測控電路張國雄

1、 測控電路張國雄天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件：2022/9/20為什么要學(xué)？學(xué)些什么？怎么學(xué)？第1章 緒論第1章 緒論測控電路的功用對(duì)測控電路的主要要求 測控電路的類型與組成 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法 測控電路的輸入輸出信號(hào) 測控電路的發(fā)展趨勢一. 為什么要學(xué)？二. 學(xué)些什么？三. 怎么學(xué)？2022/9/201.1 測控電路的功用生產(chǎn)力是社會(huì)發(fā)展的決定因素。生產(chǎn)力決定國力。生產(chǎn)的兩大指標(biāo)：質(zhì)量和效率提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都要依靠測控。沒有測量就無從了解產(chǎn)品的質(zhì)量。沒有測量就無從控制產(chǎn)品的質(zhì)量。1.1 測控電路的功用機(jī)械、電子、冶金、化工、醫(yī)藥等生產(chǎn)

2、都要靠檢測、反饋控制。 1.1 測控電路的功用機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)靠精度，精度依賴于測控。自動(dòng)化是提高生產(chǎn)效率的主要手段?，F(xiàn)代的自動(dòng)化是柔性自動(dòng)化，越是柔性的系統(tǒng)越需要測量。寶鋼建設(shè)儀器測控裝備占總投資1/3。1.1 測控電路的功用自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展就是智能化。智能化：對(duì)環(huán)境、原材料、機(jī)器工具狀態(tài)的自適應(yīng)，進(jìn)行信息交換，優(yōu)化決策。智能化更離不開測控。智能機(jī)器、智能衣服、智能房屋、智能能源。一、測控電路的功用科技是第一生產(chǎn)力門德列耶夫：科學(xué)是從測量開始的， 沒有測量就沒有科學(xué)。測試是“新技術(shù)革命”的先導(dǎo)和基礎(chǔ)實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。沒有儀器儀表難以進(jìn)行科學(xué)研究。許多重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明從測試和儀器儀表進(jìn)步開

3、始。1.1 測控電路的功用祖沖之圓周率 是測出來的。測試變“假說”、“學(xué)說”為科學(xué) 例：牛頓萬有引力學(xué)說 只有在能測得地球與月亮的精確距離情況下萬有引力學(xué)說才成為科學(xué)。1.1 測控電路的功用20世紀(jì)初到現(xiàn)在，諾貝爾獎(jiǎng)金頒發(fā)給儀器與測控手段的項(xiàng)目達(dá)27項(xiàng)之多。哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)天體科學(xué)的作用。掃描隧道顯微鏡對(duì)納米科技的作用。1.1 測控電路的功用當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代。 信息技術(shù)包括：信息獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)、執(zhí)行（控制）。測量是信息的源頭，最后落實(shí)到控制。信息時(shí)代的標(biāo)志高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展，速度和容量為其主要指標(biāo)。 關(guān)鍵是重復(fù)定位和曝光技術(shù)精度，在于測控。1.1 測控電路的功用計(jì)算機(jī)的發(fā)展建立在測控技術(shù)

4、進(jìn)步的基礎(chǔ)上1.1 測控電路的功用國防事業(yè)離不開測試現(xiàn)代戰(zhàn)爭是信息戰(zhàn)儀器儀表的測量控制精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度（激光制導(dǎo)）定點(diǎn)殺傷，反導(dǎo)彈計(jì)劃-火箭攔截儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力振興中國要發(fā)展測控1.1 測控電路的功用航空、航天離不開測量。神洲號(hào)發(fā)射成功依靠測控。宇宙飛船的軌跡需要按測量數(shù)據(jù)不斷修正。科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要靠測控船等收集。載人航天、登月等前期工作主要收集數(shù)據(jù)。運(yùn)載火箭的試制費(fèi)一半用于儀器與測控手段。1.1 測控電路的功用生命科學(xué)環(huán)境、生態(tài)核科技納米科技MEMS安全、社會(huì)爭端都離不開測控1.1 測控電路的功用 為什么說在現(xiàn)代生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量與生

5、產(chǎn)效率都離不開測量與控制技術(shù)？ 試舉例說明測量與控制技術(shù)在生產(chǎn)、生活與各種工作中的廣泛應(yīng)用。 舉例說明測量與控制技術(shù)在推動(dòng)科技發(fā)展中的作用？2022/9/201.1 測控電路的功用測控系統(tǒng)的組成測控電路在整個(gè)測控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？電路是最靈活的，便于放大、傳輸、轉(zhuǎn)換、選取所需信號(hào)、適應(yīng)不同測控任務(wù)要求。 測量控 制電路傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)2022/9/201.1 測控電路的功用 測量控 制電路傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)原始信號(hào)微弱：高保真放大帶有噪聲、外界干擾：調(diào)制解調(diào)（給信號(hào)賦予一定特征）、共模抑制、濾波復(fù)雜參數(shù)、分析：計(jì)算變換電路。電路是“一傳”和“二傳”手，還有“攔網(wǎng)”作用，是測控系統(tǒng)中最靈活部分。

6、1.2 對(duì)測控電路的主要要求一、精度高二、響應(yīng)快三、轉(zhuǎn)換靈活四、可靠性與經(jīng)濟(jì)性學(xué)些什么？要掌握設(shè)計(jì)、選用電路的要領(lǐng)，必須了解對(duì)測控電路的要求2022/9/20（一）精度高離開精度，測控就失去意義生產(chǎn)、科研、國防、高科技都離不開精度產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于測控精度儀器儀表的測控精度決定了武器系統(tǒng)的打擊精度1.2 對(duì)測控電路的主要要求精度-測控永恒主題長度：納米（單一尺寸到坐標(biāo)測量，分子測量機(jī)-亞原子測量機(jī)）時(shí)間：飛秒引力波對(duì)光速影響10-17光鐘10-19（3000億年差1秒）單個(gè)電子電量（1.5910-19C）1.2 對(duì)測控電路的主要要求1.2 對(duì)測控電路的主要要求影響測控電路精度的主要因

