(60)--第五章 信号调理与记录机械工程测试技术.ppt

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1、 传感器输出的电信号传感器输出的电信号往往不能直接用于仪表显示、传输、往往不能直接用于仪表显示、传输、数据处理和在线控制。因此，在采用这些信号前，必须根据数据处理和在线控制。因此，在采用这些信号前，必须根据要求，对信号的幅值、驱动能力、传输特性、抗干扰能力等要求，对信号的幅值、驱动能力、传输特性、抗干扰能力等进行调理。进行调理。微弱微弱放大放大混杂有干扰噪声混杂有干扰噪声去掉噪声，提高信噪比去掉噪声，提高信噪比感兴趣频段的信号感兴趣频段的信号分离出所需的频率成分分离出所需的频率成分 信号调理中常见的环节：电桥、信号放大、隔离、滤信号调理中常见的环节：电桥、信号放大、隔离、滤波、以及信号调制与解

2、调等。波、以及信号调制与解调等。第五章第五章 信号调理与记录信号调理与记录测试信号的显示与记录测试信号的显示与记录信号的放大信号的放大滤波器滤波器电桥电桥内容调制与解调调制与解调第五章第五章 信号调理与记录信号调理与记录本章学习要求：本章学习要求：1.1.掌握掌握直流电桥的工作原理直流电桥的工作原理2.2.掌握掌握调制与解调的方法、过程以及滤波器的特调制与解调的方法、过程以及滤波器的特性和作用性和作用 3.3.了解了解信号的放大和显示记录环节信号的放大和显示记录环节电桥：电桥：将电阻、电容、电感等将电阻、电容、电感等参量的变化变为电压或电流输参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。其输出可

3、出的一种测量电路。其输出可用指示仪表测量，也可送入放用指示仪表测量，也可送入放大器进行放大。大器进行放大。R R1 1R R3 3R R4 4R R2 2u u e eu uo oI I 1 1I I 2 2 a ab bd dc c按输出方式：按输出方式：（1 1）不平衡桥式电路不平衡桥式电路 （2 2）平衡桥式电路）平衡桥式电路图图4-1 4-1 直流电桥直流电桥第一节第一节 电桥电桥按激励电压：按激励电压：（1 1）直流电桥直流电桥 （2 2）交流电桥）交流电桥+-分类：分类：一、直流电桥一、直流电桥R R1 1R R3 3R R4 4R R2 2u u e eu uo oI I 1 1

4、I I 2 2 a ab bd dc c图图4-1 4-1 直流电桥直流电桥当电桥输出端后接较大输入电阻的仪表或当电桥输出端后接较大输入电阻的仪表或放大器时，可视为开路，电流输出为零，放大器时，可视为开路，电流输出为零，此时桥路电流为此时桥路电流为输出电压为输出电压为a a，d d之间电位差为之间电位差为a a，b b之间电位差为之间电位差为一、直流电桥一、直流电桥R R1 1R R3 3R R4 4R R2 2u u e eu uo oI I 1 1I I 2 2 a ab bd dc c图图4-1 4-1 直流电桥直流电桥输出电压为输出电压为由此可知，若使电桥平衡，输出为零由此可知，若使电

5、桥平衡，输出为零电桥平衡条件：电桥平衡条件：一般取：一般取：一、直流电桥一、直流电桥当当 测量时，使输出电压与被测量引起的电阻变化量有关；测量时，使输出电压与被测量引起的电阻变化量有关；全桥全桥直流电桥的连接方式直流电桥的连接方式 单臂单臂 半桥半桥全桥全桥时，时，且且单臂单臂半桥半桥全桥全桥灵敏度：灵敏度：单臂：单臂：半桥：半桥：全桥：全桥：注意：注意：1 1）尽量采用全桥接法，提高输出信号。）尽量采用全桥接法，提高输出信号。2 2）对面桥臂阻值变形性质相同，相邻桥臂阻值）对面桥臂阻值变形性质相同，相邻桥臂阻值 变形性质相反。变形性质相反。图图4-5 4-5 零位平衡调节零位平衡调节平衡电桥

