測控電路重點(diǎn)內(nèi)容復(fù)習(xí)

測控系統(tǒng)組成示意前提課程：傳感器，單片微機(jī)原理被測對(duì)象被控對(duì)象傳感器（放大、濾波、調(diào)制解調(diào)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、細(xì)分等）信號(hào)預(yù)處理（模/數(shù)控制電路、單片機(jī)、PLC、DSP、FPGA、計(jì)算機(jī)、工控機(jī)等）控制器

輸出電路（光隔、驅(qū)動(dòng)、D/A等）測控電路復(fù)習(xí)重點(diǎn)第一章緒論第一節(jié)測控電路的功用第二節(jié)對(duì)測控電路的主要要求第三節(jié)測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)第四節(jié)測控電路的類型與組成第五節(jié)測控電路的發(fā)展趨勢2第一章緒論（1）什么是測控系統(tǒng)？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)?；\統(tǒng)地講傳感器測控電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）測控系統(tǒng)的構(gòu)成第一章緒論對(duì)測控電路的主要要求（精度高；響應(yīng)速度快和動(dòng)態(tài)失真??；轉(zhuǎn)換靈活；可靠性與經(jīng)濟(jì)性）；影響測控電路精度的主要因素（噪聲與干擾★；失調(diào)與漂移，主要是溫漂★；線性度與保真度；輸入與輸出阻抗的影響）；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)在哪些方面？（模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換；信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換；量程的變換；信號(hào)的選??；信號(hào)處理與運(yùn)算等）；本章基本概念44.測控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)類型模擬信號(hào)(非調(diào)制信號(hào),已調(diào)制信號(hào)）；

數(shù)字信號(hào)(增量碼信號(hào)；絕對(duì)碼信號(hào)；開關(guān)信號(hào)）5.測控電路中的信號(hào)制電模擬信號(hào)種類：直流電壓(電流)，交流電壓(電流)；國際統(tǒng)一信號(hào)：過程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號(hào)為4～20mA，模擬直流電壓信號(hào)為1～5V；國內(nèi)統(tǒng)一信號(hào)：4～20mA，1～5V；0～10mA，0～10V。信號(hào)制是在成套系列儀器儀表測控電路中，各個(gè)單元的輸入、輸出信號(hào)采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號(hào)問題。信號(hào)的傳輸方式有三種：兩線制、三線制和四線制6.模擬式測量電路和數(shù)字式測量電路的基本組成7.控制電路的基本組成（開環(huán)控制；閉環(huán)控制）第一章緒論5第2章信號(hào)放大電路■2.1運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償■2.2典型測量放大電路★■

2.3隔離放大電路★作用：放大傳感器輸出的電壓、電流或電荷信號(hào)。類型：由傳感器決定。如：應(yīng)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。6要掌握的主要內(nèi)容：典型測量放大電路:隔離放大電路.反相放大電路同相放大電路差動(dòng)放大電路高共模抑制比放大電路自動(dòng)調(diào)零放大電路高輸入阻抗放大電路電橋放大電路線性化電路第2章信號(hào)放大電路7

2.2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

?！鰬?yīng)用場合：要求共模抑制比大于100dB的場合，例如人體心電測量，信號(hào)很微弱，而干擾很大?！龇椒ǎ海?）采用多個(gè)集成運(yùn)放串聯(lián)組成的測量放大電路；

（2）采用差動(dòng)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(duì)稱。8

2.2.5高共模抑制比放大電路*2.2.5.2三運(yùn)放高共模抑制比放大電路N1N2：性能一致，平衡對(duì)稱，構(gòu)成差動(dòng)放大輸入級(jí)。N3：雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，進(jìn)一步抑制N1N2

共模信號(hào)。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N3ui1ui2u'o29取R3=R4，R5=R6，差模增益：通常?。篟1=R2，R3=R4，R5=R6——外接電阻平衡對(duì)稱。

2.2.5.2三運(yùn)放高共模抑制比放大電路電路特點(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。1011