7、素有哪些？其中那幾個(gè)因素是最基本的？1、 噪聲與干擾2、失調(diào)與漂移，主要是溫漂3、線性度與保真度4、輸入與輸出阻抗的影響2022/9/201.2 對(duì)測控電路的主要要求課程內(nèi)容首先圍繞精度來講放大器：低漂、自動(dòng)穩(wěn)零、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性補(bǔ)償信號(hào)的調(diào)制解調(diào)濾波運(yùn)算處理，選取有效成分抗干擾技術(shù)1.2 對(duì)測控電路的主要要求（二）響應(yīng)快生產(chǎn)節(jié)奏加快科學(xué)研究要了解快速變化過程高技術(shù)與國防的要求儀器儀表的測試速度、診斷能力與控制快速性決定了武器系統(tǒng)的反應(yīng)能力落后就要挨打，慢了就要挨打硬件電路總的來說比軟件有更高的反應(yīng)速度?？焖夙憫?yīng)是衡量電路性能的重要指標(biāo)（低輸出阻抗、轉(zhuǎn)換速度、同步采樣等）。PI

8、D控制、前饋與反饋。1.2 對(duì)測控電路的主要要求1.2 對(duì)測控電路的主要要求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？1、 模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換2、信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換3、量程的變換4、信號(hào)的選取5、信號(hào)處理與運(yùn)算（三）轉(zhuǎn)換靈活2022/9/201.2 對(duì)測控電路的主要要求對(duì)于靈活性的需求參數(shù)類型更多 參數(shù)定義更加復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)1.2 對(duì)測控電路的主要要求測量范圍更寬 尺寸-原子核到宇宙空間電壓-納伏到百萬伏電阻-超導(dǎo)至1014歐加速度-10-4104g溫度-接近絕對(duì)零度到1018度（四）可靠性與經(jīng)濟(jì)性測控電路越來越多地實(shí)時(shí)地用在各種系統(tǒng)中；測控電路越來

9、越多地國防和高科技中；測控電路越來越多地用在醫(yī)療和其它與生命有關(guān)的系統(tǒng)中；電路的集成度越來越大。1.2 對(duì)測控電路的主要要求應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，天上、地下、水中、人體內(nèi)條件更加惡劣 高溫、高速、高濕、高塵、振動(dòng)、密閉、遙測、高壓、高電壓、 深水、強(qiáng)場、易爆1.2 對(duì)測控電路的主要要求1.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)1、模擬式信號(hào) (1) 非調(diào)制信號(hào) 非調(diào)制模擬信號(hào)被測量測量信號(hào) 0 x t電路的形式、結(jié)構(gòu)首先與信號(hào)形式與使用要求有關(guān)送到電路的信號(hào)與被測量具有近似線性關(guān)系2022/9/201.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)用電感傳感器測量工件輪廓形狀usucx線圈測桿工件銜鐵用電感傳感器測量工

10、件輪廓形狀c)ustuctb)a)O xtxO xO（2） 經(jīng)調(diào)制信號(hào)2022/9/201.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（1）增量碼信號(hào)（2）絕對(duì)碼信號(hào)（3）開關(guān)信號(hào)1.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（1）增量碼信號(hào)123546輸出反映變化量1.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（1）增量碼信號(hào)亮亮暗W輸出反映變化量簡述1.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào) （2）絕對(duì)碼信號(hào) 1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001輸出與狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)2022/9/2

11、01.3 測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)2、數(shù)字式信號(hào)（3）開關(guān)信號(hào)輸出只有開關(guān)、通斷、亮暗、01兩種狀態(tài)1.4 測控電路的類型與組成一、測量電路的基本組成 模擬式測量電路的基本組成 數(shù)字式測量電路的基本組成二、控制電路的基本組成 開環(huán)控制 閉環(huán)控制2022/9/201.4 測控電路的類型與組成 模擬式測量電路的基本組成電路傳 感 器量程切換電路放 大 器 解 調(diào) 器信號(hào)分離電路運(yùn) 算 電 路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計(jì) 算 機(jī)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)振 蕩 器 電 源2022/9/201.4 測控電路的類型與組成指令傳感器電路傳 感 器顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì) 算 機(jī)鎖 存 器計(jì) 數(shù) 器轉(zhuǎn)換電路脈沖當(dāng)量放 大 器整形電路細(xì)分電路

12、手動(dòng)采樣鎖存指令辨向電路 增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成2022/9/201.4 測控電路的類型與組成 開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測量電路 控制電路 擾動(dòng)量傳感器放大電路輸出轉(zhuǎn)換電路設(shè)定電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)給定機(jī)構(gòu)被控對(duì)象2022/9/201.4 測控電路的類型與組成 設(shè)定電路比較電路校正電路轉(zhuǎn)換電路給定機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出傳感器擾動(dòng)放大電路控制電路 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 2022/9/201.4 測控電路的類型與組成測量電路的輸入信號(hào)類型對(duì)其電路組成有何影響？試述模擬式測量電路與增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成及各組成部分的作用。為什么要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)？試述閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用

