之间没有陡峭的界限，故这种滤波器的性能，通带和阻

43、带之间没有陡峭的界限，故这种滤波器的性能较差，因此常常要使用更复杂的滤波器。较差，因此常常要使用更复杂的滤波器。 电感和电容一起使用可以使滤波器的谐振特性相对于一阶电感和电容一起使用可以使滤波器的谐振特性相对于一阶RCRC电路产生较为陡峭的滤波器边缘。电路产生较为陡峭的滤波器边缘。 信号的调理与记录a a）低通滤波器）低通滤波器 b b）高通滤波器）高通滤波器 c c）带通滤波器）带通滤波器 信号的调理与记录a a）低通滤波器）低通滤波器 b b）高通滤波器）高通滤波器 c c）带通滤波器）带通滤波器 信号的调理与记录采用多个采用多个RCRC环节或环节或LCLC环节级联的方式，可以使滤波器的性

44、能环节级联的方式，可以使滤波器的性能有显著的提高，使过渡带曲线的陡峭度得到改善。因为多个有显著的提高，使过渡带曲线的陡峭度得到改善。因为多个中心频率相同的滤波器级联后，其总幅频特性为各滤波器幅中心频率相同的滤波器级联后，其总幅频特性为各滤波器幅频特性的乘积，因此通带外的频率成分将会有更大的衰减。频特性的乘积，因此通带外的频率成分将会有更大的衰减。 a a）RCRC高阶低通滤波器高阶低通滤波器 b b）LCLC高阶低通滤波器高阶低通滤波器 信号的调理与记录必须注意到，虽然多个简单滤波器的级联能改善滤波器的过渡必须注意到，虽然多个简单滤波器的级联能改善滤波器的过渡带性能，却又不可避免地带来了明显的

45、负载效应和相移增大等带性能，却又不可避免地带来了明显的负载效应和相移增大等问题。为避免这些问题，最常用的方法就是采用有源滤波器。问题。为避免这些问题，最常用的方法就是采用有源滤波器。 将滤波网络与运算放大器结合是构造有源滤波器电路的基本将滤波网络与运算放大器结合是构造有源滤波器电路的基本方法。方法。信号的调理与记录如果在低通滤波器后面接一个放大器：如果在低通滤波器后面接一个放大器：可见，其增益由可见，其增益由 确定，而与时间常数确定，而与时间常数RC无关。无关。一阶有源滤波器低通滤波器一阶有源滤波器低通滤波器 信号的调理与记录利用一个运放可以构利用一个运放可以构成一个二阶滤波器。成一个二阶滤波

46、器。无限增益多路无限增益多路反馈型滤波器反馈型滤波器信号的调理与记录根据根据Y1到到Y5取值及阻抗类型的不同组合，可以得到二阶低、取值及阻抗类型的不同组合，可以得到二阶低、高、带通及带阻滤波器，高、带通及带阻滤波器，以二阶低通为例：以二阶低通为例：根据信号频率确定根据信号频率确定R1，C2，R3，R4，C5，便可以将此滤波器，便可以将此滤波器的电路设计出来，同理可以设计出二阶带通，带阻及高通滤波器。的电路设计出来，同理可以设计出二阶带通，带阻及高通滤波器。信号的调理与记录另一种电路的基本型式如另一种电路的基本型式如右图，称为右图，称为压控电压源型压控电压源型滤波器。滤波器。传递函数：传递函数：

47、信号的调理与记录下图示出一些典型的下图示出一些典型的一阶有源滤波器一阶有源滤波器。通常的有源滤波器具有。通常的有源滤波器具有80dB80dB倍频程的下降带，以及在阻带中有高于倍频程的下降带，以及在阻带中有高于60dB60dB的衰减。的衰减。a）低通滤波器）低通滤波器b）高通滤波器）高通滤波器c）带通滤波器）带通滤波器 信号的调理与记录四、带通滤波器在信号频率分析中的应用四、带通滤波器在信号频率分析中的应用 1 1多路滤波器的并联形式多路滤波器的并联形式 将一组增益相同而中心频率不同的带通滤波器并联，使前将一组增益相同而中心频率不同的带通滤波器并联，使前一个滤波器的一个滤波器的-3dB-3dB上

