測控電路重點內(nèi)容復習

1、1測控系統(tǒng)組成示意測控系統(tǒng)組成示意n前提課程前提課程： 傳感器，單片微機原理傳感器，單片微機原理被測對象被控對象傳感器（放大、濾波、調(diào)制解調(diào)、信號轉(zhuǎn)換、運算、細分等）信號預處理（模/數(shù)控制電路、單片機、PLC、DSP、FPGA、計算機、工控機等） 控制器 輸出電路（光隔、驅(qū)動、D/A等）測控電路復習重點測控電路復習重點第一章第一章 緒論緒論第一節(jié)第一節(jié) 測控電路的功用測控電路的功用第二節(jié)第二節(jié) 對測控電路的主要要求對測控電路的主要要求第三節(jié)第三節(jié) 測控電路的輸入信號與輸出信號測控電路的輸入信號與輸出信號第四節(jié)第四節(jié) 測控電路的類型與組成測控電路的類型與組成第五節(jié)第五節(jié) 測控電路的發(fā)展趨勢測控電

2、路的發(fā)展趨勢2第一章第一章 緒論緒論（1 1）什么是測控系統(tǒng)？）什么是測控系統(tǒng)？測量與控制系統(tǒng)的簡稱。測量與控制系統(tǒng)的簡稱。廣義上：測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。廣義上：測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。籠統(tǒng)地講籠統(tǒng)地講傳感器傳感器測控電路測控電路執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)（2 2）測控系統(tǒng)的構(gòu)成）測控系統(tǒng)的構(gòu)成第一章第一章 緒論緒論對測控電路的主要要求（對測控電路的主要要求（精度高；響應速度快和動態(tài)失精度高；響應速度快和動態(tài)失真小；轉(zhuǎn)換靈活；可靠性與經(jīng)濟性）真小；轉(zhuǎn)換靈活；可靠性與經(jīng)濟性）；影響測控電路精度的主要因素（影響測控電路精度的主要因素（噪聲與干擾；失調(diào)與噪聲與干擾；失調(diào)與漂移，主要是溫漂；線性度

3、與保真度；輸入與輸出阻漂移，主要是溫漂；線性度與保真度；輸入與輸出阻抗的影響）抗的影響）；為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？在哪些方面？（模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換；信號形式的轉(zhuǎn)換；（模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換；信號形式的轉(zhuǎn)換；量程的變換；信號的選??；信號處理與運算等）量程的變換；信號的選?。恍盘柼幚砼c運算等）；本章基本概念本章基本概念44.4.測控電路的輸入信號與輸出信號類型測控電路的輸入信號與輸出信號類型 模擬信號模擬信號( (非調(diào)制信號,已調(diào)制信號）； 數(shù)字信號數(shù)字信號( (增量碼信號；絕對碼信號；開關(guān)信號）5. 測控電路中的信號

4、制測控電路中的信號制電模擬信號種類：電模擬信號種類： 直流電壓直流電壓(電流電流)，交流電壓，交流電壓(電流電流)；國際統(tǒng)一信號：國際統(tǒng)一信號：過程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號為過程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號為420mA， 模擬直流電壓信號為模擬直流電壓信號為15V；國內(nèi)統(tǒng)一信號：國內(nèi)統(tǒng)一信號：420mA，15V； 010mA，010V。信號制信號制是在成套系列儀器儀表測控電路中，各個單元的輸入、是在成套系列儀器儀表測控電路中，各個單元的輸入、輸出信號采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號問題。輸出信號采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號問題。信號的傳輸方式信號的傳輸方式有三種：兩線制、三線制和四線制有三種：兩線制、三線制和

5、四線制6. 模擬式測量電路和數(shù)字式測量電路的基本組成模擬式測量電路和數(shù)字式測量電路的基本組成7. 控制電路的基本組成控制電路的基本組成（開環(huán)控制；閉環(huán)控制）（開環(huán)控制；閉環(huán)控制）第一章第一章 緒論緒論5第第2章章 信號放大電路信號放大電路 2.1 運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償 2.2 典型測量放大電路典型測量放大電路 2.3 隔離放大電路隔離放大電路作用：作用：放大傳感器輸出的電壓、電流或電荷信號。放大傳感器輸出的電壓、電流或電荷信號。類型：類型：由傳感器決定。如：應變式傳感器采用電橋放由傳感器決定。如：應變式傳感器采用電橋放大電路，壓電式傳感器采用電荷放大電路。大電路，壓