2.2.6電橋放大電路2.2.6.1單端輸入電橋放大電路1．反相輸入型(虛地)(虛斷)特點(diǎn)：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(diǎn)為虛地：122．同相輸入型特點(diǎn)：輸出與反相輸入型符號(hào)相反，特點(diǎn)相同，輸入阻抗高。

2.2.6.1單端輸入電橋放大電路R+ΔRR2R1uo+-aRRRu∞+-+N132.2.6.2差動(dòng)輸入電橋放大電路

2.2.6電橋放大電路特點(diǎn)：增益與橋臂電阻有關(guān)，增益不穩(wěn)定，且非線性。R2=R1R1uR(1+δ)uaubRRRuo∞+-+N(ua=ub)14

2.2.6電橋放大電路*2.2.6.3線性電橋放大電路特點(diǎn)：傳感器接在反饋回路，線性好，量程大，但靈敏度低。uoR3R2

=R(1+δ)R1uuaR1ub∞+-+Ni1i2i4i315

2.2典型測量放大電路2.2.8高輸入阻抗放大電路■作用：提高反相(或差動(dòng))運(yùn)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。

■方法：（1）在放大電路輸入端加接電壓跟隨器，但會(huì)引入共模誤差；

（2）采用高輸入阻抗的集成運(yùn)算放大器；

（3）采用通用集成運(yùn)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

2.2.8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?！鍪遣皇撬星闆r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(yīng)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(yùn)放兩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(duì)交流而言。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輸入電阻為：當(dāng)R2=R1時(shí)，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202.3隔離放大電路■作用：將輸入、輸出和電源電路進(jìn)行隔離，使他們之間沒有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共的接地端?！龇椒ǎ翰捎秒姶篷詈?變壓器)和光電耦合?！鰬?yīng)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(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)。第2章信號(hào)放大電路211.組成及符號(hào)－＋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)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R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸出放大器－＋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(hào)放大后由發(fā)光二極管轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再由光敏三極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)放大輸出，但非線性。23

作用：傳感器輸出的信號(hào)一般很微弱，而且含有各種噪聲。為了將測量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來，便于放大與遠(yuǎn)距離傳輸?！?.1調(diào)幅式測量電路★■3.2調(diào)頻式測量電路■3.3調(diào)相式電路■3.4脈沖調(diào)寬制式測量電路24第3章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路1、調(diào)制解調(diào)的概念、功用，采用調(diào)制解調(diào)的目的。2、調(diào)頻，調(diào)幅，調(diào)相，脈沖調(diào)制的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它們的波形。3、什么是雙邊帶調(diào)幅？請寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出它的波形4、什么是包絡(luò)檢波？什么是相敏檢波包絡(luò)檢波和相敏檢波的電路原理及分析、

區(qū)別；5、相敏檢波電路的主要作用：鑒相和選頻6、鑒相電路的原理。7、脈沖調(diào)寬信號(hào)的解調(diào)方式。第3章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路25調(diào)制傳感器調(diào)制電路調(diào)制開關(guān)電路調(diào)制乘法器調(diào)制信號(hào)相加調(diào)制調(diào)相調(diào)頻調(diào)幅脈沖調(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(hào)調(diào)制？

調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)(稱為調(diào)制信號(hào))去控制另一個(gè)做為載體的信號(hào)(稱為載波信號(hào))，讓后者的某一特征參數(shù)(幅值、頻率、相位、脈沖寬度)按前者變化。

■什么是信號(hào)解調(diào)？在將測量信號(hào)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(hào)中提取反映被測量值的測量信號(hào)，這一過程稱為解調(diào)。

28第3章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路調(diào)制是給測量信號(hào)賦予一定特征，這個(gè)特征由作為載體的信號(hào)提供。常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)或脈沖信號(hào)作為載體，這個(gè)載體稱為載波信號(hào)。用來改變載波信號(hào)的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。29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(Amplitudemodulation)、調(diào)頻(Frequencymodulation)和調(diào)相(Phasemodulation)

。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(Pulsewidthmodulation)。303.1調(diào)幅式測量電路3.1.1調(diào)幅原理與方法3.1.1.1調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式

