第五章 信號變換與調理

物理學的任務在于把自然現(xiàn)象歸結為簡單的力學定律。

——海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澋聡锢韺W家1857-1894導體中電流強弱無線電波信息收信端（磁場變化）信息電流第五章信號變換與調理§5.0變換及調理的目的§5.1電橋

§5.2調制與解調§5.3濾波器▼▼▼▼§5.0變換及調理的目的

→便于信號的傳輸與處理。1.被測量經(jīng)傳感器后的輸出信號通常是很微弱的電信號或非電壓信號，這些微弱信號或非電壓信號難以直接被顯示或輸入到計算機進行處理，需要進一步放大。

3.某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信號進行調制、解調處理。

▲2.有些傳感器輸出的電信號中混雜有干擾噪聲，需要去除掉噪聲，以提高信噪比?！?.1電橋

電橋a、c兩端接電源Ui，稱供橋端；b、d兩端接輸出電壓Uo，稱輸出端。

將電阻R(應變片)、電感L、電容C等參數(shù)變?yōu)殡妷害或電流ΔI信號后輸出的一種測量電路。其輸出既可以用于指示儀，也可以送入放大器中進行信號放大。

橋臂惠斯登電橋電橋根據(jù)橋臂阻抗性質分為電阻電橋

電容電橋

電感電橋根據(jù)激勵電源類型分為直流電橋:直流電源—只用于測量電阻R的變化。

交流電橋：交流電源—測量電阻R、電容C、電感L的變化。1.電橋的分類2.直流電橋四個橋臂由電阻R1、R2、R3和R4組成。使用時，橋臂電阻值作為輸入，電橋有無輸出只與被測量引起的電阻變化量有關。

采用直流電源的電橋稱為直流電橋。VR1R3R2R4（1）平衡條件R1·R3=R2·R4

電橋的輸出：平衡的條件：VR1R3R2R4推導溫敏電阻直流電橋R1＋R

U0＋U

為了簡化設計，R2=R3=R4=R0

，而R1=R0+R直流電橋R0＋R

U0＋U

電橋的靈敏度定義為單臂接法全橋接法半橋接法

電橋電路統(tǒng)一表示：推導推導說明：半橋雙臂接法和全橋接法也稱為電橋的差動連接。差動連接的優(yōu)點：●提高了電橋的靈敏度；●極大地改善了電橋固有的非線性；●可對由溫度等因素變化所造成的同極性影響進行補償（抵消）。

（2）電橋用于應變片傳感器的溫度補償可以在工作應變片附近同樣環(huán)境溫度變化的地方設置一個并不用于測量應變的、參數(shù)完全相同的補償應變片，并把它接入與工作應變片相鄰的橋臂上。（3）電橋測量的誤差

非線性誤差

溫度誤差

直流電源的電壓穩(wěn)定性造成的誤差單臂輸出：半橋輸出：全橋輸出：直流電橋（4）直流電橋的特點●

所需的高穩(wěn)定度直流電源容易獲得；●電橋輸出是直流，可用直流儀表直接測量顯示；●易于實現(xiàn)電橋的平衡調節(jié)；●對從傳感器到測量儀表的連接導線要求較低；●輸出需接直流放大器。直流放大器比較復雜，易受零漂和接地電位的影響。（5）直流電橋的注意事項

電橋的輸出為R/R0與供橋電壓Ui的乘積。由于R/R0是一個非常小的量，電源電壓不穩(wěn)定所造成的工頻干擾是不可忽略的，不適于作動態(tài)測試（頻帶大、增益恒定的放大器很難選擇）。為了抑制工頻干擾，通常采用如下措施：

電橋的信號引線采用屏蔽電纜；屏蔽電纜的屏蔽金屬網(wǎng)應該與電源至電橋的負接線端相連接，并與放大器的機殼隔離；放大器應該具有高共模抑制比。（1）平衡條件3.交流電橋交流電橋其中，Z1、Z2、Z3、Z4為阻抗的模，而1、

2、

3、

4為阻抗角，是各橋臂電流與電壓之間的相位差。平衡條件相對臂阻抗模之積相等相對臂阻抗角之和相等問題討論：

對于不同類別的阻抗元件應具有不同的阻抗角。純電阻元件的阻抗角＝0；電容性阻抗<0；電感性阻抗>0。四個橋臂中有兩個相鄰橋臂，如1、2接入純電阻，1=2=0。根據(jù)平衡條件對相位的要求，必須使3=4，這說明電橋的另外兩個橋臂必須具有同類的阻抗，要么都是電容要么都是電感。四個橋臂中有兩個相對橋臂，如1、3接入純電阻，1=3=0。根據(jù)平衡條件對相位的要求，其余的兩個相對橋臂必須具有異類的阻抗，如一邊是容抗，則其對邊應為感抗。（2）電容電橋電容電橋

