《機械工程測試技術》配套PPT課件

《機械工程測試技術》配套PPT課件,機械工程測試技術,機械工程,測試,技術,配套,PPT,課件 東北大學機械工程與自動化學院（東北大學機械工程與自動化學院（2012）Page 2學習導航學習導航6.1電橋電橋6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減6.4濾波器濾波器6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 3信號調(diào)理的的目的是便于信號的傳輸與處理。信號調(diào)理的的目的是便于信號的傳輸與處理。信號調(diào)理的目的信號調(diào)理的目的1.1.傳傳感感器器輸輸出出的的電電信信號號很很微微弱弱，大大多多數(shù)數(shù)不不能能直直接接輸輸送送到到顯顯示示、記記錄錄或或分分析析儀儀器器中中去去，需需要要進進一一步步放放大大，有有的的還還要進行阻抗變換要進行阻抗變換。2.2.有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪聲，需有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。要去掉噪聲，提高信噪比。3.3.某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信號進行調(diào)制解調(diào)處理。器測量信號進行調(diào)制解調(diào)處理。信號調(diào)理環(huán)節(jié)有：電橋、放大器、濾波器、調(diào)制器與解調(diào)器。信號調(diào)理環(huán)節(jié)有：電橋、放大器、濾波器、調(diào)制器與解調(diào)器。Page 4信號調(diào)理中常見的環(huán)節(jié)：電橋、信號放大、濾波、信號調(diào)制與信號調(diào)理中常見的環(huán)節(jié)：電橋、信號放大、濾波、信號調(diào)制與解調(diào)解調(diào)。傳感器交流測量直流測量直接測量調(diào) 制測量調(diào)幅電橋放大器解調(diào)器濾波器調(diào)頻器放大器鑒頻器濾波器顯示記錄裝置放大器直流電橋放大器濾波器圖6-1 信號調(diào)理環(huán)節(jié)框圖Page 56.1 6.1 電橋電橋（bridge）電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵鲭姌蚴菍㈦娮?、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。的一種測量電路。按照激勵電壓的性質(zhì)，分為直流和交流電橋；，分為直流和交流電橋；直流電橋直流電橋采用直流電源，橋臂為電阻采用直流電源，橋臂為電阻 交流電橋交流電橋采用交流電源，橋臂為電阻、電感、電容。采用交流電源，橋臂為電阻、電感、電容。按照傳輸條件：負載阻抗無窮大，負載阻抗無窮大，電壓橋電壓橋；輸出阻抗與內(nèi)電阻匹配，輸出阻抗與內(nèi)電阻匹配，功率橋或電流橋功率橋或電流橋Page 6電橋概念電橋概念在在A A、C C端端(輸輸入入端端，電電源源端端)接接入入直直流電源流電源在在B B、D D端端(輸輸出出端端，測測量量端端)輸輸出出電電壓壓U UBDBD。常常用用等等臂臂電電橋橋，即即R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4，或或電電源源端端對對稱稱電電橋橋，即即R R1 1R R2 2，R R3 3R R4 4。6.1 6.1 電橋（bridgebridge）Page 76.1.1 6.1.1 直流電橋直流電橋橋臂，輸入端，輸出端。橋臂，輸入端，輸出端。求UBD=?電橋的平衡條件電橋的平衡條件I1I26.1電橋（bridge）Page 8加減特性：加減特性：相對加相對加相鄰減相鄰減6.1電橋（bridge）Page 92.2.三種典型橋路輸出特性三種典型橋路輸出特性直流電橋的聯(lián)接方式直流電橋的聯(lián)接方式 a)單臂單臂 b)半橋雙臂半橋雙臂 c)c)全橋全橋 6.1電橋（bridge）Page 103.3.應變計串并聯(lián)組成橋臂應變計串并聯(lián)組成橋臂(1)橋臂串聯(lián)橋臂串聯(lián)均等于 6.1電橋（bridge）Page 11(2)(2)橋臂并聯(lián)橋臂并聯(lián)對兩邊求導數(shù)，用增量代替微分并代入應變計阻值，有對兩邊求導數(shù)，用增量代替微分并代入應變計阻值，有采用橋臂串、并聯(lián)方法并不能增加輸出，但是可以在一個橋臂得采用橋臂串、并聯(lián)方法并不能增加輸出，但是可以在一個橋臂得到加減特性。到加減特性。6.1電橋（bridge）Page 12提高電橋輸出的措施提高電橋輸出的措施利用加減特性利用加減特性。提提高高供供橋橋電電壓壓。受受到到應應變變計計額額定定功功率率的的限限制制，實實用用中中可可選選用用串串聯(lián)聯(lián)方方法法增增加加橋橋臂臂阻阻值值以以提提高高供供橋橋電電壓壓。在在橋橋臂臂并并聯(lián)聯(lián)情情況況下下，并并聯(lián)聯(lián)電電阻阻愈愈多多，供供橋橋電電源源負負擔擔愈愈重重，使使用用中中應應適適可可而止。而止。使用不等臂電橋時，采用使用不等臂電橋時，采用電源端對稱電橋電源端對稱電橋。6.1電橋（bridge）Page 13=0.3=200 Page 144.4.電橋輸出的非線性電橋輸出的非線性半橋單臂，輸出電壓半橋單臂，輸出電壓 實際輸出電壓實際輸出電壓 線性化表達式線性化表達式 6.1電橋（bridge）Page 15雙臂工作雙臂工作若若 有有采采用用半半橋橋雙雙臂臂和和全全橋橋接接法法，不不僅僅消消除除線線性性誤誤差差，而而且且輸輸出出靈靈敏度也成倍提高。敏度也成倍提高。6.1電橋（bridge）Page 166.1.2 6.1.2 交流電橋交流電橋交流電橋輸入電源為交流電源。輸入電源為交流電源。平衡條件 6.1電橋（bridge）Page 17可可見見交交流流電電橋橋除除了了要要滿滿足足電電阻阻平平衡衡條條件件，還還必必須須滿滿足足電電容容平衡的要求。平衡的要求。這這些些平平衡衡條條件件是是針針對對供供橋橋電電源源只只有有一一個個頻頻率率的的情情況況推推出出的的。因因此此，交交流流電電橋橋?qū)┕驑螂婋娫丛匆笄缶呔哂杏辛剂己煤玫牡碾婋妷簤翰úㄐ涡魏秃皖l頻率穩(wěn)定性率穩(wěn)定性。實實測測中中，應應盡盡量量減減少少分分布布電電容容，利利用用儀儀器器上上的的電電阻阻、電電容容平平衡衡裝裝置置調(diào)調(diào)好好初初始始平平衡衡，并并避避免免導導線線移移動動、溫溫度度變變化化、吸吸潮等使橋臂潮等使橋臂電容變化電容變化，以減少零漂及相移。，以減少零漂及相移。6.1電橋（bridge）Page 18交流電橋的平衡裝置交流電橋的平衡裝置電阻平衡裝置電路的等效變換為了減小橋臂初始阻值的變化，平衡電阻為了減小橋臂初始阻值的變化，平衡電阻R R5 5和和R R6 6應取大阻值。