6、：平衡电桥：零位测量法零位测量法例例:如图所示，悬臂梁受力如图所示，悬臂梁受力F F作用，要求出作用，要求出F F，并且，并且要考虑温度的影响。试画出应变片的粘贴位置与电要考虑温度的影响。试画出应变片的粘贴位置与电桥的连接方式图。桥的连接方式图。FFR R1 1R R2 2R R1 1R1R3R2R4轴向粘贴位置如何考虑？轴向粘贴位置如何考虑？u u0 0u ui i解解:力力F F使悬臂梁产生纯弯曲变形，温度使梁产生拉伸变形使悬臂梁产生纯弯曲变形，温度使梁产生拉伸变形FR R1 1R R3 3R R2 2R R4 4u u0 0u ui iF FR R1 1R R2 2R R1 1如果上述测

7、试灵敏度不够如果上述测试灵敏度不够,怎么办怎么办?改成全桥。改成全桥。R R1 1R R3 3R R2 2R R4 4e ey ye ex xF FR R1,31,3R R2,42,4R R1 1R R3 3灵敏度是半桥接法的灵敏度是半桥接法的2 2倍。倍。二、交流电桥二、交流电桥交流激励电压，四臂可为交流激励电压，四臂可为LRCLRC平衡：平衡：式中式中 为各个阻抗的模；为各个阻抗的模；为阻抗角，为阻抗角，是各桥臂电流与电压之间的相位差。是各桥臂电流与电压之间的相位差。纯电阻时电流与电压相同，纯电阻时电流与电压相同，电感性阻抗时电流超前电压，电感性阻抗时电流超前电压，电容性阻抗时电流滞后电压

8、，电容性阻抗时电流滞后电压，交流电桥平衡必须满足两个条件：交流电桥平衡必须满足两个条件：1 1、相对两桥臂阻抗之模的乘积应相等、相对两桥臂阻抗之模的乘积应相等2 2、它们的阻抗角之和也必须相等。、它们的阻抗角之和也必须相等。电容电桥要达到平衡，必须同时调节电阻和电容两个参数。要达到平衡，必须同时调节电阻和电容两个参数。根据平衡条件：根据平衡条件：令上式实部、虚部分别相等，令上式实部、虚部分别相等，则有下面两个平衡条件：则有下面两个平衡条件：有：有：电感电桥根据平衡条件有：根据平衡条件有：实虚部分别相等实虚部分别相等注意：注意：纯电阻交流电桥，除电阻平衡外，纯电阻交流电桥，除电阻平衡外，还须有电

9、容平衡；（导线间分布电容的存在）还须有电容平衡；（导线间分布电容的存在）第二节第二节 调制与解调调制与解调调制：调制：使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程；使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程；载波：载波：一般为较高频率的交变信号。一般为较高频率的交变信号。调制信号：调制信号：已调制波：已调制波：调幅调幅 (AM)(AM)调幅波调幅波调制调制 调频调频 (FM)(FM)调频波调频波 调相调相 (PM)(PM)调相波调相波解调：解调：从已调制波中恢复出调制信号从已调制波中恢复出调制信号调制与解调调制与解调目的：目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题

10、解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。一、调幅及其解调一、调幅及其解调余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线以频率为以频率为 的余弦信号作为载波的余弦信号作为载波调幅调幅将一个将一个高频简谐信号高频简谐信号（载波）与测试信号（调制（载波）与测试信号（调制信号）信号）相乘相乘，使高频信号的，使高频信号的幅值幅值随测试信号的变化而变化。

11、随测试信号的变化而变化。所以调幅过程就相当于频谱所以调幅过程就相当于频谱“搬移过程搬移过程”。调幅调幅乘法器乘法器x(t)x(t)z(t)z(t)x x m m(t)(t)调幅信号的频域分析调幅信号的频域分析 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行将再一次进行“搬移搬移”。若用一个低通滤波器滤去中。若用一个低通滤波器滤去中心频率为心频率为 的高频成分，那么将可以复现原信号的频的高频成分，那么将可以复现原信号的频率（只是幅值减小一半，可以放大处理），这一过程率（只是幅值减小一半，可以放大处理），这一过程叫做叫做“同步解调同步解调”。调幅信

