信号调理电路剖析

1、信号调理电路剖析1 第五章第五章 信号调理信号调理 信号调理电路剖析2 检测系统的构成检测系统的构成 力力 位移位移 速度速度 加速度加速度 压力压力 流量流量 温度温度 电阻式电阻式 电容式电容式 电感式电感式 压电式压电式 热电式热电式 光电式光电式 磁电式磁电式 电桥电桥 放大器放大器 滤波器滤波器 调制器调制器 解调器解调器 运算器运算器 阻抗变换器阻抗变换器 笔式记录仪笔式记录仪 光线示波器光线示波器 磁带记录仪磁带记录仪 电子示波器电子示波器 半导体存储器半导体存储器 显示器显示器 磁卡磁卡 数据处理器数据处理器 频谱分析仪频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪实时信号分析仪 电子计算

2、机电子计算机 被测对象被测对象 传感器传感器 中间变换中间变换 测量装置测量装置 显示及显示及 记录装置记录装置 实验结果实验结果 处理装置处理装置 激发装置激发装置 信号调理电路剖析3 信号调理的基本概念信号调理的基本概念 信号调理：对传感器输出信号进行操作，将其信号调理：对传感器输出信号进行操作，将其 转换成满足后续传输与处理系统要求的信号转换成满足后续传输与处理系统要求的信号 信号调理与检测电路关系：界限不很清楚，有信号调理与检测电路关系：界限不很清楚，有 时二者合二为一。如有些教材将电阻抗时二者合二为一。如有些教材将电阻抗-电压转电压转 换电路（电阻、电感、电容等检测电路）归为换电路（

3、电阻、电感、电容等检测电路）归为 信号调理电路。信号调理电路。 信号调理电路剖析4 信号调理的类型信号调理的类型 n电平调整（放大或衰减）电平调整（放大或衰减） n线性化（非线性信号调正成线性信号）线性化（非线性信号调正成线性信号） n信号形式变换（如电压电流变换）信号形式变换（如电压电流变换） n滤波与阻抗匹配（滤波电路、传感器内滤波与阻抗匹配（滤波电路、传感器内 部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理）部阻抗或电缆阻抗引起重大误差的处理） 信号调理电路剖析5 电平调整电平调整 检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器，检测系统中虽然可以采用输出标准信号的变送器， 但在具体设计中也常用传感器加

4、电平调整的方案。但在具体设计中也常用传感器加电平调整的方案。 原因有三：原因有三： 变送器虽然方便但成本较高，缺乏调节环节；变送器虽然方便但成本较高，缺乏调节环节； 在检测系统设计与调试过程中，为了得到理想的在检测系统设计与调试过程中，为了得到理想的 传函常常调整传感器传函常常调整传感器/放大器的传函；放大器的传函； 变送器量程也是标准的，不能全满足工程要求。变送器量程也是标准的，不能全满足工程要求。 信号调理电路剖析6 电平调整电平调整 该电路可以实现信号的衰减该电路可以实现信号的衰减 R1 Vi Vo R2 无源电平调整电路无源电平调整电路 io V RR R V 21 2 信号调理电路剖

5、析7 电平调整电平调整 注意：注意： 两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果两个电阻的稳定性直接影响电平调整效果 作为传感器电路的负载希望电阻大些，作为作为传感器电路的负载希望电阻大些，作为 后续电路的输入希望电阻小些，折中考虑后续电路的输入希望电阻小些，折中考虑 大阻值（如大阻值（如M M）的电阻精度与噪声均较差）的电阻精度与噪声均较差 常用于精度要求较低的场合，否则用有源调常用于精度要求较低的场合，否则用有源调 整电路整电路 信号调理电路剖析8 电平调整电平调整 i i f o V R R V 有源电平调整电路普遍采用有源电平调整电路普遍采用 运算放大器，如反相放大电运算放大器，如反相放大电

