第五章信号调理电路课件

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1、15.1概述概述5.1.1检测系统的构成检测系统的构成力力位移位移 速度速度 加速度加速度 压力压力流量流量温度温度电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式 压电式压电式热电式热电式 光电式光电式磁电式磁电式电桥电桥 放大器放大器滤波器滤波器调制器调制器解调器解调器运算器运算器 阻抗变换器阻抗变换器 笔式记录仪笔式记录仪光线示波器光线示波器 磁带记录仪磁带记录仪 电子示波器电子示波器 半导体存储器半导体存储器 显示器显示器 磁卡磁卡 数据处理器数据处理器 频谱分析仪频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪实时信号分析仪 电子计算机电子计算机 被测对象被测对象 传感器传感器 中间变换中间变换测量装置测量装

2、置 显示及显示及 记录装置记录装置 实验结果实验结果处理装置处理装置 激发装置激发装置 25.1概述概述5.1.2信号调理的基本概念信号调理的基本概念信号调理信号调理：对传感器输出信号进行操作，将其：对传感器输出信号进行操作，将其转换成满足后续传输与处理系统要求的信号转换成满足后续传输与处理系统要求的信号信号调理与检测电路关系信号调理与检测电路关系：界限不很清楚，有：界限不很清楚，有时二者合二为一。如有些教材将电阻抗时二者合二为一。如有些教材将电阻抗-电压转电压转换电路（电阻、电感、电容等检测电路）归为换电路（电阻、电感、电容等检测电路）归为信号调理电路。信号调理电路。35.1概述概述5.1.

3、3信号调理的类型信号调理的类型n电平调整（放大或衰减）电平调整（放大或衰减）n线性化（非线性信号调正成线性信号）线性化（非线性信号调正成线性信号）n信号形式变换（如电压电流变换）信号形式变换（如电压电流变换）n滤波与阻抗匹配（滤波电路、传感器内滤波与阻抗匹配（滤波电路、传感器内部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理）部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理）45.2电平调整电平调整5.2.1为何进行电平调整为何进行电平调整检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器，检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器，但在具体设计中也常用传感器加电平调整的方案。但在具体设计中也常用传感器加电平调整的方案。原因有三

4、：原因有三：变送器虽然方便但成本较高，缺乏调节环节；变送器虽然方便但成本较高，缺乏调节环节；在检测系统设计与调试过程中，为了得到理想的在检测系统设计与调试过程中，为了得到理想的传函常常调整传感器传函常常调整传感器/放大器的传函；放大器的传函；变送器量程也是标准的，不能全满足工程要求。变送器量程也是标准的，不能全满足工程要求。55.2电平调整电平调整5.2.2无源电平调整无源电平调整该电路可以实现信号的衰减该电路可以实现信号的衰减R1ViVoR2无源电平调整电路无源电平调整电路ioVRRRV21265.2电平调整电平调整注意注意：两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果两个电阻的稳定性直接影响电平调

5、整效果作为传感器电路的负载希望电阻大些，作为作为传感器电路的负载希望电阻大些，作为后续电路的输入希望电阻小些，折中考虑后续电路的输入希望电阻小些，折中考虑大阻值（如大阻值（如M M）的电阻精度与噪声均较差）的电阻精度与噪声均较差常用于精度要求较低的场合，否则用有源调常用于精度要求较低的场合，否则用有源调整电路整电路75.2电平调整电平调整5.2.3有源电平调整有源电平调整iifoVRRV有源电平调整电路普遍采用有源电平调整电路普遍采用运算放大器，如反相放大电运算放大器，如反相放大电路、同相放大电路等。路、同相放大电路等。ViVoR2反相放大电路反相放大电路+-+RiRfRp85.2电平调整电平

6、调整有源电平调整的特点有源电平调整的特点n可以实现放大或衰减，调整方便；可以实现放大或衰减，调整方便；n满足了阻抗匹配要求；满足了阻抗匹配要求；n放大电路的带宽有限，一般厂家给增益带宽积，放大电路的带宽有限，一般厂家给增益带宽积，如如30MHz，若，若G=1000，则带宽小于，则带宽小于30KHz；n放大器本身的噪声影响；放大器本身的噪声影响；n放大器参数影响：输入失调电流、输入失调电压放大器参数影响：输入失调电流、输入失调电压fkTREt495.2电平调整电平调整5.2.4有源电平调整实例有源电平调整实例某差动压力传感器的输出为某差动压力传感器的输出为33mV58mV，数据，数据采集卡输入范