調(diào)幅信號(hào)的一般表達(dá)式可寫為：■什么是調(diào)幅？寫出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形。

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。ωc——載波信號(hào)角頻率；Um——調(diào)幅波中載波信號(hào)的幅值；

m——調(diào)制的靈敏度；x——調(diào)制信號(hào)。31設(shè)調(diào)制信號(hào)

，且（一般）載波信號(hào)上邊頻信號(hào)下邊頻信號(hào)

載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)x的信息，因此可取Um=0、

m=1，只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)幅，可采用乘法器實(shí)現(xiàn)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.1.1.1調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式■何謂雙邊帶調(diào)幅？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出波形。32當(dāng)x>0時(shí)，us與

uc同頻同相；雙邊帶調(diào)幅信號(hào)txotucusoto當(dāng)x<0時(shí)，us與

uc同頻反相。

雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的波形：33

uoto

Ucotto

ux3.1.1.3電路調(diào)制

2.用開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制V1V2——N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管，低電平為0夾斷。當(dāng)Uc為高電平“1”時(shí)，V1導(dǎo)通，V2夾斷，uo=ux；當(dāng)Uc為低電平“0”時(shí)，V1夾斷，V2導(dǎo)通，uo=0。V1uxuoUcV2Uc34■什么是包絡(luò)檢波？檢出調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線。3.1調(diào)幅式測量電路3.1.2包絡(luò)檢波電路usotuoot■如何實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波？采用單向?qū)щ娖骷厝フ{(diào)幅信號(hào)中下半部(或上半部)的波形，即可獲得半波檢波信號(hào)，再經(jīng)低通濾波器濾除高頻信號(hào)，即可獲得所需調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波實(shí)際上就是建立在整流原理的基礎(chǔ)上。353.1.2.2精密檢波電路1.半波精密檢波電路與VD1——防止us為正半周時(shí)，因VD2斷開而使運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，由此可造成運(yùn)放飽和。+

us–

半波整流器低通濾波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+–uAA–+∞-+N2+∞-+N1+36當(dāng)us>0時(shí)，，

；當(dāng)us<0時(shí)，，。2.全波精密檢波電路一+

us–

半波整流器低通濾波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+–uAA–+∞-+N2+∞-+N1+tuAtuootusoo37當(dāng)us>0時(shí)，VD1VD4通，VD2VD3斷，N2跟隨器工作，

；當(dāng)us<0時(shí)，VD1VD4斷，VD2VD3通，N1工作，

。tuootuso3.全波精密檢波電路二uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2384.高輸入阻抗全波精密檢波電路R2usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1∞-++N2a)電路圖uo=-usus<0uAR2R1R3R4usc)負(fù)輸入等效電路∞-++N1∞-++N2R2uo=usus>0usR1R3R4us∞-++N1b)正輸入等效電路∞-++N2us>0時(shí)，VD1通，VD2斷，

；us<0時(shí)，VD1斷，VD2

通，

，

。393.1調(diào)幅式測量電路3.1.3相敏檢波電路3.1.3.1相敏檢波的功用和原理■什么是相敏檢波電路？具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位(極性)和選頻能力的檢波電路?！鰹槭裁匆捎孟嗝魴z波？包絡(luò)檢波有兩個(gè)問題：一是解調(diào)過程主要是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。二是包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率信號(hào)的能力。為了使檢波電路具有判別調(diào)制信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需要采用相敏檢波電路。40相敏檢波乘法器相敏檢波開關(guān)式相敏檢波相加式相敏檢波41

2.開關(guān)式相敏檢波電路(全波檢波)V——N溝道結(jié)型場效應(yīng)管，低電平為負(fù)夾斷。當(dāng)Uc=“1”時(shí)，V導(dǎo)通，N同相輸入端接地，uo=-us