48、截止频率高端等于后一个滤波器的上截止频率高端等于后一个滤波器的-3dB-3dB下下截止频率低端，形成一个截止频率低端，形成一个多路滤波器。多路滤波器。信号的调理与记录多路带通滤波器并联常用于信号的频谱分析和信号中特定频率多路带通滤波器并联常用于信号的频谱分析和信号中特定频率成分的提取。使用时常将被分析信号输入一组中心频率不同的成分的提取。使用时常将被分析信号输入一组中心频率不同的滤波器，各滤波器的输出便反映了信号中所含的各个频率成分。滤波器，各滤波器的输出便反映了信号中所含的各个频率成分。 （1 1）恒带宽比滤波器）恒带宽比滤波器 恒带宽比滤波器是指滤波器的相对带宽是常数，即恒带宽比滤波器是指

49、滤波器的相对带宽是常数，即 恒带宽比滤波器的上、下截止频率之间满足以下关系，即恒带宽比滤波器的上、下截止频率之间满足以下关系，即 式中式中 n n倍频程数。若倍频程数。若n=1n=1，称为，称为倍频程滤波器倍频程滤波器；n=1/3n=1/3，则称，则称为为1/31/3倍频程滤波器倍频程滤波器；依此类推。；依此类推。 信号的调理与记录滤波器的中心频率与上、下截止频率之间的关系为滤波器的中心频率与上、下截止频率之间的关系为 在倍频程滤波器组中，后一个中心频率与前一个中心频率间满在倍频程滤波器组中，后一个中心频率与前一个中心频率间满足以下关系足以下关系 所以，只要选定所以，只要选定n n值，就可以设

50、计出覆盖给定频率范围的邻接式值，就可以设计出覆盖给定频率范围的邻接式滤波器组。滤波器组。 信号的调理与记录B&KB&K公司的公司的16161616型频率分析仪型频率分析仪的结构框图，其带宽为的结构框图，其带宽为1/31/3倍频程，倍频程，分析频率为从分析频率为从20Hz20Hz40k Hz40k Hz，共设置，共设置3434个带通滤波器。个带通滤波器。 恒带宽比滤波器的通频带在低频段很窄，在高频段则很宽。因而恒带宽比滤波器的通频带在低频段很窄，在高频段则很宽。因而滤波器组的频率分辨力在低频段较好，而在高频段则甚差。滤波器组的频率分辨力在低频段较好，而在高频段则甚差。 信号的调理与记录（2 2）

51、恒带宽滤波器）恒带宽滤波器 恒带宽滤波器是指滤波器的绝对带宽为常数，即恒带宽滤波器是指滤波器的绝对带宽为常数，即 为提高滤波器的分辨能力，带宽应窄一些，但为覆盖整个为提高滤波器的分辨能力，带宽应窄一些，但为覆盖整个频率范围所需要的滤波器数量就很大。因此恒带宽滤波器一般频率范围所需要的滤波器数量就很大。因此恒带宽滤波器一般不用固定中心频率与带宽的并联滤波器组来实现，而是通过中不用固定中心频率与带宽的并联滤波器组来实现，而是通过中心频率可调的扫描式带通滤波器来实现。心频率可调的扫描式带通滤波器来实现。 恒带宽恒带宽滤波器在所有频段都具有良好的频率分辨力。滤波器在所有频段都具有良好的频率分辨力。 信