13、。2022/9/201.5 測控電路的發(fā)展趨勢 優(yōu)質(zhì)化(精、快、可靠） 集成化 數(shù)字化 通用化、模塊化 測控一體化 自動(dòng)化與智能化學(xué)習(xí)不僅要把握現(xiàn)狀，而且要了解發(fā)展趨勢2022/9/201.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法掌握基礎(chǔ), 注重實(shí)踐2022/9/20在現(xiàn)代生產(chǎn)中，物質(zhì)流和能量流在信息流指揮和控制下運(yùn)動(dòng)。測控技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)和高科技中的一項(xiàng)必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)。為適應(yīng)這一發(fā)展需要，培養(yǎng)寬基礎(chǔ)、具有創(chuàng)造性的人才，將整個(gè)儀器儀表類專業(yè)集中為“測控技術(shù)及儀器”一個(gè)專業(yè)，測控電路是它的一門重要課程。1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法寬基礎(chǔ) 重點(diǎn)放在基本功能塊創(chuàng)

14、造性 怎樣運(yùn)用電路解決工程技術(shù)問題1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法主要介紹工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中常用的測量與控制電路的各種功能塊和總體連接，使學(xué)生熟悉怎樣運(yùn)用電子技術(shù)來解決測量與控制中的任務(wù)。它不是一般意義上電子技術(shù)課的深化與提高，而要著重講清，如何在電子技術(shù)與測量、控制間架起一座橋梁，實(shí)現(xiàn)二者之間的溝通，學(xué)會(huì)如何在測量和控制中運(yùn)用電子技術(shù)，并與光、機(jī)、計(jì)算機(jī)緊密配合，實(shí)現(xiàn)測控的總體思想，圍繞精、快、靈、可靠和測控任務(wù)的其它要求來選用電路、設(shè)計(jì)電路。1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法一、橋梁（工程與電路之間） 工程問題如何用電路解決？高共模抑制比1. 多數(shù)干擾是共模干擾；2. 許多測控任務(wù)需要

15、的就是差值、變化量 如形狀誤差 溫度變化、梯度 跟蹤誤差（實(shí)際值與理想值之差）1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法濾波測量信號(hào)表面輪廓形狀誤差（準(zhǔn)直流）波度（低頻）表面粗糙度（中頻）噪聲（高頻）不同類型的誤差對(duì)功能有不同影響不同類型的誤差有不同形成根源濾波技術(shù)還常用于機(jī)器故障診斷1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法二、從信息流總體來分析電路光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)怎樣配合、合理分配任務(wù)要求。調(diào)制、放大放在哪里？計(jì)算、分析、數(shù)據(jù)處理由什么來完成？我們的任務(wù)是培養(yǎng)有創(chuàng)造性的測控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)師，而不是電路工程師。三、精、快、靈、可靠精、快、靈、可靠是設(shè)計(jì)與選用電路的基礎(chǔ)，是指

16、導(dǎo)思想。在選用基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電路。將基礎(chǔ)科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)與其它領(lǐng)域中的技術(shù)成果用來解決我們的問題，這就是工程師的創(chuàng)新。當(dāng)然不排除原始創(chuàng)新。1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法各種電子器件的工作原理和構(gòu)成，在模擬和數(shù)字電子技術(shù)中講述，本課程注重它們的外特性，講述其應(yīng)用，構(gòu)成所需的功能電路。為了加深對(duì)課程內(nèi)容的理解，本書有適量的習(xí)題和思考題。在編寫中注意了與傳感器、微機(jī)原理及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)和控制技術(shù)與系統(tǒng)等課程的銜接與分工。1.6 課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法原理為主，適當(dāng)介紹集成塊。注意與其它相關(guān)課程的配合。講課、習(xí)題（思考題）、實(shí)驗(yàn)并重?？缯n程的設(shè)計(jì)性、解決問題性實(shí)

17、驗(yàn)，聯(lián)課實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)參加科研活動(dòng)。 2. 信號(hào)放大電路張國雄天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件：2022/9/202. 信號(hào)放大電路何謂測量放大電路？ 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測量放大電路。 測量放大電路是測控電路的基本組成部分，本章討論以精為主線，將靈放在重要位置，同時(shí)考慮快與可靠?；疽螅?低噪聲； 低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移； 高共模輸入范圍和高共模抑制比； 一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益； 線性好； 輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； 足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率。以上要求都是圍繞“精”提出來

18、的，同時(shí)考慮快。2. 信號(hào)放大電路R2ui+-+NR1R3從靈和安全可靠出發(fā)，還需要： 可調(diào)閉環(huán)增益放大電路； 參量放大電路； 電荷放大電路； 隔離放大電路。也有利于提高精度。還需要考慮低成本。2. 信號(hào)放大電路2. 信號(hào)放大電路 測量放大電路的主要誤差源 高共模抑制比放大電路 高輸入阻抗放大電路 低漂移放大電路 電橋放大電路2022/9/202. 信號(hào)放大電路 隔離放大電路 電荷放大電路 增益可控放大電路2022/9/20 2. 信號(hào)放大電路2.1 測量放大電路的主要誤差源 2.1 運(yùn)算放大器件的主要誤差源 序號(hào) 參數(shù)名稱 理想值 實(shí)際值 1 差模增益 90100dB以上 2 共模增益 0

19、0dB以上 3 輸入阻抗 100k數(shù)兆歐 4 輸出阻抗 0 10數(shù)百歐 5 帶 寬 0 010Hz（或010kHz） 6 動(dòng)態(tài)范圍 0供電電壓 有限部分 7 輸入失調(diào)電壓 0 納伏至毫伏 8 輸入失調(diào)電流 0 皮安至微安 9 噪 聲 0 納伏至微伏+-+N2022/9/202.1 測量放大電路的主要誤差源 2. 信號(hào)放大電路采用負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)放大器可以擴(kuò)大帶寬和線性范圍。最主要的誤差因素是噪聲與失調(diào)漂移。 固定的失調(diào)可以通過調(diào)整來解決。 2. 信號(hào)放大電路2.1 測量放大電路的主要誤差源式中 k 玻耳茲曼常數(shù)，k =1.3810-23J/K； T 導(dǎo)體的絕對(duì)溫度（K）； B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬

