1、 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 中間變換器中間變換器 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器 習(xí)題習(xí)題 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋一、概述一、概述 作用：作用：當(dāng)參量型傳感器把被測量轉(zhuǎn)換為電路參數(shù)當(dāng)參量型傳感器把被測量轉(zhuǎn)換為電路參數(shù)R、L、C的變化后，電橋可以把這些參數(shù)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌蜉敵鲭妷旱淖兓?，電橋可以把這些參數(shù)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌蜉敵鲭妷旱淖兓?。的變化?1、根據(jù)供橋電壓的性質(zhì)分為、根據(jù)供橋電壓的性質(zhì)分為直流電橋直流電橋和和交流電橋

2、交流電橋。2、根據(jù)輸出方式分為、根據(jù)輸出方式分為平衡橋式電橋平衡橋式電橋和和不平衡橋式電橋不平衡橋式電橋。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋二、直流電橋二、直流電橋 直流電橋的供橋電源是直流電橋的供橋電源是直流電壓直流電壓，只能適用于，只能適用于電阻電阻R變化變化的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。 1、工作原理、工作原理 直流電橋平衡條件：直流電橋平衡條件：R1R3=R2R4（對臂電阻乘積相等）（對臂電阻乘積相等）。 根據(jù)電橋的工作原理，當(dāng)固定供橋電壓不變時(shí)，電橋的輸出電根據(jù)電橋的工作原理，當(dāng)固定供橋電壓不變時(shí)，電橋的輸出電壓就與四個(gè)橋臂電阻的變化量

3、有關(guān)。壓就與四個(gè)橋臂電阻的變化量有關(guān)。 0432142310434211URRRRRRRRURRRRRRUUUadaby 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋二、直流電橋二、直流電橋 2、接橋方式、接橋方式由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定 （1）單臂方式）單臂方式 一個(gè)橋臂的電阻值參與變化一個(gè)橋臂的電阻值參與變化由上式可知電橋輸出電壓與應(yīng)變片上的應(yīng)變成線性關(guān)系。由上式可知電橋輸出電壓與應(yīng)變片上的應(yīng)變成線性關(guān)系。 gygySUUSRRRRRUURRRRRRRRURRRRRRURRRRRRR44,0010000000

4、000434211043201，則，則為應(yīng)變片，即為應(yīng)變片，即若若則則設(shè)設(shè) 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋二、直流電橋二、直流電橋 2、接橋方式、接橋方式由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定 （2）半橋方式）半橋方式兩個(gè)橋臂的電阻值參與變化兩個(gè)橋臂的電阻值參與變化 a.a.鄰臂方式鄰臂方式鄰臂極性相反鄰臂極性相反 gygySUUSRRRRRRUURRRRRRRRRURRRRRRURRRRRRRRR2,2,002100000000004342110430201，則則為為應(yīng)應(yīng)變變片片，即即若若則則設(shè)設(shè) 2022年年

5、6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋二、直流電橋二、直流電橋 2、接橋方式、接橋方式由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定 （2）半橋方式）半橋方式兩個(gè)橋臂的電阻值參與變化兩個(gè)橋臂的電阻值參與變化 b.b.對臂方式對臂方式對臂極性相同對臂極性相同 gygySUUSRRRRRRUURRRRRRRRRURRRRRRURRRRRRRRR2,2,003100000000004342110420301，則則為為應(yīng)應(yīng)變變片片，即即若若則則設(shè)設(shè) 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋二、直

6、流電橋二、直流電橋 2、接橋方式、接橋方式由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定由電阻值參與變化的橋臂數(shù)決定 （3）全橋方式）全橋方式四個(gè)橋臂的電阻值參與變化四個(gè)橋臂的電阻值參與變化 gygySUUSRRRRRRRRUURRRRRRRRRRRRURRRRRRURRRRRRRR0043210000000000434211042031,，則則為為應(yīng)應(yīng)變變片片，即即若若則則設(shè)設(shè) 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋三、交流電橋三、交流電橋 交流電橋的供橋電源是交流電橋的供橋電源是交流電壓交流電壓，可以適用于，可以適用于電阻電阻R R、電、電感感L L和