6、電式傳感器采用電荷放大電路。6要掌握的主要內(nèi)容：要掌握的主要內(nèi)容：n 典型測量放大電路典型測量放大電路: :n隔離放大電路隔離放大電路. .反相放大電路反相放大電路同相放大電路同相放大電路差動放大電路差動放大電路高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路自動調(diào)零放大電路自動調(diào)零放大電路高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路電橋放大電路電橋放大電路線性化電路線性化電路第第2章章 信號放大電路信號放大電路7 2.2 典型測量放大電路典型測量放大電路一、 高共模抑制比放大電路 作用：用來抑制傳感器輸出的共模電壓 (包括干擾電壓) ， 提高共模抑制比 。 應用場合：要求共模抑制比大于100dB的場合，例如

7、人體 心電測量，信號很微弱，而干擾很大。 方法：（1）采用多個集成運放串聯(lián)組成的測量放大電路； （2）采用差動放大電路，使ui1和ui2的共模電壓抵 消，但要求外接電阻完全平衡對稱。8 2.2.5 高共模抑制比放大電路高共模抑制比放大電路* 2.2.5.2 三運放高共模抑制比放大電路N1N2：性能一致，平衡對稱，構(gòu)成差動放大輸入級。N3：雙端輸入單端輸出的輸出級，進一步抑制N1N2 共模信號。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo2911o1i1i200(1)RRuuuRR22o2i2i100(1)RRuuuRR 12

8、o2o1i2i1d1i2i10(1)()()RRuuuuKuuR 55565oo2o1o2o1333463(1)(1)RRRRRuuuuuRRRRRR 取 R3=R4，R5=R6，RuuuKuuR5oo2o1d2o2o13()()差模增益：512dd1d203(1)RRRKKKRR 通常取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 外接電阻平衡對稱。 2.2.5.2 三運放高共模抑制比放大電路三運放高共模抑制比放大電路電路特點：輸入阻抗高；增益調(diào)整方便；對于理想運放，共模抑制比趨向無限大。1011 2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路2.2.6.1 2.2.6.1 單端輸入電橋放大電路單端輸入電橋放

9、大電路1反相輸入型34ab2413()ZZuuZZZZ a0u (虛地)1boab12RuuuRR (虛斷)231422o113241(1)(1)()()4 1/ 2Z ZZ ZRRuuuRZZZZR 特點：增益與橋臂電阻無關(guān)，增益穩(wěn)定，單臂電橋非線性。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou+-+-+N電橋電源浮置，電源在R1和R2不產(chǎn)生電流，a點為虛地：122 2同相輸入型同相輸入型a1()22RuuRR RuuRR2(2)4 1/ 2 22oa11(1)(1)4 1/ 2RRuuuRR 特點：輸出與反相輸入型符號相反，特點相同，輸入阻抗高。 2.2.6.1 單端輸入電橋放大電路單端輸入電橋放大

10、電路R+RR2R1uo+-aRRRu+-+N132.2.6.2 2.2.6.2 差動輸入電橋放大電路差動輸入電橋放大電路 2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路12RRRao1122RuuuRR b(1)/ (2)uu 特點：增益與橋臂電阻有關(guān)，增益不穩(wěn)定，且非線性。R2=R1R1uR (1+)uaubRRRuo+-+NRuuR1o2(1)4 1/ 2 (ua=ub)14 2.2.6 電橋放大電路電橋放大電路* 2.2.6.3 線性電橋放大電路12ao1212RRuuuRRRR b313/ ()uuRRR 32o131RRRuuuRRRR 32,(1)RR RR 特點：傳感器接在反饋回路，線性好

11、，量程大，但靈敏度低。uoR3R2 = R(1+)R1uuaR1ub+-+Ni1i2i4i315 2.2 典型測量放大電路典型測量放大電路2.2.8 高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路 作用作用：提高反相提高反相(或差動或差動)運算放大器的輸入阻抗，與電運算放大器的輸入阻抗，與電 容式、壓電式傳感器的高輸出阻抗相匹配。容式、壓電式傳感器的高輸出阻抗相匹配。 方法：方法：（1）在放大電路輸入端加接電壓跟隨器，但會）在放大電路輸入端加接電壓跟隨器，但會 引入共模誤差；引入共模誤差； （2）采用高輸入阻抗的集成運算放大器；）采用高輸入阻抗的集成運算放大器； （3）采用通用集成運算放大器組成的自舉電

12、路。）采用通用集成運算放大器組成的自舉電路。162.2.8.2 自舉式高輸入阻抗放大電路自舉式高輸入阻抗放大電路 2.2.8 高輸入阻抗放大電路高輸入阻抗放大電路 何謂自舉電路? 自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。 是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？ 高輸入阻抗電路常應用于傳感器的輸出阻抗很高的測量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器的測量放大電路。172.2.8.2 自舉式高輸入阻抗放大電路b)交流電壓跟隨電路+-+NuiR1R2C1R3C2uoa)同相交流放大電路uiuo+-+NR1R2R3C1C2 利用C2將運放兩