20、(Hz)； R 導(dǎo)體阻抗的實(shí)部()。 噪聲噪聲就是干擾有用信號(hào)的某種不希望的擾動(dòng)。通常，把外部來的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。熱噪聲由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動(dòng)引起的噪聲2022/9/20 2. 信號(hào)放大電路 2.1 測量放大電路的主要誤差源低頻噪聲與晶體管表面的狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲式中 k1 與材料有關(guān)的常量，其量綱與a、b有關(guān)； I 工作電流(A)； a、b 由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，對(duì)各種半導(dǎo)體，b=0.81.5，a通常為1； f 工作頻率(Hz)。 散彈噪聲 流過二極管、三極管位壘層的載流子不是連續(xù)的，而是脈沖性質(zhì)的，電流的方均值或方均根值不為零 式中 q 電子電荷，為1.5

21、910-19C； IDC 直流電流(A)； B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬 (Hz)。 2. 信號(hào)放大電路 2.1 測量放大電路的主要誤差源減小噪聲影響的主要措施（1）采用噪聲小的器件；（2）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；（3）采用屏蔽措施；（4）采用高共模抑制比電路。 2. 信號(hào)放大電路 2.1 測量放大電路的主要誤差源減小漂移影響的主要措施（1）采用低漂移放大電路；（2）合理設(shè)計(jì)偏置電路； （R3= R1 / R2 ）（3）采用信號(hào)調(diào)制解調(diào)。uoR2ui+-+NR1R3 2. 信號(hào)放大電路 2.1 測量放大電路的主要誤差源在許多情況下需要測量的參數(shù)是差值 形狀誤差、位置誤差、差壓、溫差有許多

22、參數(shù)表面上看不是差值，實(shí)際還是差值在多數(shù)情況下外界干擾主要是共模干擾在集成電路制造中，比較容易保證的是參數(shù)的一致性2. 信號(hào)放大電路2.2 高共模抑制比放大電路精一、基本差動(dòng)放大電路 基本差動(dòng)放大電路是反相放大電路與同相放大電路的組合2. 信號(hào)放大電路ui+-NuoR1R2R3uoui+-+NR1R2R3反相放大電路同相放大電路2.2 高共模抑制比放大電路一、基本差動(dòng)放大電路2.信號(hào)放大電路uo+-+Nui1R1R2R4ui2R3ui1作用時(shí)電路的輸出uo1 ui2作用時(shí)電路的輸出uo2 2.2 高共模抑制比放大電路獨(dú)立作用原理2022/9/202.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路取R2/R1

23、=R4/R3 具有共模抑制能力。 2.2 高共模抑制比放大電路uo+-+Nui1R1R2R4ui2R32.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路實(shí)際上不可能完全做到R2/R1=R4/R3 2.2 高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸入阻抗較低，增益調(diào)節(jié)困難。2.2 高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路二、同相串聯(lián)高共模抑制比放大電路uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N1特色：1. 同相輸入、高輸入阻抗；2. 對(duì)于N2仍然是差動(dòng)放大電路2.2 高共模抑制比放大電路基爾霍夫定理2.信號(hào)放大電路二、同相串聯(lián)高共模抑制比放大電路取2.2 高共模抑制比

24、放大電路uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N1增益與共模抑制比牽連2.信號(hào)放大電路三、三運(yùn)放高共模抑制比放大電路ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N32.2 高共模抑制比放大電路RP調(diào)整兩臂平衡2.信號(hào)放大電路電路特點(diǎn)：輸入阻抗高；增益調(diào)整方便；對(duì)于理想運(yùn)放，共模抑制比趨向無限大。R7RPR8R3R4R6uoR5-+N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2+-+N1IR-+N2三、三運(yùn)放高共模抑制比放大電路2.2 高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路2.2 高共模抑制比放大電路uo

25、+-+N1ui2R1R5R2ui1R4R3R3R4-+N2-+N3uo2uo1在信號(hào)傳輸中常采用屏蔽電纜 當(dāng)傳感器與測量放大電路間有一定距離時(shí)，常用屏蔽電纜連接，屏蔽層一般接地。電纜輸入芯線與其屏蔽層之間的電容C1和C2 ，以及傳感器和傳輸電纜內(nèi)阻RS1和RS2將在放大器輸入端形成兩個(gè)積分電路。共模輸入信號(hào)uic 在RS1、RS2上產(chǎn)生jRS1C1uic、jRS2C2uic的壓降 2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路差 動(dòng)放大器abuicui1ui2RS1RS2C1C2uo2.2 高共模抑制比放大電路引起輸出端差模電壓2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路對(duì)于原來 的

26、電路2.2 高共模抑制比放大電路uo+-+N1ui2R1R5R2ui1R4R3R3R4-+N2-+N3uo2uo1引入有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，屏蔽電纜芯線與屏蔽層共模電壓為零，消除了屏蔽電纜電容的影響。 2.信號(hào)放大電路四、帶有源屏蔽的共模抑制比放大電路2.2 高共模抑制比放大電路+-+N1ui2R1R5R2R0R0ui1ucR4R3R3R4-+N2-+N3uo（1）差動(dòng)放大器件特性不一致共模電壓產(chǎn)生差動(dòng)電壓引起共模抑制比變化2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響2.2 高共模抑制比放大電路R7RPR8R3R4R6uoR5-+N3ui1ui2uo1uo2R1R0R2+-+N1IR-+N2（2