；uousUcRVRR∞-++N

當(dāng)Uc=“0”時(shí)，V截止，us同時(shí)從N的同相輸入端和反相輸入端輸入，uo=us

。423.1.3相敏檢波電路2.開關(guān)式相敏檢波電路(全波檢波)R6uousR2R3R1R4R5V1UcV2Uc∞-++N

當(dāng)Uc=“1”時(shí)，V1導(dǎo)通，V2截止，N同相輸入端通過R4接地，us從反相端輸入，

；

當(dāng)Uc=“0”時(shí)，V1截止，V2導(dǎo)通，N反相輸入端通過R3接地，us從同相端輸入，

。432.開關(guān)式相敏檢波電路(波形圖)Ucotusotuootus與Uc同相(ux>0)當(dāng)ux>0時(shí)，us與

Uc同頻同相；當(dāng)ux<0時(shí)，us與Uc同頻反相。us與Uc反相(ux<0)Ucotusotuoot44

3.1.3.4精密整流型相敏檢波電路當(dāng)Uc=“1”時(shí)，V1截止，V2導(dǎo)通，，

；當(dāng)Uc=“0”時(shí)，V1導(dǎo)通，V2截止，，。UcUcus

CR4uoR1R2R3V1V2uA+

_∞-+N2+∞-+N1+453.1.3.6相敏檢波電路的選頻和鑒相特性1.相敏檢波電路的選頻特性■什么是相敏檢波電路的選頻特性？相敏檢波電路的選頻特性是指它對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同的傳遞特性。若us中含有高次諧波，由此產(chǎn)生的附加輸出為：相敏檢波電路由乘法器和低通濾波器組成，即461.相敏檢波電路的選頻特性(波形)n=1usustouoto++––++––Uctouoto–+++to+–tUco+–ustouoto+++–––++++––to+–Ucn=2n=3472.相敏檢波電路的鑒相特性3.1.3.6相敏檢波電路的選頻和鑒相特性■什么是相敏檢波電路的鑒相特性？如果輸入信號(hào)us與參考信號(hào)uc(或Uc)是同頻信號(hào)，但有一定相位差，這時(shí)輸出電壓為：

輸出信號(hào)隨相位差的余弦而變化。由于在輸入信號(hào)與參考信號(hào)同頻但有一定相位差時(shí)，輸出信號(hào)的大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號(hào)的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特性。482.相敏檢波電路的鑒相特性(波形)us與Uc同相Ucto+–usto–+uoto++Ucto+–Ucto+–Ucto+–usto–+usto–+ust–++ot–++o–uouoto–++–uoto––us與Uc反相us與Uc相位差90ous與Uc相位差30o493.2調(diào)頻式測量電路3.2.1調(diào)頻原理與方法3.2.1.1調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式

調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式可寫為：■什么是調(diào)頻？寫出調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形。

調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)x去控制高頻載波信號(hào)的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)x

的線性函數(shù)變化。50調(diào)頻信號(hào)的波形：xtootus調(diào)制信號(hào)調(diào)頻信號(hào)tuco載波信號(hào)513.3調(diào)相式測量電路3.3.1調(diào)相原理與方法3.3.1.1調(diào)相信號(hào)的表達(dá)式■什么是調(diào)相？寫出調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出波形。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)的一般表達(dá)式可寫為：52脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：B=b+mx3.4脈沖調(diào)制式測量電路3.4.1脈沖調(diào)制原理與方法3.4.1.1脈沖調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式■什么是脈沖調(diào)寬制？寫出脈沖調(diào)制信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出其波形。脈沖調(diào)制是指用脈沖作為載波信號(hào)的調(diào)制方法。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。531.參量調(diào)寬3.4.1脈沖調(diào)制原理及方法3.4.1.3電路調(diào)寬R4R3VD1R2R6VD2RPCuc

uoVSR5∞-++NR1=常數(shù)——差動(dòng)傳感器——周期不變——充電時(shí)間——放電時(shí)間輸出脈沖信號(hào)的頻率不變，占空比隨傳感器電阻R2R3變化。542.電壓調(diào)寬3.4.1.3電路調(diào)寬ucu–R3R4CR2RR1uxVSuou+∞-++N（1）若ux>0，則u+大：uo=Ur，C充電時(shí)間長；uo=-Ur，C放電時(shí)間短。即輸出脈沖占空比大。（2）若ux<0，則u+?。簎o=Ur，C充電時(shí)間短；uo=-Ur，C放電時(shí)間長。即輸出脈沖占空比小。55