13、輸入端之間的交流電壓作用在R1兩端。理想情況下兩輸入端電位近似相等(虛短)，無電流流過R1 ，故對交流而言 。R1 要求：R3=R1+R2 減小輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流。182.2.8.2 自舉式高輸入阻抗放大電路RuuR3o1i1 RuuuR1o2o1i322 uuuRRiuRRR Ro2i21i1212 i輸入電阻為：uR RRiRRi12i21 當R2=R1時，Ri，i1 = i2 ，即N1的輸入電流全部由N2提供，輸入回路無電流。uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)自舉組合電路19自舉組合電路20 2.3 隔離放大電路 作用：將輸入、輸出和電源電路進行

14、隔離，使他們之間 沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有公共的接地端。 方法：采用電磁耦合(變壓器)和光電耦合。 應用場合：主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統(tǒng)(如 生物醫(yī)學人體測量、自動化試驗設(shè)備、工業(yè)過程 控制系統(tǒng)等)中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共 模抑制能力傳送信號。 第第2章章 信號放大電路信號放大電路211. 組成及符號組成及符號2.3 隔離放大電路2.3.1 基本原理Ciso 隔離電容(典型值20pF)Riso 隔離電阻(很大 )1210 uiso 隔離模電壓，指隔離器兩端或輸入端與輸出端兩 公共地之間能承受的共模電壓。輸 入放大器R1R1R2Ri soCi soR2uo隔離

15、器輸 出放大器uducuiso22浮置電源輸入調(diào)制放 大 器耦合變壓器輸出解調(diào)放 大 器輸出輸入2.3 隔離放大電路2. 原理框圖浮置電源光耦合器 輸 入 放大器輸 出放大器輸出輸入VLC 變壓器耦合不僅隔離了輸入與輸出電路，而且也隔離了浮置電源，但體積大。 光電耦合先將被測信號放大后由發(fā)光二極管轉(zhuǎn)換成光信號，再由光敏三極管轉(zhuǎn)換成電信號放大輸出，但非線性。23 作用：傳感器輸出的信號一般很微弱，而且含有作用：傳感器輸出的信號一般很微弱，而且含有 各種噪聲。為了將測量信號從含有噪聲的各種噪聲。為了將測量信號從含有噪聲的 信號中分離出來，便于放大與遠距離傳輸。信號中分離出來，便于放大與遠距離傳輸。

16、 3.1 調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路 3.2 調(diào)頻式測量電路調(diào)頻式測量電路 3.3 調(diào)相式電路調(diào)相式電路 3.4 脈沖調(diào)寬制式測量電路脈沖調(diào)寬制式測量電路24第第3章章 信號調(diào)制解調(diào)電路信號調(diào)制解調(diào)電路1 1、調(diào)制解調(diào)的概念、功用，采用調(diào)制解調(diào)的目的。、調(diào)制解調(diào)的概念、功用，采用調(diào)制解調(diào)的目的。2 2、調(diào)頻，調(diào)幅，調(diào)相，脈沖調(diào)制的、調(diào)頻，調(diào)幅，調(diào)相，脈沖調(diào)制的數(shù)學表達式，并畫出它們數(shù)學表達式，并畫出它們 的波形的波形。3 3、什么是雙邊帶調(diào)幅？請寫出其數(shù)學表達式，畫出它的波形、什么是雙邊帶調(diào)幅？請寫出其數(shù)學表達式，畫出它的波形 4 4、什么是包絡(luò)檢波？什么是相敏檢波、什么是包絡(luò)檢波？什么是相

17、敏檢波包絡(luò)檢波和相敏檢波的包絡(luò)檢波和相敏檢波的電路原理及分析電路原理及分析、 區(qū)別；區(qū)別；5 5、相敏檢波電路的主要作用：鑒相和選頻相敏檢波電路的主要作用：鑒相和選頻6 6、鑒相電路的原理。、鑒相電路的原理。7 7、脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)方式。、脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)方式。第第3章章 信號調(diào)制解調(diào)電路信號調(diào)制解調(diào)電路25調(diào)制調(diào)制傳感器調(diào)制傳感器調(diào)制電路調(diào)制電路調(diào)制開關(guān)電路調(diào)制開關(guān)電路調(diào)制乘法器調(diào)制乘法器調(diào)制信號相加調(diào)制信號相加調(diào)制調(diào)相調(diào)相調(diào)頻調(diào)頻調(diào)幅調(diào)幅脈沖調(diào)寬脈沖調(diào)寬26解調(diào)包絡(luò)檢波相敏檢波二極管與晶體管包絡(luò)檢波精密檢波半波全波27 什么是信號調(diào)制？什么是信號調(diào)制？ 調(diào)制調(diào)制就是用一個信號就是用一個

