第1章微弱信号检测与噪声(有补充)

1、 微弱信号概述微弱信号概述 微弱信号检测理论微弱信号检测理论 微弱信号检测方法微弱信号检测方法 微弱信号放大电路微弱信号放大电路 检测的任务不仅是对产品的检验和测量，在微弱信号 处理时，需要随时检查和测量信号参量的大小和噪声变化 等情况。技术发展是由人工到自动、由模拟信号到数字信 号处理的过程。 关 于 检 测 1 1电测法和非电测法电测法和非电测法 电测法在现代测量中被广泛采用。电测法是 指在检测回路中含有测量信息的电信号转换环节， 可以将被测的非电量转换为电信号输出。 2 2直接测量和间接测量直接测量和间接测量 直接测量是用预先标定好的测量仪表直接 读取被测量的测量结果，如用万用表测量电压

2、、 电流、电阻等，简单且快速。间接测量则需要 先测出中间量，利用被测量与中间量的函数关 系再计算出被测量的数值，过程较为复杂。 3 3静态测量和动态测量静态测量和动态测量 根据被测量是否随 时间变化，将测量方法 分为静态测量和动态测 量。静态测量是测量不 随时间变化或变化很缓 慢的物理量；动态测量 则是测量随时间变化的 物理量。 1 1绝对误差绝对误差 绝对误差x是指测量值x与真值L0之间的差值。 1.1.2 测量误差及其表示方法 0 xxL 由于真值L0的不可知性，在实际应用时，常用 实际真值L代替，即用被测量多次测量的平均值或 上一级标准仪器的测量值作为实际真值L，即 xxL （1.1）

3、（1.2） 绝对误差是一个有符号、大小、量纲的物理量， 它只表示测量值与真值之间的偏离程度和方向， 而不能说明测量质量的好坏。 2 2相对误差相对误差 （1.3） 相对误差常用百分比来表示，一般多取正值。 相对误差可分为实际相对误差、示值（标称）相 对误差和最大引用（相对）误差等。 （1）实际相对误差 实际相对误差是用测量值的绝对误差x与其 实际真值L的百分比来表示的相对误差，即 100% x L （1.4） （2）示值（标称）相对误差 示值（标称）相对误差是用测量值的绝对误差 x与测量值x的百分比来表示的相对误差，即 %100 x x x （3）引用（相对）误差 引用（相对）误差是指测量值的

4、绝对误差x 与仪器量程Am的百分比。引用误差的最大值叫做 最大引用（相对）误差，即 m %100 | m m x = （1.5） 最大引用误差又称满度（引用）相对误差或 仪表的基本误差，是仪表的主要质量指标。 基本误差去掉百分号（%）后的数值定义为仪 表的精度等级，规定取一系列标准值，通常用阿 拉伯数字标在仪表的刻度盘上，等级数字外有一 圆圈。 精度等级数值越小，测量精确度越高，仪表 价格越贵。 表1.1 仪表的精度等级和基本误差 m x | m %2 . 1%100 500 6 %100 | m m m A x 图1.2 pin示意图 任务与实施 【任务】用温度传感器对某温度进行12次等 精

5、度测量，测量数据（）如下： 20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、 20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51 要求对该组数据进行分析整理，并列写出 最后的测量结果。 【实施方案】数据处理一般采取的步骤如下： x 493.2092.245 12 1 12 11 12 11 i i n i i xx n x xxp ii 0004.0 12 1 i i p 0 1 n i i p 2 i p 02.0 11 1068.44 1 4 12 1 2 n p i i 为其它值 , 0 , )( cc A H d t)( |H()| -C C

6、0 A () -C C 0 HL |H()| 0 A -H H L -L c -c 本地振荡器 x(t) y(t) c(t) X(f) f(kHz) 0.33.4-3.4-0.3 Y(f) f(kHz) 20 20.3 23.4 19.716.6 上边带 下边带 Vs Rs C L C L C0（Z1） RL Vo + (b) 2Z2 2Z2 End 为了获得工作频率高度稳定、阻带衰减特性十为了获得工作频率高度稳定、阻带衰减特性十 分陡峭的滤波器，就要求滤波器元件的品质因数分陡峭的滤波器，就要求滤波器元件的品质因数 很高。很高。LCLC型滤波器的品质因数一般在型滤波器的品质因数一般在10010

7、0200200范围范围 内，不能满足上述要求。内，不能满足上述要求。 石英谐振器的品质因数石英谐振器的品质因数可达几万甚至几可达几万甚至几 百万，因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰百万，因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰 减特性很陡峭、通带衰减很小的滤波器。减特性很陡峭、通带衰减很小的滤波器。 l. 压电效应和压电振荡压电效应和压电振荡 C0 rq Cq Lq JT b a 在石英晶体两个管脚加交变在石英晶体两个管脚加交变 电场时，它将会产生一定频率的电场时，它将会产生一定频率的 机械变形，而这种机械振动又会机械变形，而这种机械振动又会 产生交变电场，上述物理现象称产生交变电场，上述物

