信号检测与处理电路7.4

-
R1
A1
A
-∞
I R2 B
+
+
uO
-∞
R1R
A3 RF
uI2
+ + uO2
A2
图8-2 差分测量电路
模 拟电子技术
模 拟电子技术
uo1
uo2
(1
2R1 R2
)(ui1
ui2 )
uo
RF R
(uo1 uo2 )
RF R
(1
2R1 R2
)(ui1
ui
2
)
总结：
•当UI1=UI2=UIC时，相当于电路输出了共模信号，电压输为0， 该电路总的结：共模信号被抑制。 •调节R2的阻值，可以改变电路的放大倍数。
（3）集成仪用放大器
14
4.44k
2
404
3
40.04
4
5
7
6
15
1 16
+∞ +
A1
20k 5p
5p 20k
12 9
V+
V-
5p
20k
20k
-∞ +
+
20k
A320k
-∞
5p
+
+
A2
13
11
6,7脚相连: 增益1；
10
2,6,7脚相连:增益10；
8
3,6,7脚相连: 增益100；
4,7,5,6脚相连: 增益1000；
（2）但是，根据传感器的基本原理，作为信号源的传感 器，多数的等效电阻均不是常量，它们随所测物理量 和环境的变化而变。
（3）这样，对于放大电路而言，相当于信号源内阻是变 量，根据前述源电压放大倍数的表达式

第三章：信号转换与处理电路
电磁耦合隔离放大器
变压器耦合隔离放大器本身构 成一个电磁辐射源。如果周围 其它的电路对电磁辐射敏感， 就应设法予以屏蔽。例如３６ ５６的振荡频率为７５０ｋＨ ｚ，ＢＢ公司根据它的封装专 门为它设计了屏蔽罩
第三章：信号转换与处理电路
隔离放大器的应用场合：
普通的差动放大器和测量放大器，虽然也能抑制共模干扰，但却 不允许共模电压高于放大器的电源电压。而隔离放大器不仅有很 强的共模抑制能力，而且还能承受上千伏的高共模电压。因此， 隔离放大器一般用于信号回路具有很高的共模电压的场合。
器的等效输入阻抗Rin
第三章：信号转换与处理电路
2) 同相比例放大器 同相比例放大器电路图如图所示：
Rr
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
第三章：信号转换与处理电路
3) 差动比例放大器
Af
2R2 R1
1
R2 RP
由于差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高的 特点，通常用作传感放大器或测量仪器的前端放大器。
在隔离放大器中，信号的耦合方式主要有 两种：一种是通过光电耦合，称为光电耦 合隔离放大器(如美国 B-B 公司生产的 ISO100 )；另一种是通过电磁耦合，即经过 变压器传递信号，称为变压器耦合隔离放 大器(如美国 AD 公司生产的 AD277 )。
图26 隔离放大器的 组成和符号
第三章：信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
改进电路：
输入阻抗
Rin
Vi Ii
Rr R R Rr
上式表明：只要R稍大于Rr，就能获 得很高的输入阻抗，可高达100M。 但R绝对不能小于Rr，否则输入阻抗为 负，会产生严重自激。

t
Ucm
0
t
第七章（2）检波电路
小结：
为了保证同步检波器不失真地解调出幅度尽 可能大的信号，参考电压应与输入载波同频同相， 即实现二者的同步。在实际工作时，二者的频率 必须相同，而允许有很小的相位差。但如果是电 视图像信号时也会有明显的相位失真，这一点要 注意。
第七章（2）检波电路
本讲小结
1.检波器概述：检波器的作用和组成 检波器的主要性能指标
令：
U m
1 4
K M U rmU im ma
则uo(t)为原调制信号 。
由式(7-22)得该检波器的电压传输系数 :
Kd
Um maUim
1 4
K M U rm
第七章（2）检波电路
其实际电路图如下：
0.1u
11.3.3K K
51
0.1u
100
800
0.1u ur uI 0.1u
1K
7 23
3K
8
6 MC1596
图7.28（a）电路模型
u0
ur
KMXY uz
X
LPF
u0
uI
Y
图7.28（b）原理电路
第七章（2）检波电路
1）当输入uI(t)为普通调幅波时，即 :
UI (t) Ui（m 1 ma cos t）cosct
同步电压信号为： u（r t）Urm cosct 则乘法器的输出电压为：
u（z t） KMu（I t）u（r t）=KMUrmUi（m 1 ma cos t）cos2 ct
第七章（2）检波电路
2、同步信号的产生方法
1）若输入信号器为普通调幅波，可将调幅波限幅 去除包络线变化，得到的是角频率为ωc的方波，用窄带 滤波器取出ωc成分的同步信号。