18、信號(稱為調(diào)制信號稱為調(diào)制信號)去控制另一個去控制另一個做為載體的信號做為載體的信號(稱為載波信號稱為載波信號)，讓后者的某一特征參，讓后者的某一特征參數(shù)數(shù)(幅值、頻率、相位、脈沖寬度幅值、頻率、相位、脈沖寬度)按前者變化。按前者變化。 什么是信號解調(diào)？什么是信號解調(diào)？ 在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離、放大等處在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離、放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為量信號，這一過程稱為解調(diào)解調(diào)。 28第第3章章 信號調(diào)制解調(diào)電路信號調(diào)制解調(diào)電路 調(diào)制是給測量信號賦予一定特征，這個特征由作

19、為調(diào)制是給測量信號賦予一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為作為載體，這個載體稱為載波信號載波信號。 用來改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相用來改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號稱為位的信號稱為調(diào)制信號調(diào)制信號。 在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號作調(diào)制信號。在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號作調(diào)制信號。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫已調(diào)信號已調(diào)信號。 29在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、

20、頻率、相位三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進弦信號有幅值、頻率、相位三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進行調(diào)制，分別稱為行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅調(diào)幅(Amplitude modulation)(Amplitude modulation)、調(diào)頻調(diào)頻(Frequency modulation)(Frequency modulation)和和調(diào)相調(diào)相(Phase modulation)(Phase modulation) 。也可以用脈沖信號作載波信號?？梢詫γ}沖信號的不同特征也可以用脈沖信號作載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對脈沖的寬度進行調(diào)制，稱為參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對脈沖的寬度進行調(diào)制，

21、稱為脈沖脈沖調(diào)寬調(diào)寬(Pulse width modulation)(Pulse width modulation) 。303.1 調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法調(diào)幅原理與方法3.1.1.1 調(diào)幅信號的表達式調(diào)幅信號的表達式uUmxtsmc()cos 調(diào)幅信號的一般表達式可寫為： 什么是調(diào)幅？寫出調(diào)幅信號的數(shù)學表達式，畫出波形。 調(diào)幅就是用調(diào)制信號 x 去控制高頻載波信號的幅值。 常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號的幅值按調(diào)制信號 x 的線性函數(shù)變化。c載波信號角頻率； Um調(diào)幅波中載波信號的幅值； m調(diào)制的靈敏度；x調(diào)制信號。31設(shè)調(diào)制信號設(shè)調(diào)制信號 ，且，且 （一般（一

22、般 ） xXtmcos c c10 uUtmXttsmcmccoscoscos UtmX t +mX tmcmcmc11coscos()cos()22 載波信號上邊頻信號下邊頻信號ux uXttscmccoscos 載波信號中不含調(diào)制信號 x 的信息，因此可取Um= 0、 m = 1，只保留兩個邊頻信號。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)幅，可采用乘法器實現(xiàn)。其數(shù)學表達式為： 3.1.1.1 調(diào)幅信號的表達式 何謂雙邊帶調(diào)幅？寫出其數(shù)學表達式，并畫出波形。32當x0時，us與 uc同頻同相；雙邊帶調(diào)幅信號txotucusotoux usc 當x0時， ， ；uA0 RRuuuRR44oss3302 RRRu

23、uuuRRR444oAss33302 當us0時，VD1 VD4通，VD2 VD3 斷，N2跟隨器工作， ；uuos0 當us0時，VD1 VD4斷，VD2 VD3通，N1工作， 。 RuuuR4oss10 tuootuso3. 全波精密檢波電路二 uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2RRR214/ /, RR35, RR14 384. 高輸入阻抗全波精密檢波電路RRRR1234/ 2R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2a) 電路圖uo= -usus0usR1R3R4us-+N1b) 正輸入等效電路-+N2us0時，VD1 通，VD2 斷，

24、；uuos0 us0)當ux0時，us與 Uc同頻同相；當ux0時，us與Uc同頻反相。us與Uc反相(ux0，則u+大：uo=Ur，C充電時間長；uo=-Ur，C放電時間短。即輸出脈沖占空比大。（2） 若ux，通常至少要求c10。這樣，解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號。若被測信號的變化頻率為0-100Hz，則載波信號的頻率c1000 Hzc1000 Hz。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應為900-900-1100 Hz1100 Hz。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應100 Hz，即讓0-100Hz的信號順利通過，而將900 Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200 Hz200 H