7、電容和電容C C變化的轉(zhuǎn)換。變化的轉(zhuǎn)換。 1 1、平衡條件、平衡條件 設(shè)交流電橋四個(gè)橋臂的阻抗為設(shè)交流電橋四個(gè)橋臂的阻抗為Z Z1 1、Z Z2 2、Z Z3 3、Z Z4 4，與直流電，與直流電橋類似，其平衡條件是：橋類似，其平衡條件是： Z Z1 1Z Z3 3=Z=Z2 2Z Z4 4。 42314231 ZZZZ由由于于阻阻抗抗是是復(fù)復(fù)數(shù)數(shù)，則則有有 由上式可知交流電橋平衡必須滿足兩個(gè)條件：由上式可知交流電橋平衡必須滿足兩個(gè)條件： （1）相對兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等；）相對兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等； （2）相對兩臂阻抗角的和也必須相等。）相對兩臂阻抗角的和也必須相等。 2022年年6月

8、月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋三、交流電橋三、交流電橋 1 1、平衡條件、平衡條件 設(shè)由電阻和電容組成的交流電橋如下所示：設(shè)由電阻和電容組成的交流電橋如下所示： 14234231224113423111CRCRRRRRCjRRCjRRZZZZ可可得得兩兩個(gè)個(gè)平平衡衡條條件件：等等根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)部部和和虛虛部部分分別別相相即即由由平平衡衡條條件件可可知知： 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第1 1節(jié)節(jié) 電橋電橋三、交流電橋三、交流電橋 2 2、純電阻交流電橋、純電阻交流電橋 純電阻交流電橋的四個(gè)橋臂均為電阻。純

9、電阻交流電橋的四個(gè)橋臂均為電阻。 在純電阻交流電橋中，由于在純電阻交流電橋中，由于 導(dǎo)線間存在分布電容，就相當(dāng)導(dǎo)線間存在分布電容，就相當(dāng)于在各個(gè)橋臂上并聯(lián)了一個(gè)電容，所以純電阻交流電橋在平衡于在各個(gè)橋臂上并聯(lián)了一個(gè)電容，所以純電阻交流電橋在平衡時(shí)，除了時(shí)，除了電阻電阻平衡外，還須有平衡外，還須有電容電容平衡。平衡。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)一、概述一、概述 1 1、定義、定義 調(diào)制調(diào)制：利用：利用調(diào)制（控制）信號調(diào)制（控制）信號使使載波載波的某的某個(gè)參數(shù)（幅值、頻率或相位）發(fā)生變化的過程個(gè)參數(shù)（幅值、頻率或相位）

10、發(fā)生變化的過程稱為調(diào)制。載波一般是高頻穩(wěn)定的交變信號。稱為調(diào)制。載波一般是高頻穩(wěn)定的交變信號。經(jīng)過調(diào)制的信號稱為經(jīng)過調(diào)制的信號稱為已調(diào)制波已調(diào)制波。 解調(diào)解調(diào)：從：從已調(diào)制波已調(diào)制波中恢復(fù)出中恢復(fù)出調(diào)制（控制）調(diào)制（控制）信號信號的過程稱為解調(diào)。的過程稱為解調(diào)。 2、調(diào)制方式、調(diào)制方式 調(diào)幅（調(diào)幅（AM）：載波幅值隨調(diào)制信號變化。：載波幅值隨調(diào)制信號變化。 調(diào)頻（調(diào)頻（FM）：載波頻率隨調(diào)制信號變化。：載波頻率隨調(diào)制信號變化。 調(diào)相（調(diào)相（PM）：載波相位隨調(diào)制信號變化。：載波相位隨調(diào)制信號變化。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)

11、調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 1 1、原理、原理 調(diào)幅是調(diào)幅是在時(shí)域?qū)⒁粋€(gè)高頻簡諧信號（載波）與測試信號在時(shí)域?qū)⒁粋€(gè)高頻簡諧信號（載波）與測試信號（調(diào)制信號）相乘，使載波信號的幅值隨測試信號的變化而（調(diào)制信號）相乘，使載波信號的幅值隨測試信號的變化而變化變化。而。而在頻域，則是將信號的頻譜搬移到載波的頻率處在頻域，則是將信號的頻譜搬移到載波的頻率處，相當(dāng)于頻譜的相當(dāng)于頻譜的“搬移搬移”過程。過程。 數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示： 時(shí)域：時(shí)域： 頻域：頻域： tftxtztxtxm02cos)()()()( )(21)(21)()(21)()()()(0000ffXffX

