【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 樣時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分 ， 其余時(shí)間積分結(jié)果處于保持狀態(tài) 。 根據(jù)實(shí)現(xiàn)電路的不同 ， 可分為線性門積分器和指數(shù)式門積分器兩種 。 1） 周期信號(hào)取樣積分法 (1) 取樣積分器的基本原理 ?時(shí)域微弱信號(hào)檢測(cè) （ 2）線性門積分器電路 如圖所示 ， 被測(cè)信號(hào) x(t)包含周期為 T的有用信號(hào) x(t)和隨機(jī)噪聲 n(t)。 r(t)是與 x(t)同頻的參考信號(hào) ， 甚至可以是被測(cè)信號(hào)本身 。 r(t)經(jīng)延時(shí)后送入觸發(fā)電路 ， 產(chǎn)生寬度為 Tg的取樣脈沖 ， 在 r(t)的每個(gè)周期內(nèi) ， 開關(guān) S只在 Tg時(shí)段閉合 。 S閉合時(shí) ， x(t)經(jīng)緩沖放大后通過電阻 R對(duì)積分電容 C充電 ， 只要輸入電壓不變 ， 充電電流也就不變； S斷開時(shí) ， C兩端電壓保持不變 。 圖 37(a) 線性門積分器電路 若 x(t)為階躍信號(hào) ， 且 t=0時(shí) ， u0=0， 可繪出 u0隨時(shí)間變化的曲線如下圖中折線 ② 所示 。 下圖中直線 ① 是 S常閉時(shí)的響應(yīng) ， 相當(dāng)于普通線性積分器的階躍響應(yīng) 。 如果 S常閉時(shí) u0積分到等于輸入電壓所需時(shí)間為 ? (?=RC)，則在取樣脈沖作用下所需時(shí)間約為 (T/Tg)?。 圖 37(b) 線性門積分器的階躍響應(yīng) （ 3）線性門積分器的信噪比改善系數(shù) 對(duì)于線性門積分器 ， 為避免輸出飽和 ， 經(jīng)過一定次數(shù)(設(shè)為 m)的取樣后 ， 需通過開關(guān)使積分器復(fù)位到零 。 假設(shè)有用信號(hào)恒為 Us， 則每次采樣因有用信號(hào)引起的輸出電壓增量恒為 ?s＝ UsTg/(RC)。 設(shè)噪聲 n(t)的有效值為 Un， 則每次采樣因噪聲引起的輸出電壓增量為： ?n＝ UnTg/(RC) 。 但是 ， 有用信號(hào)是線性相加 ， 噪聲則按統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律增加 ， 所以輸出信噪比為： inssmsssmsso NSmmmPP( S / N) )/()()()(222212210????? ????? ????? ??? ??從而得到信噪比改善系數(shù)為： m( S / N)( S / N) S NI Rio ??( 62) ( 63) （ 4）指數(shù)式門積分器電路 在信號(hào)幅度較大時(shí)，為數(shù)不多的若干次取樣積分就有可能使線性門積分電路運(yùn)算放大器進(jìn)入非線性區(qū)，導(dǎo)致測(cè)量誤差，在這種情況下只能使用指數(shù)式門積分器。 指數(shù)式門積分器電路如下圖所示，它 與線性門積分器的區(qū)別 ：即使輸入電壓不變， 充電電流也會(huì)隨電容上電壓的增加而逐漸減小 ，輸出電壓則按指數(shù)規(guī)律增加。 圖 38(a) 指數(shù)式積分器電路 若 x(t)為階躍信號(hào) ， 且 t=0時(shí) ， u0＝ 0， 則 u0隨時(shí)間變化的曲線如下圖中曲線 ② 所示 。 下圖中曲線 ① 是當(dāng) S常閉時(shí)的響應(yīng) ， 相當(dāng)于普通指數(shù)式積分器的階躍響應(yīng) 。 如果 S常閉時(shí) u0積分到等于輸入電壓的所需時(shí)間為 ?(?=RC)， 則在取樣脈沖作用下所需時(shí)間約為 (T/Tg) ? 。 圖 38(b) 指數(shù)式積分器的階躍響應(yīng) （ 4）指數(shù)式門積分器電路 對(duì)于階躍信號(hào)輸入 ， 指數(shù)式門積分器經(jīng)過 m次積分后的輸出相當(dāng)于普通指數(shù)式積分器經(jīng)歷了 mTg時(shí)間后的輸出 。