27、）差動(dòng)放大器特性不理想共模增益同時(shí)受阻抗不匹配和運(yùn)算放大器N3的有限共模抑制比影響，由阻抗不匹配引起附加共模增益運(yùn)算放大器N3的有限共模抑制比引起的附加共模增益2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響2.2 高共模抑制比放大電路2.信號(hào)放大電路五、運(yùn)放器件偏離理想特性的影響（2）差動(dòng)放大器特性不理想總附加共模增益比總共模抑制比2.2 高共模抑制比放大電路某些傳感器輸出的信號(hào)電壓常在在微伏級(jí)，且為直流緩變信號(hào)，漂移是一個(gè)關(guān)鍵難題。常用措施包括(1)盡早調(diào)制；(2)共模抑制；(3)采用低漂移信號(hào)放大電路。許多情況下難以在傳感器內(nèi)直接調(diào)制，減小測量放大電路的電壓漂移，實(shí)現(xiàn)低漂移信號(hào)放大至關(guān)重要

28、。集成電路中放大器通過模擬開關(guān)切換輪換工作，半個(gè)周期測量保存、失調(diào)電壓，另半個(gè)周期放大輸出，對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零。 2.3 低漂移放大電路2. 信號(hào)放大電路精2. 信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路Uo-+N3K1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4時(shí)鐘2. 信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4高低2. 信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路b)誤差保持K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2U0s1U0s22. 信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路Uo-+N3K1C

29、1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4時(shí)鐘高低2. 信號(hào)放大電路2.3 低漂移放大電路c) 調(diào)零放大輸出UoC1UiR1R2K1-+N1U0s12. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路問題提出：電路的接入不應(yīng)該影響原系統(tǒng)工作狀態(tài)有些傳感器（如電容式、壓電式）的輸出阻抗很高，可達(dá)108以上，這就要求其測量放大電路具有很高的輸入阻抗，不至于因?yàn)榉糯箅娐返慕尤胧箓鞲衅鬏敵鲂盘?hào)大幅度下降。開環(huán)集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗通常都很高，但反相運(yùn)算放大電路等，其輸入阻抗遠(yuǎn)低于同相運(yùn)算放大電路。 R2ui+-+NR1R3精2. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路uoui+-NR

30、1R2R3+-NuiuoR1R2b) 跟隨電路a) 同相放大電路 采用同相輸入具有很高輸入阻抗 2. 信號(hào)放大電路uo+-NuiR1R2R3R4C12.4 高輸入阻抗放大電路對(duì)于交流放大器需要為電容提供放電通道，它使輸入阻抗大幅度下降交流放大電路2022/9/20c)自舉式高輸入阻抗放大電路uoR1R2C2C1R3-+ui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。2. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路2022/9/20d)交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3-+2. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路2022/9/20e)

31、電流補(bǔ)償型電路輸入電阻為Ri=(R1R2)/(R2-R1)當(dāng)R2=R1時(shí)，Ri， i2 = i1 uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N22. 信號(hào)放大電路2.4 高輸入阻抗放大電路2022/9/202. 信號(hào)放大電路2.5 電橋放大電路P應(yīng)變片測量力uuo靈2. 信號(hào)放大電路2.5 電橋放大電路uuousucx線圈測桿工件銜鐵何謂電橋放大電路？由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路，或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。應(yīng)用于何種場合？應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一

32、步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào)。 2.5 電橋放大電路2. 信號(hào)放大電路2022/9/20（一）反相輸入電橋放大電路Z1Z2Z4Z3R2R1bauou-+Na點(diǎn)為虛地，故uo反饋到R1兩端的電壓定是-uab2.5 電橋放大電路2. 信號(hào)放大電路Z1=Z2=Z4=R, Z3=R(1+), =R/R 2022/9/202. 信號(hào)放大電路R+RR2R1uo-+NRRRu2.5 電橋放大電路（二）同相輸入電橋放大電路（三）差動(dòng)輸入電橋放大電路2.5 電橋放大電路R1=R2 R ua=ub 2. 信號(hào)放大電路-+NR2=R1uoR1uR (1+)uaubRRR2

33、022/9/20（四）線性電橋放大電路2.5 電橋放大電路2. 信號(hào)放大電路uoR3R2 =R(1+)R1uuaR1ub-+Nua = ub 當(dāng)R3 =R時(shí) 量程較大，但靈敏度較低 2022/9/20 電荷放大電路是一種輸出電壓與輸入電荷成比例關(guān)系的測量放大電路。例如，壓電式傳感器或電容式傳感器可將某些被測量（如力、壓力等）轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出，再通過電荷放大電路輸出放大了的電壓信號(hào)。因此，電荷放大電路亦稱為電荷-電壓變換電路。2. 信號(hào)放大電路2.6 電荷放大電路 靈2. 信號(hào)放大電路2.6 電荷放大電路 QCRRiCiCcRsCs-+Nuob) 實(shí)際等效電路圖QCuo-+Na) 基本原理圖C

34、s傳感器等效電容， Rs傳感器泄漏電阻，Cc 電纜電容，Ri 運(yùn)算放大器的輸入電阻，Ci 運(yùn)算放大器的輸入電容。R 電荷泄放電阻。 2. 信號(hào)放大電路2.6 電荷放大電路 把C、R等效到N的輸入端時(shí)，等效電阻R/(1+K)，等效電容C= C(1+K)， K足夠大 2. 信號(hào)放大電路2.6 電荷放大電路 足夠大,相對(duì)運(yùn)算誤差頻率特性 ,下限截止頻率高頻特性由運(yùn)放器件特性決定 增益可控放大電路可以根據(jù)被測量值自動(dòng)調(diào)整增益，以適應(yīng)測量不同范圍量值需要，使用靈活，有利于提高測量精度。(1)改變反饋電阻的自動(dòng) 增益調(diào)整電路 Rx=R3+r V飽和導(dǎo)通，r很小，電路增益最大; V截止，r，電路增益最小。