應取大阻值。6.1電橋（bridge）Page 19電容平衡裝置電阻電容式電容平衡裝置電路的Y-轉換6.1電橋（bridge）Page 206.2 6.2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)由于傳感器輸出的電信號一般頻率較低，當被測量信號比由于傳感器輸出的電信號一般頻率較低，當被測量信號比較弱時，為了實現(xiàn)信號的傳輸尤其是遠距離傳輸，可以采較弱時，為了實現(xiàn)信號的傳輸尤其是遠距離傳輸，可以采用直流放大或調(diào)制與解調(diào)。用直流放大或調(diào)制與解調(diào)。由于信號傳輸過程中容易受到工頻及其他信號的干擾，若由于信號傳輸過程中容易受到工頻及其他信號的干擾，若采用直流放大則在傳輸過程中必須采用有限措施抑制干擾采用直流放大則在傳輸過程中必須采用有限措施抑制干擾信號的影響。信號的影響。在實際中，往往采用更有效的先調(diào)制而后交流放大，將信在實際中，往往采用更有效的先調(diào)制而后交流放大，將信號從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，也可以提高電路的抗干擾能力號從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，也可以提高電路的抗干擾能力和信號的信噪比。和信號的信噪比。調(diào)制目的調(diào)制目的Page 21解決辦法1 1：將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中：將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中2 2：利用交流放大器進行放大：利用交流放大器進行放大3 3：從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號：從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號將信號從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，可以提高電路的抗干擾將信號從低頻區(qū)推移到高頻區(qū)，可以提高電路的抗干擾能力和信號的信噪比。能力和信號的信噪比。6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 22調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制下調(diào)制就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制下而發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后一信號（控而發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后一信號（控制信號）稱為調(diào)制信號。制信號）稱為調(diào)制信號。信號的三要素：幅值、頻率和相位信號的三要素：幅值、頻率和相位根據(jù)載波的幅值、頻率和相位隨調(diào)制信號而變化的過程，根據(jù)載波的幅值、頻率和相位隨調(diào)制信號而變化的過程，調(diào)制可以分為調(diào)制可以分為調(diào)幅調(diào)幅（AM)AM)、調(diào)頻調(diào)頻(FM)(FM)和和調(diào)相調(diào)相(PM)(PM)。其波形。其波形分別稱為調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波。分別稱為調(diào)幅波、調(diào)頻波和調(diào)相波。6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 23圖圖 載波、調(diào)制信號及調(diào)幅、調(diào)頻波載波、調(diào)制信號及調(diào)幅、調(diào)頻波 a a)載波信號載波信號 b b)調(diào)制信號調(diào)制信號 c c)調(diào)幅波形調(diào)幅波形 d d)調(diào)頻波形調(diào)頻波形圖例說明6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 246.2.1 6.2.1 幅值調(diào)制與解調(diào)幅值調(diào)制與解調(diào) 幅值調(diào)制的工作原理幅值調(diào)制的工作原理 設調(diào)制信號為設調(diào)制信號為 ，其最高頻率成分為，其最高頻率成分為 ，載波信，載波信號為號為 ，。則有調(diào)幅波：。則有調(diào)幅波：調(diào)幅是將一個高頻簡諧信號（載波信號）與測試信號調(diào)幅是將一個高頻簡諧信號（載波信號）與測試信號（調(diào)制信號）（調(diào)制信號）相乘相乘相乘相乘，使載波信號的幅值隨測試信號的變，使載波信號的幅值隨測試信號的變化而變化?；兓?.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 25則則而而原信號頻譜圖形由原點平移至載波頻率處，其幅值減原信號頻譜圖形由原點平移至載波頻率處，其幅值減半，調(diào)幅過程就相當于頻率半，調(diào)幅過程就相當于頻率“搬移搬移”過程過程由傅里葉變換的卷積性質(zhì)由傅里葉變換的卷積性質(zhì)幅值調(diào)制的工作原理幅值調(diào)制的工作原理6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 26調(diào)幅過程時頻域圖形調(diào)幅過程時頻域圖形6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 27為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬（為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬（2f2fm m）相對于中心頻率（載波頻率）應越小越好，實際載波頻相對于中心頻率（載波頻率）應越小越好，實際載波頻率率(f(f0 0)常大于調(diào)制信號頻率常大于調(diào)制信號頻率(f(fm m)數(shù)倍甚至數(shù)十倍。數(shù)倍甚至數(shù)十倍。調(diào)幅的目的是為了便于緩變信號的放大和傳送，而解調(diào)調(diào)幅的目的是為了便于緩變信號的放大和傳送，而解調(diào)的目的是為了恢復被調(diào)制的信號。如在電話電纜、有線的目的是為了恢復被調(diào)制的信號。