现代电子测量技术-补充.ppt
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1、现代电子测量技术赵志斌电力系电信教研室补充知识12/14/202211 1、基本元件、基本元件乘法器乘法器混频器混频器倍频器倍频器2 2、滤波、滤波器、滤波、滤波器3 3、调制与解调、调制与解调4 4、超外差无线电接收器、超外差无线电接收器概述输出信号是两个输入信号的乘积输出信号是两个输入信号的乘积 V Vo o(t)=KV(t)=KVx x(t)v(t)vy y(t)(t)其中其中K K是乘法器的增益系数(比例系数、标尺因子)。是乘法器的增益系数(比例系数、标尺因子)。理想乘法器:理想乘法器:输出为输入的瞬时值的乘积输出为输入的瞬时值的乘积输入任意,波形、幅度、频率不受限制输入任意,波形、幅
2、度、频率不受限制常用元件常用元件双级型或双级型或MOSMOS型的四象限乘法器型的四象限乘法器乘法器 混频器混频,又称变频,是一种频谱的线性搬移过程,它是混频,又称变频,是一种频谱的线性搬移过程,它是使信号自某一个频率变换成另一个频率。完成这种功能的电使信号自某一个频率变换成另一个频率。完成这种功能的电路称为混频器路称为混频器(或变频器或变频器)。混频器可以看作是一个三端口器件,有两个输入端口,混频器可以看作是一个三端口器件,有两个输入端口,包括接受信号端口和本地振荡器端口,输出是中频端口。混包括接受信号端口和本地振荡器端口,输出是中频端口。混频器输出两种基本信号,分别是两个输入信号的和频和差频
3、。频器输出两种基本信号,分别是两个输入信号的和频和差频。他们之间的选择由滤波器完成他们之间的选择由滤波器完成混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱的线性搬移功混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱的线性搬移功混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱的线性搬移功混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱的线性搬移功能的关键是要获得两个输入信号的乘积,能找到这个乘积项,能的关键是要获得两个输入信号的乘积,能找到这个乘积项,能的关键是要获得两个输入信号的乘积,能找到这个乘积项,能的关键是要获得两个输入信号的乘积,能找到这个乘积项,就可完成所需的线性搬移功能。就可完成所需的线性搬移功能。就可完成所需的线性搬移功能。就可完成
4、所需的线性搬移功能。混频器设输入到混频器中的输入已调信号设输入到混频器中的输入已调信号V VS S(t t)和本振电和本振电压压V VL L(t t)分别为:分别为:这两个信号相乘后,其输出电压为:这两个信号相乘后,其输出电压为:经带通虑波器取出所需信号。经带通虑波器取出所需信号。混频器功能示意图混频器功能示意图混频器频谱图混频器频谱图12/14/20226现代电子测量技术倍频器倍频器倍频是在保持原信号调制情况不变的前提倍频是在保持原信号调制情况不变的前提倍频是在保持原信号调制情况不变的前提倍频是在保持原信号调制情况不变的前提下,将载波频率成倍增加的频率变换电路,若下,将载波频率成倍增加的频率
5、变换电路,若下,将载波频率成倍增加的频率变换电路,若下,将载波频率成倍增加的频率变换电路,若将乘法器的两个输入端联在一起,即令将乘法器的两个输入端联在一起,即令将乘法器的两个输入端联在一起,即令将乘法器的两个输入端联在一起,即令V Vx x=V=Vy y则则则则可实现平方运算。即:可实现平方运算。即:可实现平方运算。即:可实现平方运算。即:12/14/20227现代电子测量技术 设Vx(t)为某一频率fs的信号电压Vx(t),即Vx(t)Vxmcosst,则输出电压为:输出中的直流分量可用高通滤波器滤除。12/14/20228现代电子测量技术滤波是一种选择过程,选择合适的频率传输。滤波是一种选
6、择过程,选择合适的频率传输。应用范围:应用范围:分离信号、抑制干扰分离信号、抑制干扰阻抗变换,阻抗匹配阻抗变换,阻抗匹配延迟信号延迟信号滤波器的设计取决于:滤波器的设计取决于:所需的滤波作用所需的滤波作用实现滤波的网络实现滤波的网络实现这一网络的元件实现这一网络的元件LCLC滤波,有源滤波,有源RCRC滤波滤波滤波与滤波器滤波器类型:滤波器类型:增益型滤波器增益型滤波器低通(低通(0 0 )高通(高通()带通(带通(1 1 22)带阻带阻全通和延迟均衡器:用来校正传输系统引起的延迟失真全通和延迟均衡器:用来校正传输系统引起的延迟失真LCLC滤波,有源滤波,有源RCRC滤波滤波滤波RC滤波电路
7、在在整整流流电电路路输输出出的的直直流流电电压压脉脉动动较较大大,一一般般不不能能满满足足实实际际需需要要,必必须须用用滤滤波波电电路路滤滤除除交交流流分分量量,得得到到平平滑滑的的直直流流电电压压。在在小小功功率率直直流流电电源源中中,常常用用的的滤滤波波电电路路有有电电容容滤滤波波、型型滤滤波波和和滤滤波波。在在整整流流电电路路输输出出端端与与负负载载之之间间并并联联一一只只大大容容量量的的电电容容,即即可可构构成成最最简简单单的的电电容容滤滤波波器器。其其工工作作原原理理是是利利用用电电容容两两端端的的电电压压在在电电路路状状态态改改变时不能跃变的特性。变时不能跃变的特性。12/14/2