平衡條件（3）電感電橋電感電橋

平衡條件推導推導▲（4）電阻交流電橋的平衡用于應變測量的交流電橋除應變片的純電阻外，還有導線間的分布電容，這相當于在相關橋臂上并聯(lián)一個電容。平衡條件：（5）交流電橋的特點●

輸出為高頻調幅波，不易受外界工頻干擾；●后接的交流放大器結構簡單、零漂小、價格相對便宜；●轉換精度較高；易于實現(xiàn)不失真測試；●輸出調幅波需經(jīng)相敏檢波器進行解調；●供橋電源要具有較高的幅值、頻率穩(wěn)定性和良好的波形。（6）交流電橋的注意事項

交流電橋平衡條件是僅針對供橋電源只有一個頻率w的情況下推出的；當供橋電源有多個頻率成分時，得不到平衡條件，電橋是不平衡的；供橋電源應具有良好的電壓波形和頻率穩(wěn)定性；一般采用5kHz~10kHz高頻振蕩作為供橋電源，以便消除外界工頻干擾；交流電橋主要用于動態(tài)測試，并使不同頻率的動態(tài)信號的后續(xù)放大器所要求的特性易于實現(xiàn)；導線間的分布電容對其影響較大，尤其是在高頻電路中。4.應變、應力的測量（1）測量原理

電阻應變片和應變儀測定構件的表面應變，根據(jù)應變與應力的關系式（虎克定律），確定構件表面的應力狀態(tài)。

把應變片按構件的受力情況，合理地粘貼在被測構件變形的位置上，當構件受力變形時，應變片敏感柵的電阻值就發(fā)生相應的變化。其變化量的大小與構件變形成一定的比例關系，通過測量電路轉換為與應變成比例的模擬信號。根據(jù)被測應變的性質和工作頻率不同，采用不同的應變儀。類別測量應變信號測量頻率范圍靜態(tài)電阻應變儀靜態(tài)應變0~15Hz靜動態(tài)電阻應變儀單點動態(tài)應變<200Hz動態(tài)電阻應變儀周期或非周期動態(tài)應變<5kHz超動態(tài)電阻應變儀動態(tài)應變>10kHz遙測電阻應變儀測旋轉體、運動體動態(tài)電阻應變儀的框圖（2）應變儀的電橋特性

應變儀采用交流電橋，電源以載波頻率供電，四個橋臂均為電阻，由可調電容來平衡分布電容。其中R1、R2、R3和R4為電橋的四個橋臂。若它們所產生的電阻變化用R1、R2、R3

和R4表示，初始各臂阻值相等，即R1=R2=R3=R4=R，且Ri<<Ri。若各橋臂應變片的靈敏度Sg=(R/R)/相同時，上式可寫成

若相鄰兩橋臂(R1和R2)電阻同向變化(兩電阻同時增大或同時減小)，所產生的輸出電壓的變化將互相抵消；若相鄰兩橋臂(R1和R2)電阻反向變化(兩電阻一個增大，一個減小)，所產生的輸出電壓的變化將相互疊加。和差特性（3）應變片的布置與接橋方法

應變片的布置和接橋方法應根據(jù)測量的目的、對載荷分布的估計而定，以便利用電橋的和差特性。在測量復合載荷下的應變時，利用應變片的布置和接橋方法來消除相互影響的因素。在分析試件受力的基礎上，選擇主應力最大點為貼片位置。合理充分應用電橋的和差特性，只使需測應變引起電橋輸出，具有足夠的靈敏度和線性度。若測量梁的應變，在其上下表面各貼一應變片，并將其分別接在相鄰兩橋臂上，使其產生的輸出電壓相加。此二應變片因溫度變化產生電阻變化而引起的同方向溫度誤差，由于它們接在相鄰的橋臂上，所產生的附加溫度電壓相減而抵消，實現(xiàn)溫度誤差自動補償。（4）在平面應力狀態(tài)下主應力的測定