52、号的调理与记录2 2中心频率可调式中心频率可调式 扫描式频率分析仪扫描式频率分析仪采用一个中心频率可调的带通滤波器，通采用一个中心频率可调的带通滤波器，通过改变中心频率使该滤波器的通带跟随所要分析的信号频率过改变中心频率使该滤波器的通带跟随所要分析的信号频率范围要求来变化。范围要求来变化。 中心频率的调节方式可以是中心频率的调节方式可以是手动调节手动调节或或外信号调节外信号调节。 调节中心频率的信号可由一个锯齿波发生器来产生，用一个线调节中心频率的信号可由一个锯齿波发生器来产生，用一个线性升高的电压来控制中心频率的连续变化。性升高的电压来控制中心频率的连续变化。 信号的调理与记录由于滤波器的建

53、立需要一定的时间，尤其是在滤波器带宽很窄由于滤波器的建立需要一定的时间，尤其是在滤波器带宽很窄的情况，建立时间愈长，所以扫频速度不能过快。的情况，建立时间愈长，所以扫频速度不能过快。这种形式的分析仪也采用这种形式的分析仪也采用恒带宽比的带通滤波器恒带宽比的带通滤波器。如。如B&K公司公司的的1621型频谱分析仪型频谱分析仪，将总分析频率范围从，将总分析频率范围从02Hz20kHz分分成五段：成五段： 022Hz； 220Hz； 20200Hz； 200Hz2kHz； 220kHz。每一段中的中心频率可调。每一段中的中心频率可调。在信号频谱分析中常用的中心频率可变的滤波方法还有在信号频谱分析中常

54、用的中心频率可变的滤波方法还有相关滤相关滤波波和和跟踪滤波跟踪滤波，其工作原理与典型应用请参阅相关书籍。，其工作原理与典型应用请参阅相关书籍。 采用中心频率可调的带通滤波器时，由于在调节中心频率过采用中心频率可调的带通滤波器时，由于在调节中心频率过程中总希望不改变或不影响滤波器的增益及程中总希望不改变或不影响滤波器的增益及Q因数等参数，因因数等参数，因此这种滤波器中心频率的调节范围是有限的。此这种滤波器中心频率的调节范围是有限的。信号的调理与记录第四节第四节 信号的放大信号的放大 通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须用放大通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须用放大电路放大后才便于后

55、续处理。为了保证测量精度的要求，放电路放大后才便于后续处理。为了保证测量精度的要求，放大电路应具有如下性能：大电路应具有如下性能： 1 1）足够的放大倍数；）足够的放大倍数； 2 2）高输入阻抗，低输出阻抗；）高输入阻抗，低输出阻抗； 3 3）高共模抑制能力；）高共模抑制能力； 4 4）低温漂、低噪声、低失调电压和电流。）低温漂、低噪声、低失调电压和电流。 线性运算放大器线性运算放大器具备上述特点，因而传感器输出信号具备上述特点，因而传感器输出信号的放大电路都由运算放大器所组成。的放大电路都由运算放大器所组成。 信号的调理与记录一、基本放大电路一、基本放大电路 a a）反相放大器）反相放大器的

56、输入阻抗低，容易对传感器形成负载效应。的输入阻抗低，容易对传感器形成负载效应。 b）同相放大器）同相放大器的输入阻抗高，但易引入共模干扰的输入阻抗高，但易引入共模干扰 信号的调理与记录c c）差分放大器）差分放大器也不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比。也不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比。 由单个运算放大器构成的放大电路在传感器信号放大中很由单个运算放大器构成的放大电路在传感器信号放大中很少直接采用。一般少直接采用。一般是在基本放大电路之前串接一级是在基本放大电路之前串接一级射极跟随器射极跟随器。串接射极跟随器后，电路的输入阻抗可以提高到串接射极跟随器后，电路的输入阻抗可以提高到109以上，所

57、以上，所以射极跟随器也常被称为以射极跟随器也常被称为阻抗变换器阻抗变换器。 信号的调理与记录二、仪器放大器二、仪器放大器 仪器放大器电路由仪器放大器电路由3 3个运算放大器组成，其中个运算放大器组成，其中A A1 1、A A2 2接成射极跟接成射极跟随器形式，组成输入阻抗极高的差动输入级，在两个射随器之随器形式，组成输入阻抗极高的差动输入级，在两个射随器之间的附加电阻间的附加电阻R RG G具有提高共模抑制比的作用，具有提高共模抑制比的作用，A A3 3为双端输入、单为双端输入、单端输出的输出级，以适应接地负载的需要，放大器的增益由电端输出的输出级，以适应接地负载的需要，放大器的增益由电阻阻R