8、02211现代电子测量技术组成及工作原理uotOOtiDt1t2t3t4t5t6baCVD1VD4Tru1u2abRLuouC电容滤波原理及波形图a.原理图b.波形图12/14/202212现代电子测量技术原理 加了一只电容后,二极管导通时,一方面给负载加了一只电容后,二极管导通时,一方面给负载R RL L供电,供电,一方面对电容一方面对电容C C充电。在忽略二极管正向压降后,充电时,充电。在忽略二极管正向压降后,充电时,充电时间常数充电时间常数充电充电=2=2R RD DC C,其中,其中R RD D为二极管的正向导通电阻,为二极管的正向导通电阻,其值非常小,充电电压其值非常小,充电电压u
9、uC C与上升的正弦电压与上升的正弦电压u u2 2一致,一致,u uo o=u uC Cu u2 2,当,当u uC C充到充到u u2 2的最大值时,的最大值时,u u2 2开始下降,且下降速开始下降,且下降速率逐渐加快。当率逐渐加快。当|u u2 2|u uC C时,四个二极管均截止,电容时,四个二极管均截止,电容C C经负经负载载R RL L放电,放电时间常数为放电,放电时间常数为放电放电=R RL LC C,故放电较慢,直到,故放电较慢,直到负半周。负半周。在负半周,当在负半周,当|u u2 2|u uC C时,另外二个二极管时,另外二个二极管(VD(VD2 2、VDVD4 4)导通
10、,再次给电容导通,再次给电容C C充电,当充电,当u uC C充到充到u u2 2的最大值时,的最大值时,u u2 2开始下开始下降,且下降速率逐渐加快。当降,且下降速率逐渐加快。当|u u2 2|u uC C时,四个二极管再次时,四个二极管再次截止,电容截止,电容C C经负载经负载R RL L放电。放电。12/14/202213现代电子测量技术负载上电压的计算 由上述讨论可见,电容放电时间常数为由上述讨论可见,电容放电时间常数为放电放电=R RL LC C,即输出电压的大小和脉动程度与负载电阻直接,即输出电压的大小和脉动程度与负载电阻直接相关。若相关。若R RL L开路,即输出电流为零,电容
11、开路,即输出电流为零,电容C C无放电通路,无放电通路,一直保持最大充电电压;若一直保持最大充电电压;若R RL L很小,放电时间常数很很小,放电时间常数很小,输出电压几乎与没有滤波时一样。小,输出电压几乎与没有滤波时一样。因因此此,电电容容滤滤波波电电路路的的输输出出电电压压在在0.90.9U U2 2 范范围内波动,在工程上一般采用估算公式围内波动,在工程上一般采用估算公式 (半波)(半波)(桥式、全波)(桥式、全波)12/14/202214现代电子测量技术电容滤波的特点 电容滤波电路结构简单、输出电压高、脉动电容滤波电路结构简单、输出电压高、脉动小。但在接通电源的瞬间,将产生很大的充电电
12、小。但在接通电源的瞬间,将产生很大的充电电流,这种电流称为流,这种电流称为“浪涌电流浪涌电流”,同时,因负载,同时,因负载电流太大,电容器放电的速度加快,会使负载电电流太大,电容器放电的速度加快,会使负载电压变得不够平稳,所以电容滤波电路只使用于负压变得不够平稳,所以电容滤波电路只使用于负载电流较小的场合。载电流较小的场合。12/14/202215现代电子测量技术有源滤波器有有源源滤滤波波器器:由由有有源源器器件件构构成成的的滤滤波波器。器。分类分类分类分类低通(低通(LPFLPF)高通(高通(HPFHPF)带通(带通(BPFBPF)带阻(带阻(BEFBEF)全通(全通(APFAPF)12/1
13、4/202216现代电子测量技术一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路12/14/202217现代电子测量技术一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路2.2.高高通滤波电路通滤波电路 可可 由由 低低 通通和和高高通通串串联联得得到到必须满足必须满足3.3.带带通滤波电路通滤波电路低通特征角频率低通特征角频率高通特征角频率高通特征角频率12/14/202218现代电子测量技术一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路4.4.带阻带阻滤波电路滤波电路 可可由由低低通通和和高高通并联得到通并联得到必须满足必须满足 一一一一阶阶阶阶有有有有源源源源滤滤滤滤波波波波电电电电路路路路通通通通带带带带外外外外衰衰衰衰减减减减速速
14、速速率率率率慢慢慢慢(-20dB/-20dB/十十十十倍倍倍倍频频频频程程程程),与与与与理理理理想想想想情情情情况况况况相相相相差差差差较较较较远远远远。一一一一般般般般用用用用在在在在对对对对滤滤滤滤波要求不高的场合。波要求不高的场合。波要求不高的场合。波要求不高的场合。12/14/202219现代电子测量技术实际滤波器实际滤波器 理理想想滤滤波波器器是是不不存存在在的的,实实际际滤滤波波器器幅幅频频特特性中通带和阻带间没有严格界限性中通带和阻带间没有严格界限,,存在过渡带。,存在过渡带。0fA12/14/202220现代电子测量技术0ffc1fc2A00.707A01)1)截止频率截止频
15、率fcfc:0.707A0.707A0 0所对应的频率所对应的频率 d2)2)纹波幅度纹波幅度d d:绕绕幅频特性均值幅频特性均值A A0 0波动值波动值3)3)带宽带宽B B和品质因数和品质因数Q Q:下两截频间的频率范围下两截频间的频率范围称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数称为带宽。中心频率和带宽之比称为品质因数。BQ=W0/B12/14/202221现代电子测量技术通带增益通带增益A0谐振频率谐振频率f0、截至频率、截至频率fp 频带宽度频带宽度BW品质因素品质因素Q12/14/202222现代电子测量技术12/14/202223现代电子测量技术产品产品LineDa:LTC1564
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