35、2. 信號(hào)放大電路2.7 增益可控放大電路 uoR2R4R1ui控制信號(hào)R3-+NV靈(2)可編程增益放大電路 根據(jù)需要將R3R6與 R2并聯(lián)，使增益減小。2. 信號(hào)放大電路2.7 增益可控放大電路 增益 A B C D100 1 1 1 150 0 1 1 110 1 0 1 12 1 1 0 11 1 1 1 0UoUi1M110k20.4k10.1kABCDR21MR110k10k-+NR3R4R5R6（3）LH0084集成可編程增益差動(dòng)放大器 2. 信號(hào)放大電路2.7 增益可控放大電路 譯碼器和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路Ui1R6Sa110kU1Sa2Sa3Sa4Sb4Sb3Sb2Sb19R46kR

36、22kR14kR32kR56kR710kR910kR1330kR1560kR1460kR810kR1230kR1010kR1110kD0D1數(shù)字地810746110Uo131612151114+-+N1-+N3#U23Ui2-+N2（3）LH0084集成可編程增益差動(dòng)放大器 改變R0、R1、R2改變差動(dòng)級(jí)增益。改變R5、R6改變末級(jí)增益。2. 信號(hào)放大電路2.7 增益可控放大電路 ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N32. 信號(hào)放大電路2.7 增益可控放大電路 LH0084的數(shù)字輸入、輸出端子連接和放大倍數(shù)表數(shù)字輸入D1 D0閉合開關(guān)

37、差動(dòng)級(jí)放大倍數(shù)（U 2-U1）/（U i2-U i1）連接端子輸出級(jí)放大倍數(shù)Uo/（U2-U1）總放大倍數(shù)Uo/（U i2-U i1）0 00 11 01 1Sa1、Sb1Sa2、Sb2Sa3、Sb3Sa4、Sb4125106與10、13與地1125100 00 11 01 1Sa1、Sb1Sa2、Sb2Sa3、Sb3Sa4、Sb4125107與10、12與地44820400 00 11 01 1Sa1、Sb1Sa2、Sb2Sa3、Sb3Sa4、Sb4125108與10、11與地10102050100什么是隔離放大電路？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過程

38、中沒有公共的接地端。應(yīng)用于何種場合？隔離放大電路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(xué)人體測量、自動(dòng)化試驗(yàn)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(hào)。 2.8 隔離放大電路2. 信號(hào)放大電路靈、可靠2022/9/20（一）基本原理(1)組成及符號(hào)輸入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸 出放大器uducuiso2.8 隔離放大電路2. 信號(hào)放大電路2022/9/20（一）基本原理(2)原理框圖a) 變壓器耦合b) 光電耦合浮置電源輸入調(diào)制放 大 器耦合變壓器輸出解調(diào)放 大 器輸出輸入浮置電源光耦合器輸 入放大器輸 出放大器輸出輸入LED

39、V2.8 隔離放大電路2. 信號(hào)放大電路2022/9/20（二）通用隔離放大電路 (1) AD277變壓器耦合隔離放大器隔離電源振蕩器調(diào)制器輸入屏蔽解調(diào)器輸出屏蔽26873419515V15V13121016U100k100k1M141115U -+N1-+N22.8 隔離放大電路2. 信號(hào)放大電路2022/9/20(2)互補(bǔ)式光電耦合 放大電路i1=10V/R2+ui/R1i2=10V/R3+uo/(R5+ Rp)i1=i2, R2=R3 uo=(R5+ Rp) ui/R12.8 隔離放大電路-+N1C-10VVLC1i1R2+10V+10VVLC2i2R3R1ui-10VuoRp-+N2R

40、43.9kR5u1R02. 信號(hào)放大電路2022/9/202-32-72-13思考題與習(xí)題 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路張國雄天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子郵件： 精2022/9/203. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路 調(diào)制解調(diào)的功用與類型 調(diào)幅式測量電路 調(diào)相式測量電路 調(diào)頻式測量電路脈沖調(diào)制式測量電路2022/9/20調(diào)制解調(diào)的功用與類型(1) 什么是信號(hào)調(diào)制？調(diào)制(Modulation)就是用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào), modulating signal ）去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)carrying signal ），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。 (2

41、) 什么是解調(diào)？從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)（稱為已調(diào)信號(hào)，modulated signal）中提取反映被測量值的測量信號(hào)，稱為解調(diào)(Demodulation) 。 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/20調(diào)制解調(diào)的功用與類型(3) 在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？ 在測控系統(tǒng)中，進(jìn)入測控電路的除了傳感器輸出的測量信號(hào)外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來是測控電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測量信號(hào)賦予一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。調(diào)制還有利于減小漂移的影響，是提高測控系統(tǒng)精度的重要手段。 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/20

42、調(diào)制解調(diào)的功用與類型(4) 在測控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？ 在信號(hào)調(diào)制中常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)作為載波信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)有幅值、頻率、相位三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅(Amplitude modulation)、調(diào)頻(Frequency modulation)和調(diào)相(Phase modulation) 。也可以用脈沖信號(hào)作載波信號(hào)?？梢詫?duì)脈沖信號(hào)的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬(Pulse width modulation) 。3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路一、 調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式(1) 什么是調(diào)幅？寫