12、号的解调调幅信号的解调恢复原信号恢复原信号（1 1）同步解调）同步解调“同步同步”是指解调时所乘的信号与调制时的载波信号是指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。具有相同的频率和相位。在时域中可以看到：在时域中可以看到：调幅波调幅波载波载波调幅波与载波调幅波与载波时域乘积，频时域乘积，频域卷积域卷积同步解调同步解调幅度调制与解调过程（数学分析）幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)y(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)幅度调制与解调过程（波形分析）幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)y(t)x m(t)乘

13、法器乘法器滤波器滤波器y(t)x(t)幅度调制与解调过程（频谱分析）幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)调幅条件：调幅条件：1 1、载波频率、载波频率 必须高于必须高于原信号中最高频率原信号中最高频率 。2 2、为了减小放大电路失、为了减小放大电路失真，信号频宽真，信号频宽 相对中相对中心频率（载波频率）越小心频率（载波频率）越小越好。越好。整流检波和相敏检波整流检波和相敏检波调幅调幅解调解调二极管检波二极管检波低通滤波低通滤波调幅波的波形失真调幅波的波形失真过调失真：对包络检波，要求其直流偏置必须足过调失真

14、：对包络检波，要求其直流偏置必须足够大，否则够大，否则x(t)x(t)的相位将发生的相位将发生180180。整流检波和相敏检波整流检波和相敏检波（3 3）相敏检波）相敏检波 相敏检波又称相敏整流。其特点是相敏检波的解调输出既相敏检波又称相敏整流。其特点是相敏检波的解调输出既能反映调制信号电压的幅值，又能反映调制信号电压的极性。能反映调制信号电压的幅值，又能反映调制信号电压的极性。1.x(t)1.x(t)为正，为正，xm(t)xm(t)与与y(t)y(t)同相，如图同相，如图0-a0-a段所示。段所示。（1 1）y(t)y(t)为正，为正，xm(t)xm(t)为正。为正。链接链接（2 2）y(t

15、)y(t)为负。为负。xm(t)xm(t)为负。为负。链接链接2.x(t)2.x(t)为负，为负，xm(t)xm(t)与与y(t)y(t)异相，如图异相，如图a-ba-b段所示。段所示。（1 1）y(t)y(t)为负，为负，xm(t)xm(t)为正。为正。链接链接（2 2）y(t)y(t)为正，为正，xm(t)xm(t)为负。为负。链接链接相敏检波器设计时要求相敏检波器设计时要求B B的二次边的输出大于的二次边的输出大于A A的二次边输出。的二次边输出。回路回路i1起点起点回路回路i2起点起点+电压电压:从从负负正正,为为(+)(+)正正;负载从上负载从上下为下为(+)(+)正正i1i20a0

16、a时间内时间内x(t)0 x(t)0，x xm m(t)(t)与与y(t)y(t)同相同相 回路回路i i1 1：回路回路i i2 2：由上两图知，由上两图知，x x(t t)0)0时，无论调制波是否为正，相敏检波器的输出波形均为正，时，无论调制波是否为正，相敏检波器的输出波形均为正，即保持与调制信号极性相同。这种电路相当于在即保持与调制信号极性相同。这种电路相当于在00a a段对段对x xm m(t t)全波整流，解调全波整流，解调后的频率比原调制波高一倍。后的频率比原调制波高一倍。由上两图知，由上两图知，x x(t t)0)0时，不管调制波极性如何，相敏检波器的输出波形均为时，不管调制波极

17、性如何，相敏检波器的输出波形均为负，保持与负，保持与x x(t t)一致。同时，电路在一致。同时，电路在a a b b段相当于对段相当于对x xm m(t t)全波整流后反相，解全波整流后反相，解调后的频率为原调制波的两倍。调后的频率为原调制波的两倍。调幅应用调幅应用 动态电阻应变仪动态电阻应变仪 电桥电桥放大器放大器相敏检波相敏检波低通滤波低通滤波显示记录显示记录载波振荡器载波振荡器x(t)x(t)0t0ty(t)电阻应变片电阻应变片0txm(t)0tx(t)0txm(t)调频波的瞬时频率可表示为调频波的瞬时频率可表示为式中：式中：载波频率（中心频率）载波频率（中心频率）频率偏移，与调制信号