58、 RG G设定，典型仪器放大器的增益设置范围从设定，典型仪器放大器的增益设置范围从1 1到到10001000。 信号的调理与记录电路输出电压与差动输入电压之间的关系电路输出电压与差动输入电压之间的关系 若选取若选取R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R5 5=R=R6 6=10k=10k，R RG G=100=100，即可构成一个放，即可构成一个放大倍数为大倍数为G=201G=201倍的高输入阻抗、高共模抑制比的放大器。倍的高输入阻抗、高共模抑制比的放大器。 典型仪器放大器的共模抑制比可以达到典型仪器放大器的共模抑制比可以达到130dB130dB以上，输入阻抗可以上，输

59、入阻抗可以达到以达到10109 9以上，电路增益可以达到以上，电路增益可以达到10001000。 美国美国BBBB公司推出的公司推出的 INA114INA114是是个低成本的普通仪用放大器，个低成本的普通仪用放大器，在一般应用时，只需外接一只普通电阻就可得到任意增益，可在一般应用时，只需外接一只普通电阻就可得到任意增益，可广泛用于电桥放大器、热电偶测量放大器及数据采集放大器等广泛用于电桥放大器、热电偶测量放大器及数据采集放大器等场合。场合。 信号的调理与记录信号的调理与记录拾音传感器输入放大器拾音传感器输入放大器：R1R1与与R2R2一般取一般取47k47k。若传感器。若传感器M M内内阻过高

60、时，阻过高时，R1R1与与R2R2可取可取100k100k左右。增益的选择不宜太高，左右。增益的选择不宜太高，一般设计在一般设计在100100倍以内为宜。倍以内为宜。 信号的调理与记录热电偶信号的放大电路热电偶信号的放大电路：对于测量点：对于测量点T T过远时，应增加输入低过远时，应增加输入低通滤波电路，以免因噪声电压损坏器件。增益的确定要根据具通滤波电路，以免因噪声电压损坏器件。增益的确定要根据具体所选热电偶的类型而定。体所选热电偶的类型而定。 信号的调理与记录美国美国ADAD公司推出的公司推出的AD522AD522 是精密集成放大器，非线性失真小、是精密集成放大器，非线性失真小、共模抑制比

61、高、低漂移和低噪声，非常适合对微弱信号进行放共模抑制比高、低漂移和低噪声，非常适合对微弱信号进行放大。大。 由仪器放大器由仪器放大器AD522构成的电桥放大电路构成的电桥放大电路 信号的调理与记录三、可编程增益放大器三、可编程增益放大器 通过计算机编程来改变增益的放大器称为通过计算机编程来改变增益的放大器称为可编程增益放大器可编程增益放大器。 可编程增益放大器基本原理可编程增益放大器基本原理 用一组电子开关和一个电阻网络相配合来改变放大器的外接电用一组电子开关和一个电阻网络相配合来改变放大器的外接电阻值，以此达到改变放大器增益的目的。用户可用运算放大器、阻值，以此达到改变放大器增益的目的。用户

62、可用运算放大器、模拟开关、电阻网络和译码器组成形式不同、性能各异的可编模拟开关、电阻网络和译码器组成形式不同、性能各异的可编程增益放大器。程增益放大器。 如果使用片内带有电阻网络的单片集成放大器，则可省去外加如果使用片内带有电阻网络的单片集成放大器，则可省去外加的电阻网络，直接与合适的模拟开关、译码器配合构成实用的的电阻网络，直接与合适的模拟开关、译码器配合构成实用的可编程增益放大器。将运算放大器、电阻网络、模拟开关以及可编程增益放大器。将运算放大器、电阻网络、模拟开关以及译码器等电路集成到一块芯片上，则构成集成可编程增益放大译码器等电路集成到一块芯片上，则构成集成可编程增益放大器，如美国国家