43、出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出其波形。 調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的幅值。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號(hào)的幅值按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式可寫為： Us=(Um+mx)cosct 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路a)調(diào)制信號(hào)b)載波信號(hào)d)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)c) 調(diào)幅信號(hào)3.1.1 調(diào)幅原理與方法tttxOOucOusustO2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路(2) 何謂雙邊帶調(diào)幅？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形 假設(shè)調(diào)制信號(hào)x是角頻率為的余弦信號(hào)x=Xmcost，由式us=(Um+mx)

44、cosct調(diào)幅信號(hào)可寫為： us=Umcosct+ mXmcos(c+)t + mXmcos(c-)t/2 它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào): 角頻率為c的載波信號(hào)和角頻率分別為 c的上下邊頻信號(hào)。載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)x的信息，因此可以取Um=0，只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路(3) 在測控系統(tǒng)中被測信號(hào)的變化頻率為0100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？ 為了正確進(jìn)行信號(hào)調(diào)制必須要求c，通常至少要求c10。這樣，

45、解調(diào)時(shí)濾波器能較好地將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分開，檢出調(diào)制信號(hào)。若被測信號(hào)的變化頻率為0100Hz，則載波信號(hào)的頻率c1000 Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為9001100 Hz。3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法2022/9/20a) 檢出最大值b) 誤差最大情況2112nAB3.1 調(diào)幅式測量電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1 調(diào)幅式測量電路(3) 在測控系統(tǒng)中被測信號(hào)的變化頻率為0100Hz，應(yīng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)100 Hz，即讓0100Hz的信號(hào)順利通

46、過，而將900 Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200 Hz。 3.1.1 調(diào)幅原理與方法3.1 調(diào)幅式測量電路二、傳感器調(diào)制(1) 為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信號(hào)調(diào)制？ 為了提高測量信號(hào)抗干擾能力，常要求從信號(hào)一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號(hào)，因此常常在傳感器中進(jìn)行調(diào)制。 3.1.1 調(diào)幅原理與方法3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路(2) 通過交流供電實(shí)現(xiàn)調(diào)制如，電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。3usucx12143. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法txOtOucOtusustO2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路(2) 通過交流供電實(shí)現(xiàn)

47、調(diào)制R1FR4R2 R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制 3.1.1 調(diào)幅原理與方法3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/20(3) 用機(jī)械或光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)制 3.1.1 調(diào)幅原理與方法3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1 調(diào)幅式測量電路1234563.1 調(diào)幅式測量電路三、電路調(diào)制(1) 乘法器調(diào)制a)原理圖ucuxusxyKxy3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法b) 實(shí)用電路 -8V47k0.1F1k0.1F5175014 10 161k38MC14961k3.3k3.3k7501k680k20F20Fuc1k0.1F21254usux+12V2022/9/203.1

48、 調(diào)幅式測量電路(2)開關(guān)電路調(diào)制3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法uxuo=usUcV2V1Uc uotO Uc OttO uxuo=us2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路(3) 信號(hào)相加調(diào)制相加只是形式，實(shí)際上由uc控制，工作在開關(guān)模式。T1+ ux _ + ux _+ uc -VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.1 調(diào)幅原理與方法2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路什么是包絡(luò)檢波？ 從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的值變化，因此調(diào)幅

49、信號(hào)的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號(hào)一致。只要能檢出調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線即能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波。3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？由圖可見，只要從圖a所示的調(diào)幅信號(hào)中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號(hào) (經(jīng)全波檢波或截去它的上半部也可)，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號(hào)，即可獲得所需調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上的。3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路usOOtta)b)uo2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波 (1)基本電路a) 二極管檢波電路VDRLC2Ti+

50、us_+uo_非線性 器件 低通濾波器C1VRLC2Tic+us_+_非線性 器件 低通濾波器uoEcb) 晶體管檢波電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路（二）精密檢波電路為什么要采用精密檢波電路？二極管VD和晶體管V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發(fā)射結(jié)電壓超過一定值時(shí)才導(dǎo)通，它們的特性也是一根曲線。二極管VD和晶體管V的特性偏離理想特性會(huì)給檢波帶來誤差。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路3.1.2 包絡(luò)檢波電

51、路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路(1)半波精密檢波電路+i1CR4uoR1+ us R2R3VD1VD2半波整流器低通濾波器uA+ u i-+N1-+N2+A2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路(2) 全波精密檢波電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路OtuAOtuoOtusOtus/2+ us 半波整流器低通濾波器+i1CR4uoR1R2R3VD1VD2+ u i-+N1-+N2+uA+A3R2022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路線性全波檢波電路之二3.1.2 包絡(luò)檢波電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路Otu2OtuoOtu1OtusuoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+

52、N1-+N2u1u22022/9/203.1 調(diào)幅式測量電路線性全波檢波電路之三高輸入阻抗線性全波整流電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路a) 電路圖usuAVD2VD1R1R3R4-+N1R2-+N2uob）正輸入等效電路R2uo=usus0usR1R3R4-+N1-+N2N2的同相輸入端與反相輸入端輸入相同信號(hào)，得到uo=us N1跟隨器2022/9/203. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.1.2 包絡(luò)檢波電路3.1 調(diào)幅式測量電路線性全波檢波電路之三:高輸入阻抗線性全波整流電路取R1=R2=R3=R4/2，N1的輸出為 N2的輸出為 線性全波檢波電路常用作絕對(duì)值運(yùn)算電路c）負(fù)輸入等效

