第2章测试信号转换处理电路课件.ppt

2.4信号的运算 运算电路是测控电路的重要组成部分，广泛应用于各种仪器中。如在表面粗糙度的测量中，平均偏差Ra需要进行平均值、绝对值和积分等运算才能求得。 运算电路分为模拟运算电路和数字运算电路两大类。一般来说，在精度要求低于0.1%的情况下，仍采用模拟运算电路来实现对测量信号的运算，更主要的是模拟运算电路具有运算实时性。 在目前广泛使用的测试系统中，绝大多数的模拟运算电路都是有源的，即采用运算放大器。 运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将作为理想运放。 理想运放的条件 虚短路 放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。 虚开路 运放工作在线性区的特点 在分析信号运算电路时对运放的处理 Exit 2.4.1 加减运算电路 一、加法运算电路 反相加法电路 输出端再接一级反相放大器，可消除负号，实现完全符合常规的算术加法。 Exit 同相加法电路 二、减法运算电路 利用加法运算电路实现减法运算 ——将代表被减数的信号反相后，与代表减数的信号相加，从而实现减法。 三、滤波器特性的逼近 理想滤波器要求幅频特性A(ω)在通带内为一常数，在阻带内为零，没有过渡带，还要求群延时函数在通带内为一常量，这在物理上是无法实现的。实践中往往选择适当逼近方法，实现对理想滤波器的最佳逼近。 测控系统中常用的三种逼近方法为： 巴特沃斯逼近 切比雪夫逼近 贝赛尔逼近 （一）巴特沃斯逼近 这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化。其幅频特性为 n阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为 其中 0.5 1.0 ω/ω0 n=2 n=4 n=5 1 2 0 A 1 -180° 0 ω/ω0 n=5 n=4 n=2 -360° 2 ?/(°) （二）切比雪夫逼近 这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量△Kp。其幅频特性为 （三）贝赛尔逼近 这种逼近与前两种不同，它主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。 滤波器的传递函数与频率特性 1-五阶贝塞尔滤波器 2-五阶巴特沃斯滤波器 3-五阶通带波纹为0.5dB的切比雪夫滤波器 4-五阶五阶通带波纹为2dB的切比雪夫滤波器 按滤波特性可将滤波分为三种类型：最大平坦型、纹波型和恒延时型，对应的阻尼系数?分别等于、小于和大于 2 1 A 0 ?/?c 1.0 0.5 1 2 3 4 1 ? 0 ?/?c -360 -180 1 2 2 3 4 1. 巴特沃思逼近 对于二阶的滤波器，巴特沃思滤波器的? ＝ 2. 切比雪夫逼近 对于二阶的滤波器，切比雪夫滤波器的? 3. 贝塞尔逼近 对于二阶的滤波器，贝塞尔滤波器的? ＝ 根据“最佳逼近特性”标准分类的三种滤波器的比较 巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性； ? 切贝雪夫滤波器的通带有波纹，过渡带轻陡直，因此，在不允许通带内有纹波的情况下，巴特沃斯型更可取；从相频响应来看，巴特沃斯型也要优于切贝雪夫型； 贝塞尔滤波器只满足相频特性而不关心幅频特性。贝塞尔滤波器又称最平时延或恒时延滤波器。其相移和频率成正比，即为一线性关系。但是由于它的幅频特性欠佳，而往往限制了它的应用。???????? 2.3.2 RC有源滤波电路 一、压控电压源型滤波电路 该电路压控增益Kf=1+R0/R ，传递函数为 1、低通滤波电路 滤波器参数为 2、高通滤波器 3、带通滤波器 4、带阻滤波器 二、无限增益多路反馈型滤波电路 1、低通滤波电路 2、高通滤波器 3、带通滤波器 三、双二阶环滤波电路 双二阶环电路利用两个以上由加法器、积分器等组成的运算放大电路，根据所要求的传递函数，引入适当的反馈构成滤波电路。 其突出特点是电路灵敏度低，因而特性非常稳定，并可实现多种滤波功能，经过适当改进还可将运算放大器数目减少到两个。 1、低通与带通滤波电路 从u3点输出为带通滤波电路，从u2点与u1点输出为低通滤波电路。Kp1、Kp2、Kp3分别为由u1、u2、u3输出时的通带增益。 可用R5调节w0，用R2调节Q，用R0调节Kpi，各参数间相互影响很小。 2、可实现高通、带阻与全通滤波的双二阶环电路 ∞ - + + N1 ∞ - + + N2 ∞ - + + N3 uo(t) ui(t) R01 R1 R2 C1 R3 R4 R