12、fffffXfZfXfXm 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 1 1、原理、原理圖形表示圖形表示 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 1 1、原理、原理 問題：問題：載波頻率小于調(diào)制信號最高頻率會出現(xiàn)什么情況？載波頻率小于調(diào)制信號最高頻率會出現(xiàn)什么情況？ 重疊失真重疊失真：當(dāng)載波頻率較低時(shí)，信號在中間部分的頻帶：當(dāng)載波頻率較低時(shí)，信號在中間部分的頻帶會相互重疊，從而會導(dǎo)致信號出現(xiàn)失真。會

13、相互重疊，從而會導(dǎo)致信號出現(xiàn)失真。 調(diào)幅時(shí)要求載波頻率必須大于調(diào)制信號中的最高頻率調(diào)幅時(shí)要求載波頻率必須大于調(diào)制信號中的最高頻率。 實(shí)際應(yīng)用中，往往選擇載波頻率至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于實(shí)際應(yīng)用中，往往選擇載波頻率至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于信號中的最高頻率。信號中的最高頻率。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào))2(41)2(41)(21)()(21)()(21)()(21)()()(zzzzzzzzmmffXffXfXffffffXffXfffffXfZfX 二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法 （1 1）同

14、步解調(diào)）同步解調(diào) 若把調(diào)幅波再次與載波信號相乘，則將再次若把調(diào)幅波再次與載波信號相乘，則將再次 “ “搬移搬移”，即即: :時(shí)域：時(shí)域：頻域：頻域： 若用一個(gè)低通濾波器濾除中心頻率中的高頻成分，若用一個(gè)低通濾波器濾除中心頻率中的高頻成分，再將其再將其放大放大2 2倍，即可恢復(fù)出倍，即可恢復(fù)出原原來的來的信號這一過程稱為信號這一過程稱為同步解調(diào)同步解調(diào)?！巴讲健敝附庹{(diào)時(shí)所乘的信號與調(diào)制時(shí)的載波信號具有相同的頻率指解調(diào)時(shí)所乘的信號與調(diào)制時(shí)的載波信號具有相同的頻率和相位和相位。 tftxtxtftftxtztxzzzm 4cos)(21)(212cos2cos)()()( 2022年年6月月13

15、日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法 （1 1）同步解調(diào)）同步解調(diào)圖形表示圖形表示 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法 （2 2）包絡(luò)檢波）包絡(luò)檢波 對調(diào)幅波對調(diào)幅波采用采用整流、濾波的方法，整流、濾波的方法，其包絡(luò)線就是其包絡(luò)線就是原信原信號，這種解調(diào)方法號，這種解調(diào)方法稱為稱為包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波（或（或稱稱整流檢波整流檢波）。 注意：調(diào)制信號必須都是正電壓

16、或負(fù)電壓！注意：調(diào)制信號必須都是正電壓或負(fù)電壓！ 若不是，對若不是，對調(diào)制信號調(diào)制信號疊加一疊加一個(gè)偏置直個(gè)偏置直流流電壓電壓使使其其都具有都具有正正（負(fù)）（負(fù)）電壓，然后對其調(diào)幅，其調(diào)幅波的包絡(luò)線電壓，然后對其調(diào)幅，其調(diào)幅波的包絡(luò)線就就具有原具有原信號形狀，這時(shí)信號形狀，這時(shí)進(jìn)行包絡(luò)檢波，完后再減去偏置電壓。進(jìn)行包絡(luò)檢波，完后再減去偏置電壓。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法 （3 3）相敏檢波）相敏檢波 相敏檢波的原理與同步解調(diào)相似，也是將調(diào)制信號直接相敏檢

17、波的原理與同步解調(diào)相似，也是將調(diào)制信號直接與載波信號相乘。這種調(diào)幅波具有極性變化，即在信號過零與載波信號相乘。這種調(diào)幅波具有極性變化，即在信號過零線時(shí)，其幅值發(fā)生由正到負(fù)（或由負(fù)到正）的突然變化，此線時(shí)，其幅值發(fā)生由正到負(fù)（或由負(fù)到正）的突然變化，此時(shí)調(diào)幅波的相位（相對于載波）也相應(yīng)地發(fā)生時(shí)調(diào)幅波的相位（相對于載波）也相應(yīng)地發(fā)生180180的相位變的相位變化。在解調(diào)電路中利用二極管的單向?qū)ㄐ?，即可恢?fù)出原化。在解調(diào)電路中利用二極管的單向?qū)ㄐ裕纯苫謴?fù)出原信號的幅值和極性，此種解調(diào)方法稱為信號的幅值和極性，此種解調(diào)方法稱為相敏檢波相敏檢波。 相對于相對于包絡(luò)（包絡(luò)（整流整流）檢波而言，采用相