如在電話電纜、有線電視電纜中，由于不同的信號被調(diào)制到不同的頻段，因電視電纜中，由于不同的信號被調(diào)制到不同的頻段，因此，在一根導線中可以傳輸多路信號。此，在一根導線中可以傳輸多路信號。幅值調(diào)制的說明幅值調(diào)制的說明6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 28幅值調(diào)制信號的解調(diào)幅值調(diào)制信號的解調(diào)將調(diào)幅波再次與將調(diào)幅波再次與原載波信號相乘，原載波信號相乘，則頻域圖形將再則頻域圖形將再一次進行一次進行“搬移搬移”用一低通濾波器用一低通濾波器濾去頻率大于濾去頻率大于f fm m的成分的成分 ，則可恢，則可恢復出原來的調(diào)制復出原來的調(diào)制信號。信號。與原頻譜的區(qū)別與原頻譜的區(qū)別在于幅值為原來在于幅值為原來的一半。的一半。6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 29從時域看：從時域看：解調(diào)解調(diào):解調(diào)時所乘的信號與調(diào)制時的載波信號具有相解調(diào)時所乘的信號與調(diào)制時的載波信號具有相同的頻率和相位同的頻率和相位。解調(diào)解調(diào)6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 30整流檢波解調(diào)整流檢波解調(diào) a)b)c)d)e)f)整流檢波解調(diào)整流檢波解調(diào)對調(diào)制信號進行偏置，對調(diào)制信號進行偏置，使其大于零使其大于零;對載波進行調(diào)制對載波進行調(diào)制;將該調(diào)制波進行整流將該調(diào)制波進行整流（半波或全波）（半波或全波）濾波并消除直流偏置濾波并消除直流偏置可恢復原信號?？苫謴驮盘枴?.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 31偏置電壓不足相敏檢波相敏檢波整流檢波整流檢波同步解調(diào)同步解調(diào)6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 32相敏檢波解調(diào)電路相敏檢波解調(diào)電路6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 33 原原理理利用調(diào)制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調(diào)頻波利用調(diào)制信號的幅值控制載波信號頻率的過程。調(diào)頻波是等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號幅值成正比。調(diào)是等幅波，但頻率的變化量與調(diào)制信號幅值成正比。調(diào)頻波的瞬時頻率可表示為：頻波的瞬時頻率可表示為：f f=f f0 0+f f=f f0 0+K xK x(t t)f f0 0為載波頻率，也稱中心頻率。為載波頻率，也稱中心頻率。f f為頻率偏移，與調(diào)制信號為頻率偏移，與調(diào)制信號x x(t t)幅值成正比。幅值成正比。6.2.2 6.2.2 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào)定義定義:用調(diào)制信號去控制載波信號的頻率或相位，使其隨用調(diào)制信號去控制載波信號的頻率或相位，使其隨調(diào)制信號的變化而變化，這一過程稱為調(diào)制信號的變化而變化，這一過程稱為頻率調(diào)制頻率調(diào)制或相位調(diào)或相位調(diào)制，簡稱制，簡稱調(diào)頻調(diào)頻或調(diào)相或調(diào)相 6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 34調(diào)頻波與調(diào)制信號幅值的關系圖調(diào)頻波與調(diào)制信號幅值的關系圖6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 35電參數(shù)調(diào)頻法電參數(shù)調(diào)頻法用用被被測測參參數(shù)數(shù)的的變變化化控控制制振振蕩蕩回回路路的的參參數(shù)數(shù)L L、C C或或R R，使使振振蕩蕩頻頻率率得得到調(diào)制。到調(diào)制。振振蕩蕩器器的的原原振振蕩蕩信信號號作作為為載載波波。調(diào)調(diào)制制信信號號輸輸入入時時，振振蕩蕩器器的的輸輸出即被調(diào)制的調(diào)頻波。出即被調(diào)制的調(diào)頻波。6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 36當電容當電容C C和電感和電感L L并聯(lián)組成諧振回路時，電路的并聯(lián)組成諧振回路時，電路的諧振頻率諧振頻率：若以電容為調(diào)諧參數(shù)，對上式進行微分，有：若以電容為調(diào)諧參數(shù)，對上式進行微分，有：所以，在所以，在 f f0 0 附近有頻率偏移附近有頻率偏移6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 37電壓調(diào)頻法電壓調(diào)頻法壓壓控控振振蕩蕩器器是是受受電電壓壓控控制制的的振振蕩蕩器器。圖圖中中，u uc c為為零零時時的的角角頻頻率率0 0稱稱為為自自由由振振蕩蕩角角頻頻率率；曲曲線線在在0 0處處的的斜斜率率K K0 0稱稱為為調(diào)調(diào)制制靈靈敏度敏度。用用信號的電壓控制振蕩回路的參數(shù)信號的電壓控制振蕩回路的參數(shù)L L、C C或或R R，從而控制振蕩頻率。，從而控制振蕩頻率。信信號號電電壓壓為為正正值值時時，調(diào)調(diào)頻頻波波的的頻頻率率升升高高；負負值值時時則則降降低低；信信號號電電壓為零時，調(diào)頻波的頻率等于中心頻率。壓為零時，調(diào)頻波的頻率等于中心頻率。壓控振蕩器的特性曲線6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 38(2)(2)鑒頻器鑒頻器調(diào)頻波的解調(diào)器稱為調(diào)頻波的解調(diào)器稱為鑒頻器鑒頻器。調(diào)頻波的解調(diào)是先把調(diào)頻波變換成調(diào)頻波的解調(diào)是先把調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波調(diào)頻調(diào)幅波，然后進行幅值，然后進行幅值檢波。檢波。