在實際工作中，常常需要測量一般平面應力場內的主應力，其主應力方向可能是已知的或未知的。①已知主應力方向

承受內壓的薄壁圓筒型容器的筒體，處于平面應力狀態(tài)下，其主應力方向是已知的。只需沿兩個相互垂直的主應力方向各貼一片應變片。采取溫度補償措施，直接測出主應變1和2。其貼片和接橋方法如圖所示。隨后可按下式計算出主應力：②未知主應力方向

采取貼應變花的辦法來進行測量。對于平面應力狀態(tài)，若能測出某點三個方向的應變1、2和3，就可以計算出該點主應力的大小和方向。應變花聲音信號接收調制Modulation解調Demodulation§5.2調制與解調廣播電臺的發(fā)射塔聲音信號廣播電臺的發(fā)射塔調制Modulation已調制波實現(xiàn)緩變信號的放大和傳輸，特別是遠距離傳輸；

提高信號傳輸中的抗干擾能力和信噪比。

1.調制的目的→音頻信號

利用緩變信號（調制信號）來控制、調節(jié)高頻振蕩信號（載波）的某個參數(shù)（幅值、頻率或者相位），使其按緩變信號的規(guī)律變化。2.調制的種類調制信號載波信號緩變信號x(t)高頻振蕩信號a)幅值調制(簡稱調幅，AM，AmplitudeModulation)b)頻率調制(簡稱調頻，F(xiàn)M，F(xiàn)requencyModulation)c)相位調制(簡稱調相，PM，PhaseModulation)根據(jù)信號調制的類型3.幅值調制（調幅）及其解調

調幅是將一個高頻振蕩信號y(t)（載波信號）與被測信號（調制信號）x(t)相乘，使載波信號y(t)的幅值隨被測信號x(t)的變化而變化。幅值調制后的信號稱為調幅波ym(t)

。調制信號載波信號調幅波(1)調幅的時域表達從時域上講，調幅過程是使載波的幅值隨調制信號的變化而變化。

設調制信號x(t)的最高頻率成分為，載波信號(2)調幅的頻域表達如果則，則調幅波：調制信號載波信號調幅波?時域頻域從頻域上，調幅過程就等于把原信號頻譜圖形由原點平移到載波頻率處，其幅值減半。總結：在時域上的調幅過程就相當于在頻域上的頻率搬移過程。音頻信號廣播電臺的發(fā)射塔調幅AM調幅波載波信號應用：廣播電臺把聲頻信號頻移至各自分配的高頻、超高頻頻段上。廣播電臺的發(fā)射塔

對已調幅波進行鑒別以恢復成原始音頻信號（低頻緩變信號）的過程。調幅波從已調幅波中恢復出原始（調制）信號。(3)幅值解調的目的接收解調Demodulation(a)同步解調

時域分析將已調制波與原載波信號再作一次乘法運算。同步解調(a)調幅波頻譜(b)載波信號頻譜(c)同步解調后頻譜(d)調制信號頻譜頻域分析(b)包絡檢波

在時域上，若調制信號不發(fā)生極性變化，則調幅波的包絡線將具有原調制信號的形狀。若調制信號發(fā)生極性變化，將調制信號x(t)在進行幅值調制之前，先預加一直流分量A，使之不再具有正負雙向極性，然后再與高頻載波相乘得到已調制波。解調時，只需對已調制波作整流和濾波，再去掉所加直流分量A，就可恢復原調制信號。這種解調方式稱為包絡檢波，也稱為整流檢波解調。

低通濾波器D+-vCLCRiD+-v(t)

經(jīng)二極管檢波后的電流iDOt輸入調幅波v(t)Ot包絡檢波電路

低通濾波器輸入調幅波v(t)OtD+-vCLCRiD+-v(t)

