模拟信号的变换及处理.doc

模拟信号的变换与处理本章学习要求 完成本章内容的学习后应能做到：　 1.了解模拟信号放大电路原理　　 2.了解信号调制解调原理　 3.了解信号滤波器工作原理 　 5.1 概论 　　模拟信号的变换与处理是直接对连续时间信号进行分析处理的过程，是利用一定的数学模型所组成的运算网络来实现的。从广义讲，它包括了调制、滤波、放大、微积分、乘方、开方、除法运算等。模拟信号分析的目的是便于信号的传输与处理，例如，信号调制后的放大与远距离传输；利用信号滤波实现剔除噪声与频率分析；对信号的运算估值，以获取特征参数等。 　 　　尽管数字信号分析技术已经获得了很大发展，但模拟信号分析仍然是不可少的，即使在数字信号分析系统中，也要加入模拟分析设备。例如，对连续时间信号进行数字分析之前的抗频混滤波，信号处理以后的模拟显示记录等。 　 　　传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去。其主要原因是大多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换；有些传感器输出的是电参量，要转换为电能量；输出信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比；若测试工作仅对部分频段的信号感兴趣，则有必要从输出信号中分离出所需的频率成分；当采用数字式仪器、仪表和计算机时，模拟输出信号还要转换为数字信号等。因此，传感器的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节相适应。常用的信号调理环节有：电桥、放大器、滤波器、调制器与解调器等。 　 　　尽管各类放大器的知识在有关电子电路课程中已有详细介绍，但由于信号放大是信号调理的最基本内容，因此在本章中仍对放大电路作一个简要的回顾。 　 　　本章主要介绍放大、滤波、调制与解调等常用模拟信号调理方法的基本知识。　　 5.2 信号放大电路 。。对信号的放大有很多种电路可以实现，但工程测试中所遇到的信号，多为100kHz以下的低频信号，在大多数的情况下，都可以用放大器集成芯片来设计放大电路。 . 5.2.1 应用运放IC应注意的事项 (1) 调零消除失调误差 。。“调零”技术是使用运放时必须掌握的。特别是在作直流放大器用时，由于输入失调电压和失调电流的影响，当运放的输入为零时，输出不为零，将影响运算放大器的精度，严重时使运算放大器不能正常工作。调零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压，以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规定，接入调零电路进行调零即可。 　　值得指出的是，现在的一些运放IC，其零漂系数已经做得很低，在实际应用中，如果放大倍数不是很大，输出的信号在允许范围内的话，或可以在后续的数字信号处理中能够消除零漂，那麽运放的“调零”也不一定是必须的。 。。 (2) 相位补偿消除高频自激 。。由于运算放大器是一个高增益的多级放大器组件，应用时一般接成闭环负反馈电路。当工作频率升高时，放大器会产生附加相移，可能使负反馈变成正反馈而引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补偿的原理是，在具有高放大倍数的中间级，利用一小电容C（几十～几百微微法）构成电压并联负反馈电路。有些运放已经在内部进行了补偿，如μA741。有些运放引出了补偿端，只需要按照器件手册的规定，外接补偿电路即可，如国产5G24运算放大器。 。。 (3) 过载保护 。。使用运放时要注意，不能超过其性能参数的极限值，如最大输入电压范围等。特别是在有强干扰源的场合更要注意。 。。 5.2.2 基本应用电路 。。集成运算放大器可以作为一个器件构成各种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元电路组成电子应用电路。 (1) 反相放大器 。。反相放大器是最基本的电路，如图5.2-1所示。其闭环电压增益Av为 ??????????????? (5.2-1) 反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。 图5.2-1 　 ? (2) 同相放大器 。。 。。同相放大器也是最基本的电路，如图5.2-2所示。其闭环电压增益Av为? ??????????? (5.2-2) 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。 图5.2-2 　 (3) 差动放大 。。 。。当运算放大器的反相端和同相端分别输入信号U1和U2时（如图所示），输出电压U0为? ??????????? (5.2-3) 当R1=R2，RF=R3时，为差动放大器，其差模电压增益为? ??????????? (5.2-4) 输入电阻? Rid=R1+R2=2R1?????????????????? (5.2-5) 当R1=R2=RF=R3时，为减法器，输出电压为：?