7、围为采集卡输入范围为0.5V4.5V，因此中间需要电，因此中间需要电平调整电路。平调整电路。调整电路应具有如下特性：调整电路应具有如下特性：33mV58mV调整成调整成0.5V4V（留（留0.5V余量）余量）105.2电平调整电平调整Vi1Vo双运放电压调整电路双运放电压调整电路R2+-+R1R2R2+-+VrefR3R4Vi2115.2电平调整电平调整双运放电压调整电路的输出为双运放电压调整电路的输出为ref13242341123411VRRRRVRRVRRRRViio选取电阻值，使选取电阻值，使2134RRRR，则电路具有较高，则电路具有较高CMRR，双运放电压调整电路的输出简化为：双运放

8、电压调整电路的输出简化为：ref12341VVVRRViio125.2电平调整电平调整双运放电压调整电路的增益为双运放电压调整电路的增益为134RRG改变增益且保证改变增益且保证CMRR不变，须同时调整两个电阻值。不变，须同时调整两个电阻值。能否只调整一个电阻值就达到目的？能否只调整一个电阻值就达到目的？135.2电平调整电平调整Vi1Vo增益可调的双运放电压调整电路增益可调的双运放电压调整电路R2+-+R1R2R2+-+VrefR3R4Vi2RG145.2电平调整电平调整电路的输出为电路的输出为ref13242324434113243244341VRRRRVRRRRRRRRVRRRRRRRR

9、RRRRViGGiGGo选取电阻值，使选取电阻值，使3214RRRRref1243421VVVRRRRViiGo输出简化为：输出简化为：155.2电平调整电平调整Vi1Vo具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路R1=R4，R2=R3，R5=R6R2+-+R1R2R2+-+VrefR3R4Vi2RGR2+-+VshiftR5R6165.2电平调整电平调整电路的输出为电路的输出为shiftref12434212VVVVRRRRViiGo175.3线性化线性化5.3.1为何进行线性化为何进行线性化检测系统中希望输入输出特性是检测系统中希望输入输出特性是线性化

10、线性化的。的。实际传感器大多数是实际传感器大多数是非线性化非线性化的。的。减少计算量，提高运算速度；减少计算量，提高运算速度；满足线性刻度；满足线性刻度；使用方便。使用方便。185.3线性化线性化5.3.2线性化的方法线性化的方法数字式线性化：数字式线性化：单片机、嵌入式系统、专用芯片；单片机、嵌入式系统、专用芯片；灵活，适用性强，速度有限，难灵活，适用性强，速度有限，难 以满足动态检测场合。以满足动态检测场合。模拟式线性化：模拟式线性化：在信号调理电路中加入模拟非线在信号调理电路中加入模拟非线 性环节。性环节。按使用元件分：按使用元件分：无源线性化无源线性化、有源线性化有源线性化195.3线

11、性化线性化硬件线性化的特点硬件线性化的特点实时性强、简便、经济、可靠，应用广泛。实时性强、简便、经济、可靠，应用广泛。5.3.3无源线性化电路无源线性化电路n用简单的无源器件用简单的无源器件（如电阻）与敏感器件并（如电阻）与敏感器件并联或串联，只要电阻值选择合适，就可以将非联或串联，只要电阻值选择合适，就可以将非线性校正到满意的程度。线性校正到满意的程度。如湿敏电阻的线性化如湿敏电阻的线性化205.3线性化线性化电阻电阻RHaRHbRHcabc相对湿度相对湿度RH%HaHbHcRHRRh湿敏电阻的线性化湿敏电阻的线性化215.3线性化线性化HHHRRRRR并联后的总电阻为并联后的总电阻为使使a