6、 路、同相放大电路等。路、同相放大电路等。 Vi Vo R2 反相放大电路反相放大电路 + - + Ri Rf Rp 信号调理电路剖析9 电平调整电平调整 有源电平调整的特点有源电平调整的特点 n可以实现放大或衰减，调整方便；可以实现放大或衰减，调整方便； n满足了阻抗匹配要求；满足了阻抗匹配要求； n放大电路的带宽有限，一般厂家给增益带宽积，放大电路的带宽有限，一般厂家给增益带宽积， 如如30MHz，若，若G=1000，则带宽小于，则带宽小于30KHz ； n放大器本身的噪声影响；放大器本身的噪声影响； n放大器参数影响：输入失调电流、输入失调电压放大器参数影响：输入失调电流、输入失调电压

7、fkTREt4 信号调理电路剖析10 电平调整电平调整 某差动压力传感器的输出为某差动压力传感器的输出为33mV58mV，数据，数据 采集卡输入范围为采集卡输入范围为0.5V4.5V，因此中间需要电，因此中间需要电 平调整电路。平调整电路。 调整电路应具有如下特性：调整电路应具有如下特性： 33mV58mV调整成调整成0.5V4V（留（留0.5V余量）余量） 信号调理电路剖析11 电平调整电平调整 Vi1 Vo 双运放电压调整电路双运放电压调整电路 R2 + - + R1 R2 R2 + - + Vref R3 R4 Vi2 信号调理电路剖析12 电平调整电平调整 双运放电压调整电路的输出为双

8、运放电压调整电路的输出为 ref 13 24 2 3 4 1 1 2 3 4 11V RR RR V R R V R R R R V iio 选取电阻值，使选取电阻值，使 2 1 3 4 R R R R ，则电路具有较高，则电路具有较高CMRR， 双运放电压调整电路的输出简化为：双运放电压调整电路的输出简化为： ref12 3 4 1VVV R R V iio 信号调理电路剖析13 电平调整电平调整 双运放电压调整电路的增益为双运放电压调整电路的增益为 1 3 4 R R G 改变增益且保证改变增益且保证CMRR不变，须同时调整两个电阻值。不变，须同时调整两个电阻值。 能否只调整一个电阻值就达

9、到目的？能否只调整一个电阻值就达到目的？ 信号调理电路剖析14 电平调整电平调整 Vi1 Vo 增益可调的双运放电压调整电路增益可调的双运放电压调整电路 R2 + - + R1 R2 R2 + - + Vref R3 R4 Vi2 RG 信号调理电路剖析15 电平调整电平调整 电路的输出为电路的输出为 ref 13 24 2 3 244 3 4 1 13 24 3 244 3 4 1V RR RR V RR RR R R R R V RR RR RR RR R R R R V i GG i GG o 选取电阻值，使选取电阻值，使 3214 RRRR ref12 4 3 4 21VVV R R

10、R R V ii G o 输出简化为：输出简化为： 信号调理电路剖析16 电平调整电平调整 Vi1 Vo 具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路具有正负零位电压调整的三运放电压调整电路 R1= R4， R2= R3， R5= R6 R2 + - + R1 R2 R2 + - + Vref R3 R4 Vi2 RG R2 + - + Vshift R5R6 信号调理电路剖析17 电平调整电平调整 电路的输出为电路的输出为 shiftref12 4 3 4 212VVVV R R R R V ii G o 信号调理电路剖析18 线性化线性化 检测系统中希望输入输出特性是线性化的。检测系统中希望输

11、入输出特性是线性化的。 实际传感器大多数是非线性化的。实际传感器大多数是非线性化的。 减少计算量，提高运算速度；减少计算量，提高运算速度； 满足线性刻度；满足线性刻度； 使用方便。使用方便。 信号调理电路剖析19 线性化线性化 数字式线性化：单片机、嵌入式系统、专用芯片；数字式线性化：单片机、嵌入式系统、专用芯片； 灵活，适用性强，速度有限，难灵活，适用性强，速度有限，难 以满足动态检测场合。以满足动态检测场合。 模拟式线性化：在信号调理电路中加入模拟非线模拟式线性化：在信号调理电路中加入模拟非线 性环节。性环节。 按使用元件分：无源线性化、有源线性化按使用元件分：无源线性化、有源线性化 信号