25、z。 56 相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能、性能與在電路構(gòu)成相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能、性能與在電路構(gòu)成上最主要的區(qū)別是什么？上最主要的區(qū)別是什么？ 相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能上功能上的主要的區(qū)別是的主要的區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號相位，從而判別被測量變化相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號相位，從而判別被測量變化的方向。的方向。 在在性能上性能上最主要的區(qū)別是最主要的區(qū)別是 相敏檢波電路具有判別信號相敏檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力相位和頻率的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。 從從電路結(jié)構(gòu)上電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢

26、波電路的主要特點是，除了所看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應與號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應與所需解調(diào)的調(diào)幅信號具有同樣的頻率，采用載波信號作參考所需解調(diào)的調(diào)幅信號具有同樣的頻率，采用載波信號作參考信號就能滿足這一條件。信號就能滿足這一條件。57 從相敏檢波器的工作機理說明為什么相敏檢波器與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有許多相似之處？它們又有哪些區(qū)別？ 只要將輸入的調(diào)制信號乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號。若將再乘以，

27、就得到)2cos()2cos(41cos212coscos21cos21coscoscosccxmcxmxmc2csottUtUttUtUttUtuuxmxm 利用低通濾波器濾除頻率為和的高頻信號后就得到調(diào)制信號，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調(diào)制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號us，將雙邊頻調(diào)幅信號us再乘以載波信號，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。 相敏檢波器與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是調(diào)幅電路實現(xiàn)低頻調(diào)制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾波后輸出低

28、頻解調(diào)信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。58開關(guān)式全波相敏檢波電路5960全波精密檢波電路全波精密檢波電路 精密整流型全波相敏檢波電路精密整流型全波相敏檢波電路61P93脈寬調(diào)制電路 電容C在兩個半周期通過不同的電阻進行充電，充電時間常數(shù)不同，從而輸出信號的占空比隨著兩支充電回路的阻值而變化，即輸出信號的脈寬受被測信號調(diào)制。 Rp2和Rp3為差動電阻傳感器的兩臂，其和為一常量。62第第4章章 信號分離電路信號分離電路 4.1 濾波器基本知識濾波器基本知識 4.2 RC濾波電路濾波電路 4.3 集成有源濾波器集成有源濾波器 4.4 跟隨濾波器跟隨濾波器 作用：選擇頻率的

29、作用。提取有用的測量信號，作用：選擇頻率的作用。提取有用的測量信號， 濾除噪聲和無用信號。濾除噪聲和無用信號。631 1、4 4種常見的濾波器及示意圖、性能。種常見的濾波器及示意圖、性能。2 2、傳遞函數(shù)的定義，由傳遞函數(shù)我們可以得到濾波器、傳遞函數(shù)的定義，由傳遞函數(shù)我們可以得到濾波器 的幅頻和相頻特性。的幅頻和相頻特性。3 3、濾波器特性的逼近：有哪幾種逼近方法，什么時候、濾波器特性的逼近：有哪幾種逼近方法，什么時候 采用什么樣的逼近方法？采用什么樣的逼近方法？4 4、二階有源濾波器的分類，結(jié)構(gòu)，會推導其傳遞函數(shù)，并根二階有源濾波器的分類，結(jié)構(gòu)，會推導其傳遞函數(shù)，并根據(jù)其獲得特征參數(shù)據(jù)其獲得

30、特征參數(shù)kp，w0，等。等。5、會設(shè)計有源濾波器。會設(shè)計有源濾波器。重點：模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性；壓控電壓源型濾波電路；無限增益多路反饋型濾波電路；有源濾波器設(shè)計。第第4章章 信號分離電路信號分離電路64 4.1.1 濾波器的類型濾波器的類型 1. 按處理信號形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器。按處理信號形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器。 2. 按功能按功能(頻率頻率)分：低通、高通、帶通、帶阻濾波器。分：低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 3. 按電路元件分：按電路元件分：LC無源濾波器、無源濾波器、RC無源濾波器、由特無源濾波器、由特 殊元件構(gòu)成的無源濾波器、殊元件構(gòu)成的無源濾波器、RC有源

31、濾波器。有源濾波器。 4. 按微分方程按微分方程(傳遞函數(shù)傳遞函數(shù))的階數(shù)分：一階濾波器、二階濾的階數(shù)分：一階濾波器、二階濾 波器、高階濾波器。波器、高階濾波器。 4.1 濾波器基本知識第第4章章 信號分離電路信號分離電路6522002200*( )( 210, 0*)KpH sbbbKpss低通低通：22200*( )( 2, 100)KpsH sbKp bbss高通高通：002200*( )( 200, 1*)KpsH sbbbKpss帶通：帶通：222002200* ()( )( 2, 10, 0*)KpsH sbKp bbKpss帶阻：帶阻：2210210( )b sb sbH ssa

