巴特沃兹滤波器.ppt

机械电子工程原理
第八章傖号处理
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机械工业出版社
信号处理的必要性、原则和方法
■大多数情况下,从传感器输出的信号不能直接加以利用。
最基本的原因是传感器输入信号的幅度不适当,需要引入
增益或者衰减使之与系统下一级匹配。在一些复杂环境中,
从传感器得到的原始信号中往往含有其他成分,必须去除
之后才能获得所需信息。
■信号处理的原则是把所需信息从传感器的输出信号中分离
出来,并以适当的形式传送给系统下一级。
目前日益广泛的做法是在传感器上加上信号处理电路。有
的传感器已具备对温度等因素的自动补偿能力,并带有自
检功能和局部决策能力,这种新颖的设计是测量技术的重
大进展

■理想运算放大器如图示
输入端1是同相输入端,输入端2是反相输入端,3
是输出端。在输入端口内,输入端1和输入端2之
间存在的电阻称为输入电阻。
理想运算放大器有两个最重要的性质,即输入电
阻值无穷大和开环放大倍数无穷大。
U2
理想运算放大器的特性
因输入电阻值无穷大,所以经输入端1和输入端2的
电流无穷小,进而输入端1和输入端2之间没有电压
降。因此,对于理想运算放大器,有以下三个关系
同时成立。
口在输入一侧考虑电压关系时,反相输入端与同相输
入端之间是“虚通”的,图中用虚线表示。理想运
算放大器的两个输入端之间电压总是为零
口在输入一侧考虑电流关系时,反相输入端与同相输
入端之间是“虚断”的,图中用叉表示。进入或流
出理想运算放大器两个输入端的电流总是为零
口在输出一侧,输出电压U可以是电源电压范围内的
任何有限值。
实际运算放大器的特性
■理想运算放大器是实际运算放大器的模型。
■实际的运算放大器具有很高(上千倍,但不是任
意大)的开环放大倍数,输入端口有很大的输入
电阻(兆欧以上,但不是无穷大)。由于运算放
大器本身的开环增益非常高,输入电阻非常大
许多场合下可以认为它的输入电流和输入电压都
为零,就是所谓理想运算放大器。
单端输入和双端输入
■运算放大器的输入方式有单端输入和双端输入两种。
■在单端输入的情况下,总是一端接输入信号,而另
端接地(或通过电阻接地)。当信号从1端输入时,输
出信号与输入信号同相,称同相输入;而当信号从2端
输入时,输出信号与输入信号反相,称反相输入
■在双端输入(也称为差动输入)的情况下,输入信号
U1和U2同时加在同相端1和反相端2上,它的输入是同
相输入端电压与反相输入端电压之差。
=
实际应用中,运算放大器很少开环使用,大都要加上
某种反馈电路,构成一种输入-输出运算关系
运算放大器的几种基本应用电路
反相放大器
■同相放大器
■差动放大器
积分器
■微分器
电荷放大器
电流电压转换器
■电压电流转换器
对数放大器
比较器
施密特触发器
反相放大器
U-U
■因为2≈0,U20,a点是虚地点,而且i1=2
U
这种情况下这个放大器成为理想电压源。如果阻抗Z和Z
都是纯电阻,那么输出信号对于输入信号的相移为180
同相放大器
许多传感器输出电流的能力很有限,即带负载能力很差,
因此必须配以高阻抗的负载
R
RI R2
因为Un=U于是
UU( R2
电压跟随器
在这种情况下U=U1,而放大倍数为1,即输出电
压与输入电压幅值相等且极性相同,因此称之为
电压跟随器。