18、频率偏移，与调制信号x(t)x(t)的幅值成比例的幅值成比例 调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是调频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。当信号电压为零等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当信号电压为零时，调频波频率等于中心频率，信号电压为正值时频率提高，负值时，调频波频率等于中心频率，信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。时则降低。所以调频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。a)a)锯齿波信号锯齿波信号 b)b)正弦信号正弦信号二、调频及其解调二、调频及其解调（1

19、）直接调频测量电路）直接调频测量电路如前所述，在被测量小范围变化时，电容（或电感）的如前所述，在被测量小范围变化时，电容（或电感）的变化也有与之对应的，接近线性的变化。如果把电容变化也有与之对应的，接近线性的变化。如果把电容（或电感）作为自激振荡器的谐振回路中的一个调谐参（或电感）作为自激振荡器的谐振回路中的一个调谐参数，那么电路震荡频率为数，那么电路震荡频率为假如在电容传感器中以电容为调谐参数，对式假如在电容传感器中以电容为调谐参数，对式4-254-25进行进行微分，可得微分，可得在在 附近有附近有 ，故，故因此，回路的震荡频率和调谐参数的变化呈线性关系因此，回路的震荡频率和调谐参数的变化呈

20、线性关系（小范围内），这种把被测量的变化直接转换为振荡频（小范围内），这种把被测量的变化直接转换为振荡频率的变化称为直接调频式测量电路，其输出是等幅波。率的变化称为直接调频式测量电路，其输出是等幅波。频率调制方法频率调制方法（2 2）压控振荡器）压控振荡器利用亚控振荡器是一个常用的调频方案。亚控振荡利用亚控振荡器是一个常用的调频方案。亚控振荡器的输出瞬时频率与输入的控制电压成线性关系。器的输出瞬时频率与输入的控制电压成线性关系。见图见图4-164-16，是一个正反馈放大器，其输出电压受稳是一个正反馈放大器，其输出电压受稳压管压管 钳制，或为钳制，或为 或为或为 ，MM是乘法器，是乘法器，是积分

21、是积分器。器。是正常值电压。是正常值电压。3.3.调频信号的解调调频信号的解调调频波的解频（鉴频）调频波的解频（鉴频）是将频率变化恢复成调制是将频率变化恢复成调制信号电压幅值变化的过程。信号电压幅值变化的过程。实现鉴频的方法很多，图实现鉴频的方法很多，图4-174-17是一种测振仪常用的是一种测振仪常用的鉴频。鉴频。滤波器滤波器：信号中特定的频率成分通过，而极大的衰：信号中特定的频率成分通过，而极大的衰减其它频率成分的装置。减其它频率成分的装置。第三节第三节 滤波器滤波器作用作用：利用滤波器的筛选作用，可以：利用滤波器的筛选作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。滤除干扰噪声或进行频谱分析。一一

22、 、滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）、滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）低通低通高通高通带通带通带阻带阻1 1、理想滤波器、理想滤波器若频率响应若频率响应 满足以下条件满足以下条件根据线性系统的不失真传输条件，理想测量系统的频根据线性系统的不失真传输条件，理想测量系统的频率响应函数是：率响应函数是：不失真条件：不失真条件：理理想想滤滤波波器器是是指指能能使使通通带带内内信信号号的的幅幅值值和和相相位位都都不不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。二、滤波器性能分析二、滤波器性能分析5)5)滤波器因数：幅频特性的滤波器因数：幅频特性的-60dB

23、-60dB带宽与带宽与-3dB-3dB带宽的比。带宽的比。2 2、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，在在实实际际滤滤波波器器的的幅幅频频特特性性图图中中通通带带和和阻阻带带间间应应没没有有严严格格的界限的界限,，存在一个过渡带。，存在一个过渡带。3)3)纹波幅度纹波幅度 ：波动幅度与幅频特性平均值：波动幅度与幅频特性平均值A A0 0相比应小于相比应小于-3dB-3dB。1)1)截止频率截止频率fc:fc:幅频特性值等于幅频特性值等于0.707A0.707A0 0所对应的频率。所对应的频率。2)2)带宽带宽B B和品质因数和品质因数Q:Q:上下两截频间的频率范围