18、敏檢波時(shí)，對原檢波而言，采用相敏檢波時(shí)，對原信號可不必再加偏置電壓。信號可不必再加偏置電壓。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào)二、調(diào)幅及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法 （3 3）相敏檢波）相敏檢波原理圖原理圖 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào) 1 1、原理、原理 調(diào)頻是利用調(diào)制信號的幅值控制一個(gè)振蕩器，振蕩器輸調(diào)頻是利用調(diào)制信號的幅值控制一個(gè)振蕩器，振蕩器輸出的是等幅波，但其出的是等幅波，但其頻率

19、偏移量與調(diào)制信號幅值成正比頻率偏移量與調(diào)制信號幅值成正比。在。在時(shí)域，調(diào)頻波是隨調(diào)制信號變化而疏密度（頻率）不同的等時(shí)域，調(diào)頻波是隨調(diào)制信號變化而疏密度（頻率）不同的等幅波。幅波。 在頻域，調(diào)頻波的頻率為：在頻域，調(diào)頻波的頻率為：信號的幅值成正比。信號的幅值成正比。頻率偏移量，與調(diào)制頻率偏移量，與調(diào)制心頻率；心頻率；載波頻率，或稱為中載波頻率，或稱為中式中，式中，fffff 00 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào) 1 1、原理、原理常用的調(diào)頻方法常用的調(diào)頻方法 （1 1）直接調(diào)頻電路）直接

20、調(diào)頻電路 對一個(gè)自激振蕩電路，其諧振頻率與調(diào)諧參數(shù)（電容或?qū)σ粋€(gè)自激振蕩電路，其諧振頻率與調(diào)諧參數(shù)（電容或電感）有關(guān)，即：電感）有關(guān)，即： 000000021221CCffffCCffCfCCLCf 變變化化時(shí)時(shí)，則則：當(dāng)當(dāng)電電容容有有，時(shí)時(shí)諧諧振振頻頻率率為為設(shè)設(shè)若若以以電電容容為為調(diào)調(diào)諧諧參參數(shù)數(shù)， 由上式可知，這種電路可將被測量由上式可知，這種電路可將被測量L、C的變化直接轉(zhuǎn)化為的變化直接轉(zhuǎn)化為電路當(dāng)中頻率的變化，因此稱為電路當(dāng)中頻率的變化，因此稱為直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)

21、頻及其解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào) 1 1、原理、原理常用的調(diào)頻方法常用的調(diào)頻方法 （2 2）壓控振蕩器）壓控振蕩器 用調(diào)制信號對壓控振蕩器用調(diào)制信號對壓控振蕩器(VCO)(VCO)進(jìn)行電壓控制，利用其振進(jìn)行電壓控制，利用其振蕩頻率與控制電壓成線性變化的特性，改變壓控振蕩器的輸蕩頻率與控制電壓成線性變化的特性，改變壓控振蕩器的輸出頻率，從而達(dá)到頻率調(diào)制的目的。出頻率，從而達(dá)到頻率調(diào)制的目的。 壓控振蕩電路有多種形式，現(xiàn)在已有集成化的壓控振蕩壓控振蕩電路有多種形式，現(xiàn)在已有集成化的壓控振蕩器芯片出售。器芯片出售。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制

22、與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法 對調(diào)頻波進(jìn)行解調(diào)又稱為對調(diào)頻波進(jìn)行解調(diào)又稱為鑒頻鑒頻，就是將信號的頻率變化，就是將信號的頻率變化再變換為電壓幅值的變化。再變換為電壓幅值的變化。 鑒頻的方法有許多，鑒頻的方法有許多，常用的有常用的有變壓器耦合的諧振回路鑒變壓器耦合的諧振回路鑒頻法頻法、基于高通濾波器的鑒頻法基于高通濾波器的鑒頻法等，等，其信號的變換主要包括其信號的變換主要包括兩大部分：兩大部分： （1 1）頻率）頻率電壓線性變換部分電壓線性變換部分 （2 2）幅值檢波部分）幅值檢波部分 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4