12、，b，c三点一线应满足三点一线应满足HcHbHbHaRRRR即满足即满足HcHcHbHbHbHbHaHaRRRRRRRRRRRRRRRR225.3线性化线性化HbHcHaHcHaHcHbHbRRRRRRRRR22解得：解得：电阻电阻RHaRHbRHcabc相对湿度相对湿度RH%HaHbHc湿敏电阻修正后的特性曲线湿敏电阻修正后的特性曲线235.3线性化线性化HbHcHaHcHaHcHbHbRRRRRRRRR22也可以直接对输出电压也可以直接对输出电压进行线性化：进行线性化：ViRHRVo串联电阻线性化电路串联电阻线性化电路这种方法所需元件少、成本低，非常简便。但校这种方法所需元件少、成本低，非

13、常简便。但校正范围窄，校正准确度不高，主要用于被测量变正范围窄，校正准确度不高，主要用于被测量变化不大的场合。否则，要采用较复杂的无源电路。化不大的场合。否则，要采用较复杂的无源电路。245.3线性化线性化n用较复杂的无源电路用较复杂的无源电路仍以湿敏电阻为例，下图是不同敏感区的敏感元仍以湿敏电阻为例，下图是不同敏感区的敏感元件进行组合来进行线性化的电路件进行组合来进行线性化的电路R1R2RH2RH1RH255.3线性化线性化电阻电阻湿敏电阻的线性化效果湿敏电阻的线性化效果相对湿度相对湿度RH%HaHbHcHd电阻电阻abc相对湿度相对湿度RH%HaHbHcHd265.3线性化线性化n用传感器

14、特性曲线上线性较好的一段改善线性用传感器特性曲线上线性较好的一段改善线性HzfNF0F2F1F400030002000振弦式传感器的特性曲线振弦式传感器的特性曲线振弦式传感器的特振弦式传感器的特性曲线中，频率的性曲线中，频率的平方与张力的成正平方与张力的成正比，通过施加预紧比，通过施加预紧力，调整到中间一力，调整到中间一段测量，非线性显段测量，非线性显著减小。著减小。275.3线性化线性化5.3.4有源线性化电路有源线性化电路无源线性化的缺点是降低了灵敏度。无源线性化的缺点是降低了灵敏度。有源线性化有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管等有：运用运放、场效应管或晶体管等有 源器件实现线性化。源

15、器件实现线性化。因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵活多因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵活多变的接法，可获得各种各样函数变换。原则上，变的接法，可获得各种各样函数变换。原则上，任何敏感器件的变换特性都可以校正为足够好的任何敏感器件的变换特性都可以校正为足够好的直线特性。电路复杂、调整不便、成本较高。直线特性。电路复杂、调整不便、成本较高。285.3线性化线性化几种有源线性化电路几种有源线性化电路n非线性反馈电路非线性反馈电路n多放大器反馈电路多放大器反馈电路n电桥传感器非线性校正电路电桥传感器非线性校正电路n分段式电路分段式电路295.3线性化线性化n非线性反馈电路非线性反馈电路原理原

16、理：利用非线性反馈，使反馈之路的非线性和：利用非线性反馈，使反馈之路的非线性和有源敏感器件的变换特性的非线性相互抵消，从有源敏感器件的变换特性的非线性相互抵消，从而实现线性化。也可以用运算放大器构成的函数而实现线性化。也可以用运算放大器构成的函数运算器进行线性化。运算器进行线性化。例例：硅光电池的输出电压为：硅光电池的输出电压为：IIeVV0305.3线性化线性化利用运放构成对数电路，使输出电压为：利用运放构成对数电路，使输出电压为：KIVKVKVIA0lnln315.3线性化线性化运放构成的对数电路原理图如运放构成的对数电路原理图如VoR2+-+RDVIRiDiR325.3线性化线性化PN结

17、的伏安特性为：结的伏安特性为：1DDVkTqSeIi常温（常温（25度）时，可以近似为度）时，可以近似为TDD/DVVSVkTqSeIeIi335.3线性化线性化运放构成的对数电路的输出为：运放构成的对数电路的输出为：SIToRIVVVln345.3线性化线性化n多放大器反馈电路多放大器反馈电路通过多级运算放大器，将信号调理电路的输出信通过多级运算放大器，将信号调理电路的输出信号反馈到相关放大器的输入端，从而构造一个与号反馈到相关放大器的输入端，从而构造一个与传感器特性相近的函数运算器，以实现较理想的传感器特性相近的函数运算器，以实现较理想的线性校正。线性校正。例如：热电阻的特性表达式一般是二