8、理现象称 为为压电效应。压电效应。 通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为 某一特定值时，机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共某一特定值时，机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共 振，称之为振，称之为压电振荡压电振荡。 2. 石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路和振荡频率 C0 rq Cq Lq b a 当石英晶体不振动时，可等效为一个平当石英晶体不振动时，可等效为一个平 板电容板电容C0，称为静态电容；其值决定于晶片，称为静态电容；其值决定于晶片 的几何尺寸和电极面积，一般约为几几十的几何尺寸和电极面积，一般约为几几十

9、 pF。 当晶片产生振动时，机械振动的惯性等当晶片产生振动时，机械振动的惯性等 效为电感效为电感Lq，其值为几，其值为几mH几十几十H。 晶片的弹性等效为电容晶片的弹性等效为电容Cq，为，为0.010.1pF，因此，因此Cq C0 。 晶片的摩擦损耗等效为电阻晶片的摩擦损耗等效为电阻rq，约为，约为100，理想情况下，理想情况下 rq=0。 当等效电路中的当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振支路产生串联谐振 时，该支路呈纯阻性，等效电阻为时，该支路呈纯阻性，等效电阻为R，谐振频率，谐振频率 此时，整个网络的阻抗等于此时，整个网络的阻抗等于R并联并联C0的容的容 抗，因抗，因R C0的

10、容抗，故可近似认为整体也呈的容抗，故可近似认为整体也呈 纯阻性，等效电阻为纯阻性，等效电阻为R。 qq s CL f 2 1 当当f f s时，串联支路呈容性，石英晶体呈容性。时，串联支路呈容性，石英晶体呈容性。 当当f f s时，时，L、C和和R支路呈感性，在某一频率将与支路呈感性，在某一频率将与C0产生产生 并联谐振，石英晶体又呈纯阻性，谐振频率并联谐振，石英晶体又呈纯阻性，谐振频率 0 q s 0q 0q q p 1 2 1 C C f CC CC L f C0 rq Cq Lq b a qq s 2 1 CL f 0 q s 0q 0q q p 1 2 1 C C f CC CC L

11、f 由于由于CqCq, 它的接入系数它的接入系数p Cq /C0很小，大大减小了加到晶体两端的外很小，大大减小了加到晶体两端的外 部电路元件对晶体的影响。部电路元件对晶体的影响。 C0 rq Cq Lq b a 4. 石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用 工作于串联谐振与并联谐振之工作于串联谐振与并联谐振之 间的狭长感性区，电感是频率的函间的狭长感性区，电感是频率的函 数，且随频率增加而剧烈增加，从数，且随频率增加而剧烈增加，从 而遏制频率的进一步增加。而遏制频率的进一步增加。 O X 容性容性 容性容性 感感 性 性 s f p f 4 作电感用作电感用 它具有很高的它具有很高的Q值。值

12、。 4 工作于串联谐振状态工作于串联谐振状态 C0 rq Cq Lq b a End 利用某些陶瓷材料的压电效应构利用某些陶瓷材料的压电效应构 成的滤波器，称为陶瓷滤波器。它的成的滤波器，称为陶瓷滤波器。它的 等效品质因数等效品质因数 为几百，比 为几百，比LC滤波滤波 器高，但远比石英晶体滤波器低。器高，但远比石英晶体滤波器低。 因此作滤波器时，通带没有石英因此作滤波器时，通带没有石英 晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤 波器差。它具有与石英晶体相类似的波器差。它具有与石英晶体相类似的 压电效应，因此陶瓷谐振器的等效电压电效应，因此陶瓷谐振器的等效电 路与石英晶

13、体的相同。路与石英晶体的相同。 电路组成原则：电路组成原则：中心频率是串臂的串联谐振频率和并臂的 并联谐振频率，截止频率分别对应串臂的并联谐振频率和并臂 的串联谐振频率。 谐振子数目愈多，滤波器的带外衰减性能愈强。 End 表面声波滤波器具有体积小、重量轻、中心频率表面声波滤波器具有体积小、重量轻、中心频率 可做得很高、相对频带较宽、矩形系数接近于等特可做得很高、相对频带较宽、矩形系数接近于等特 点，并且它可以采用与集成电路工艺相同的平面加工点，并且它可以采用与集成电路工艺相同的平面加工 工艺，制造简单、成本低、重复性和设计灵活性高，工艺，制造简单、成本低、重复性和设计灵活性高， 可大量生产，

14、所以是一种很有发展前途的滤波器。可大量生产，所以是一种很有发展前途的滤波器。 End 表面声波滤波器具有体积小、重量轻、中心频率 可做得很高、相对频带较宽、矩形系数接近于等特 点，并且它可以采用与集成电路工艺相同的平面加工 工艺，制造简单、成本低、重复性和设计灵活性高， 可大量生产，所以是一种很有发展前途的滤波器。 将要传送的信息装载到某一高频将要传送的信息装载到某一高频 载频信号上去的过程。载频信号上去的过程。 发射 天线 高频振荡 高频放大 话筒声音 缓冲倍频调制 音频放大 1.定义定义 3. 调制的方式和分类调制的方式和分类 调幅调幅 调相调相 调制调制 连续波调制连续波调制 脉冲波调制脉冲波调制 脉宽调制脉宽调制 振幅调制振幅调制 编码调制编码调制 调频