模拟信号变换与处理

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1、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

2、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，

3、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

4、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

5、，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

6、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

7、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)图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。　(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         

8、         (5.2-5)当R1=R2=RF=R3时，为减法器，输出电压为： U0=U2-U1                  (5.2-6)图5.2-3。。由于差动放大器具有双端输入一单端输出、共模抑制比较高（R1=R2，RF=R3）的特点，通常用作传感放大器或测量仪器的前端放大器。(4)交流放大。。若只需