CD4089BPWR气温波形的时域和频域表示(a)气温波形 (b)气温波形的频谱函数(示意图)

在计算机普及应用之前,确定一个任意非周期信号的频谱并非易事。自从快速傅里叶变换(FFT①)算法出现以后,人们可以用计算机迅速求出非周期时间函数信号的频谱函数。在sPICE程序中就包含有FFT软件,供读者分析信号和电路的频率特性。在某些现代电子设备中,甚至把FFT软件装人其中,可在程序控制下向实际电路输人端注人已知波形的非周期信号,如矩形单脉冲,然后通过电路输出端和输人端频谱函数的比较,直接计算出电路的频率响应特性。这种快速测试电路频率响应的方法经常用于电子装置的自动生产线上,也可以安装在所谓智能仪器中,用于对仪器本身的自校正和故障自诊断。

在时间上和幅值上均是连续的信号称为模拟信号,也就是数学上所说的连续函数。图1.1.2中微音器输出的电压信号以及经放大器放大后的电压信号都是模拟信号。从宏观上看,我们周围世界中的大多数物理量都是时间连续、数值连续的变量,如气温、气压、风速等等,这些变量通过相应的传感器都可转换为模拟电信号输入到电子系统中去。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。本书模拟部分主要讨论各种模拟电子电路的基本概念、基本原理、基本分析方法及基本应用。

在信号分析中,按时间和幅值的连续性和离散性把信号分为4类:(1)时间连续、数值连续信号;(2)时间离散、数值连续信号;(3)时间连续、数值离散信号;(4)时间离散、数值离散信号。其中第(1)类即前面所述的模拟信号;第(4)类称为数字信号。本书数字部分涉及上述(2)、(3)、(4)三类信号的处理电路。随着计算机技术的发展和应用的普及,绝大多数电子系统都引人了计算机或微处理器来对信号进行处理。由于它是数字电路系统,只能处理数字信号,所以需要将模拟信号转换为数字信号。关于数字信号和数字电路详见本书数字部分。

根据信号的连续性和离散性分析,气温属于四类信号中的哪一类?水银温度计显示的温度值属于哪一类信号?气象观测员定时从水银温度计读出的温度值属于哪一类信号?

信号的放大是最基本的模拟信号处理功能,它是通过放大电路实现的。大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路,如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。

放大电路的符号及模拟信号放大检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的,例如在1,1节介绍的语音放大系统中,微音器输出电压仅有毫伏量级,而细胞电生理实验中所检测到的电流甚至只有皮安(pA,1012A)量级c对这些过于微弱的信号,既无法直接显示,一般也很难作进一步分析处理.通常必须把它们放大到数百毫伏量级,才能用传统的指针式仪表显示出来。若对信号进行数字化处理,则须把信号放大到数伏量级才能被一般的模数转换器所接受。某些电子系统需要输出较大的功率,如家用音响系统往往需要把音频信号功率提高到数瓦或数十瓦。这里所说的放大都是指线性放大,也就是说放大电路输出信号中包含的信息与输人信号完全相同,既不减少任何原有信息,也不增加任何新的信息,只改变信号幅度或功率的大小。例如,将图1.12的信号送人放大电路放大,希望放大电路的输出信号,除了幅值增大外,应是输入信号的重现,输出波形的任何变形,都被认为是产生了失真。

针对不同的应用,需要设计不同的放大电路,其细节将在本书后续各章中讨论,这里作为引导,只对有关放大龟路的基本概念作简要的介绍。

放大电路应为双口网络,即一个信号输入口和一个信号输出口。其一般符号如图1,4.1a、b所示,图中vs为信号源电压,Rs为信号源内阻,vi和ii分别为输人电压和输人电流,RL为负载电阻,u0和i0分别为输出电压和输出电流.

系Fast Fouier Trans允nnat1on的缩写。