工作时序
如图所示。转换由START为高电平来启动（ START和CLOCK可不 同步）， START的上升沿将SAR复位，真正转换是从START的下降 沿开始。在START的上升沿之后的2微妙加8个时钟周期，EOC状态 输出信号将变低，以指示转换操作正在进行中。EOC保持低电平直至 转换完成后再变为高电平。当OUTPUT ENABLE（允许数据输出） 被置为高电平时，三态门打开，数据锁存器的内容输出到数据总线上。
（2）中断程序包括T0和T1两个中断，T0中断负责
ADC0809时钟的产生，T1中断负责AIN0和AIN1两个通道 转换结果的读取和显示。 （3）扩展功能：通过PWM控制温度；
参考程序：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
No Image
void main (void) { ST=0; OE=0; ETO二1; ET1二1; EA=1; TMOD=0x12; THO=216; TLO=216; TH1二(65536-4000) /25 TL1二(65536-4000)%25 TR1二1; TRO二1; ST=1; ST=0;
软件设计
1、资源分配 P0---ADC0809 D0~D7； P1---数码管段选；P2---数码管位选； P3---ADC0809控制线 P3.0-ST P3.1-OE P3.2-EOC P3.3-CLK
2、程序设计
程序主要包括主程序和中断程序。 （1）主程序负责整个流程的执行，包括按键扫描，温湿度 控制等；
while (temp/10) { dispbuf[i]=temp%10; temp二temp/10; i++; } dispbuf〔i〕=temp; ST=1; ST=0; } } }
void t0 (void) interrupt 1 using 0 { CLK=}CLK; } void t1 (void) interrupt 3 using 0 { TH1二(65536-4000)/256; TL1二(65536-4000)%256; P1=dispcode[dispbuf[dispcount]〕; P2=dispbitcode[dispcount]; if(dispcount==7) { P1=P1一0x80; } dispcount++; if(dispcount==8) {

下降速率
从滤波电路的幅频响应看，通带和阻带之间还存在一过渡带。 滤波电路主要研究的三个内容： 通带增益、截止频率及过渡带增益下降速率。
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3、 滤波电路的研究内容
根据滤波电路侧重点的不同，滤波电路可分为：
巴特沃思、切比雪夫和贝塞尔三种滤波电路。 巴特沃思滤波电路的幅频响应在通带中具有最平幅度特 性，但从通带到阻带衰减较慢。 切比雪夫滤波电路过渡带衰减迅速，但通带中有一定的文波。 贝塞尔滤波电路着重相频响应，可得失真较小的波形。 滤波电路按其传递函数分母中S的最高指数，可分为： 一阶滤波电路、二阶滤波电路和高阶滤波电路，阶数越高 下降速率越快，滤波效果越好。
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1、 利用差分放大电路实现减法运算
当R1=R2、R3=R4时，可简化为：
R4 uo (ui2 ui1 ) R1
当R1=R2=R3=R4时，可简化为：
uo ui2 ui1
在该电路的基础上增加输入端可以构成加、减混合运算电路 该减法电路可能存在两个问题：当比例系数较为复 杂时，电阻参数不好选择；当输入信号形成较大共模信 号时，运算精度会受影响。
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7.2.3 二阶有源滤波电路
1、二阶低通有源滤波电路LPF 1)一般有源二阶LPF
在一阶低通有源滤波电路的基础上，增 加一RC低通滤波电路就可构成二阶低通有源 滤波电路 。
Au ( s ) (1
Rf 1 ) R1 1 3sRC ( sRC) 2
幅频响应
Rf 1 Au (1 ) R1 1 ( f ) 2 3 j f fc fc
R1选择不同的阻值可以调节放大电路的增益。
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第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
表 7-2 Waveform Measurements VI 功能列表
序号
图标和端口
功能简介
计算输入信号的 直流分量大小和信 号的均方根。使用的 1 时候需要选择其平 均值类型和所加的 窗函数
比 Basic Averaged
DC-RMS.vi 控 制 方
2
序号
图标和端口
2
3
续表(一)
功能简介
产生由正弦、噪音和直 流偏移量复合而成的波形 信号
根据所给定的公式产生 波形信号
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
4 5
产生正弦波波形信号 产生方波波形信号
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
6 7
产生三角波波形信号 产生锯齿波波形信号
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
1) Basic Function Generator.vi Basic Function Generator.vi 位于 Function→Analyze→Waveform Generation中，其图标和端口如 图7-3所示。
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
图7-3 Basic Function Generator.vi端口
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
图7-6 Simulate signal.vi产生信号的前面板图
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
图7-7 Simulate signal.vi 产生信号的流程框图
第 7 章 LabVIEW中信号分析与处理
图7-8所示为正弦波信号加入伯努利噪音信号后的示意图。
Waveform Generation VI包括的VI的功能如表7-1所示。