32、 sa210000,(:)aa阻尼系數(shù)；：固有頻率664.1.4.1 巴特沃斯逼近：巴特沃斯逼近： 這種逼近的基本原則是使幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，這種逼近的基本原則是使幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，并且單調(diào)變化。其幅頻特性為并且單調(diào)變化。其幅頻特性為 4.1.4 濾波器特性的逼近P2,0K 674.1.4.2 切比雪夫逼近：切比雪夫逼近： 這種逼近方法的基本原則是允許通帶內(nèi)有一定的波動量這種逼近方法的基本原則是允許通帶內(nèi)有一定的波動量Kp。其幅頻特性為。其幅頻特性為 4.1.4 濾波器特性的逼近KP0.75 1.32,0 KP32,0, ( ) 4.1.4.3 貝賽爾逼近： 這種逼近與前兩種不同

33、，它主要側(cè)重于相頻特性，其基本原則是使通帶內(nèi)相頻特性線性度最高，群時延函數(shù)最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小。 68 4.1.4 濾波器特性的逼近/000.512巴 貝切切1.0A( ) -180-36012貝巴切切/0( ) 0圖4-8 四種五階低通濾波器頻率特性246800.20.40.60.81.0t/t0巴貝切uo(t)/ui圖4-9 三種二階低通濾 波器階躍響應69 4.2.2 壓控電壓源型濾波電路壓控電壓源型濾波電路(同相放大器同相放大器)UsK YYH sU sYYYY YYK YY Yof12i123451f342( )( )( )()(1)KRRf01/uYu Y

34、u YuYYYYi12o31234 uYuuYYKo225f YYYY uuuYYK2525o22f 4.2 RC濾波電路濾波電路uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+Nu u 70壓控電壓源型濾波器的特點 元件數(shù)目少 對運放理想程度要求不高 結(jié)構(gòu)簡單 增益和截止頻率獨立，調(diào)整方便（） 正反饋，穩(wěn)定性差（）1212112221111-Kf= (+)+*R R C CCRRR C012121 =R R C C01RKpKfR uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+N71 4.2.3 無限增益多路反饋型濾波電路無限增益多路反饋型濾波電路(反相放大器反相放大器)Kf uY

35、u Yu YuYYYYi12o31234 u Yu YuuYYK2o5o25f0 YuuY5o2 UsYYH sU sYYYY YY Yo12i1234523( )( )( )() 4.2 RC濾波電路濾波電路-+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)u u 7273 4.2.5 RC有源濾波器設(shè)計有源濾波器的設(shè)計主要包括以下四個過程：確定傳遞函數(shù)（應用特點確定、階數(shù)） 低通、高通、帶通、帶阻 特征頻率：固有頻率、轉(zhuǎn)折頻率、截止頻率 巴特沃斯、切比雪夫、貝賽爾逼近選擇電路結(jié)構(gòu)（特性要求、低靈敏度） 壓控電壓源、無限增益多路反饋、雙二階環(huán)選擇有源器件（器件特性、噪聲、Ri、Ro ）計算無源

36、元件參數(shù)（預設(shè)、先C后R）* * 4.2.5.4 無源元件參數(shù)計算無源元件參數(shù)計算 1在給定轉(zhuǎn)折頻率在給定轉(zhuǎn)折頻率fc下，參考表下，參考表4-2選擇電容選擇電容C1； 2計算電阻換標系數(shù)：計算電阻換標系數(shù)：K=100/fc C1 (C1單位為單位為F) ； 3由由KP查表查表 (由類型決定由類型決定)確定確定C2及歸一化電阻值及歸一化電阻值ri； 4計算電阻實際值：計算電阻實際值：Ri=Kri ； 5確定電阻標稱值。確定電阻標稱值。 4.2.5 RC有源濾波器設(shè)計有源濾波器設(shè)計fc/Hz100kC1/F100.1 0.10.010.010.001(1000100)10-6(10010) 10-