鑒頻器的工作原理6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 39失諧回路鑒頻器的頻率失諧回路鑒頻器的頻率-電壓特性曲線電壓特性曲線雙失諧回路鑒頻器 為了改善失諧回路鑒頻器的線性 6.2調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)Page 40傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號，其幅值或傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號，其幅值或功率不足以進行后續(xù)的轉換處理，或驅(qū)動指示器、記功率不足以進行后續(xù)的轉換處理，或驅(qū)動指示器、記錄器以及各種控制機構，因此需對其進行放大處理。錄器以及各種控制機構，因此需對其進行放大處理。集成運算放大器集成運算放大器6.3 6.3 信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 416.3.1 6.3.1 信號放大器的主要特性信號放大器的主要特性放大倍數(shù)即放大倍數(shù)即增益增益表示靈敏度：表示靈敏度：對數(shù)分度對數(shù)分度增益接近于常數(shù)的頻率范增益接近于常數(shù)的頻率范圍被稱為圍被稱為帶寬帶寬。帶寬的高端頻率和低端頻帶寬的高端頻率和低端頻率被稱為拐角頻率即率被稱為拐角頻率即截止截止頻率頻率。截止頻率定義為增益減少截止頻率定義為增益減少3dB3dB時的頻率。時的頻率。6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 42 方波由于高頻衰減而方波由于高頻衰減而產(chǎn)生的頻率失真產(chǎn)生的頻率失真頻率失真的影響頻率失真的影響 相位移動對純正弦波形相位移動對純正弦波形沒有影響；沒有影響；對于比較復雜的周期性對于比較復雜的周期性的波形，可能會出現(xiàn)的波形，可能會出現(xiàn)有有影響影響；如果相角隨頻率線性變?nèi)绻嘟请S頻率線性變化，相位將不會失真?；辔粚⒉粫д?。相位失真的影響相位失真的影響 波形落后于輸入波形波形落后于輸入波形放大器影響信號：放大器影響信號：頻率失真頻率失真,相位失真相位失真,共模干擾共模干擾,電源負載電源負載 6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 43共模抑制比的影響共模抑制比的影響當大小相等極性不同的電壓加到兩個輸入端時，該電壓被稱當大小相等極性不同的電壓加到兩個輸入端時，該電壓被稱為為差模電壓；差模電壓；當相同的電壓（對地電壓）供給兩個輸入端時，該電壓被稱當相同的電壓（對地電壓）供給兩個輸入端時，該電壓被稱為為共模電壓；共模電壓；理想的儀器放大器將對差模電壓產(chǎn)生輸出，對于共模電壓則理想的儀器放大器將對差模電壓產(chǎn)生輸出，對于共模電壓則沒有輸出。沒有輸出。信號通常產(chǎn)生差模輸入，噪聲一般產(chǎn)生共模輸入，所以信號通常產(chǎn)生差模輸入，噪聲一般產(chǎn)生共模輸入，所以CMRR()CMRR()。共模抑制比共模抑制比越大越好越大越好越大越好越大越好6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 44輸入輸出阻抗的影響輸入輸出阻抗的影響電源裝置模擬成一個與電阻電源裝置模擬成一個與電阻R Rs s串連的電壓發(fā)生器串連的電壓發(fā)生器V Vs s 放大器的輸入模擬成輸入電阻放大器的輸入模擬成輸入電阻R Ri i輸出模擬成為與輸出電阻輸出模擬成為與輸出電阻R Ro o串連的電壓發(fā)生器串連的電壓發(fā)生器GVGVi i 電源放大器6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 45理想情況理想情況V VL L=GVGVs s R RL LR Ro o并且并且R Ri iR Rs s 理想的放大器理想的放大器(或信號調(diào)理器或信號調(diào)理器)的輸入阻抗為無限大，輸出的輸入阻抗為無限大，輸出阻抗為零阻抗為零 6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 466.3.2 6.3.2 使用運算放大器的放大器使用運算放大器的放大器A741CA741C的的輸輸入入阻阻抗抗r rd d約約為為2M2M，輸輸出出阻阻抗抗r ro o約約為為7575，增增益益g g可可達達200000200000，CMRRCMRR約為約為75dB75dB或更高。或更高。運算放大器的符號和簡化模型運放開環(huán)接線的輸出為運放開環(huán)接線的輸出為6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 47(1)(1)同相放大器同相放大器輸出電壓相對地線的符號與輸入電壓的相同。輸出電壓相對地線的符號與輸入電壓的相同。同相放大器電路輸出飽和輸出飽和增益帶寬積（增益帶寬積（GBPGBP）放大器串聯(lián)放大器串聯(lián)6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 48如果如果V Vi i足夠大以至于足夠大以至于V Vo o（=GVGVi i）接近電源電壓）接近電源電壓,那么再增加那么再增加V Vi i也不也不會增加輸出。這種現(xiàn)象被稱為輸出飽和。對于會增加輸出。這種現(xiàn)象被稱為輸出飽和。對于A741CA741C而言，若而言，若輸出電壓少于電源電壓輸出電壓少于電源電壓2V2V，就會產(chǎn)生飽和。，就會產(chǎn)生飽和。增益在高頻率時的下降是運放的固有特性。對于大多數(shù)基于運放增益在高頻率時的下降是運放的固有特性。對于大多數(shù)基于運放的運算放大器，低頻增益和帶寬的乘積，即的運算放大器，低頻增益和帶寬的乘積，即增益帶寬積增益帶寬積（GBPGBP）為常數(shù)。因為帶寬的下限是零，所以高端截止頻率為常數(shù)。因為帶寬的下限是零，所以高端截止頻率6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 49兩個放大器串聯(lián)兩個放大器串聯(lián)串串聯(lián)聯(lián)兩兩個個放放大大器器，即即把把一一個個放放大大器器的的輸輸出出作作為為另另一一個個放放大大器器的的輸入。輸入。兩級兩級總增益提高而帶寬不變總增益提高而帶寬不變。盡盡管管在在整整個個帶帶寬寬的的增增益益是是常常數(shù)數(shù)，但但輸輸入入和和輸輸出出之之間間的的相相角角隨隨頻頻率變化率變化。對于上面的同相放大器，相角。對于上面的同相放大器，相角6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 50(2)(2)反相放大器反相放大器輸輸入入電電阻阻近近似似為為R R1 1，輸輸出出電電阻阻趨趨于于0 0。與與傳傳感感器器配配合合使使用用時時，注意阻抗匹配的問題。