24、称为带宽；上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。中心频率和带宽之比称为品质因数。4)4)倍频程选择性倍频程选择性:指在上截止频率指在上截止频率fc2fc2与与 2fc22fc2之间幅频特性的衰减值，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。即频率变化一个倍频程时的衰减量。三、实际滤波电路三、实际滤波电路 在在测测试试系系统统中中，常常用用RCRC滤滤波波器器。因因为为这这一一领领域域中中信信号号频频率率相相对对来来说说不不高高。而而RCRC滤滤波波器器电电路路简简单单，抗抗干干扰扰强强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件有较好的低频性能，并且选用标准阻

25、容元件 。1)1)一阶一阶RCRC低通滤波器低通滤波器 2)2)一阶一阶RCRC高通滤波器高通滤波器 3)RC3)RC带通滤波器带通滤波器 可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联 相频特性为相频特性为幅频特性为幅频特性为则串联后传递函数为则串联后传递函数为一阶低通滤波器传递函数为一阶低通滤波器传递函数为一阶高通滤波器传递函数为一阶高通滤波器传递函数为3)RC3)RC带通滤波器带通滤波器 下截止频率为下截止频率为上截止频率为上截止频率为分别调节高、低通环节的时间常数分别调节高、低通环节的时间常数 和和 ，可得到不同，可得到不同上、下截止频率的带宽的带通滤波器

26、。但要注意串联耦上、下截止频率的带宽的带通滤波器。但要注意串联耦合时的相互影响。实际上两级常用合时的相互影响。实际上两级常用射极输出器或者运放射极输出器或者运放进行隔离。所以实际的带通滤波器常常是有源的。进行隔离。所以实际的带通滤波器常常是有源的。调幅应用调幅应用 动态电阻应变仪动态电阻应变仪 电桥电桥放大器放大器相敏检波相敏检波低通滤波低通滤波显示记录显示记录载波振荡器载波振荡器x(t)x(t)0t0ty(t)电阻应变片电阻应变片0txm(t)0tx(t)0txm(t)滤波器的串联滤波器的串联为了加强滤波器效果，常将两个中心频率相同的滤波为了加强滤波器效果，常将两个中心频率相同的滤波器串联，

27、其总幅频特性将是两滤波器幅频特性的乘积，器串联，其总幅频特性将是两滤波器幅频特性的乘积，通带外频率成分将更大衰减。高阶滤波器就是由低阶通带外频率成分将更大衰减。高阶滤波器就是由低阶滤波器串联而成。滤波器串联而成。由于叠加性，两个中心频率相同的带通滤波器串联结由于叠加性，两个中心频率相同的带通滤波器串联结果将使由频率偏移而造成的相角变化更为距离。果将使由频率偏移而造成的相角变化更为距离。恒带宽比和恒带宽滤波器恒带宽比和恒带宽滤波器方法：方法：1 1）使带通滤波器的中心频率可调，由改变）使带通滤波器的中心频率可调，由改变RCRC调谐参调谐参数而使中心频率跟随所需要测量的信号频段，其可调数而使中心频

28、率跟随所需要测量的信号频段，其可调范围一般是有限的。范围一般是有限的。2 2）使用一组各自中心频率固定，又按一定规律相隔）使用一组各自中心频率固定，又按一定规律相隔的滤波器组。的滤波器组。实实际际滤滤波波器器频频率率通通带带通通常常是是可可调调的的，根根据据实实际际滤滤波波器中心频率与带宽之问的数值关系，可以分为两种。器中心频率与带宽之问的数值关系，可以分为两种。2)2)恒带宽比带通滤波器恒带宽比带通滤波器 1)1)恒带宽带通滤波器恒带宽带通滤波器 恒带宽比和恒带宽滤波器恒带宽比和恒带宽滤波器倍频程谱分析装置倍频程谱分析装置倍频程滤波器倍频程滤波器1 1、品质因数、品质因数由由可知，可知，。（