37、6表4-2 二階有源濾波器設(shè)計電容選擇用表74第第5章章 信號運算電路信號運算電路 作用：實現(xiàn)各種數(shù)學運算，如表面粗糙度測量作用：實現(xiàn)各種數(shù)學運算，如表面粗糙度測量。 5.1 比例運算放大電路比例運算放大電路 5.2 加法、減法運算電路加法、減法運算電路 5.3 對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算電路對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算電路 5.4 微分、積分運算電路微分、積分運算電路 5.5 常用特征值運算電路常用特征值運算電路 5.6 函數(shù)性運算電路函數(shù)性運算電路751. 利用反相加法運算電路實現(xiàn)減法運算利用反相加法運算電路實現(xiàn)減法運算5.2 加法、減法運算電路加法、減法運算電路5.2.3 減法運算電路減法運算電路

38、- -+ +N2+ +R1uoR2ui1Rfui2- -+ +N1+ +uo1R1R3R =R1/2R =R2/R3/RfRRuuuuuRRffoi1o1i2i122()() RR23 2. 利用單一運放差分輸入實現(xiàn)減法運算利用單一運放差分輸入實現(xiàn)減法運算76四、乘方和立方運算電路四、乘方和立方運算電路圖圖 平方運算電路平方運算電路 將相乘運算電路的兩個輸入端并聯(lián)在一起就是乘方運算電路，電路將相乘運算電路的兩個輸入端并聯(lián)在一起就是乘方運算電路，電路如左圖所示。立方運算電路如右圖所示。如左圖所示。立方運算電路如右圖所示。圖圖 立方運算電路立方運算電路 77第第6章章 信號轉(zhuǎn)換電路信號轉(zhuǎn)換電路 6

39、.1 模擬開關(guān) 6.2 采樣保持電路 6.3 電壓比較電路 6.4 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路 6.5 電壓電流轉(zhuǎn)換電路 6.6 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路78基本組成：基本組成： 1. 模擬開關(guān)模擬開關(guān) 2. 存儲電容存儲電容 3. 緩沖放大器緩沖放大器6.2 采樣保持電路采樣保持電路 當Uc=“1”時，S接通，ui向C充電，輸出跟蹤模擬輸入信號變化采樣階段(uo=uc=ui)。-+N1+-+N2+uiuoUcCSuc 當Uc=“0”時，S斷開，uo保持S斷開瞬間的輸入信號值保持狀態(tài)(uo保持uc值)。79UouiuiURoUR 當uiUR時，Uo為低電平“0”；當ui=UR時，比較器翻轉(zhuǎn)。 Uo=UR-ui

40、當UR=0時為過零比較器，又稱鑒零器。如正弦波經(jīng)過鑒零器后變?yōu)榉讲ā?1+1uiUR#Uo80UouioU1 U2 設(shè)輸出高低電平分別為UoH、UoL，則兩個門限電平分別為：122RoH1212RRUUURRRR121RoL1212RRUUURRRR滯后電平：221oHoLn12()RUUUUUuRR Uo-1+1uiUR#R1R2R 調(diào)節(jié)R1或R2可調(diào)節(jié)滯后電平，使 稍大于預計的干擾信號un，可消除“振鈴”現(xiàn)象。uiU2時Uo=UoL，U1uiU2時不翻轉(zhuǎn)。常作為整形電路。U 81例 在圖（a）所示的電路中，已知R1=50k，R2=100k，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=9V，輸入電壓uI的波形如圖

41、（b）所示，試畫出uO的波形。 AuOuIDZUZR1R2R圖（a）3-3uI/V0t圖（b）9-9uO/V0t解：ZTURRRU211uO9-90uI+3-3VV39100505082UT電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：-1-1+1+1uiE#R1R2RP-1-1+1+1#VSU o1U o2U R1U R2N1N2U ZRUo+UD* * 6.3.3 窗口比較電路窗口比較電路(兩個門限電平兩個門限電平)判斷判斷ui是否在兩個電平之間。兩個門限電平分別為：是否在兩個電平之間。兩個門限電平分別為：UEUUR2zR1 RUUUURRPR1zR2R21P 當當uiUR2時，時，Uo1=“1”，Uo2=

42、“0”，則，則Uo=“0”；當當UR2uiUR1時，時，Uo1=“0”，Uo2=“1”，則，則Uo=“0”。窗口寬度：窗口寬度：UUUKUR1R2z U ouioUR2 UR1 U “1” “0” 6.5 電壓電流轉(zhuǎn)換電路電壓電流轉(zhuǎn)換電路 作用：作用：減小傳輸導線阻抗對信號的影響。減小傳輸導線阻抗對信號的影響。1. 反相輸入型uo-+N+iS RSR2R1i uiiRoS1 o1S1SuiRi Ri 要求: （1）電流源內(nèi)阻RS很大，減小輸入失調(diào)電壓影響； （2）iSIb運放的輸入偏置電流。84實用測微弱電流的實用測微弱電流的I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路ou uoR4R1R2R3N- -+ + +i