12、调理电路剖析20 线性化线性化 硬件线性化的特点硬件线性化的特点 实时性强、简便、经济、可靠，应用广泛。实时性强、简便、经济、可靠，应用广泛。 n用简单的无源器件（如电阻）与敏感器件并用简单的无源器件（如电阻）与敏感器件并 联或串联，只要电阻值选择合适，就可以将非联或串联，只要电阻值选择合适，就可以将非 线性校正到满意的程度。线性校正到满意的程度。 如湿敏电阻的线性化如湿敏电阻的线性化 信号调理电路剖析21 线性化线性化 电阻电阻 RHa RHb RHc a b c 相对湿度相对湿度RH%HaHbHc RHRRh 湿敏电阻的线性化湿敏电阻的线性化 信号调理电路剖析22 线性化线性化 H H H

13、 RR RR R 并联后的总电阻为并联后的总电阻为 使使a，b，c三点一线应满足三点一线应满足 HcHbHbHa RRRR 即满足即满足 Hc Hc Hb Hb Hb Hb Ha Ha RR RR RR RR RR RR RR RR 信号调理电路剖析23 线性化线性化 HbHcHa HcHaHcHbHb RRR RRRRR R 2 2 解得：解得： 电阻电阻 RHa RHb RHc a b c 相对湿度相对湿度RH%HaHbHc 湿敏电阻修正后的特性曲线湿敏电阻修正后的特性曲线 信号调理电路剖析24 线性化线性化 HbHcHa HcHaHcHbHb RRR RRRRR R 2 2 也可以直接对

14、输出电压也可以直接对输出电压 进行线性化：进行线性化： Vi RH R Vo 串联电阻线性化电路串联电阻线性化电路 这种方法所需元件少、成本低，非常简便。但校这种方法所需元件少、成本低，非常简便。但校 正范围窄，校正准确度不高，主要用于被测量变正范围窄，校正准确度不高，主要用于被测量变 化不大的场合。否则，要采用较复杂的无源电路。化不大的场合。否则，要采用较复杂的无源电路。 信号调理电路剖析25 线性化线性化 n用较复杂的无源电路用较复杂的无源电路 仍以湿敏电阻为例，下图是不同敏感区的敏感元仍以湿敏电阻为例，下图是不同敏感区的敏感元 件进行组合来进行线性化的电路件进行组合来进行线性化的电路 R

15、1 R2 RH2 RH1 RH 信号调理电路剖析26 线性化线性化 电阻电阻 湿敏电阻的线性化效果湿敏电阻的线性化效果 相对湿度相对湿度RH% HaHbHcHd 电阻电阻 a b c 相对湿度相对湿度RH% HaHbHcHd 信号调理电路剖析27 线性化线性化 n用传感器特性曲线上线性较好的一段改善线性用传感器特性曲线上线性较好的一段改善线性 Hzf NF 0 F 2 F 1 F 4000 3000 2000 振弦式传感器的特性曲线振弦式传感器的特性曲线 振弦式传感器的特振弦式传感器的特 性曲线中，频率的性曲线中，频率的 平方与张力的成正平方与张力的成正 比，通过施加预紧比，通过施加预紧 力，

16、调整到中间一力，调整到中间一 段测量，非线性显段测量，非线性显 著减小。著减小。 信号调理电路剖析28 线性化线性化 无源线性化的缺点是降低了灵敏度。无源线性化的缺点是降低了灵敏度。 有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管等有有源线性化：运用运放、场效应管或晶体管等有 源器件实现线性化。源器件实现线性化。 因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵活多因运放有很高的增益、极高的输入阻抗、灵活多 变的接法，可获得各种各样函数变换。原则上，变的接法，可获得各种各样函数变换。原则上， 任何敏感器件的变换特性都可以校正为足够好的任何敏感器件的变换特性都可以校正为足够好的 直线特性。电路复杂、调整不便、成本