18、次多项式，例如：热电阻的特性表达式一般是二次多项式，温度变化较大时，非线性严重，下图为实用铂电温度变化较大时，非线性严重，下图为实用铂电阻阻TRRA102B的非线性校正电路，采用正反馈，的非线性校正电路，采用正反馈，非线性由非线性由2%变为变为0.1%。355.3线性化线性化+-+1KVo+-+10K+-+9.5K1K22K3K1K24K10K10KW2W1W3RT1F365.3线性化线性化n电桥传感器非线性校正电路电桥传感器非线性校正电路原理原理：对电桥传感器电路，利用电桥输出对电：对电桥传感器电路，利用电桥输出对电源电压敏感的特性，将电路信号反馈到电桥源电压敏感的特性，将电路信号反馈到电桥

19、的供桥电源端，是电源电压随输出信号变化的供桥电源端，是电源电压随输出信号变化而变化，从而使输入输出成线性关系。而变化，从而使输入输出成线性关系。电路电路：如下图：如下图375.3线性化线性化n电桥传感器非线性校正电路电桥传感器非线性校正电路+-+1KVo+-10K4.3KRRR(1+X X）R-15VWVoDZVref10K10KVc=Vref+VoLM324AD521385.3线性化线性化设电桥四臂电阻为设电桥四臂电阻为R，传感器阻值为，传感器阻值为Rx=（1+x）R，桥路电压为，桥路电压为V，则桥路输出为：，则桥路输出为：214xxVVco前置放大器前置放大器AD521输出的一部分与稳压管

20、的基准输出的一部分与稳压管的基准电压一起，经运放后反馈到电桥的电源端，使电电压一起，经运放后反馈到电桥的电源端，使电桥的电源随桥的电源随Vo变化。变化。若使若使AD521的增益的增益AV与与乘积为乘积为2，则有，则有xVAVrefVo4395.3线性化线性化n分段式电路分段式电路原理原理：对传感器的特性曲线呈缓慢、单调变化：对传感器的特性曲线呈缓慢、单调变化的情况，将其特性曲线划分成若干段，每段的情况，将其特性曲线划分成若干段，每段用一段直线近似代替。段间切换有开关二极用一段直线近似代替。段间切换有开关二极管控制。管控制。参见下图参见下图405.3线性化线性化443322114321xkxkx

21、kxkyyyyy1x2x3x4x1y2y3yyyx输出经折线逼近可以得到：输出经折线逼近可以得到：415.3线性化线性化电路电路R2+-+RuR0R1R2R3R4D1D2D3D4r1r2r3r4UcUoUiRr425.3线性化线性化电路原理电路原理：四个二极管串联四个不同的电阻，：四个二极管串联四个不同的电阻，即可实现分段逼近线性化。即可实现分段逼近线性化。如：如：D1串联反向电压串联反向电压Uc1=R1Uc/(r1+R1)，D2串联反向电压串联反向电压Uc2=R2Uc/(r2+R2)，D3串联反向电压串联反向电压Uc3=R3Uc/(r3+R3)，D4串联反向电压串联反向电压Uc4=R4Uc/

22、(r4+R4)当输入信号当输入信号Ui很小时，很小时，Ru=R0，随着，随着Ui的增大，的增大，四个二极管依次导通，实现分段拟合。四个二极管依次导通，实现分段拟合。43信号制式信号制式：被测量电压：被测量电压420mA。5.4信号变换信号变换5.4.1电压电流转换电压电流转换为了减少长线传输过程中线路电阻和负为了减少长线传输过程中线路电阻和负载电阻的影响，可以将直流电压变换成载电阻的影响，可以将直流电压变换成直流电流后进行传输。直流电流后进行传输。电压电压-电流变换器电流变换器：输出负载中的电流：输出负载中的电流正比于输入电压的电路。正比于输入电压的电路。445.4信号变换信号变换几种电压电流