例、在測控系統(tǒng)中被測信號(hào)的變化頻率為0-100Hz，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ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。這樣，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0-100Hz，則載波信號(hào)的頻率ωc>1000Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為900-1100Hz。信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100Hz，即讓0-100Hz的信號(hào)順利通過，而將900Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200Hz。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)檢波電路在功能上的主要的區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號(hào)相位，從而判別被測量變化的方向。

在性能上最主要的區(qū)別是相敏檢波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點(diǎn)是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外，還要輸入一個(gè)參考信號(hào)。有了參考信號(hào)就可以用它來鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。參考信號(hào)應(yīng)與所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)具有同樣的頻率，采用載波信號(hào)作參考信號(hào)就能滿足這一條件。57

從相敏檢波器的工作機(jī)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(hào)乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號(hào)。若將再乘以，就得到

利用低通濾波器濾除頻率為和的高頻信號(hào)后就得到調(diào)制信號(hào)，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號(hào)us，將雙邊頻調(diào)幅信號(hào)us再乘以載波信號(hào)，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)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(shí)現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號(hào)；而相敏檢波器實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)幅信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號(hào)。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

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(gè)半周期通過不同的電阻進(jìn)行充電，充電時(shí)間常數(shù)不同，從而輸出信號(hào)的占空比隨著兩支充電回路的阻值而變化，即輸出信號(hào)的脈寬受被測信號(hào)調(diào)制。Rp2和Rp3為差動(dòng)電阻傳感器的兩臂，其和為一常量。62第4章信號(hào)分離電路■

4.1濾波器基本知識(shí)★■

4.2RC濾波電路★■

4.3集成有源濾波器■

4.4跟隨濾波器

作用：選擇頻率的作用。提取有用的測量信號(hào)，濾除噪聲和無用信號(hào)。631、4種常見的濾波器及示意圖、性能。2、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。3、濾波器特性的逼近：有哪幾種逼近方法，什么時(shí)候采用什么樣的逼近方法？4、二階有源濾波器的分類，結(jié)構(gòu)，會(huì)推導(dǎo)其傳遞函數(shù)，并根據(jù)其獲得特征參數(shù)kp，w0，α等。5、會(huì)設(shè)計(jì)有源濾波器。重點(diǎn)：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(jì)。第4章信號(hào)分離電路644.1.1濾波器的類型

1.按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器。

2.按功能(頻率)分：低通、高通、帶通、帶阻濾波器。

3.按電路元件分：LC無源濾波器、RC無源濾波器、由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器、RC有源濾波器。

4.按微分方程(傳遞函數(shù))的階數(shù)分：一階濾波器、二階濾波器、高階濾波器。

4.1濾波器基本知識(shí)第4章信號(hào)分離電路65低通：高通：帶通：帶阻：二階有源濾波器664.1.4.1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，并且單調(diào)變化。其幅頻特性為4.1.4濾波器特性的逼近674.1.4.2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(dòng)量△Kp。其幅頻特性為4.1.4濾波器特性的逼近4.1.4.3貝賽爾逼近：這種逼近與前兩種不同，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(shí)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。

684.1.4濾波器特性的逼近ω/ω000.512巴貝切切1.0-180°-360°12貝巴切切ω/ω00°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(yīng)69

4.2.2壓控電壓源型濾波電路(同相放大器)4.2RC濾波電路uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)∞+-+N70壓控電壓源型濾波器的特點(diǎn)元件數(shù)目少對(duì)運(yùn)放理想程度要求不高結(jié)構(gòu)簡單增益和截止頻率獨(dú)立，調(diào)整方便（★）正反饋，穩(wěn)定性差（★）uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)∞+-+N714.2.3無限增益多路反饋型濾波電路(反相放大器)4.2RC濾波電路∞-++NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)7273

