电气测试技术 第6章数字化测量技术 第6章数字化测量技术 6.1概述 6.2有源滤波器的设计 6.3模拟信号放大技术 6.4集成模拟多路开关 6.5集成采样、保持(S-H)器 6.6系统差校正技术 6.7量程自动切换与标度变换 6.8A/D转换原理、器件及应用 6.9D/A转换原理及常用器件的应用 6.10 LED和LCD显技术 6.11频率、时间和相位的测量 6.12数学多用表的原理 蔺州交通大学
电气测试技术 第6章数字化测量技术 6.1桡述 ·如前所述，利用各种传感器可将各种非电量，例如温度 压力、流量、物位、质量、力、振动、位移、加速度、冲 击、转矩以及各种状态量和成分量等转换成便于远传、放 大和处理的电量（如电流、电压、频率及阻抗等）。电信 号经过滤波、放大和处理后，可用传统的指针式仪表或数 字仪表来指示或显示。后者较前者具有测量精度高、灵敏 度高、速度快、读数客观、测量自动化、易于与微机系统 组成自动测试系统等一系列优点。 。 数字化测量技术的基本内容是将连续的模拟量转换成相应 的量化了的断续量，然后予以数字编码，进而传输、存储 显示或打印。因此，(A/D)转换器是数字化测量的核心 部件。 同菌州克通大￥
电气测试技木 第6章数字化测量技术 6,2有源滤波器的没计 同菌州文通大￥
电气测试技术 第6章数字化训量技术 6,2有源滤波器的设计 ·传感器的输出信号多数是微弱的电信号，在信号的处理、 放大、传输以及传感器的本身等各个环节中，都很容易引 进干扰信号。在严重情况下，这些干扰信号会淹没有用信 号，以致于无法测量。在这种情况下，除了采用有效的抗 干扰措施外，采用信号滤波技术是提高信躁比(SN)的 行之有效的方法。滤波器的作用是选出有用的频率信号， 有用频率信号通过滤波器时，不衰减或有放大作用（对有 源滤波而言)，而抑制杂散的无用频率的信号，使其最大 限度的衰减，从而提高信躁比。 @前州克通大￥
电气测试技术 第6章数字化测量技术 滤波器分类 ·通常，称可以通过的频率范围为通带；不能通过的频率范 围为阻带：通带与阻带的界限频率为截止频率，其频率特 性用Q值来衡量，Q值越高，即灵敏度越高，频率选择特 性越好，通带越窄。因此，滤波器可分为低通滤波器、高 通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 ·按滤波器是否使用有源器件（放大器）来分，可分为有源 滤波器和无源滤波器两大类。 同菌州克通大￥
电气测试技术 第6章数字化训量技术 一阶无源和有源低通滤波器见图6-1。图a是一阶无源RC低 通滤波器，其传递函数为： 1 H(s)=1+RCS ·图b是一阶有源低通滤波器，其传递函数为： H)=-R1 R,1+RCS K 图6-1无源与一阶有源低通滤波器 回前州克通大￥
电气测试技术 第6章数字化测量技术 表6-1无源滤波器与有源滤波器性能比较 比较指标 无源 有源 尺寸、重量和价格 受电感器的限制 无电感器 只用 电阻器进行调整 受电感Q的限制 容易做到Q2100 次声频(100kHz) 获得不方便 极 增益 输入和输出的阻抗匹配 有插入损托 多级连接 逐级加 不起 传递函数的求取 间互相影响， 有源滤波器在低频(<1MH2)段使用时，具有更优越的性能。表6-1为有 源滤波器与无源滤波器的性能比较。 由表6-1可见，有源滤波器较无源滤波器具有无法比拟的优越性能。因此 目前在音频信号处理、工业测量和控制领域已得到极为广泛的应用。 回菌州文通大￥
电气测试技术 第6章数字化例量技术 6,已.1低通有源滤波器的设计 ·低通滤波器的功能是：让直流到指定截止频率的低频信号 通过，而高频分量信号受到很大的衰减，其通带为0≤@sa, 为截止频率。 图6-2为利用运放组成有限增益可控的有源二阶低通滤波 器。设R=R,=R,C=C,=C,利用节点电流法，则该有源 滤波器的幅频特性可通过下面 的联立方程求解： 10。=0 -,+(层+cu-scu,R片 C2 A 哈0 R 图6-2有限增矗二阶低通滤波器 回前州克通大￥
电气测试技木 第6章数字化测量技术 因此可求得其传递函数为： H。 H(s)=1+3-H)RCS+(RCS) S2+S+0 上式是二阶低通滤波器的标准式。上式左右两边对比，可得： H,-8R R @o=RC Q=3-H 1 当己知@和Q值时，则 RC=1 。=3- 同菌州文通大￥
电气测试技术 第6章数字化训量技术 6已.2高通有源滤波器的设计 ·高通滤波器的功能是：让高于指定频率，的信号通过，而 使直流到指定阻带频率的低频分量受到衰减。 。 只要低通滤波器中起滤波作用的电阻、电容的位置互换 便成为高通滤波器。二阶高通滤波器见图6-3。图中， 取R,=R,=R:C=C,=CK=1+R/R,则该电路的传递函数为： K(RCs)2 H(s)= R 1+(3-K)RCs+(RCs)2 ks2 Hos2 2+3=Ks+(RCy22+%s+m RC R 式中，m。=1(RC):0=1/3-K):H。=K。 图63二阶高通有源滤波器 回前州克通大￥