注意阻抗匹配的問題。輸入信號和反饋信號均加在運放的反相輸入端。電壓增益：輸入信號和反饋信號均加在運放的反相輸入端。電壓增益：反相放大器電路6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 51反相放大器與同相放大器的不同特點：反相放大器與同相放大器的不同特點：同同相相放放大大器器的的輸輸入入阻阻抗抗達達幾幾百百兆兆歐歐姆姆，而而反反相相放放大大器器的的輸輸入入阻阻抗抗約約等等于于R R1 1，通通常常不不大大于于100 100 kk。這這可可能能對對一一些些輸輸入入裝裝置置帶帶來來負載問題；負載問題；同樣有同樣有低輸出阻抗低輸出阻抗的特性的特性,一般小于一般小于11；增益帶寬積不同增益帶寬積不同：6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 52(3)(3)儀器（測量）放大器儀器（測量）放大器儀儀器器（測測量量）放放大大器器有有兩兩個個不不接接地地的的信信號號源源（平平衡衡差差動動輸輸入入），在在輸輸入入線線中中產(chǎn)產(chǎn)生生同同樣樣幅幅值值和和相相位位的的噪噪聲聲，這這是是共共模模信信號號。共共模模抑抑制比（制比（CMRRCMRR）很大。）很大。差動儀器放大器電路6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 536.3.3 6.3.3 信號衰減信號衰減若若輸輸出出電電壓壓的的幅幅值值高高于于下下一一級級元元件件輸輸入入電電壓壓的的范范圍圍，必必須須進行衰減。最簡單的方法是使用分壓網(wǎng)絡。進行衰減。最簡單的方法是使用分壓網(wǎng)絡。從分壓網(wǎng)絡產(chǎn)生的輸出電壓是從分壓網(wǎng)絡產(chǎn)生的輸出電壓是6.3信號的放大與衰減信號的放大與衰減Page 546.4 6.4 濾波器濾波器濾波濾波器是一種濾波濾波器是一種選頻裝置選頻裝置，可以使信號中特定頻率，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。Page 55l根據(jù)濾波器的選頻特性根據(jù)濾波器的選頻特性低通濾波器：通頻帶低通濾波器：通頻帶0 0 f f2 2。高通濾波器：通頻帶高通濾波器：通頻帶f f1 1 帶通濾波器：通頻帶帶通濾波器：通頻帶f f1 1 f f2 2帶阻濾波器：通頻帶帶阻濾波器：通頻帶0 0 f f1 1與與f f2 2 （阻帶：（阻帶：f f1 1 f f2 2）6.4.1 6.4.1 濾波器的分類濾波器的分類低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻6.4濾波器濾波器Page 56RC RC 調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù)調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù) 優(yōu)點優(yōu)點：RCRC濾波器電路簡單，抗濾波器電路簡單，抗干擾強，有較好的低頻特性，干擾強，有較好的低頻特性，易于實現(xiàn)。易于實現(xiàn)。一階一階RC RC 低通濾波器低通濾波器 低頻段近于不失真?zhèn)鬏?。高低頻段近于不失真?zhèn)鬏敗８哳l段近于積分器。高頻衰減頻段近于積分器。高頻衰減率率-20dB/dec-20dB/dec。RCRC決定截止頻率。決定截止頻率。6.4濾波器濾波器Page 57當當 時，其幅頻特性時，其幅頻特性 。信號不受衰。信號不受衰減通過；減通過；當當 時，時，也即幅值比穩(wěn)定幅值降，也即幅值比穩(wěn)定幅值降了了-3dB-3dB。RCRC值決定著上截止頻率。改變值決定著上截止頻率。改變RCRC值就可以改變?yōu)V波值就可以改變?yōu)V波器的截止頻率；器的截止頻率；當當 時，輸出與輸入的積分成正比，即：時，輸出與輸入的積分成正比，即：對高頻成分的衰減率為對高頻成分的衰減率為-20dB/10-20dB/10倍頻程。如果要加大濾波器倍頻程。如果要加大濾波器的衰減率，可提高濾波器階數(shù)實現(xiàn)。的衰減率，可提高濾波器階數(shù)實現(xiàn)。低通濾波器的幅頻特性討論低通濾波器的幅頻特性討論6.4濾波器濾波器Page 58低頻段近于微分器。高低頻段近于微分器。高頻段近于不失真?zhèn)鬏?。頻段近于不失真?zhèn)鬏敗 CR C決定截止頻率。決定截止頻率。一階一階 RCRC 高通濾波器高通濾波器6.4濾波器濾波器Page 59當當 時，輸出時，輸出 與輸入與輸入 的微分成正比，的微分成正比，起著微分器的作用起著微分器的作用 ；當當 時，時，也即幅值比穩(wěn)定幅值，也即幅值比穩(wěn)定幅值降了降了-3dB-3dB。RCRC值決定著上截止頻率。改變值決定著上截止頻率。改變RCRC值就可以改變值就可以改變?yōu)V波器的截止頻率；濾波器的截止頻率；當當 時，其幅頻特性時，其幅頻特性 。信號不受。信號不受衰減通過。衰減通過。高通濾波器的幅頻特性討論高通濾波器的幅頻特性討論6.4濾波器濾波器Page 60帶通濾波器可由低通和高通帶通濾波器可由低通和高通濾波器串聯(lián)組成。為了消除濾波器串聯(lián)組成。為了消除串聯(lián)時負載效應的影響，通串聯(lián)時負載效應的影響，通常用輸出跟隨器或運算放大常用輸出跟隨器或運算放大器實現(xiàn)隔離。因此，實際帶器實現(xiàn)隔離。因此，實際帶通濾波器通常是有源的。通濾波器通常是有源的。RC RC 帶通濾波器帶通濾波器思考思考：串聯(lián)所得的帶通濾波：串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通的截止頻率為（器以原高通的截止頻率為（），原低通的截止頻率為（），原低通的截止頻率為（）。）。下截止頻率下截止頻率上截止頻率上截止頻率6.4濾波器濾波器Page 612.2.濾波器的階次濾波器的階次實際濾波器的傳遞函數(shù)是有理函數(shù)，即實際濾波器的傳遞函數(shù)是有理函數(shù)，即 式中式中n n為濾波器的階為濾波器的階。對特定類型濾波器，其階數(shù)越大，其阻頻。對特定類型濾波器，其階數(shù)越大，其阻頻帶對信號的衰減能力越大。帶對信號的衰減能力越大。因為高階傳遞函數(shù)可以寫成若干一階、二階傳遞函數(shù)的乘積，因為高階傳遞函數(shù)可以寫成若干一階、二階傳遞函數(shù)的乘積，所以可以把高階濾波器的設計歸結為一階、二階濾波器的設計。所以可以把高階濾波器的設計歸結為一階、二階濾波器的設計。6.4濾波器濾波器Page 62理想濾波器模型及脈沖響應理想濾波器模型及脈沖響應 無過渡帶且在通頻帶內(nèi)滿足不失真測試條件的濾波器稱為無過渡帶且在通頻帶內(nèi)滿足不失真測試條件的濾波器稱為理想濾波器。理想濾波器的頻率響應函數(shù)為：理想濾波器。