信号调理技术

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1、信号放大信号调制解调信号滤波第四章信号调理技术信号调理的目的信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。1.传感器输出的电信号通常很小，需要放大，有时还要进行阻抗变换等其它处理。2.某些场合，为便于信号的传输，需要对测量信进行调制解调处理。3.传感器输出信号有时混有干扰噪声，需要滤除噪声，提高信噪比。4.1信号放大理想运输放大器直流放大器交流放大器电桥电荷放大器1、理想运输放大器理想运算放大器的输入、输出满足下面的关系式其中Ad是放大器的开环电压增益。（4—1）理想运算放大器的主要条件是：开环电压增益无限大；输入阻抗无限大；输出阻抗为零；输入失调电压为零；共模抑制比无限大；带宽

2、无限大。理想运算放大器有两个重要持性：（1）由于其开环电压增益无穷大，由式（4—1）知，即理想运算放大器两输入端之间的电压差为零(“虚短”)。（2）由于其输入阻抗无穷大，所以输入偏置电流及信号电流均为零(“虚断”)。掌握理想运算放大器的概念及上述两个特性非常重要。2、直流放大器（1）反向放大器理想运算放大器反相输入时的闭环增益：反相输入时的输入阻抗理想运算放大器的开环输出阻抗为零，所以闭环时的输出阻抗也是零。（2）同向放大器理想运算放大器在同相输入时的闭环增益同相输入的闭环输入阻抗为无穷大，输出阻抗也为零。由于运算放大器二输入端之间的电位基本相等，所以，同相输入时放大器二输

3、入端与地之间的电压都等于信号电压，即存在幅值与输入信号相等的共模输入电压；而反相输入时放大器反相端的电位基本等于地电位，但该点又不接地，所以称为“虚地”，即反相输入时放大器不承受共模信号电压。3、交流放大器(1)反相放大电路在反相输入端，接入隔直电容C1，其频率特性从0到范围内以6dB/倍频程上升。当频率高于fz时，输入阻抗等于R1，因此，要得到高输入阻抗必须增大Rl。为了防止振荡，在RP二端并联一旁路电容CP，并根据时间常数RPCP应大于输入回路时间常数R1Cl的原则，决定CP的大小。（2）同向放大器在同相输入端接入隔直电容C1其频率特性从直流到范围内，以6db／倍频程上

4、升。与直流放大电路不同的是，在同相端和地之间必须接入电阻RP，RP主要起C1放电回路的作用，没有这一电阻，放大器就无法工作。接入RP产生的问题？高输入阻抗同相交流放大器自举电路：利用反馈、减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。放大器输出的电压通过Rf加到反相端。在R1两端作用着等电位的电压，在R1两端没有信号电流流过、故对交流而言，R1可看作无穷大。此时，同相交流放大电路的输入阻抗，仍然可用直流同相放大器输入阻抗关系式计算。4、电桥（1）直流电桥VER1R3R2R4●平衡条件令：半桥全桥直流电桥特点测量静态或准静态物理量时，输出是直流量，可用直流电表测量，精度较高

5、；连接导线要求低，调平衡简单；容易引入工频干扰，不适宜动态测试；动态测量往往采用交流电桥。（2）交流电桥●平衡条件激励电源是高频交流电压源或电流源(电源频率一般是被测信号频率的十倍以上)；二是交流电桥的桥臂可以是纯电阻，也可以是包含有电容、电感的交流阻抗。交流电桥特点交流电桥在动态测试中得到广泛应用，它使不同频率动态信号的后续放大器所要求的特性易于实现。电桥连接的分布参数会对电桥的平衡产生影响，对于纯电阻交流电桥，由于导线间存在分布电容，也相当于在各桥臂上并联了一个电容。在调节平衡时，除了考虑阻抗的模的平衡条件，还需考虑阻抗角的平衡条件。5、电荷放大器电荷放大器：就是输出电

6、压正比于输入电荷的一种放大器。它是一种利用电容负反馈的高增益放大器。（1）理想情况传感器的输出电荷Q对电容Cf充电，Cf上的充电电压为UC＝Q／Cf。因此有：电荷放大器的输出电压仅和输入电荷成正比，与反馈电容Cf成反比，与其它电路参数、输入信号频率无关。（2）电荷放大器的实际等效电路CS压电传感器固有电容Cc输入电缆等效电容；Ci放大器输入电容；Cf反馈电容；Gc输入电缆的漏电导；Gi放大器的输入电导；Gf反馈电导。根据等效电路可得：其中：代入式（1）得：（1）（2）（3）电荷放大器特性通常情况下：Gc、Gi、Gf很小一般情况下：（4）电荷放大器频率特性式(2)是电荷放大器

7、的频率特性表达式。由于开环增益很大，通常满足：式(2)可写为：(3)当信号频率f较低时，就不能忽略，f愈低，影响愈大。当时，输出电压幅值为：可以看出，这是截止频率点电压输出值。相应的下限截止频率(增益下降3dB时的对应频率)为：若要设计下限截止频率fL很低的电荷放大器,则需要选择足够大的反馈电容Cf及反馈电阻Rf；即增大反馈回路时间常数RfCf。当频率w很高时，，放大器输出：电荷放大器的高频响应主要受输入电缆的分布电容、及放大器的频率响应的限制。电缆分布电容的限制当远距离测量时，输入电缆可达数百米，甚至数千米。若电