23、转换电路几种电压电流转换电路浮地电压浮地电压-电流变电路电流变电路：R2+-+uiR1RLR2ILR2+-+uiR1RLR2ILI1LiLRUI 455.4信号变换信号变换具有放大作用的浮地电压具有放大作用的浮地电压-电流变电路电流变电路：iLURRRRI14211R2+-+uiR1RLR2ILR3R4R2+-+uiR1RLR3ILIR2R4iLURRRI1421465.4信号变换信号变换接地负载电压接地负载电压-电流变电路电流变电路：R2+-+uiR1RLR3ILR2R5R4R2+-+uiR1R2R3IL+-+R5RLR4475.4信号变换信号变换差动电压差动电压-电流变电路电流变电路：R2

24、+-+ui2R1RLR2ILui1R2+-+ui1R1RLR2ILR3R4ui2R5485.4信号变换信号变换5.4.2电流电压转换电流电压转换电流电流-电压变换电压变换：输入电流转换成输出电压，因：输入电流转换成输出电压，因为传递系数为电阻，也称为转移电阻放大器。为传递系数为电阻，也称为转移电阻放大器。如如光电检测光电检测：光敏二极管将光信号转换成电流，：光敏二极管将光信号转换成电流，传感器的检测电路需要将其转换成电压。传感器的检测电路需要将其转换成电压。R2+-+RfRPuOc光光IfoIRU 495.4信号变换信号变换 注意：注意：电流传感器输出的电流一般较小，特别是微弱电流传感器输出的

25、电流一般较小，特别是微弱信号的检测，必须分析运放失调电流和失调电信号的检测，必须分析运放失调电流和失调电压所带来的误差放大器。压所带来的误差放大器。通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低的通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低的运放。运放。505.4信号变换信号变换 电流经过长距离导线传输的电流电压转换：电流经过长距离导线传输的电流电压转换：输入输入010mA输出输出5000.01F1KRIUio+-+uO100Ii输入阻抗较小，信号源内阻不能太大，电压输出输入阻抗较小，信号源内阻不能太大，电压输出10V，可以进，可以进行大电流转换，但注意电阻的发热问题行大电流转换，但注意电阻的发热问题。51

26、5.4信号变换信号变换 小电流、高输入阻抗电流小电流、高输入阻抗电流-电压转换电路：电压转换电路：fioRIU+-+uO10KIi输入阻抗大，可以进行小电流转换，电阻一般在输入阻抗大，可以进行小电流转换，电阻一般在1001M之间，之间，过小则分布电阻影响大，过大则噪声大，精确度变差过小则分布电阻影响大，过大则噪声大，精确度变差。525.4信号变换信号变换 纳安小电流电流纳安小电流电流-电压转换电路：电压转换电路：如输入电流：如输入电流：10nA，第一级输出，第一级输出10mV，第二级增益为，第二级增益为100，输出为输出为1V，避免了采用大电阻。，避免了采用大电阻。+-+uO10KIi+-+9

27、9K1K53电压频率转换电压频率转换：模拟输入电压转换成与之：模拟输入电压转换成与之成正比的振荡频率。成正比的振荡频率。特点特点：具有良好的精确度、线性、积分输入：具有良好的精确度、线性、积分输入等，电路简单、外围元件性能要求不高、环等，电路简单、外围元件性能要求不高、环境适应能力强、转换速度不低于一般的双积境适应能力强、转换速度不低于一般的双积分型分型AD器件，抗干扰，节省系统接口资源，器件，抗干扰，节省系统接口资源，可长距离传输，成本低，可长距离传输，成本低，可逆可逆。常用器件常用器件：TC9401，AD6505.4信号变换信号变换5.4.3电压频率转换电压频率转换540IREFufRIt

28、5.4信号变换信号变换组成组成：积分放大器、电压比较器、单稳触发：积分放大器、电压比较器、单稳触发器、模拟开关、器、模拟开关、1mA电流源、输出级。电流源、输出级。AD650电压频率转换原理电压频率转换原理555.4信号变换信号变换工作过程：工作过程：单稳态触发器输出为低电平时，模拟开关单稳态触发器输出为低电平时，模拟开关控制全部电流流向放大器的输出端，称为控制全部电流流向放大器的输出端，称为积分阶段积分阶段。单稳态触发器被触发输出为高电平时，模单稳态触发器被触发输出为高电平时，模拟开关控制全部电流流向放大器的求和输拟开关控制全部电流流向放大器的求和输入端，称为入端，称为复位阶段复位阶段565