29、一）恒带宽比滤波器（一）恒带宽比滤波器 具有同样品质因数具有同样品质因数Q Q的调谐滤波器做成邻接式的调谐滤波器做成邻接式滤波器组，则该滤波器组式一些恒带宽比的滤波器滤波器组，则该滤波器组式一些恒带宽比的滤波器所构成。所构成。若若n=n=称为称为 倍频程滤波器。倍频程滤波器。3 3、中心频率与、中心频率与 关系关系2 2、高低截止频率关系、高低截止频率关系4 4、Q Q与倍频程关系与倍频程关系5 5、相邻频段中心频率关系：、相邻频段中心频率关系：若若n=1 n=1 则则Q=1.41Q=1.41 n=Q=4.30 n=Q=4.30 n=Q=7.20n=Q=7.20得到得到由由例如例如n=1n=1

30、的倍频程滤波器计算参数如下：的倍频程滤波器计算参数如下：当当n=n=倍频程滤波器计算参数如下倍频程滤波器计算参数如下中心频率中心频率(Hz)12.5 16 20 25 31.5 40 50 63(Hz)12.5 16 20 25 31.5 40 50 63带带 宽宽(Hz)2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11.5 14.5(Hz)2.9 3.6 4.6 5.7 7.2 9.1 11.5 14.5中心频率（中心频率（HzHz）16 31.5 63 125 25016 31.5 63 125 250带带 宽（宽（HzHz）11.05 22.09 44.19 88.36 176.75

31、11.05 22.09 44.19 88.36 176.75倍频程谱分析装置倍频程谱分析装置倍频程滤波器倍频程滤波器(二二)恒带宽滤波器恒带宽滤波器1)1)恒带宽比带通滤波器恒带宽比带通滤波器 2)2)恒带宽带通滤波器恒带宽带通滤波器 5 5、实例、实例1 1、图、图4-26b4-26b是用是用 倍频程滤波器（倍频程选择性接近倍频程滤波器（倍频程选择性接近25dB25dB，=0.23=0.23）分档测量结果）分档测量结果2 2、图、图4-26c4-26c式用式用 倍频程滤波器（倍频程选择性接近倍频程滤波器（倍频程选择性接近45dB45dB，=0.06=0.06）分档测量结果。）分档测量结果。3

32、 3、图、图4-26d4-26d是用恒带宽比跟踪滤波器（是用恒带宽比跟踪滤波器（-3dB-3dB带宽带宽3Hz3Hz，-60dB-60dB带宽带宽12Hz12Hz，）测量结果。）测量结果。从图中看出从图中看出 倍频程滤波器分析效果最差，带宽太大倍频程滤波器分析效果最差，带宽太大，无法分辨。尽管信号不在同频带中仍有信号。，无法分辨。尽管信号不在同频带中仍有信号。倍倍频程滤波器稍好一些。用恒带宽跟踪滤波器足以消除频程滤波器稍好一些。用恒带宽跟踪滤波器足以消除上述两方面的不确定性，达到良好分析效果。上述两方面的不确定性，达到良好分析效果。第四节第四节 信号的放大信号的放大放大电路性能：放大电路性能：

33、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、高共模一直能力。、高共模一直能力。4 4、低温漂，低噪声，低失调电压和电流、低温漂，低噪声，低失调电压和电流一、基本放大电路一、基本放大电路差模信号差模信号：在差动放大电路中，当在这两个段子上分：在差动放大电路中，当在这两个段子上分别输入大小相等，相位相反的信号（这是有用的信号）别输入大小相等，相位相反的信号（这是有用的信号）放大器能产生很大的放大倍数，我们把这种信号叫做放大器能产生很大的放大倍数，我们把这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。差模信号，这时的放大倍数叫做差模

34、放大倍数。共模信号共模信号：如果在两个输入端分别输入大小相等，相：如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号（这实际上是上一级由于温度变化而产位相同的信号（这实际上是上一级由于温度变化而产生的信号，是一种有害的东西），我们把这种信号叫生的信号，是一种有害的东西），我们把这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很强的负反馈，所以共模放大倍数很小，一般都小于强的负反馈，所以共模放大倍数很小，一般都小于1 1。共模抑制比共模抑制比：为了说明差动放大

