西安交大模电课件第7章信号检测与处理电路.ppt

1、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.1 电子系统概述电子系统概述7 信号检测与处理电路信号检测与处理电路传传感感器器放放大大器器滤滤波波器器增增益益调调整整采采样样保保持持A/D 转转换换器器计计算算机机系系统统总总线线控制电路控制电路信号检测系统基本框图信号检测系统基本框图上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础传传感感器器放放大大器器滤滤波波器器增增益益调调整整采采样样保保持持A/D 转转换换器器计计算算机机系系统统总总线线控制电路控制电路提取测信号提取测信号放大测量信号放大测量信号抑制干扰信号抑制干扰信号进一步去除进一步去除无用信号无用信号联系处理

2、系联系处理系统的桥梁统的桥梁信号加工信号加工处理系统处理系统上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.2.1 测量放大器测量放大器应用：应用：热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量等热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量等7.2 信号检测系统中的放大电路信号检测系统中的放大电路共模抑制比高共模抑制比高输入抗阻高输入抗阻高主要特点主要特点常用于测量直流缓变微弱信号常用于测量直流缓变微弱信号上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.三运放测量放大器三运放测量放大器b.电阻电阻R3、R4、R5、R6要精密配合（要精密配合（R3=R5、R4=R6）a.运放运放A1、A2

3、的特性一致性的特性一致性对电路要求：对电路要求：（1）基本电路图）基本电路图A1A2A3+_b1b2+_i+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由图可知由图可知（2）电路分析）电路分析A1A2A3+_b1b2+_i+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础A1A2A3+_b1b2+_i+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 输出信号共模信号输出信号共模信号uIc无关无关令令因此，因此，放大器具有很高的抑制共模信号的能力。放大器具有很高的抑制共模信号的能力。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.单片集成测量放大器单片集

4、成测量放大器AD521集成化的集成化的三运放测量放大器。三运放测量放大器。性能指标：性能指标：(2)输入阻抗输入阻抗3 109。(3)增益带宽大于增益带宽大于2MHz。(4)电压放大倍数电压放大倍数0.11000(5)电源电压电源电压(518)V。(6)过载能力较强，动态特性好。过载能力较强，动态特性好。(1)共模抑制比共模抑制比120dB。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)引脚说明引脚说明1234567891011131214OUTOFF SETV-INRG+INSENSEREFRsCOMPOFF SETRsV+RG上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子

5、技术基础(2)基本连接方式图基本连接方式图123456781011121314AD521+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.2.2 隔离放大器隔离放大器特点：特点：信号传递的主要方式：信号传递的主要方式：电磁耦合，即经过变压器传递信号电磁耦合，即经过变压器传递信号光电耦合光电耦合输入回路与输出回路之间是电绝缘的。输入回路与输出回路之间是电绝缘的。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础二极管二极管三极管型三极管型1.光电耦合隔离放大器光电耦合隔离放大器光电耦合器原理图光电耦合器原理图二极管二极管二极管型二极管型IoIiIiIo上页上页下页下页后退后退模

6、拟电子技术基础模拟电子技术基础b.采用负反馈技术采用负反馈技术光电耦合器的特点光电耦合器的特点a.耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件。耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件。b.非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。克服非线性失真采取的主要措施克服非线性失真采取的主要措施a.给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内线性传输信息。线性传输信息。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础一种典型的光电耦合隔离放大器一种典型的光电耦合隔离放大器 CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V

7、+5V RW R2O2GND2GND1T2T1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1电压并联负反馈电压并联负反馈上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础串联负反馈的判断串联负反馈的判断 CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R

8、2O2GND2GND1T2T1电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础工作原理工作原理O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RW CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uCE2uCE1=uCE2uCE1O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RW CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术

9、基础模拟电子技术基础uO=uCE1uI=uCE2uO=uIuCE2uCE1=uCE2uCE1 CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础实现信号隔离实现信号隔离实现信号传输实现信号传输两地独立两地独立两地独立两地独立输入、输出级之输入、输出级之间是电气绝缘的间是电气绝缘的uO=uI CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础放大器原理图放大器原理图2.变压器隔离放大器变压器