63、半导体公司生产的器，如美国国家半导体公司生产的LH0084LH0084就是其中的一种。就是其中的一种。 信号的调理与记录电子开关通过一个电子开关通过一个2-42-4译码器控制，当来自计算机译码器控制，当来自计算机I IO O口的口的x x1 1、x x2 2为为0000、0101、1010、1111时，时，S S1 1、S S2 2、S S3 3、S S4 4分别闭合，电阻网络的分别闭合，电阻网络的R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4分别接入到反相放大器的输入回路，得到分别接入到反相放大器的输入回路，得到4 4种不种不同的增益值。也可不用译码器，直接由计算机的同的增益值。也可

64、不用译码器，直接由计算机的I IO O口来控制口来控制y y1 1、y y2 2、y y3 3、y y4 4，得到，得到2424个不同的增益值。个不同的增益值。 信号的调理与记录第五节第五节 测试信号的显示与记录测试信号的显示与记录 测试信号的显示和记录是测试系统不可缺少的组成部分。测试信号的显示和记录是测试系统不可缺少的组成部分。传统的显示和信号记录装置包括传统的显示和信号记录装置包括万用表万用表、阴极射线管示波器阴极射线管示波器、XYXY记录仪记录仪、模拟磁带记录仪模拟磁带记录仪等。近年来，随着计算机技术的飞等。近年来，随着计算机技术的飞速发展，记录与显示仪器从根本上发生了变化，速发展，记

65、录与显示仪器从根本上发生了变化，数字式显示与数字式显示与记录设备记录设备已成为显示与记录装置的主流。已成为显示与记录装置的主流。 一、信号的显示一、信号的显示 测试中最常用的显示仪器有测试中最常用的显示仪器有模拟示波器模拟示波器、数字示波器数字示波器和和数字存数字存储示波器储示波器三种类型。三种类型。 1模拟示波器模拟示波器 模拟示波器以传统的阴极射线管示波器为代表。模拟示波器以传统的阴极射线管示波器为代表。 信号的调理与记录通用的阴极射线管示波器的框图通用的阴极射线管示波器的框图 2 2数字示波器数字示波器 数字示波器是随着数字电子与计算机技术的发展而发展起来的数字示波器是随着数字电子与计算

66、机技术的发展而发展起来的一种新型示波器，其基本原理框图如下图所示。一种新型示波器，其基本原理框图如下图所示。用一个核心器用一个核心器件件AD转换器将被测模拟信号进行模数转换并存储，再以转换器将被测模拟信号进行模数转换并存储，再以数字信号方式显示。数字信号方式显示。 信号的调理与记录与模拟示波器相比，数字示波器具有许多突出的优点：与模拟示波器相比，数字示波器具有许多突出的优点： （1 1）具有灵活的波形触发功能，可以进行负延迟）具有灵活的波形触发功能，可以进行负延迟( (预触发预触发) )，便，便于观测触发前的信号状况；于观测触发前的信号状况； （2 2）具有数据存储与回放功能，便于观测单次过程

67、和缓慢变化）具有数据存储与回放功能，便于观测单次过程和缓慢变化的信号，也便于进行后续数据处理；的信号，也便于进行后续数据处理； 信号的调理与记录（3 3）具有高分辨率的显示系统，便于对各类性质的信号进行）具有高分辨率的显示系统，便于对各类性质的信号进行观察，可看到更多的信号细节；观察，可看到更多的信号细节； （4 4）便于程控，可实现自动测量；）便于程控，可实现自动测量； （5 5）可进行数据通信。）可进行数据通信。 例如，美国例如，美国HPHP公司的公司的HP54600AHP54600A型数字示波器型数字示波器，双通道、，双通道、100MHz100MHz带宽。每通道拥有带宽。每通道拥有2MB