理想濾波器的頻率響應函數(shù)為：理想濾波器的脈沖響應函數(shù)為理想濾波器的脈沖響應函數(shù)為sincsinc函數(shù)，若無相角滯后函數(shù)，若無相角滯后（t t0 0=0=0）：）：6.4.2 6.4.2 理想濾波器與實際濾波器理想濾波器與實際濾波器6.4濾波器濾波器Page 63理想濾波器的特性與響應理想濾波器的特性與響應t t 0 0時，濾波器即有了與輸入相對應的輸出時，濾波器即有了與輸入相對應的輸出在有限頻率上完全截止在有限頻率上完全截止理想濾波器實現(xiàn)的不可能性理想濾波器實現(xiàn)的不可能性6.4濾波器濾波器Page 64由由h h(t t)圖形可見，在輸入圖形可見，在輸入(t t)到來以前，即到來以前，即t t 0 0時，濾波器時，濾波器即有了與輸入相對應的輸出，顯然，這違背了因果關系，任即有了與輸入相對應的輸出，顯然，這違背了因果關系，任何現(xiàn)實系統(tǒng)都不可能具有這種預知未來的能力何現(xiàn)實系統(tǒng)都不可能具有這種預知未來的能力。同樣，理想高通、帶通、帶阻濾波器也是不存在的。實際濾同樣，理想高通、帶通、帶阻濾波器也是不存在的。實際濾波器的頻域圖形不可能出現(xiàn)直角銳變，也不會在有限頻率上波器的頻域圖形不可能出現(xiàn)直角銳變，也不會在有限頻率上完全截止。理論上，實際濾波器的頻域圖形將延伸至完全截止。理論上，實際濾波器的頻域圖形將延伸至|f f|。即濾波器只能對通帶以外的頻率成分極大地衰減而不。即濾波器只能對通帶以外的頻率成分極大地衰減而不能完全阻止其通過。能完全阻止其通過。理想濾波器實現(xiàn)的不可能性理想濾波器實現(xiàn)的不可能性6.4濾波器濾波器Page 65 理想濾波器的階躍響應理想濾波器的階躍響應單位階躍輸入單位階躍輸入 濾波器的階躍響應：濾波器的階躍響應：低通濾波器在階躍信號下的響應低通濾波器在階躍信號下的響應6.4濾波器濾波器Page 66階躍響應波形圖階躍響應波形圖 0.1A00.9A05106.4濾波器濾波器Page 67式中式中,為低通濾波器的截止頻率，也稱為濾波器的為低通濾波器的截止頻率，也稱為濾波器的通頻帶?？梢?，濾波器的通頻帶越寬，即通頻帶?？梢姡瑸V波器的通頻帶越寬，即 越大，越大，則響應的建立時間則響應的建立時間 越小。越小。如果按穩(wěn)態(tài)響應值的如果按穩(wěn)態(tài)響應值的0.10.1 0.90.9作為計算建立時間的標準，作為計算建立時間的標準，則：則：若不考慮前、后皺波，輸出從若不考慮前、后皺波，輸出從0(0(a a點點)到應有的穩(wěn)定值到應有的穩(wěn)定值A A0 0(b b點點)之間的所需建立時間為：之間的所需建立時間為：穩(wěn)態(tài)響應時間穩(wěn)態(tài)響應時間6.4濾波器濾波器Page 68低通濾波器帶寬低通濾波器帶寬B B因此，低通濾波器對階躍響應的建立時間因此，低通濾波器對階躍響應的建立時間 和帶寬和帶寬B B（通（通頻帶的寬度）成反比，即頻帶的寬度）成反比，即這一結論對其它濾波器（高通、帶通、帶阻）也適用。這一結論對其它濾波器（高通、帶通、帶阻）也適用。另一方面，濾波器的帶寬表示著它的頻率分辨力，通帶越窄另一方面，濾波器的帶寬表示著它的頻率分辨力，通帶越窄則分辨力越高。因此，濾波器的高分辨能力和測量時快速響則分辨力越高。因此，濾波器的高分辨能力和測量時快速響應的要求是相互矛盾的。當采用濾波器從信號中選取某一頻應的要求是相互矛盾的。當采用濾波器從信號中選取某一頻率成分時，就需要有足夠的時間。如果建立時間不夠，就會率成分時，就需要有足夠的時間。如果建立時間不夠，就會產(chǎn)生虛假的結果，而過長的測量時間也是沒有必要的。一般產(chǎn)生虛假的結果，而過長的測量時間也是沒有必要的。一般采用采用 1010。6.4濾波器濾波器Page 69濾波器濾波器通頻帶越寬通頻帶越寬（f fc c越高），越高），建立時間越短建立時間越短，響應速度越快響應速度越快。其物理意義是：其物理意義是：通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多更快地通過，通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多更快地通過，故建立時間短，反之建立時間長。故建立時間短，反之建立時間長。低通濾波器對階躍響應的建立時間低通濾波器對階躍響應的建立時間T Te e與帶寬與帶寬B B成反比，即：成反比，即：BTBTe e =常數(shù)常數(shù) 該結論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。該結論對高通、帶通及帶阻濾波器均成立。濾波器帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，顯然，濾波器帶寬表示其頻率分辨力，通帶越窄，分辨力越高，顯然，高分辨力與響應速度是互相矛盾的高分辨力與響應速度是互相矛盾的。如果要用濾波的方法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作如果要用濾波的方法從信號中提取某一很窄的頻率成分（如作譜分析），必須有足夠的時間。譜分析），必須有足夠的時間。BTBTe e5 5 1010。低通濾波器的特點歸納低通濾波器的特點歸納6.4濾波器濾波器Page 70截止頻率截止頻率f fc c :幅頻幅頻特性等于特性等于 所所對應的頻率。對應的頻率。帶寬帶寬B:B:上下兩截止上下兩截止頻率之間的頻率范頻率之間的頻率范圍圍實際濾波器參數(shù)（實際濾波器參數(shù)（1 1）圖為理想帶通濾波器（虛線）與實際帶通濾波器（實線）圖為理想帶通濾波器（虛線）與實際帶通濾波器（實線）的幅頻特性。的幅頻特性。6.4濾波器濾波器Page 71 品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q Q 將中心頻率將中心頻率f fn n與帶寬與帶寬B B之比稱為濾波器的品質(zhì)因素。之比稱為濾波器的品質(zhì)因素。f fn n由下式確定：由下式確定：思考：品質(zhì)因素思考：品質(zhì)因素Q Q 越大，濾波器分辨力越大，濾波器分辨力越高越高實際濾波器參數(shù)（實際濾波器參數(shù)（2 2）6.4濾波器濾波器Page 72 紋波幅度紋波幅度d d：實際濾波器的通頻帶內(nèi)幅頻特性可能呈波紋變化，最實際濾波器的通頻帶內(nèi)幅頻特性可能呈波紋變化，最大變化量稱為紋波幅度。一般應遠小于大變化量稱為紋波幅度。一般應遠小于-3dB-3dB。實際濾波器參數(shù)（實際濾波器參數(shù)（3 3）6.4濾波器濾波器Page 73倍頻程選擇性倍頻程選擇性W W指在上截止頻率指在上截止頻率f fc c2 2與與2 2f fc c2 2之間，或者在下截止頻率之間，或者在下截止頻率f fc c1 1與與f fc c1 1/2/2之間幅頻特性的衰減量，即頻率變化一個倍頻程的衰之間幅頻特性的衰減量，即頻率變化一個倍頻程的衰減量。