29、.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 5.5.1滤波器的基本概念滤波器的基本概念滤波器的类型：滤波器的类型：低通、高通、带通、带阻、全通低通、高通、带通、带阻、全通575.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 585.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 频带宽度频带宽度BW：允许信号通过的频率段。：允许信号通过的频率段。品质因数品质因数Q：谐振频率与带宽之比。谐振频率与带宽之比。阻尼系数阻尼系数：品质因数倒数的一半，品质因数倒数的一半，=0.5Q-1滤波器的主要参数：滤波器的主要参数：通带增益通带增益A A0 0:输出电压与输入电压之比。输出电压与输入电压之比。截至频率截至频率f fp p：没有谐振峰时，增

30、益下降到：没有谐振峰时，增益下降到 时的频时的频率；有谐振峰时，幅频特性从峰值回到起始值时的频率；有谐振峰时，幅频特性从峰值回到起始值时的频率。谐振频率是滤波器自身的固有频率。率。谐振频率是滤波器自身的固有频率。2/0A59无源滤波器无源滤波器：利用利用R、L、C器件组成的滤波器。器件组成的滤波器。特点特点：设计简单，频率特性计算容易设计简单，频率特性计算容易滤波器的特性对元器件的误差非常敏感滤波器的特性对元器件的误差非常敏感截至频率较低时，截至频率较低时，R、C取值较大，尺寸较大取值较大，尺寸较大阻带内，幅频特性衰减慢阻带内，幅频特性衰减慢无法提供增益无法提供增益电阻值可能较大，导致滤波器的

31、输出阻抗很高电阻值可能较大，导致滤波器的输出阻抗很高5.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 60101()(1)1fRARj0011(1)pfRCRAR5.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 有源滤波器有源滤波器 一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器 61二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器 0200()1AAjj0121212221101212001(1)1fR R C CR CR CR CAR R C CRAR5.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 电压并联正反馈电压并联正反馈，通带宽度增加通带宽度增加 620200()1AAjj02312122313211233011R R C CR RR RR R

32、CCRR RRAR 5.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 635.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 一阶高通滤波电路一阶高通滤波电路645.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路655.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 带通滤波电路带通滤波电路665.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 带阻滤波电路带阻滤波电路675.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 全通滤波电路全通滤波电路幅频特性为常数，与频率无关幅频特性为常数，与频率无关有移相作用有移相作用685.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 5.5.2滤波器的选用与设计初步滤波器的选用与设计初步原则：原则：优先采用无源滤波器，无法满足要

33、求时用有源滤波器。优先采用无源滤波器，无法满足要求时用有源滤波器。优先采用低阶滤波器，无法满足要求时用高阶滤波器。优先采用低阶滤波器，无法满足要求时用高阶滤波器。方法步骤：方法步骤：确定通带频率、增益、衰减（滚降）速度等参数。确定通带频率、增益、衰减（滚降）速度等参数。确定满足所需特性的传递函数，从经典滤波器中选择，确定满足所需特性的传递函数，从经典滤波器中选择，如巴特沃思、切比雪夫等。如巴特沃思、切比雪夫等。通过电路设计与调试实现传递函数通过电路设计与调试实现传递函数69例：二阶例：二阶RC有源低通滤波器设计有源低通滤波器设计 0200()1AAjj0121212221101212001(1

34、)1fR R C CR CR CR CAR R C CRAR5.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 221101122122111CRCRACRCRCRCRQ70二阶二阶RC有源低通滤波器的品质因数有源低通滤波器的品质因数 5.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 221101122122111CRCRACRCRCRCRQ品质因数越高，高频衰减也越快，但系统的极点越靠品质因数越高，高频衰减也越快，但系统的极点越靠近虚轴，系统的稳定性越差。近虚轴，系统的稳定性越差。为分析方便，不妨设增益为为分析方便，不妨设增益为1，n2=R1/R2，则：，则：1211CCnnQ715.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 为了