53、電路a) 電路圖usuAVD2VD1R1R3R4-+N1R2-+N2uoR2uo=-ususv 時(shí)3.2 調(diào)頻式測量電路（三）電路調(diào)制(1) 電容三點(diǎn)式LC振蕩器調(diào)頻電路LCTC1C2+Ec3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.1 調(diào)頻原理與方法2022/9/203.2 調(diào)頻式測量電路uo-+NCR310k5k10kR1RRPR4VS15k30k10kR2+FUr-FUruuouc+Ur-UrOtT2T1T0a)b)3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路（三）電路調(diào)制(2) 多諧振蕩器調(diào)頻電路3.2.1 調(diào)頻原理與方法2022/9/203.2 調(diào)頻式測量電路3.2.2 鑒頻電路對(duì)調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號(hào)中檢出反映

54、被測量變化的調(diào)制信號(hào)稱為頻率解調(diào)或鑒頻。（一）微分鑒頻將調(diào)頻信號(hào) 對(duì)t求導(dǎo)數(shù)得到 這一調(diào)頻調(diào)幅信號(hào)。利用包絡(luò)檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號(hào)的信息 。3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/203.2 調(diào)頻式測量電路微分鑒頻電路3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2 鑒頻電路微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò) 檢波器C1r+-+-+-udusC1uousVDVRLC2+Ec-ieic2022/9/203.2 調(diào)頻式測量電路窄脈沖鑒頻電路 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2 鑒頻電路uoOc)ustttOOb)a)Usuo放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 低通濾波器usUsUs2022/9/203.2 調(diào)頻式測量電路（二）斜

55、率鑒頻3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2 鑒頻電路usus1us2fo1fo2RLRLuo1uo2VD2VD1TC1C2uoc)d)e)f)usUsmus1us2uoOOOOttttuo1-uo2uo回路2回路1fo2fo1fofofcof=fc+fmsintfcfm調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化tff2022/9/203.2 調(diào)頻式測量電路（三）數(shù)字式頻率計(jì)3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2.2 鑒頻電路基于頻率測量法難以測量瞬時(shí)頻率，采用測量周期法CPusUU 計(jì)數(shù)器 鎖存器 清零DG&SRQDZDS前沿后沿后沿2022/9/20(1) 非線性；(2) 要求CP頻率很高。 先用拍頻電路求它們的差拍，然后用頻率

56、計(jì)測量差拍信號(hào)的頻率。 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.2 調(diào)頻式測量電路3.2.2 鑒頻電路（三）數(shù)字式頻率計(jì)拍頻電路調(diào)頻信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)差拍信號(hào)頻率計(jì)輸出3.3 調(diào)相式測量電路3.3.1 調(diào)相原理與方法（一）調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式 調(diào)相就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號(hào)us的一般表達(dá)式可寫為： 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路2022/9/203.3 調(diào)相式測量電路a)b)c)txOttucusOO3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 （一）調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式 2022/9/20調(diào)相與調(diào)頻的關(guān)系調(diào)相信號(hào)的頻率也在變化，

57、調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)頻率多普勒測速系統(tǒng)中，對(duì)于速度是調(diào)頻信號(hào)對(duì)于位移是調(diào)相信號(hào)3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3 調(diào)相式測量電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 VvPW3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3 調(diào)相式測量電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 （二）傳感器調(diào)制 45132M152436783. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3 調(diào)相式測量電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 （二）傳感器調(diào)制 OIst3.3 調(diào)相式測量電路莫爾條紋信號(hào)的調(diào)制3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 （二）傳感器調(diào)制 a) 莫爾條紋形成原理 aabWB12YOb)光通量波形c)光電元件的排列d) 調(diào)相信號(hào)的形成XY21VP1VPnS1S2S

58、nVP1VP2VP3VPnN2022/9/203.3 調(diào)相式測量電路（三）電路調(diào)制 (1) 調(diào)相電橋3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 -+N2-+N1RR1R1CUsU2U2U2-OURUCUsUUCURUTRCUs2022/9/203.3 調(diào)相式測量電路(2) 脈沖采樣式調(diào)相電路U0門限檢測電路脈沖發(fā) 生器載波頻率鋸齒波發(fā)生器輸出調(diào)相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kux+ujtOuxb)d)c)e)UcU03. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.1 調(diào)相原理與方法 （三）電路調(diào)制 2022/9/203.3 調(diào)相式測量電路3.3.2 鑒相電路鑒相就是從調(diào)相信號(hào)中將反

59、映被測量變化的調(diào)制信號(hào)檢出來，實(shí)現(xiàn)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)，又稱為相位檢波。（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相(1) 乘法器鑒相ucusuoxyKxyN3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路在 附近，有較高的靈敏度與較好的線性。輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)與參考信號(hào)幅值的影響。 2022/9/203. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3 調(diào)相式測量電路3.3.2 鑒相電路(2) 用開關(guān)式相敏檢波電路鑒相usUcRVRR-+NuotustUcOtOOtt輸出信號(hào)與cos 成正比輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)幅值的影響。 3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3 調(diào)相式測量電路3.3.2 鑒相電路(3) 用相加式相敏檢波電路檢相作用在兩個(gè)二極管VD1和VD2的電壓

60、分別為uocausT1C1VD1VD2C2R1R2RPT2us1+edbus2+u+ucc Us-UsU1UcU2123.3 調(diào)相式測量電路(3) 用相加式相敏檢波電路檢相3. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.2 鑒相電路為什么鑒相時(shí)常取參考信號(hào)的幅值等于調(diào)相信號(hào)的幅值？-0uo2_2輸出信號(hào)同時(shí)受調(diào)相信號(hào)與參考信號(hào)幅值的影響。 2022/9/203.3 調(diào)相式測量電路（二）通過相位脈寬變換鑒相 (1) 異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uob)UcUsOOtuotUotOBd)c)CPUs計(jì)數(shù)器鎖存器 延時(shí)時(shí)鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零UcDG1=1&N-2-0N,uo23. 信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路3.3.