17、较高。直线特性。电路复杂、调整不便、成本较高。 信号调理电路剖析29 线性化线性化 几种有源线性化电路几种有源线性化电路 n非线性反馈电路非线性反馈电路 n多放大器反馈电路多放大器反馈电路 n电桥传感器非线性校正电路电桥传感器非线性校正电路 n分段式电路分段式电路 信号调理电路剖析30 线性化线性化 n非线性反馈电路非线性反馈电路 原理：利用非线性反馈，使反馈之路的非线性和原理：利用非线性反馈，使反馈之路的非线性和 有源敏感器件的变换特性的非线性相互抵消，从有源敏感器件的变换特性的非线性相互抵消，从 而实现线性化。也可以用运算放大器构成的函数而实现线性化。也可以用运算放大器构成的函数 运算器进

18、行线性化。运算器进行线性化。 例：硅光电池的输出电压为：例：硅光电池的输出电压为： I I eVV 0 信号调理电路剖析31 线性化线性化 利用运放构成对数电路，使输出电压为：利用运放构成对数电路，使输出电压为： KIVK VKV IA 0 ln ln 信号调理电路剖析32 线性化线性化 运放构成的对数电路原理图如运放构成的对数电路原理图如 Vo R2 + - + R D VI R iD iR 信号调理电路剖析33 线性化线性化 PN结的伏安特性为：结的伏安特性为： 1 D D V kT q S eIi 常温（常温（25度）时，可以近似为度）时，可以近似为 T D D / D V V S V

19、kT q S eIeIi 信号调理电路剖析34 线性化线性化 运放构成的对数电路的输出为：运放构成的对数电路的输出为： S I To RI V VVln 信号调理电路剖析35 线性化线性化 n多放大器反馈电路多放大器反馈电路 通过多级运算放大器，将信号调理电路的输出信通过多级运算放大器，将信号调理电路的输出信 号反馈到相关放大器的输入端，从而构造一个与号反馈到相关放大器的输入端，从而构造一个与 传感器特性相近的函数运算器，以实现较理想的传感器特性相近的函数运算器，以实现较理想的 线性校正。线性校正。 例如：热电阻的特性表达式一般是二次多项式，例如：热电阻的特性表达式一般是二次多项式， 温度变化

20、较大时，非线性严重，下图为实用铂电温度变化较大时，非线性严重，下图为实用铂电 阻阻TRRA102B的非线性校正电路，采用正反馈，的非线性校正电路，采用正反馈， 非线性由非线性由2%变为变为0.1% 。 信号调理电路剖析36 线性化线性化 + - + 1K Vo + - + 10K + - + 9.5K 1K 22K 3K 1K 24K 10K 10K W2 W1 W3 RT 1F 信号调理电路剖析37 线性化线性化 n电桥传感器非线性校正电路电桥传感器非线性校正电路 原理：对电桥传感器电路，利用电桥输出对电原理：对电桥传感器电路，利用电桥输出对电 源电压敏感的特性，将电路信号反馈到电桥源电压敏

21、感的特性，将电路信号反馈到电桥 的供桥电源端，是电源电压随输出信号变化的供桥电源端，是电源电压随输出信号变化 而变化，从而使输入输出成线性关系。而变化，从而使输入输出成线性关系。 电路：如下图电路：如下图 信号调理电路剖析38 线性化线性化 n电桥传感器非线性校正电路电桥传感器非线性校正电路 + - + 1K Vo + + - 10K 4.3K R R R (1+X X）R -15V W Vo DZ Vref 10K 10K Vc=Vref+Vo LM324 AD521 信号调理电路剖析39 线性化线性化 设电桥四臂电阻为设电桥四臂电阻为R，传感器阻值为，传感器阻值为Rx=（1+x） R，桥路

22、电压为，桥路电压为V，则桥路输出为：，则桥路输出为： 2 1 4 x xV V c o 前置放大器前置放大器AD521输出的一部分与稳压管的基准输出的一部分与稳压管的基准 电压一起，经运放后反馈到电桥的电源端，使电电压一起，经运放后反馈到电桥的电源端，使电 桥的电源随桥的电源随Vo变化。变化。 若使若使AD521的增益的增益AV与与 乘积为乘积为2，则有，则有 x VA V refV o 4 信号调理电路剖析40 线性化线性化 n分段式电路分段式电路 原理：对传感器的特性曲线呈缓慢、单调变化原理：对传感器的特性曲线呈缓慢、单调变化 的情况，将其特性曲线划分成若干段，每段的情况，将其特性曲线划分