43、sRs33121osRuiRRR 10Rius siRuRuu 20300 2. 同相輸入型uiRi1 22oib33(1)RRuuUiRR 要求： R4=R2/R3（R2和R3由i與uo的范圍確定）uo-+N+UbR3R1i R4R2ui 例： 420mA 010V 取R1=250，i = 420mA ui=15Vuo=010VRRURR22b33(1) 10 RRURR22b33(1)510RR2332 Ub5V3 R320k R230k RRR423/ /12k ， ， ， ，86 要求：R3RL R4R7+RL31NioL1313RRuui RRRRR42Pbo7L2424()RRuU

44、iRRRRRR取R1=R2，R3=R4，uNuP，則34oibibi1727()()RRiuUuUuR RR RV1-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio876.5.2 V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路RLuo2- -+ +N1+ +iL - -+ +N2+ +RRRRRPuiuo1uP1uP+-負載接地型負載接地型V/IV/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路N1，N2為理想運放。為理想運放。)(2121oiPuuu N1輸出電壓輸出電壓2112oiPouuuu RP上的電壓上的電壓iooPuuuu 21所以所以PiLRui oi/1000iu 例：010V 010mA取 R1=R2=10

45、0k， R3=R4=20k， R7=200， Ub=0，則oi2(2.5)1250iu 例：010V 420mA取 R1=R2=100k，R3=R4=20k， R7=125，Ub=-2.5V，則V1-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio896.5.2 V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路負載浮地型負載浮地型V/I V/I 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路1iILuiiRuo- -+ +N+ +UiR1iI RLiL uo- -+ +N+ +UiR1iI RLiL (a)(a)反相式反相式（b)b)同相式同相式* * A/D轉(zhuǎn)換的三個階段：轉(zhuǎn)換的三個階段：采樣、量化和編碼采樣、量化和編碼 采樣：

46、在時間上離散，用模擬信號與脈沖序列相乘實現(xiàn)。 量化：在幅值上離散，利用四舍五入規(guī)則，用有限個量 化值來代替采樣值，量化值與采樣值之差稱為量 化誤差，最大量化誤差=LSB/2。R12niiiiUUd 編碼：編碼與量化同時完成，通常用二進制碼表示，即91 試述在試述在S/H電路中對模擬開關(guān)、存儲電容及運算放大器這三電路中對模擬開關(guān)、存儲電容及運算放大器這三種主要元器件的選擇有什么要求。種主要元器件的選擇有什么要求。 選擇要求如下： 模擬開關(guān)模擬開關(guān)：要求模擬開關(guān)的導通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。 存儲電容存儲電容：要選用介質(zhì)吸附效應小的和泄漏電阻大的電容。 運算放大器運算放大器：選用

47、輸入偏置電流小、帶寬寬及轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運算放大器；輸入運放還應具有大的輸出電流。92如果要將如果要將420mA的輸入直流電流轉(zhuǎn)換為的輸入直流電流轉(zhuǎn)換為010V的輸出直流電壓，的輸出直流電壓， 試設(shè)計其轉(zhuǎn)試設(shè)計其轉(zhuǎn)換電路。換電路。 該轉(zhuǎn)換電路如圖該轉(zhuǎn)換電路如圖X6-3所示。根據(jù)圖所示。根據(jù)圖X6-3電路，有電路，有b23123o)1 (URRiRRRuR3-+NuoR1R2R4iuiUb圖X6-3取R1=250，當i=4mA時，ui=1V，當i=20mA時，ui=5V。 因此要求,1b23URR115)1 (23RR93試分析圖試分析圖6-36中各電路的工作原理，并畫出電壓傳輸特性曲線

48、。中各電路的工作原理，并畫出電壓傳輸特性曲線。 圖6-36 題6-5圖a)b)-+NR1R2R3uouiURVS1VS2-+NR1R2R3uouiURVSVD1VD2R此電路為一施密特電路。比較器輸出的高、低電壓分別為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值UZ、-UZ，因此運算放大器同相端兩個門限電壓為：,R323Z3221URRRURRRUR323Z3222URRRURRRU當ui UR時，VD1導通，運算放大器輸出負向飽和電壓-E，VD2截止，uo=0，此時運算放大器同相端門限電壓為：當 ui由大變小并小于UT時，uo = UZ。R2Z22TURRRURRRU94uouoUZU1U2uiO-UZUZOURUTuia)b)圖X6-2其電壓傳輸特性如圖其電壓傳輸特性如圖X6-2X6-2所示：所示：95第第7章章 信號細分與辨向電路信號細分與辨向電路作用：細分電路實現(xiàn)對周