35、得到较高的品质因数，为了得到较高的品质因数，n=1 即即R1=R2，C2C1 1221CCQ2214CQC 212121011CCRCCRRRQC0221RQC012725.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 设计过程设计过程：选择合适的电阻值选择合适的电阻值计算两个电容值计算两个电容值若若C1 的值太大，重新选一个大一些的电阻的值太大，重新选一个大一些的电阻若若C2的值太小，重新选一个小一些的电阻的值太小，重新选一个小一些的电阻若若C2的值太小，的值太小，C1 的值又太大，则滤波器到了性能极的值又太大，则滤波器到了性能极限限选择最接近的标准元件值，重新计算，给出全部参数。选择最接近的标准元件值，

36、重新计算，给出全部参数。735.5滤波与阻抗匹配滤波与阻抗匹配 注意注意：很多情况下，要做的工作是选择滤波器，而不是设计很多情况下，要做的工作是选择滤波器，而不是设计滤波器。滤波器。如：如：MAX280（单片集成（单片集成5阶巴特沃斯低通滤波器）阶巴特沃斯低通滤波器）MAX263/264（单片集成通用有源滤波器）（单片集成通用有源滤波器）745.6.1 模拟数字转换模拟数字转换n双积分式双积分式A/D转换转换5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 特点特点：精确度高，速度慢精确度高，速度慢755.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 76n逐次比较式逐次比较式A/D转换转换5.6模拟数字转换电路

37、模拟数字转换电路 775.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 特点特点：速度快，应用较广速度快，应用较广78n跟踪比较型跟踪比较型A/D转换转换5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路+-+可逆计可逆计数器数器D/A转转换器换器Vi时钟时钟输出输出79n并行比较型并行比较型A/D转换转换5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 -+编编码码器器VR1数数字字量量并并行行输输出出-+-+ViVR2VR（2N-1）特点特点：速度最快，速度最快，结构复杂结构复杂80A/D转换精确度转换精确度5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 类别类别分辨力分辨力线性误差线性误差低精度低精度A/D转换器转换器小于小于

38、8位位小于小于0.1%中精度中精度A/D转换器转换器9-12位位小于小于0.01%高精度高精度A/D转换器转换器13-16位位小于小于0.001%超高精度超高精度A/D转换转换器器大于大于16位位小于小于0.0001%81A/D转换速度与应用转换速度与应用5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 类别类别时间时间频率频率应用应用低速低速小于小于1ms小于小于1KHz工业电子控制、数字电压表、万用工业电子控制、数字电压表、万用表、电子秤、温度计等表、电子秤、温度计等中速中速 1ms-10s9-12位位工业控制系统、实验系统、智能化工业控制系统、实验系统、智能化仪器仪器高速高速 10-1 s13-1

39、6位位通信系统、高频信号测试系统、高通信系统、高频信号测试系统、高速测量系统速测量系统超高超高速速小于小于1 s大于大于16位位音视频处理、气象数据分析处理、音视频处理、气象数据分析处理、数字信号处理瞬态分析数字信号处理瞬态分析825.6.2数字模拟转换数字模拟转换n原理原理5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 T型电阻网络型电阻网络D/A转换原理图转换原理图+-+UR2R2R2R2RRRRRfbD0D1D2S0S1S283n输出输出5.6模拟数字转换电路模拟数字转换电路 单极性、双极性输出电路示意图参单极性、双极性输出电路示意图参见教材见教材337页，图页，图7.13n参数参数速度、分辨力（位数）速度、分辨力（位数）84征集习题题目 习题课将针对某一个具体情形下的参量测量习题课将针对某一个具体情形下的参量测量系统进行设计与计算，使同学们对检测系统设计系统进行设计与计算，使同学们对检测系统设计有一个初步的感性认识。有一个初步的感性认识。请同学们提出你感兴趣的检测量，并说明具请同学们提出你感兴趣的检测量，并说明具体情形（环境、场合、要求等），习题课上将选体情形（环境、场合、要求等），习题课上将选择较合适的题目进行设计与计算。择较合适的题目进行设计与计算。