10、隔离放大器+-1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+-2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽uOuI上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础+-1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+-2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽uOuI调调 制制给输入侧提供能量给输入侧提供能量两侧电源独立两侧电源独立恢复原低频信号恢复原低频信号输入、输出侧输入、输出侧间电气绝缘间电气绝缘上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础变压器隔离放大器变压器隔离放大器AD277原理图和引脚原理图和引脚+-1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调

11、器振荡器振荡器+-2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽16151114101213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(-VEE)上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.3.1 滤波器的基础知识滤波器的基础知识功能：只允许某一部分频率的信号顺利的通过。功能：只允许某一部分频率的信号顺利的通过。通带：能够通过信号的频率范围。通带：能够通过信号的频率范围。阻带：不能够通过信号的频率范围。阻带：不能够通过信号的频率范围。截止频率：通带和阻带之间的分界频率。截止频率：通带和阻带之间的分界频率。7.3 有源滤波器有源滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟

12、电子技术基础滤波器的分类滤波器的分类a.根据处理的信号不同根据处理的信号不同 b.根据使用的滤波元件不同根据使用的滤波元件不同数字滤波器数字滤波器模拟滤波器模拟滤波器RC型型LC型型RLC型型上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.根据工作频率不同根据工作频率不同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全通滤波器全通滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础fA0理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性低低通通fA0通通带带高高通通带带阻阻带带通通通通带带通通带带通通带带通通带带Af0fA0上页上页下页下页后退后退

13、模拟电子技术基础模拟电子技术基础0fA0.707实际低通滤波器的幅频特性实际低通滤波器的幅频特性实际特性实际特性理想理想特性特性阻带阻带过渡带过渡带通带通带上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础d.根据滤器的阶数分根据滤器的阶数分 一阶滤波器一阶滤波器二阶滤波器二阶滤波器高阶滤波器高阶滤波器e.根据采用的元器件不同根据采用的元器件不同无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器滤器的阶数越高，性能越好。滤器的阶数越高，性能越好。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础组成组成:由电阻、电容、电感等无源器件组成。由电阻、电容、电感等无源器件组成。体积和重量比较大，电

14、感还会引起电磁感应。体积和重量比较大，电感还会引起电磁感应。(a)无源滤波器无源滤波器电路简单电路简单高频性能好高频性能好工作可靠工作可靠优点优点通带信号有能量损耗通带信号有能量损耗负载效应比较明显负载效应比较明显缺点缺点CRRL无源高通滤波器无源高通滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)有源滤波器：有源滤波器：电路体积小、重量轻电路体积小、重量轻通带内的信号可以放大通带内的信号可以放大精度高、性能稳定、易于调试精度高、性能稳定、易于调试负载效应小负载效应小组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成优点优点可以多级

15、相联，用低阶来构成高阶滤波器可以多级相联，用低阶来构成高阶滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础通带范围小通带范围小需要直流电源需要直流电源适用于低频、低压、小功率等场合。适用于低频、低压、小功率等场合。缺点缺点上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.一阶低通有源滤波器一阶低通有源滤波器7.3.2 低通有源滤波器低通有源滤波器（1）电路组成电路组成（2）电路性能分析电路性能分析 a.电路的传递函数电路的传递函数+_+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础式中式中Z1(s)Z2(s)故故+_+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模

16、拟电子技术基础令令滤波器的截止角频率滤波器的截止角频率滤波器的通带增益滤波器的通带增益 +_+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.滤波器的频率特性滤波器的频率特性令令 s=j 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础式中式中称为滤波器的截止频率称为滤波器的截止频率即即因电路的频率特性与因电路的频率特性与f 的一次的一次方有关方有关故称之为一阶故称之为一阶RC低通有源滤波器低通有源滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性由由得得d.相频特性相频特性上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3dB020lg|A(jw)|/dB幅频特性曲线幅频特性曲线-20dB/十倍频十倍频上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)一阶滤波器特点一阶滤波器特点 a.电路简单电路简单 b.过渡带输出的衰减慢，衰减速率过渡带输出的衰减慢，衰减速率20dB/十倍频十倍频上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器(1)电路组成电路组