4.2.5RC有源濾波器設(shè)計(jì)有源濾波器的設(shè)計(jì)主要包括以下四個(gè)過程：●確定傳遞函數(shù)（應(yīng)用特點(diǎn)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(jì)算無源元件參數(shù)（預(yù)設(shè)、先C后R）*

4.2.5.4無源元件參數(shù)計(jì)算

1．在給定轉(zhuǎn)折頻率fc下，參考表4-2選擇電容C1；

2．計(jì)算電阻換標(biāo)系數(shù)：K=100/fc

C1(C1單位為μF)；

3．由KP查表(由類型決定)確定C2及歸一化電阻值ri；

4．計(jì)算電阻實(shí)際值：Ri=Kri

；

5．確定電阻標(biāo)稱值。4.2.5RC有源濾波器設(shè)計(jì)fc/Hz<100100~1000(1~10)k(10~100)k>100kC1/μF10~0.1

0.1~0.010.01~0.001(1000~100)×10-6(100~10)×10-6表4-2二階有源濾波器設(shè)計(jì)電容選擇用表74第5章信號(hào)運(yùn)算電路

作用：實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，如表面粗糙度測量?！?/p>

5.1比例運(yùn)算放大電路■

5.2加法、減法運(yùn)算電路★■

5.3對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘、除運(yùn)算電路★■

5.4微分、積分運(yùn)算電路★■

5.5常用特征值運(yùn)算電路■

5.6函數(shù)性運(yùn)算電路★751.利用反相加法運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算5.2加法、減法運(yùn)算電路5.2.3減法運(yùn)算電路∞-+N2+R1uoR2ui1Rfui2∞-+N1+uo1R1R3R=R1/2ˊR=R2//R3//Rfˊˊ2.利用單一運(yùn)放差分輸入實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算76四、乘方和立方運(yùn)算電路圖

平方運(yùn)算電路

將相乘運(yùn)算電路的兩個(gè)輸入端并聯(lián)在一起就是乘方運(yùn)算電路，電路如左圖所示。立方運(yùn)算電路如右圖所示。圖

立方運(yùn)算電路

77第6章信號(hào)轉(zhuǎn)換電路■6.1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：

1.模擬開關(guān)

2.存儲(chǔ)電容

3.緩沖放大器6.2采樣保持電路6.2.1基本原理

當(dāng)Uc=“1”時(shí)，S接通，ui向C充電，輸出跟蹤模擬輸入信號(hào)變化——采樣階段(uo=uc=ui)?！?+N1+∞-+N2+uiuoUcCSuc

當(dāng)Uc=“0”時(shí)，S斷開，uo保持S斷開瞬間的輸入信號(hào)值——保持狀態(tài)(uo保持uc值)。796.3.1電平比較電路(單門限電平)

6.3.1.1差動(dòng)型電平比較電路Uouiui<URui>URoUR

當(dāng)ui<UR時(shí)，Uo為高電平“1”；當(dāng)ui>UR時(shí)，Uo為低電平“0”；當(dāng)ui=UR時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。

Uo=UR-ui

當(dāng)UR=0時(shí)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#Uo80

6.3.2滯回比較電路(正反饋，兩個(gè)門限電平)UouioU1

U2

設(shè)輸出高低電平分別為UoH、UoL，則兩個(gè)門限電平分別為：滯后電平：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(yù)計(jì)的干擾信號(hào)un，可消除“振鈴”現(xiàn)象。ui<U1時(shí)Uo=UoH，ui>U2時(shí)Uo=UoL，U1<ui<U2時(shí)不翻轉(zhuǎn)。常作為整形電路。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（b）所示，試畫出uO的波形。

A－＋uOuIDZ±UZR1R2R圖（a）3-3uI/V0t圖（b）9-9uO/V0t解：uO9-90uI+3-382UT電壓傳輸特性：-1+1uiE#R1R2RP-1+1#VSUo1Uo2U