減量。或或 倍頻程選擇性表明濾波器過渡帶內(nèi)幅頻曲線的傾斜程度，它倍頻程選擇性表明濾波器過渡帶內(nèi)幅頻曲線的傾斜程度，它決定了濾波器對帶寬外頻率成分衰減能力。決定了濾波器對帶寬外頻率成分衰減能力。思考思考：W W 越大，衰減（越大，衰減（），濾波器選擇性（），濾波器選擇性（）。）。越好越好越快越快實際濾波器參數(shù)（實際濾波器參數(shù)（4 4）6.4濾波器濾波器Page 74濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)）濾波器因數(shù)（矩形系數(shù)）濾波器選擇性的另一種表示法。用濾波器幅頻特性的濾波器選擇性的另一種表示法。用濾波器幅頻特性的-60dB-60dB帶寬與帶寬與-3dB-3dB帶寬的比值表示。帶寬的比值表示。理想濾波器理想濾波器=1=1，通常，通常=1 15 5。有些濾波器因器件影響。有些濾波器因器件影響（如電容漏阻），阻帶衰減達不到（如電容漏阻），阻帶衰減達不到-60dB-60dB，可用，可用-40dB-40dB或或-30dB30dB帶寬與帶寬與-3dB-3dB帶寬的比值表示。帶寬的比值表示。實際濾波器參數(shù)（實際濾波器參數(shù)（5 5）6.4濾波器濾波器Page 75(3)(3)濾波器的逼近方式濾波器的逼近方式理想濾波器的性能只能用實際濾波器逼近，四種逼近方式的濾理想濾波器的性能只能用實際濾波器逼近，四種逼近方式的濾波器得到最廣泛的應用：波器得到最廣泛的應用：巴特沃斯、切比雪夫、橢圓巴特沃斯、切比雪夫、橢圓和和貝塞爾貝塞爾濾波器濾波器。低通巴特沃斯低通巴特沃斯濾波器的增益濾波器的增益6.4濾波器濾波器Page 76巴特沃斯，通帶增益穩(wěn)定；巴特沃斯，通帶增益穩(wěn)定；切比雪夫，過渡帶變化大，通帶增益波紋；切比雪夫，過渡帶變化大，通帶增益波紋；橢圓，過渡帶變化大，通帶、阻帶波紋；橢圓，過渡帶變化大，通帶、阻帶波紋；貝塞爾，衰減速度較低，相角變化線性較好。貝塞爾，衰減速度較低，相角變化線性較好。四種濾波器的比較四種濾波器的比較購購買買濾濾波波器器必必須須指指定定種種類類 (例例如如，低低通通)、逼逼近近方方式式 (例例如如，巴巴特特沃沃斯斯)、階階數(shù)數(shù)(例例如如，8)8)和和截截止止頻頻率率。對對于于切切比比雪雪夫夫和和橢圓濾波器，必須指明通帶和阻帶的波紋。橢圓濾波器，必須指明通帶和阻帶的波紋。6.4濾波器濾波器Page 77對信號做頻譜分析或摘取其中某些頻率成分時，可以通過對信號做頻譜分析或摘取其中某些頻率成分時，可以通過多個中心頻率不同的帶通濾波器實現(xiàn)，各個濾波器的輸出多個中心頻率不同的帶通濾波器實現(xiàn)，各個濾波器的輸出反映了信號在該通頻帶內(nèi)的量值。反映了信號在該通頻帶內(nèi)的量值。帶通濾波器實現(xiàn)譜分析可有兩種方式：帶通濾波器實現(xiàn)譜分析可有兩種方式：一一是由一中心頻率是由一中心頻率可調(diào)的帶通濾波器獨立構成；可調(diào)的帶通濾波器獨立構成；二二是使用各自中心頻率固定，是使用各自中心頻率固定，但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。對濾波器組，各濾波器的通帶應相互鄰接，覆蓋整個感興對濾波器組，各濾波器的通帶應相互鄰接，覆蓋整個感興趣的頻帶。即前一濾波器的趣的頻帶。即前一濾波器的-3dB-3dB上截止頻率為后一相鄰濾上截止頻率為后一相鄰濾波器的波器的-3dB-3dB下截止頻率。濾波器組具有相同的增益（對各下截止頻率。濾波器組具有相同的增益（對各中心頻率而言）。中心頻率而言）。6.4.3 6.4.3 恒帶寬比和恒帶寬濾波器恒帶寬比和恒帶寬濾波器6.4濾波器濾波器Page 78倍頻程譜分析裝置倍頻程譜分析裝置6.4濾波器濾波器Page 79恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器（恒定百分比帶通濾波器）（恒定百分比帶通濾波器）特點：特點：品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q=fQ=fn n/B/B。采用相同。采用相同Q Q值的調(diào)諧濾波器做成鄰接式濾波器值的調(diào)諧濾波器做成鄰接式濾波器恒帶寬比濾波器恒帶寬比濾波器。中心頻率越大，其帶寬。中心頻率越大，其帶寬B B也越大，頻率分辨也越大，頻率分辨率越低。率越低。恒帶寬比濾波器的低端截止頻率恒帶寬比濾波器的低端截止頻率f fc c1 1與高端截止頻率與高端截止頻率f fc c2 2之間滿之間滿足如下關系：足如下關系：式中，式中，n n稱為倍頻程數(shù)，稱為倍頻程數(shù)，n n=1=1稱為倍頻程濾波器；稱為倍頻程濾波器；n n=1/3=1/3稱為稱為1/31/3倍頻程濾波器。倍頻程濾波器。恒帶寬比濾波器（恒帶寬比濾波器（1 1）6.4濾波器濾波器Page 80代入代入 ，有，有后一個濾波器的中心頻率后一個濾波器的中心頻率 與前一個濾波器的中心頻率與前一個濾波器的中心頻率 之之間有間有 6.4濾波器濾波器Page 81表表1 1 倍頻程濾波器倍頻程濾波器 表表2 1/32 1/3倍頻程濾波器倍頻程濾波器 中心頻率中心頻率(Hz)12.516202531.5405063帶寬帶寬(Hz)2.93.64.65.77.29.111.514.5中心頻率中心頻率(HzHz)161631.531.56363125125250250帶寬帶寬(HzHz)11.0511.0522.0922.0944.1944.1988.3688.36176.75176.75不同倍頻程濾波器不同倍頻程濾波器6.4濾波器濾波器Page 82恒帶寬比（恒帶寬比（Q Q為常數(shù)）的濾波器，其通頻帶在低頻段內(nèi)甚窄，為常數(shù)）的濾波器，其通頻帶在低頻段內(nèi)甚窄，而在高頻段內(nèi)則較寬。因此，濾波器組的頻率分辨率在低頻而在高頻段內(nèi)則較寬。因此，濾波器組的頻率分辨率在低頻段內(nèi)較好，在高頻段內(nèi)甚差。段內(nèi)較好，在高頻段內(nèi)甚差。為了使濾波器組的分辨率在所有頻段都具有同樣良好的頻率為了使濾波器組的分辨率在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨率，可以采用恒帶寬的濾波器。分辨率，可以采用恒帶寬的濾波器。恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器 6.4濾波器濾波器Page 83恒帶寬與恒帶寬比濾波器比較恒帶寬與恒帶寬比濾波器比較 6.4濾波器濾波器Page 846.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄電測量的最后環(huán)節(jié)，記錄各種信號變化規(guī)律。電測量的最后環(huán)節(jié)，記錄各種信號變化規(guī)律。