35、电路抑制共模信号：为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数AudAud与对与对共模信号的电压放大倍数共模信号的电压放大倍数AucAuc之比，称为共模抑制比，之比，称为共模抑制比，英文全称是英文全称是Common Mode Rejection RatioCommon Mode Rejection Ratio，因此一般，因此一般用简写用简写CMRRCMRR来表示。来表示。差模信号电压放大倍数差模信号电压放大倍数AudAud越大，共模信号电压

36、放大越大，共模信号电压放大倍数倍数AucAuc越小，则越小，则CMRRCMRR越大。此时差分放大电路抑越大。此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。当差制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Auc=0Auc=0，则共模抑制比，则共模抑制比CMRRCMRR趋向于无穷大，这是理趋向于无穷大，这是理想情况，实际上电路完全对称式不存在的，共模抑想情况，实际上电路完全对称式不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。制比也不可能趋于无穷大。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目的目的

37、：1 1、通过显示一起观察各路信号的大小或实时波形、通过显示一起观察各路信号的大小或实时波形2 2、及时掌握测试系统动态信息，必要时做参数调、及时掌握测试系统动态信息，必要时做参数调整（大小、噪声、滤波器）整（大小、噪声、滤波器）3 3、记录信号的重现、记录信号的重现4 4、对信号进行后续分析和处理、对信号进行后续分析和处理装置装置：万用表；阴极射线管示波器；万用表；阴极射线管示波器；XYXY记录仪；模拟磁记录仪；模拟磁带记录仪；现代数字式仪器和设备带记录仪；现代数字式仪器和设备一、信号的显示一、信号的显示1 1、模拟示波器、模拟示波器 显示输入信号的时间历程，即显示输入信号的时间历程，即x(

38、t)x(t)曲线。具有频带宽、动态响应好等优点，可达到曲线。具有频带宽、动态响应好等优点，可达到800MHz800MHz带宽，可记录带宽，可记录1ns1ns左右的快速瞬变偶发波形，左右的快速瞬变偶发波形，适时瞬态高频及低频的各种信号。适时瞬态高频及低频的各种信号。2、数字示波器、数字示波器优点：优点：1 1、具有灵活触发功能，可进行负延迟（预、具有灵活触发功能，可进行负延迟（预触发），观察触发前状况。触发），观察触发前状况。2 2、具有数据存储回放功能，便于观察单词过程和、具有数据存储回放功能，便于观察单词过程和缓慢变化信号。缓慢变化信号。3 3、具有高分辨率显示系统，可看到更多信号细节。、具

39、有高分辨率显示系统，可看到更多信号细节。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。3、数字存储示波器、数字存储示波器二、信号的记录二、信号的记录传统信号记录仪器：传统信号记录仪器：1 1）光线示波器）光线示波器 2 2）XYXY记录仪记录仪信号记录在纸质介质上，频率响应差，分辨率低，信号记录在纸质介质上，频率响应差，分辨率低，记录长度有限，需手工处理数据。记录长度有限，需手工处理数据。3 3）模拟磁带记录仪）模拟磁带记录仪可同时将多路模拟信号记录在磁带上，后续处理可同时将多路模拟信号记录在磁带上，后续处理数据麻烦。数据麻烦。1 1、

40、数据采集仪器、数据采集仪器优点：优点：1 1、具有良好的信号输入前端，包括前置放大，、具有良好的信号输入前端，包括前置放大，抗混滤波等；抗混滤波等；2 2、配有高性能（高分辨率和采样速率）、配有高性能（高分辨率和采样速率）的的A/DA/D转换板卡；转换板卡；3 3、大容量存储器；、大容量存储器；4 4、配有专用、配有专用数字信号分析和处理软件。数字信号分析和处理软件。2 2、计算机内插、计算机内插A/DA/D卡进行数据采集和处理卡进行数据采集和处理信号采集速度与信号采集速度与A/DA/D卡转换速率和计算机写外存的卡转换速率和计算机写外存的速度有关，信号记录长度与计算机外存储器容量有速度有关，信号记录长度与计算机外存储器容量有关。关。3 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如美国如美国dPdP公司的多通道分析仪，前端有公司的多通道分析仪，前端有DSPDSP模块，模块，可实现采集控制、存储，由接口母线进入计算机实可实现采集控制、存储，由接口母线进入计算机实现后续处理。现后续处理。