第七章信号检测与处理电路..doc

第七章 信号检测与处理电路 一、教学要求 知 识 点 教 学 要 求 学时 掌握 理解 了解 ?????信号检测系统的基本组成　 ? ? √ 检测系统中的放大电路 　 测量放大器的电路结构和工作原理 √ ? 　 隔离放大器的电路结构和工作原理 ? √ ? 有源滤波器 　 滤波器的基础知识 √ ? ? 　 低通、高通有源滤波器特性和分析方法 √ √ 　 带通、带阻有源滤波器电路结构与特性 ? ? √ 电压比较器的特性和分析方法 √ ? ? 二、重点和难点 本章的重点和难点 本章的重点是： 测量放大器的电路结构和工作原理、滤波器的基础知识、低通和高通有源滤波器特性和????????????????分析方法、电压比较器的特性和分析方法。 本章的难点是： 二阶有源滤波器、迟滞比较器的电路分析。 三、教学内容 7.1 信号检测系统的基本组成 ????一般信号检测系统的前向通道主要包含传感器、放大器、滤波器、采样保持器和模数转换器等电路模块。????将被测物理量转换成相应的电信号的部件称为传感器。传感器输出的电信号一般都比较微弱，通常需要利用放大电路将信号放大。然而，与被测信号同时存在的还会有不同程度的噪声和干扰信号，有时被测信号可能会被淹没在噪声及干扰信号之中，很难能分清哪些是有用信号，哪些是干扰和噪声。因此，为了提取出有用的信号，而去掉无用的噪声或干扰信号，就必须对信号进行处理。????在信号处理电路中，应根据实际情况选用合理的电路。例如，当传感器的工作环境恶劣，输出信号中的有用信号微弱、共模干扰信号很大，而传感器的输出阻抗又很高，这时应采用具有高输入阻抗、高共模抑制比、高精度、低漂移、低噪声的测量放大器；当传感器工作在高电压、强电磁场干扰等场所时，还必须将检测、控制系统与主回路实现电气上的隔离，这时应采用隔离放大器；对于那些窜入被测信号中的差模干扰和噪声信号，通常需要根据信号的频率范围选择合理的滤波器来滤除。????另外，在信号检测系统中，有时还需要对某些被测模拟信号的大小先做出判断后，再根据实际情况进行必要的处理，这一任务可利用电压比较器来完成。????在数字化检测系统中，A/D转换器和采样/保持电路也是常用部件 7.2检测系统中的放大电路 测量放大器和隔离放大器是信号检测系统中常用的放大电路。 1．测量放大器????测量放大器又称为数据放大器或仪表放大器，它具有高输入抗阻、高共模抑制比等特点， 常用于热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量以及其它有较大共模干扰的直流缓变微弱信号的检测。????三运放测量放大器是测量放大器的典型电路结构，只要电路参数对称性好，就可实现高共模抑制比的特性。然而，电路中的运放及电阻要作到完全对称确实比较困难，这就影响了其性能的进一步提高。因此，在要求较高的场合，应采用单片集成测量放大器。例如国产的ZF601，美国AD 公司的AD521、AD522，以及美国国家半导公司的LH0038等。 2．隔离放大器????隔离放大器是一种特殊的测量放大电路，其输入回路与输出回路之间是电绝缘的，没有直接的电耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。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）。 ?7.3 滤波器的基础知识 1．滤波器的功能????滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。????滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。 2．滤波器的分类????（1）按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。????（2）按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。????????低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。????????高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。????????带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。????????带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。????（3）按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。????????无源滤波器：仅由无源元件（R、L和C）组成的滤波器，它是利用