16
第七章
二、同相比例运算电路
反馈方式：
iR
if Rf
电压串联负反馈。
N
输入电阻较高。
R ui
PA
uo
R'
uo
(1
Rf R
)ui
uo与ui同相且大于ui。
特例: Rf = 0 或 R= 时，Auf=1
电压跟随器
17
第七章
同相比例电路的特点：
1. 输出信号与输入信号同相 2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认
电路的输出电阻:
Ro≈0
15
第七章
反相比例电路的特点：
1. 输出信号与输入信号反相
2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认 为是0，因此带负载能力强。
3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此 对输入电流有一定的要求。
4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。
5. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比 要求低。
uo= KP ui=(-2)(-1)=2V
3.如何判断电路是否是运算电路？有哪些基本运算电路？ 怎样分析运算电路的运算关系？
4.为了获得信号中的直流分量，或者为了获得信号中的 高频分量，或者为了传送某一频段的信号，或者为了 去掉电源所带来的50Hz干扰，应采用什么电路？
2
本章讨论的问题：
5.滤波电路的功能是什么？什么是有源滤波和无源滤波？ 为什么说有源滤波电路是信号处理电路？ 6.有几种滤波电路？它们分别有什么特点？
12
第七章
比例运算电路 加减运算电路 微积分运算电路 其他运算电路
反相比例运算电路 同相比例运算电路 电压跟随器
反相求和电路 同相求和电路 差分电路

三、加减运算电路
1. 反相求和
方法一：节点电流法
uN uP 0 iF iR1 iR2 iR3
uI1 uI2 uI3 R1 R2 R3
uO
iFRf
Rf
(
uI1 R1
uI2 R2
uI3 ) R3
1. 反相求和
方法二：利用叠加原理
首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所 有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。
（2）描述方法：运算关系式 uO＝f (uI) （3）分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。
4、学习运算电路的基本要求
（1）识别电路； （2）掌握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法。
二、比例运算电路
1. 反相输入
+ iN=iP=0，
_
uN=uP=0－－虚地
在节点N： iF
iR
uI R
1) 电路引入了哪种组态的负反馈？
(1
Rf R
) uI
1) 电路引入了哪种组态的负反馈？ 2) 输入电阻为多少？ 3) 电阻R’＝？为什么？ 4) 共模抑制比KCMR≠∞时会影响运算精度吗？为什么？
运算关系的分析方法：节点电流法
同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器
uO uN uP uI
1) F ? 2) Ri ? Ro ? 3) uIc ?
uI4 R4
uI1 R1
uI2 ) R2
若R1∥ R2∥ Rf≠ R3∥ R4 ∥ R5，uO＝?
uO
Rf R
(uI2 uI1)
实现了差分 放大电路
讨论
（1）组成哪种基本运算电路？与用一个 运放组成的完成同样运算的电路的 主要区别是什么？

2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uO＝f(uI) 电压传输特性的三个要素：
（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL； （2）阈值电压UTH； （3）输入电压过阈值电压时，输出跃变的方向；
模 拟电子技术
00:08:20
3. 几种常用的电压比较器
（1）单阈值比较器：只有一个阈值电压；
（2）滞回比较器：具有滞回特性，两个阈值电压；
f f0 20lg Au / Aup 20lg 3 9dB;
f 10 f0 20lg Au / Aup 40dB;
f 100 f0
20lg Au / Aup 80dB;
优点：过渡带窄。
缺点：在f = f0 附近，输出幅度衰减大。
改进思路：在提升 f0 附近的输出幅度。
模 拟电子技术
00:08:20
U
UM
1
jCR 1
UM U (jCR 1)
Ui (2 jRC)(jCR 1)U U jRCUO Ui [1 (RC )f
U
U0 Aup
Aup
1
Rf R1
模 拟电子技术 Ui [1 (RC )2 3jRC]U jRCU O
（五） 压控二阶有源滤波 LPF
为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按－40dB/十倍频下降。
f→0时，C1断路，正反馈 断开，放大倍数为通带放大 倍数。
f →∞， C2短路，正反馈不 起作用，放大倍数→0 。
引入正反馈
因而有可能在f = f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。 对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。
Aup
1 ( f )2 j 1 f
f0
Q f0
模 拟电子技术
00:08:20