68、2MB的深度内存，以作长时间的信号采集，的深度内存，以作长时间的信号采集，然后可平移和放大采集到的信号，以查看细节。同时还具有高然后可平移和放大采集到的信号，以查看细节。同时还具有高分辨率显示系统，并有快速的波形显示和刷新功能。分辨率显示系统，并有快速的波形显示和刷新功能。 3 3数字存储示波器数字存储示波器 数字存储示波器具有与数字示波器一样的数据采集前端，与数数字存储示波器具有与数字示波器一样的数据采集前端，与数字示波器不同的是其显示方式采用字示波器不同的是其显示方式采用模拟方式模拟方式：将已存储的数字：将已存储的数字信号通过信号通过D DA A转换器恢复为模拟信号，再将信号波形重现在阴转

69、换器恢复为模拟信号，再将信号波形重现在阴极射线管或液晶显示屏上。极射线管或液晶显示屏上。 信号的调理与记录数字存储示波器原理框图数字存储示波器原理框图 二、信号的记录二、信号的记录 传统的信号记录仪器如传统的信号记录仪器如光线示波器光线示波器、XYXY记录仪记录仪、模拟磁带记录模拟磁带记录仪仪等目前已很少使用。等目前已很少使用。 近年来，信号的记录方式愈来愈趋向于两种途径：一种是用数近年来，信号的记录方式愈来愈趋向于两种途径：一种是用数据采集仪器进行信号的记录，一种是以计算机内插据采集仪器进行信号的记录，一种是以计算机内插A AD D卡的形卡的形式进行信号记录。此外，有一些新型仪器前端可直接实

70、现数据式进行信号记录。此外，有一些新型仪器前端可直接实现数据采集与记录。采集与记录。 信号的调理与记录1用数据采集仪器进行信号记录用数据采集仪器进行信号记录 优点：优点： （1 1）数据采集仪器均有良好的信号输入前端，包括前置放大）数据采集仪器均有良好的信号输入前端，包括前置放大器、抗混滤波器等；器、抗混滤波器等； （2 2）配置有高性能）配置有高性能( (具有高分辨率和采样速率具有高分辨率和采样速率) )的的A AD D转换板转换板卡；卡； （3 3）有大容量存储器；）有大容量存储器； （4 4）配置有专用的数字信号分析与处理软件。）配置有专用的数字信号分析与处理软件。 如奥地利如奥地利DE

71、WETRONDEWETRON公司生产的公司生产的DEWE-2010DEWE-2010多通道数据采集分析多通道数据采集分析仪仪。 信号的调理与记录2 2用计算机内插用计算机内插A AD D卡进行数据采集与记录卡进行数据采集与记录 计算机内插计算机内插A AD D卡进行数据采集与记录是一种经济易行的卡进行数据采集与记录是一种经济易行的方式，它充分利用通用计算机的硬件资源方式，它充分利用通用计算机的硬件资源( (总线、机箱、电源、总线、机箱、电源、存储器及系统软件存储器及系统软件) )，借助于插入微机或工控机内的，借助于插入微机或工控机内的A AD D卡与数卡与数据采集软件相结合，完成记录任务。据采集软件相结合，完成记录任务。 3仪器前端直接实现数据采集与记录仪器前端直接实现数据采集与记录 近年来一些新型仪器（如美国近年来一些新型仪器（如美国dPdP公司的公司的多通道分析仪多通道分析仪），这些），这些仪器的前端含有仪器的前端含有DSPDSP模块，可用以实现采集控制，可将通过适调模块，可用以实现采集控制，可将通过适调和和A AD D转换的信号直接送入前端仪器中的海量存储器存储。这转换的信号直接送入前端仪器中的海量存储器存储。这些存些存储储的信号可通过某些接口母线由计算机调出实现后续的信的信号可通过某些接口母线由计算机调出实现后续的信号处理和显示。号处理和显示。 信号的调理与记录