R1U

R2N1N2UZRUo+UD*

6.3.3窗口比較電路(兩個(gè)門限電平)判斷ui是否在兩個(gè)電平之間。兩個(gè)門限電平分別為：當(dāng)ui<UR2時(shí)，Uo1=“1”，Uo2=“0”，則Uo=“0”；當(dāng)UR2<ui<UR1時(shí)，Uo1=“1”，Uo2=“1”，則Uo=“1”；當(dāng)ui>UR1時(shí)，Uo1=“0”，Uo2=“1”，則Uo=“0”。窗口寬度：UouioUR2

UR1

“1”

“0”

6.5電壓電流轉(zhuǎn)換電路■

作用：減小傳輸導(dǎo)線阻抗對(duì)信號(hào)的影響。6.5.1I/V轉(zhuǎn)換電路1.

反相輸入型uo∞-+N+iS

RSR2R1i

■要求:

（1）電流源內(nèi)阻RS很大，減小輸入失調(diào)電壓影響；（2）iS>>Ib——運(yùn)放的輸入偏置電流。84實(shí)用測微弱電流的I/V轉(zhuǎn)換電路uoR4R1R2R3∞N-++isRs6.5.1I/V轉(zhuǎn)換電路

2.同相輸入型■要求：

R4=R2//R3（R2和R3由i與uo的范圍確定）uo∞-+N+UbR3R1i

R4R2ui■例：

4~20mA→0~10V

取R1=250Ω，i

=

4~20mA→ui=1~5V→uo=0~10V

，，，，866.5.2V/I轉(zhuǎn)換電路

1.運(yùn)放構(gòu)成的V/I轉(zhuǎn)換電路■要求：R3>>RL

R4>>R7+RL取R1=R2，R3=R4，uN≈uP，則V1∞-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio876.5.2V/I轉(zhuǎn)換電路

RLuo2∞-+N1+iL

∞-+N2+RRRRRPuiuo1uP1uP+-負(fù)載接地型V/I轉(zhuǎn)換電路N1，N2為理想運(yùn)放。N1輸出電壓RP上的電壓所以6.5.2V/I轉(zhuǎn)換電路■例：0~10V→0~10mA取R1=R2=100kΩ，

R3=R4=20kΩ，

R7=200Ω，

Ub=0，則■例：0~10V→4~20mA取R1=R2=100kΩ，R3=R4=20kΩ，

R7=125Ω，Ub=-2.5V，則V1∞-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio896.5.2V/I轉(zhuǎn)換電路負(fù)載浮地型V/I轉(zhuǎn)換電路uo∞-+N+UiR1iI

RLiL

uo∞-+N+UiR1iI

RLiL

(a)反相式（b)同相式*

A/D轉(zhuǎn)換的三個(gè)階段：采樣、量化和編碼6.6.1A/D轉(zhuǎn)換器6.6.1.1基本原理■采樣：在時(shí)間上離散，用模擬信號(hào)與脈沖序列相乘實(shí)現(xiàn)?！隽炕涸诜瞪想x散，利用四舍五入規(guī)則，用有限個(gè)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?！鼍幋a：編碼與量化同時(shí)完成，通常用二進(jìn)制碼表示，即91

試述在S/H電路中對(duì)模擬開關(guān)、存儲(chǔ)電容及運(yùn)算放大器這三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)：要求模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。

存儲(chǔ)電容：要選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的和泄漏電阻大的電容。

運(yùn)算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運(yùn)算放大器；輸入運(yùn)放還應(yīng)具有大的輸出電流。92如果要將4～20mA的輸入直流電流轉(zhuǎn)換為0～10V的輸出直流電壓，試設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)換電路。該轉(zhuǎn)換電路如圖X6-3所示。根據(jù)圖X6-3電路，有R3∞-++NuoR1R2R4iuiUb圖X6-3取R1=250Ω，當(dāng)i=4mA時(shí)，ui=1V，當(dāng)i=20mA時(shí)，ui=5V。

因此要求93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。

圖6-36題6-5圖a)b)∞-++NR1R2R3uouiURVS1VS2∞-++NR1