23、章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法變壓器耦合的諧振回路鑒頻法變壓器耦合的諧振回路鑒頻法原理圖原理圖 圖中圖中L1、L2是變壓器耦合的原、副線圈，它們和是變壓器耦合的原、副線圈，它們和C1、C2組組成并聯(lián)諧振回路。成并聯(lián)諧振回路。ef為輸入的調(diào)頻信號為輸入的調(diào)頻信號，ea為為副邊輸出電壓副邊輸出電壓。工作時(shí)，工作時(shí)，ef頻率頻率的變化引起的變化引起線圈線圈L1、L2的耦合電流的耦合電流的變化，的變化，從從而將調(diào)頻波信號頻率的變化轉(zhuǎn)化為電壓幅值的變化。而將調(diào)頻波信號頻率的變化轉(zhuǎn)化為電壓幅值的變化。 2022年年6月月13日星期一日

24、星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第2 2節(jié)節(jié) 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào)三、調(diào)頻及其解調(diào) 2 2、解調(diào)方法、解調(diào)方法變壓器耦合的諧振回路鑒頻法變壓器耦合的諧振回路鑒頻法輸出特性輸出特性 似似線線性性關(guān)關(guān)系系。變變化化的的信信息息，且且保保持持近近值值檢檢波波就就能能獲獲得得被被測測量量進(jìn)進(jìn)行行幅幅性性的的關(guān)關(guān)系系，則則將將測測量量的的變變化化保保持持近近似似線線若若調(diào)調(diào)頻頻波波的的頻頻率率又又與與被被，的的頻頻率率而而近近似似線線性性變變化化隨隨調(diào)調(diào)頻頻波波幅幅值值由由輸輸出出特特性性可可以以看看出出，afauuu 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4

25、 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器 濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。在測試裝置中，利用濾通過，而極大地衰減其它頻率成分。在測試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲濾除干擾噪聲或進(jìn)行或進(jìn)行頻譜分析頻譜分析。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器一、濾波器的分類一、濾波器的分類 根據(jù)濾波器的選頻作用，可將濾波器分為以下四類：根據(jù)濾波器的選頻作用，可將濾波器分為以下四類： （1 1） 低通濾波器低通濾波

26、器 低于低于某一頻率某一頻率f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減。的頻率成分受到極大地衰減。 （2 2） 高通濾波器高通濾波器 與低通濾波相反，高于與低通濾波相反，高于某一頻率某一頻率f1的頻率成分幾乎不受衰的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于減地通過，而低于f1的頻率成分將受到極大地衰減。的頻率成分將受到極大地衰減。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器一、濾波器的分類一、濾波器的分類 （3 3） 帶通濾波器帶通濾波器 它的通頻帶在它的通頻帶在f1f2之間。它使信

27、號中高于之間。它使信號中高于f1而低于而低于f2的頻的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。 （4 4） 帶阻濾波器帶阻濾波器 與帶通濾波相反，阻頻帶在頻率與帶通濾波相反，阻頻帶在頻率f1f2之間。它使信號中之間。它使信號中高于高于f1而低于而低于f2的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。乎不受衰減地通過。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器一、濾波器的分類一、濾波器的分類 低通濾波器和高通濾波器是濾波器兩種最基本的

28、形式，其低通濾波器和高通濾波器是濾波器兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器。它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器。結(jié)論：結(jié)論：低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器；低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器； 低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器。低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器。 帶通濾波器帶通濾波器低通與高通濾波器的串聯(lián)低通與高通濾波器的串聯(lián)帶阻濾波器帶阻濾波器低通與高通濾波器的并聯(lián)低通與高通濾波器的并聯(lián) 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器二、理想濾波器二、理想濾波器 理想濾波器是指能

29、使通頻帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，理想濾波器是指能使通頻帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。也就是說，明顯的分界線。也就是說，理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應(yīng)理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應(yīng)為常數(shù)，相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應(yīng)為零。為常數(shù)，相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應(yīng)為零。理想低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)及圖形為：理想低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)及圖形為： ,2)()()(00)2(00ccftjfffftfAfAeAfH 2022年年6月月13日星期一日星期一

30、測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器二、理想濾波器二、理想濾波器 分析上式所表示的頻率特性可知，該濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈分析上式所表示的頻率特性可知，該濾波器在時(shí)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)沖響應(yīng)函數(shù)h(t)為為sinc函數(shù)，圖形如下圖所示。脈沖響應(yīng)的波形函數(shù)，圖形如下圖所示。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸，從圖中可以看出，在單位脈沖輸入沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸，從圖中可以看出，在單位脈沖輸入濾波器之前，即在濾波器之前，即在t0時(shí)，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。顯然，這是時(shí)，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。顯然，這是一種非因果關(guān)系，在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。一種非因果關(guān)系，在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。 由此