23、成若干段，每段 用一段直线近似代替。段间切换有开关二极用一段直线近似代替。段间切换有开关二极 管控制。管控制。 参见下图参见下图 信号调理电路剖析41 线性化线性化 44332211 4321 xkxkxkxk yyyyy 1 x 2 x 3 x 4 x 1 y 2 y 3 y y y x 输出经折线逼近可以得到：输出经折线逼近可以得到： 信号调理电路剖析42 线性化线性化 电路电路 R2 + - + Ru R0 R1 R2 R3 R4 D1 D2 D3 D4 r1 r2 r3 r4 Uc Uo Ui Rr 信号调理电路剖析43 线性化线性化 电路原理：四个二极管串联四个不同的电阻，电路原理：

24、四个二极管串联四个不同的电阻， 即可实现分段逼近线性化。即可实现分段逼近线性化。 如：如：D1串联反向电压串联反向电压Uc1=R1Uc/(r1+R1)， D2串联反向电压串联反向电压Uc2=R2Uc/(r2+R2)， D3串联反向电压串联反向电压Uc3=R3Uc/(r3+R3)， D4串联反向电压串联反向电压Uc4=R4Uc/(r4+R4) 当输入信号当输入信号Ui很小时，很小时，Ru= R0，随着，随着Ui的增大，的增大， 四个二极管依次导通，实现分段拟合。四个二极管依次导通，实现分段拟合。 信号调理电路剖析44 信号制式：被测量电压信号制式：被测量电压420mA。 信号变换信号变换 电压电

25、流转换电压电流转换 为了减少长线传输过程中线路电阻和负为了减少长线传输过程中线路电阻和负 载电阻的影响，可以将直流电压变换成载电阻的影响，可以将直流电压变换成 直流电流后进行传输。直流电流后进行传输。 电压电压-电流变换器：输出负载中的电流电流变换器：输出负载中的电流 正比于输入电压的电路。正比于输入电压的电路。 信号调理电路剖析45 信号变换信号变换 几种电压电流转换电路几种电压电流转换电路 浮地电压浮地电压-电流变电路：电流变电路： R2 + - +ui R1 RL R2 IL R2 + - + ui R1 RL R2 IL I1 L i L R U I 信号调理电路剖析46 信号变换信号

26、变换 具有放大作用的浮地电压具有放大作用的浮地电压-电流变电路：电流变电路： iL U R R RR I 1 4 21 1 R2 + - +ui R1 RL R2 IL R3 R4R2 + - + ui R1 RL R3 IL I R2 R4 iL U R R R I 1 4 2 1 信号调理电路剖析47 信号变换信号变换 接地负载电压接地负载电压-电流变电路：电流变电路： R2 + - + ui R1 RL R3 IL R2 R5 R4 R2 + - + ui R1 R2 R3 IL + - + R5 RL R4 信号调理电路剖析48 信号变换信号变换 差动电压差动电压-电流变电路：电流变电

27、路： R2 + - + ui2 R1 RL R2 IL ui1 R2 + - + ui1 R1 RL R2 IL R3 R4 ui2 R5 信号调理电路剖析49 信号变换信号变换 电流电压转换电流电压转换 电流电流-电压变换：输入电流转换成输出电压，因电压变换：输入电流转换成输出电压，因 为传递系数为电阻，也称为转移电阻放大器。为传递系数为电阻，也称为转移电阻放大器。 如光电检测：光敏二极管将光信号转换成电流，如光电检测：光敏二极管将光信号转换成电流， 传感器的检测电路需要将其转换成电压。传感器的检测电路需要将其转换成电压。 R2 + - + Rf RP uO c 光光 I fo IRU 信号

28、调理电路剖析50 信号变换信号变换 注意：注意： 电流传感器输出的电流一般较小，特别是微弱电流传感器输出的电流一般较小，特别是微弱 信号的检测，必须分析运放失调电流和失调电信号的检测，必须分析运放失调电流和失调电 压所带来的误差放大器。压所带来的误差放大器。 通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低的通常选用失调电流小、失调电压小、噪声低的 运放。运放。 信号调理电路剖析51 信号变换信号变换 电流经过长距离导线传输的电流电压转换：电流经过长距离导线传输的电流电压转换： 输入输入 010mA 输出输出 5000.01F 1K RIU io + - + uO 100 Ii 输入阻抗较小，信号源内阻