而普通指數(shù)式積分器在經(jīng)歷了 5?(?=RC)時(shí)間后 ， 積分效果就很不明顯了 。 因此 ， 應(yīng)該保證 （ 5）指數(shù)式門積分器的信噪比改善系數(shù) mTg﹤ 5? 根據(jù)式 (63)可知，若是線性門積分器，信噪比改善系數(shù) SNIR=m，所以，可估計(jì)出指數(shù)式門積分器信噪比改善系數(shù)的大致范圍為： gTτmS NI R 5??( 64) ( 65) 用數(shù)學(xué)分析的方法 推導(dǎo)出準(zhǔn)確的信噪比改善系數(shù) 是非常煩瑣的 ， 因?yàn)榧词?s(t)恒定不變 ， 每次采樣因有用信號(hào)引起的輸出電壓增量都不相同 ， 而每次采樣因噪聲引起的輸出電壓增量也不相同 ， 不能像推導(dǎo)式 ( 62)那樣簡(jiǎn)單地得到信噪比改善系數(shù) 。 這里直接給出 指數(shù)式門積分器可達(dá)到的信噪比改善系數(shù) 如下： gT2S N IR ??( 66) 2）取樣積分器的工作方式 根據(jù)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的取樣次數(shù)，取樣積分器可分為單點(diǎn)式和多點(diǎn)式兩大類。前者電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但是需要時(shí)間長(zhǎng)。后者用多個(gè)積分器對(duì)各點(diǎn)取樣分別進(jìn)行積分，因而電路要復(fù)雜得多，但是時(shí)間短。 單點(diǎn)式取樣可分為 定點(diǎn) 和 掃描 兩種工作方式 : 定點(diǎn)工作方式：反復(fù)取樣被測(cè)信號(hào)波形上某個(gè)特定位置的幅度，檢測(cè)功能與鎖定放大器有些類似 。 掃描工作方式：取樣點(diǎn)沿著被測(cè)波形周期從前向后逐次移動(dòng)，可用于恢復(fù)和記錄被測(cè)信號(hào)的波形。 定點(diǎn)方式的取樣積分器電路原理如圖 37(a)和圖 38(a)所示 ， 參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)保持同步 ， 經(jīng)延時(shí)后產(chǎn)生固定寬度的取樣脈沖信號(hào) ， 只要在測(cè)量期間延時(shí)量固定不變 ， 取樣積分就 總是在被測(cè)信號(hào)周期的固定部位進(jìn)行 。 延時(shí)電路的延時(shí)量一般做成可調(diào)的 ， 以便調(diào)整取樣部位 。 定點(diǎn)方式適于檢測(cè)處理周期信號(hào)的幅度 ， 例如接收斬波光的光電倍增管的輸出電流 、 心電圖一定部位的幅度等 。 （ 1）定點(diǎn)工作方式 掃描式取樣積分器的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。慢掃描電路用于產(chǎn)生覆蓋多個(gè)信號(hào)周期的鋸齒波，其寬度為 Ts。時(shí)基電路用于產(chǎn)生覆蓋被測(cè)信號(hào)周期中需測(cè)部分的鋸齒波，其寬度為 TB。比較器對(duì)兩個(gè)鋸齒波進(jìn)行比較，從而 產(chǎn)生逐漸增加的延時(shí) ，這樣就可在被測(cè)信號(hào)的逐個(gè)周期中從前向后延時(shí)取樣，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原信號(hào)波形的逐點(diǎn)恢復(fù)。門控電路用于產(chǎn)生寬度為 Tg的取樣脈沖。 圖 39 掃描式取樣積分器結(jié)構(gòu)框圖 （ 2）掃描工作方式 下 圖為掃描式取樣積分器各點(diǎn)波形 。 其中 ， (a)為 A點(diǎn)被測(cè)信號(hào)波形； (b)為 B點(diǎn)觸發(fā)信號(hào)波形；(c)為 C點(diǎn)短周期鋸齒波 (實(shí)線 )和 D點(diǎn)長(zhǎng)周期鋸齒波 (虛線 )：(d)為比較器根據(jù)兩個(gè)鋸齒波的相交點(diǎn)產(chǎn)生的延時(shí)脈