31、知在截止頻率處呈現(xiàn)直角由此知在截止頻率處呈現(xiàn)直角銳變的幅頻特性，或者說在頻域內(nèi)銳變的幅頻特性，或者說在頻域內(nèi)用矩形窗函數(shù)描述的用矩形窗函數(shù)描述的理想濾波器是理想濾波器是不可能存在的不可能存在的。實(shí)際濾波器的頻域。實(shí)際濾波器的頻域圖形不會在某個(gè)頻率上完全截止，圖形不會在某個(gè)頻率上完全截止，而會逐漸衰減并延伸到而會逐漸衰減并延伸到。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波器三、實(shí)際濾波器 在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中，在通帶和阻帶之間存在一在實(shí)際濾波器的幅頻特性圖中，在通帶和阻帶之間存在一個(gè)過渡帶。在過渡帶內(nèi)的頻率成分不會被完全

32、抑制，只會受到個(gè)過渡帶。在過渡帶內(nèi)的頻率成分不會被完全抑制，只會受到不同程度的衰減。不同程度的衰減。 所以，當(dāng)一個(gè)信號經(jīng)過實(shí)際濾波器時(shí)，其所以，當(dāng)一個(gè)信號經(jīng)過實(shí)際濾波器時(shí)，其帶寬帶寬B與響應(yīng)建立與響應(yīng)建立時(shí)間時(shí)間T之間存在一個(gè)反比關(guān)系之間存在一個(gè)反比關(guān)系，即：，即： BT= =常數(shù)常數(shù) 帶寬標(biāo)志著濾波器的分辨力，帶寬越窄，分辨力越高，但帶寬標(biāo)志著濾波器的分辨力，帶寬越窄，分辨力越高，但由上式可知濾波器達(dá)到穩(wěn)態(tài)輸出的時(shí)間會加長，反之，若想獲由上式可知濾波器達(dá)到穩(wěn)態(tài)輸出的時(shí)間會加長，反之，若想獲得較快的輸出，就要選擇帶寬較大的濾波器，但由此會導(dǎo)致濾得較快的輸出，就要選擇帶寬較大的濾波器，但由此會導(dǎo)

33、致濾波的精度下降。實(shí)際使用時(shí)，要綜合考慮這兩個(gè)因素。波的精度下降。實(shí)際使用時(shí)，要綜合考慮這兩個(gè)因素。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波器三、實(shí)際濾波器 1、實(shí)際濾波器的特征參數(shù)、實(shí)際濾波器的特征參數(shù) 實(shí)際濾波器描述的主要參數(shù)有實(shí)際濾波器描述的主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、帶寬、紋波幅度、截止頻率、帶寬、中心頻率、品質(zhì)因子中心頻率、品質(zhì)因子等。下圖是一個(gè)典型的實(shí)際帶通濾波器：等。下圖是一個(gè)典型的實(shí)際帶通濾波器： 品質(zhì)因子品質(zhì)因子Q Q：對于帶通濾波器，通常把中心頻率對于帶通濾波器，通常把中心頻率f0和帶寬和帶寬B之比之

34、比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，其值越大，表明濾波器頻率分辨力越稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，其值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。高。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波器三、實(shí)際濾波器 2、RC調(diào)諧式濾波器調(diào)諧式濾波器 RC濾波器電路簡單，選用標(biāo)準(zhǔn)的阻容元件易得，所以在工濾波器電路簡單，選用標(biāo)準(zhǔn)的阻容元件易得，所以在工程測試的領(lǐng)域中經(jīng)常用到。程測試的領(lǐng)域中經(jīng)常用到。 (1)(1)一階一階RC低通濾波器低通濾波器 RC低通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：低通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示： 頻頻率率。值值決決定定著

35、著濾濾波波器器的的截截止止此此時(shí)時(shí)表表明明，截截止止頻頻率率由由RCRCffARCfjfHc 212121)(211)(2 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波器三、實(shí)際濾波器 2、RC調(diào)諧式濾波器調(diào)諧式濾波器 (2)(2)一階一階RC高通濾波器高通濾波器 RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示： 頻頻率率。值值決決定定著著濾濾波波器器的的截截止止此此時(shí)時(shí)表表明明，截截止止頻頻率率RCRCffARCfjfjfHc 212121)(212)(1 2022年年6月月13