29、不能太大，电压输出输入阻抗较小，信号源内阻不能太大，电压输出10V，可以进，可以进 行大电流转换，但注意电阻的发热问题。行大电流转换，但注意电阻的发热问题。 信号调理电路剖析52 信号变换信号变换 小电流、高输入阻抗电流小电流、高输入阻抗电流-电压转换电路：电压转换电路： fio RIU + - + uO 10K Ii 输入阻抗大，可以进行小电流转换，电阻一般在输入阻抗大，可以进行小电流转换，电阻一般在1001M之间，之间， 过小则分布电阻影响大，过大则噪声大，精确度变差。过小则分布电阻影响大，过大则噪声大，精确度变差。 信号调理电路剖析53 信号变换信号变换 纳安小电流电流纳安小电流电流-电

30、压转换电路：电压转换电路： 如输入电流：如输入电流：10nA，第一级输出，第一级输出10mV，第二级增益为，第二级增益为100， 输出为输出为1V，避免了采用大电阻。，避免了采用大电阻。 + - + uO 10K Ii + - + 99K 1K 信号调理电路剖析54 电压频率转换：模拟输入电压转换成与之电压频率转换：模拟输入电压转换成与之 成正比的振荡频率。成正比的振荡频率。 特点：具有良好的精确度、线性、积分输入特点：具有良好的精确度、线性、积分输入 等，电路简单、外围元件性能要求不高、环等，电路简单、外围元件性能要求不高、环 境适应能力强、转换速度不低于一般的双积境适应能力强、转换速度不低

31、于一般的双积 分型分型AD器件，抗干扰，节省系统接口资源，器件，抗干扰，节省系统接口资源， 可长距离传输，成本低，可逆。可长距离传输，成本低，可逆。 常用器件：常用器件：TC9401，AD650 信号变换信号变换 电压频率转换电压频率转换 信号调理电路剖析55 0 I REF u f RIt 信号变换信号变换 组成：积分放大器、电压比较器、单稳触发组成：积分放大器、电压比较器、单稳触发 器、模拟开关、器、模拟开关、1mA电流源、输出级。电流源、输出级。 AD650电压频率转换原理电压频率转换原理 信号调理电路剖析56 信号变换信号变换 工作过程：工作过程： 单稳态触发器输出为低电平时，模拟开关

32、单稳态触发器输出为低电平时，模拟开关 控制全部电流流向放大器的输出端，称为控制全部电流流向放大器的输出端，称为 积分阶段。积分阶段。 单稳态触发器被触发输出为高电平时，模单稳态触发器被触发输出为高电平时，模 拟开关控制全部电流流向放大器的求和输拟开关控制全部电流流向放大器的求和输 入端，称为复位阶段入端，称为复位阶段 信号调理电路剖析57 滤波器的基本概念滤波器的基本概念 滤波器的类型：低通、高通、带通、带阻、全通滤波器的类型：低通、高通、带通、带阻、全通 信号调理电路剖析58 信号调理电路剖析59 频带宽度频带宽度BW：允许信号通过的频率段。：允许信号通过的频率段。 品质因数品质因数Q ：

33、谐振频率与带宽之比。谐振频率与带宽之比。 阻尼系数阻尼系数 ： 品质因数倒数的一半，品质因数倒数的一半， -1 滤波器的主要参数：滤波器的主要参数： 通带增益通带增益A A0 0: :输出电压与输入电压之比。输出电压与输入电压之比。 截至频率截至频率f fp p：没有谐振峰时，增益下降到：没有谐振峰时，增益下降到 时的频时的频 率；有谐振峰时，幅频特性从峰值回到起始值时的频率；有谐振峰时，幅频特性从峰值回到起始值时的频 率。谐振频率是滤波器自身的固有频率。率。谐振频率是滤波器自身的固有频率。 2/ 0 A 信号调理电路剖析60 无源滤波器：无源滤波器： 利用利用R、L、C器件组成的滤波器。器件