模擬顯示設備模擬顯示設備數(shù)字顯示設備數(shù)字顯示設備圖像顯示設備圖像顯示設備磁帶記錄器磁帶記錄器存儲示波器存儲示波器基于通用設備及媒體的數(shù)字記錄技術基于通用設備及媒體的數(shù)字記錄技術顯顯示示記記錄錄Page 856.5.1 6.5.1 模擬指示儀表模擬指示儀表通過機械表頭或電流表表頭進行指示。通過機械表頭或電流表表頭進行指示。千分表和百分表。千分表和百分表。測試結果是通過一組精密齒條測試結果是通過一組精密齒條-齒輪副和機械表頭來指示的。齒輪副和機械表頭來指示的。6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 86千分表結構千分表結構6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 876.5.2數(shù)碼顯示儀表數(shù)碼顯示儀表大多數(shù)測試儀器都采用數(shù)碼顯示方式輸出測試結果大多數(shù)測試儀器都采用數(shù)碼顯示方式輸出測試結果。發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LightEmittingDiode,LED）、液晶顯示器）、液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay,LCD）和熒光管顯示器（）和熒光管顯示器（VacuumFluorescentDisplay，VFD）。）。6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 88各種測試信號輸戶與數(shù)碼顯示器的接口原理各種測試信號輸戶與數(shù)碼顯示器的接口原理6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 89發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼顯示）數(shù)碼顯示靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示 6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 90液晶液晶(LCD)數(shù)碼顯示數(shù)碼顯示功耗極低、驅(qū)動電壓也極低、集成度高、體積特小的數(shù)碼顯示功耗極低、驅(qū)動電壓也極低、集成度高、體積特小的數(shù)碼顯示器。器。LCD的基本結構及顯示原理 6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 916.5.3圖像顯示儀表圖像顯示儀表現(xiàn)代測試儀器需要輸出的信息越來越多，越來越復雜，要求輸現(xiàn)代測試儀器需要輸出的信息越來越多，越來越復雜，要求輸出信號的實際波形出信號的實際波形圖像顯示技術圖像顯示技術。圖像顯示是點陣圖形顯示和視頻圖像顯示的總稱。圖像顯示是點陣圖形顯示和視頻圖像顯示的總稱。示波器（示波器（oscilloscope）適于顯示動態(tài)信號的圖像。）適于顯示動態(tài)信號的圖像。6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 92工作原理：陰極產(chǎn)生自由電子、陽極加速電子束、若偏轉板上工作原理：陰極產(chǎn)生自由電子、陽極加速電子束、若偏轉板上有適當幅值的電壓，電子束就會偏轉，使顯示器的特定位置的有適當幅值的電壓，電子束就會偏轉，使顯示器的特定位置的磷發(fā)光。磷發(fā)光。示波器示波器陰極射線管的示意圖 6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 93模擬示波器模擬示波器6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 946.5.4信號記錄和存儲信號記錄和存儲可以記錄整個測試過程中所有的信號波形、參數(shù)及結果變化過可以記錄整個測試過程中所有的信號波形、參數(shù)及結果變化過程。程。磁帶記錄器：利用鐵磁性材料的磁化現(xiàn)象進行模擬信號記錄的磁帶記錄器：利用鐵磁性材料的磁化現(xiàn)象進行模擬信號記錄的儀器。儀器。1-磁帶 2-記錄磁頭 3-重放磁頭磁帶記錄器結構示意圖 記錄過程記錄過程重放過程重放過程6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 95記錄方式記錄方式直接記錄直接記錄頻率調(diào)制記錄頻率調(diào)制記錄6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 96特點特點儲存在磁帶中的信息便于與數(shù)據(jù)處理設備及計算機連接。儲存在磁帶中的信息便于與數(shù)據(jù)處理設備及計算機連接。磁帶中的信息可以多次重放而不消失。磁帶中的信息可以多次重放而不消失?？梢杂涗洀闹绷髦钡秸缀盏慕涣餍盘?，信噪比高，線性好，零可以記錄從直流直到兆赫的交流信號，信噪比高，線性好，零點漂移小，比較容易進行多線記錄。點漂移小，比較容易進行多線記錄。磁帶記錄可以快錄慢放，也可以慢錄快放，這在數(shù)據(jù)處理中是磁帶記錄可以快錄慢放，也可以慢錄快放，這在數(shù)據(jù)處理中是十分有用的。十分有用的。6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 97數(shù)字存儲設備（數(shù)字存儲設備（1）（1）數(shù)字存儲示波器）數(shù)字存儲示波器6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 98數(shù)字存儲設備（數(shù)字存儲設備（2）（2）通用數(shù)字記錄設備）通用數(shù)字記錄設備任何一臺通用的計算機，配上滿足信號采集要求的數(shù)據(jù)采集卡，任何一臺通用的計算機，配上滿足信號采集要求的數(shù)據(jù)采集卡，再輔以其它外設數(shù)字存儲媒體：磁帶、磁盤、光盤、新型的固再輔以其它外設數(shù)字存儲媒體：磁帶、磁盤、光盤、新型的固態(tài)半導體存儲盤等，就可以構成一臺通用的測試信號數(shù)字記錄態(tài)半導體存儲盤等，就可以構成一臺通用的測試信號數(shù)字記錄設備。設備。6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄Page 993.3.信號記錄和存儲的發(fā)展趨勢信號記錄和存儲的發(fā)展趨勢用數(shù)據(jù)采集儀器進行信號的記錄；用數(shù)據(jù)采集儀器進行信號的記錄；與計算機內(nèi)插與計算機內(nèi)插A/D卡的形式進行信號記錄卡的形式進行信號記錄；利用新型儀器前端直接數(shù)據(jù)采集與記錄功能利用新型儀器前端直接數(shù)據(jù)采集與記錄功能。6.5信號顯示與記錄信號顯示與記錄