36、日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器三、實(shí)際濾波器三、實(shí)際濾波器 2、RC調(diào)諧式濾波器調(diào)諧式濾波器 (3) (3) RC帶通濾波器帶通濾波器 RC帶通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：帶通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示： 寬寬的的帶帶通通濾濾波波器器。的的上上、下下截截止止頻頻率率和和帶帶的的值值，就就可可以以得得到到不不同同和和分分別別調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，上上截截止止頻頻率率帶帶通通濾濾波波器器下下截截止止頻頻率率21222211112221112112121212121211212)()()( CRfCRfCRCRfjfjfjfHfHfHcc

37、 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器 頻譜分析：頻譜分析：將信號通過中心頻率不同的多個(gè)帶通濾波器，將信號通過中心頻率不同的多個(gè)帶通濾波器，則各個(gè)濾波器的輸出就反映了信號中在該通帶頻率范圍內(nèi)的量則各個(gè)濾波器的輸出就反映了信號中在該通帶頻率范圍內(nèi)的量值，此過程稱為值，此過程稱為信號的頻譜分析信號的頻譜分析。由此分析，也可摘取信號中。由此分析，也可摘取信號中某些特殊的頻率成分。某些特殊的頻率成分。 頻譜分析時(shí)帶通濾波頻譜分析時(shí)帶通濾波器的使用方法：器的使用方法： （1）采用中心頻率）采

38、用中心頻率可調(diào)的帶通濾波器?？烧{(diào)的帶通濾波器。 （2）采用一組各自）采用一組各自中心頻率固定、但又按一中心頻率固定、但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。定規(guī)律相隔的濾波器組。 分時(shí)接通分時(shí)接通 同時(shí)接通同時(shí)接通 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器 用于頻譜分析裝置中的濾波器組，根據(jù)帶通濾波器中心頻用于頻譜分析裝置中的濾波器組，根據(jù)帶通濾波器中心頻率與帶寬之間的數(shù)值關(guān)系，可分為兩種：率與帶寬之間的數(shù)值關(guān)系，可分為兩種： 1 1、 恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器 由由品質(zhì)因子（品質(zhì)因子（Q

39、Q）相同）相同的多個(gè)帶通濾波器組成的濾波器組稱的多個(gè)帶通濾波器組成的濾波器組稱為為恒帶寬比帶通濾波器恒帶寬比帶通濾波器，其優(yōu)點(diǎn)是用較少的帶通濾波器個(gè)數(shù)就，其優(yōu)點(diǎn)是用較少的帶通濾波器個(gè)數(shù)就可以覆蓋較大的頻率范圍，缺點(diǎn)是中心頻率越高，帶寬也越寬，可以覆蓋較大的頻率范圍，缺點(diǎn)是中心頻率越高，帶寬也越寬，因此其高頻部分濾波性能會下降。因此其高頻部分濾波性能會下降。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器 1 1、 恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器 恒帶寬比帶通濾波器為使各個(gè)帶通濾波器組合起來后能

40、覆恒帶寬比帶通濾波器為使各個(gè)帶通濾波器組合起來后能覆蓋整個(gè)要分析的信號頻率范圍，其帶通濾波器組的中心頻率是蓋整個(gè)要分析的信號頻率范圍，其帶通濾波器組的中心頻率是倍頻程關(guān)系，同時(shí)帶寬是鄰接式的，通常的做法是使前一個(gè)濾倍頻程關(guān)系，同時(shí)帶寬是鄰接式的，通常的做法是使前一個(gè)濾波器的波器的上截止頻率與后一個(gè)濾波器的下截止頻率相一致，如下上截止頻率與后一個(gè)濾波器的下截止頻率相一致，如下圖所示。這樣的一組濾波器將覆蓋整個(gè)頻率范圍，稱之為圖所示。這樣的一組濾波器將覆蓋整個(gè)頻率范圍，稱之為“鄰鄰接式接式”的。的。 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 第第3 3節(jié)節(jié) 濾波器濾波器