34、组成的滤波器。 特点：特点： 设计简单，频率特性计算容易设计简单，频率特性计算容易 滤波器的特性对元器件的误差非常敏感滤波器的特性对元器件的误差非常敏感 截至频率较低时，截至频率较低时， R、C取值较大，尺寸较大取值较大，尺寸较大 阻带内，幅频特性衰减慢阻带内，幅频特性衰减慢 无法提供增益无法提供增益 电阻值可能较大，导致滤波器的输出阻抗很高电阻值可能较大，导致滤波器的输出阻抗很高 信号调理电路剖析61 1 0 1 ( )(1) 1 f R A R j 0 0 1 1 (1) p f RC R A R 有源滤波器有源滤波器 一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器 信号调理电路剖析62 二阶有源低

35、通滤波器二阶有源低通滤波器 0 2 00 ( ) 1 A A jj 0 1212 1222110 1212 0 0 1 (1) 1 f R R C C R CR CR CA R R C C R A R 电压并联正反馈电压并联正反馈 ， 通带宽度增加通带宽度增加 信号调理电路剖析63 0 2 00 ( ) 1 A A jj 0 2312 1223132 1 123 3 0 1 1 R R C C R RR RR RC CRR R R A R 信号调理电路剖析64 一阶高通滤波电路一阶高通滤波电路 信号调理电路剖析65 二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 信号调理电路剖析66 带通滤波电路带通滤波电

36、路 信号调理电路剖析67 带阻滤波电路带阻滤波电路 信号调理电路剖析68 全通滤波电路全通滤波电路 幅频特性为常数，与频率无关幅频特性为常数，与频率无关 有移相作用有移相作用 信号调理电路剖析69 滤波器的选用与设计初步滤波器的选用与设计初步 原则：原则： 优先采用无源滤波器，无法满足要求时用有源滤波器。优先采用无源滤波器，无法满足要求时用有源滤波器。 优先采用低阶滤波器，无法满足要求时用高阶滤波器。优先采用低阶滤波器，无法满足要求时用高阶滤波器。 方法步骤：方法步骤： 确定通带频率、增益、衰减（滚降）速度等参数。确定通带频率、增益、衰减（滚降）速度等参数。 确定满足所需特性的传递函数，从经典

37、滤波器中选择，确定满足所需特性的传递函数，从经典滤波器中选择， 如巴特沃思、切比雪夫等。如巴特沃思、切比雪夫等。 通过电路设计与调试实现传递函数通过电路设计与调试实现传递函数 信号调理电路剖析70 例：二阶例：二阶RC有源低通滤波器设计有源低通滤波器设计 0 2 00 ( ) 1 A A jj 0 1212 1222110 1212 0 0 1 (1) 1 f R R C C R CR CR CA R R C C R A R 22 11 0 11 22 12 21 1 1 CR CR A CR CR CR CR Q 信号调理电路剖析71 二阶二阶RC有源低通滤波器的品质因数有源低通滤波器的品质

38、因数 22 11 0 11 22 12 21 1 1 CR CR A CR CR CR CR Q 品质因数越高，高频衰减也越快，但系统的极点越靠品质因数越高，高频衰减也越快，但系统的极点越靠 近虚轴，系统的稳定性越差。近虚轴，系统的稳定性越差。 为分析方便，不妨设增益为为分析方便，不妨设增益为1，n2=R1/R2，则：，则： 1 2 11 C C n n Q 信号调理电路剖析72 为了得到较高的品质因数，为了得到较高的品质因数，n=1 即即R1 = R2 ，C2C1 1 2 2 1 C C Q 2 2 1 4CQC 212121 0 11 CCRCCRR RQ C 0 2 2 1 R Q C 0 1 2 信号调理电路剖析73 设计过程：设计过程： 选择合适的电阻值选择合适的电阻值 计算两个电容值计算两个电容值 若若C1 的值太大，重新选一个大一些的电阻的值太大，重新选一个大一些的电阻 若若C2的值太