41、四、常用于頻譜分析的濾波器四、常用于頻譜分析的濾波器 2 2、 恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器 由由帶寬（帶寬（B B）相同）相同的多個(gè)帶通濾波器組成的濾波器組稱為的多個(gè)帶通濾波器組成的濾波器組稱為恒恒帶寬帶通濾波器帶寬帶通濾波器，其優(yōu)點(diǎn)是不論帶通濾波器的中心頻率處在任，其優(yōu)點(diǎn)是不論帶通濾波器的中心頻率處在任何頻段上，帶寬都相同，即分辨率不隨頻率變化，濾波性能穩(wěn)何頻段上，帶寬都相同，即分辨率不隨頻率變化，濾波性能穩(wěn)定，缺點(diǎn)是在覆蓋頻率范圍相同的情況下，要比恒帶寬比濾波定，缺點(diǎn)是在覆蓋頻率范圍相同的情況下，要比恒帶寬比濾波器使用較多的帶通濾波器個(gè)數(shù)。器使用較多的帶通濾波器個(gè)數(shù)。 2022年年6月月13

42、日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)第第4 4章章 習(xí)習(xí) 題題一、填空題一、填空題1 1、直流電橋適用于、直流電橋適用于 參數(shù)變化的測量；參數(shù)變化的測量； 交流電橋適用于交流電橋適用于 參數(shù)變化的測量。參數(shù)變化的測量。2 2、純電阻交流電橋除了、純電阻交流電橋除了 平衡，還要有平衡，還要有 平衡。平衡。3 3、調(diào)制方式因載波參數(shù)不同可分為、調(diào)制方式因載波參數(shù)不同可分為 、 和和 。4 4、調(diào)幅波的解調(diào)方法有、調(diào)幅波的解調(diào)方法有 、 和和 。5 5、調(diào)頻電路常用的有、調(diào)頻電路常用的有 和和 。6 6、調(diào)頻波的解調(diào)包括、調(diào)頻波的解調(diào)包括 和和 。7 7、濾波器由選頻作用分為、濾波器由選頻作用分為 、

43、、 和和 四種。四種。8 8、常用于頻譜分析的濾波器有、常用于頻譜分析的濾波器有 和和 。電阻電阻R電阻電阻R、電感、電感L、電容、電容C電阻電阻電容電容調(diào)調(diào)幅幅調(diào)頻調(diào)頻調(diào)相調(diào)相同步解調(diào)同步解調(diào)包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波相敏檢波相敏檢波直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路壓控振蕩器壓控振蕩器頻率頻率電壓線性變換電壓線性變換幅值檢波部分幅值檢波部分低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)1 1、設(shè)有一電橋，、設(shè)有一電橋，R1是工作橋臂，是工作橋臂，R2，R3，R4是固定電阻。未是固定電阻。未工作時(shí)工作時(shí)R1=R2=R3

44、= R4 。工作時(shí)。工作時(shí) ，若電橋的供橋，若電橋的供橋電壓為電壓為e0，則電橋輸出電壓為（，則電橋輸出電壓為（ ）。）。 a.a. b. b. c. c. d. d.2 2、調(diào)幅相當(dāng)于在時(shí)域中將調(diào)制信號與載波信號（、調(diào)幅相當(dāng)于在時(shí)域中將調(diào)制信號與載波信號（ ）。）。 a.a.相乘相乘 b.b.相除相除 c.c.相加相加 d.d.相減相減3 3、電路中鑒頻器的作用是、電路中鑒頻器的作用是( )( )。 a. a.使高頻電壓轉(zhuǎn)使高頻電壓轉(zhuǎn)換為換為直流電壓直流電壓 b.b.使電感量轉(zhuǎn)使電感量轉(zhuǎn)換換為電壓為電壓 c.c.使頻率轉(zhuǎn)使頻率轉(zhuǎn)換換為電壓為電壓 d.d.使頻率轉(zhuǎn)使頻率轉(zhuǎn)換換為電流為電流第第4 4章章 習(xí)習(xí) 題題0114eRR 011eRR 二、選擇題二、選擇題1112 RRR 0112eRR 0112eRR abc 2022年年6月月13日星期一日星期一測測試試技技術(shù)術(shù)4 4、一選頻裝置，其幅、一選頻裝置，其幅頻特性在頻特性在 區(qū)間近于平直區(qū)間近于平直線，在線，在 區(qū)間急劇衰減，這叫（區(qū)間急劇衰減，這叫（ ）濾波器。）濾波器。 a. a.低通低通 b.b.高通高通 c.c.帶通帶通 d.d.帶阻帶阻5 5、一帶通濾波器，其中心頻率是、一帶通濾波器，其中心頻率是6 600Hz00Hz，帶寬是，帶寬是50Hz50Hz，則濾波器的品質(zhì)因子等