經(jīng)低通濾波器濾波后的輸出電壓。vCtO包絡檢波電路(c)相敏檢波解調推導環(huán)形二極管相敏檢波器x(t)>0時(0~t1)，xm(t)與y(t)同相，檢波器輸出uf(t)>0x(t)<0時(t1~t2)，xm(t)與y(t)反相，檢波器輸出uf(t)<0112233t1t1132213t1t2t2t2調幅波載波UB≥2UA變壓器A變壓器B相敏檢波和包絡檢波相敏檢波·鑒別調制信號相位·具有選頻能力·有參考信號y(t)包絡檢波·不能鑒別調制信號相位·不具有選頻能力·沒有參考信號區(qū)別在電場儀設計中，電壓信號的極性與被測電場的極性相反。全波檢波后為單一正方向脈動直流電壓信號，即保證了微弱感應電壓信號與同步脈沖信號的同相。因此，經(jīng)低通濾波器后輸出一負極性直流電壓信號，即可判斷出被測電場為負電場，從而實現(xiàn)了被測電場極性的準確鑒別。數(shù)字相敏檢波器以及其他多種測量器具中，相敏檢波因其獨特的精確性和穩(wěn)定性而被廣泛應用于這些器具的制作和使用中，根據(jù)相敏檢波的原理,在LabVIEW環(huán)境實現(xiàn)了數(shù)字相敏檢波算法,并分析了算法性能。實驗結果表明,整周期采樣時,信噪比低至-20dB時的幅度誤差小于0.2%,相位誤差小于0.7%。為進一步驗證,還利用NI公司的波形生成卡和數(shù)據(jù)采集卡模擬了數(shù)字相敏檢波在實際中的應用效果。大氣電場中其他領域中(4)電阻交流電橋的幅值調制不同接法的電橋可表示為當R/R0=R(t)，Ui=E0cos2f0t時，U0=KR(t)E0cos2f0t

交流電橋的輸出電壓U0隨R(t)的變化而變化，即U0的幅值受R(t)的控制，頻率為輸入電壓信號Ui的頻率，即f0。

交流電橋是一個調幅器。調幅器實際上是一個乘法器。R(t)U0E0cos2f0t

試件

電橋

放大

低通濾波

相敏檢波顯示記錄振蕩器

調制信號

振蕩器

調制器

放大器

低通濾波器

輸出解調器動態(tài)電阻應變儀調制與解調4.頻率調制與解調

調頻是指利用調制信號x(t)的幅值控制高頻載波信號頻率變化的過程。載波幅值保持不變，僅載波頻率隨x(t)的幅值成比例變化。調頻波是一種隨調制信號x(t)的幅值而變化的疏密度不同的等幅波。x(t)Acos(2f0t+)等幅波調頻原理x(t)=X0cos2fmt調制信號載波信號y(t)=Y0cos(2f0t+0)，f0>>fm

f(t)=f0+kfX0cos2fmt調頻時Y0和0不變kf為比例常數(shù),kf>0

低頻調制信號為正值時，調頻波的頻率升高，負值時則降低。低頻調制信號為零時，調頻波的頻率就等于高頻載波信號的頻率。調頻的特點

頻率偏移與調制信號的幅值成正比，而與調制信號的頻率無關?？垢蓴_能力強。調頻信號所攜帶的信息包含在頻率變化之中，并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表現(xiàn)在振幅中。頻帶寬度大，結構復雜。調頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調幅所要求帶寬的20倍；調頻系統(tǒng)較之調幅系統(tǒng)復雜，頻率調制是一種非線性調制。比調幅波的服務半徑小。調頻波比調幅波頻帶寬，也帶來選擇性的問題，不適合在低頻段使用，往往使用100M左右的波段。在這個波段的特點是電磁波只能以直線距離方式傳播，傳播的半徑相對小些；接收機的結構也復雜。

諧振電路把電容、電感等電參量的變化轉為頻率變化的電路。這種方法稱為直接調頻。諧振電路高頻耦合振蕩器

諧振電路的頻率調頻及解調電路設電容傳感器的初始電容為C0，則振蕩電路的諧振頻率為：

若電容C0的變化量為C＝KxC0x(t)，Kx為比例系數(shù)，x(t)為被測信號，則諧振頻率變?yōu)椋?/p>

將上式按泰勒級數(shù)展開并忽略其高次項，則：

結論：當有信號x(t)輸入時，調頻器輸出電壓的幅值不變而頻率受輸入信號x(t)的控制，達到調頻的目的。

設x(t)=0時，調頻電路的輸出電壓為

設x(t)≠0時，調頻電路的輸出電壓為其中：鑒頻器已調頻波uf－>保持原頻率的調幅波ua－>半波整流－>低通濾波▲諧振電路調頻波的解調uau0解調電路案例：鐵路機車調度信號檢測調制頻率8.5Hz，綠燈，直行調制頻率23.5Hz，紅燈，容許案例：旋轉機械扭距測量§5.3濾波器

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其中不需要的頻率成分。例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。1.濾波器的工作原理信號與噪聲通常占據(jù)不同的頻帶濾波器實質上是一種選頻器件使一種頻率的信號分量(噪聲)大幅度衰減使另一種頻率的信號分量(信號)順利通過濾除噪聲、獲得有用信息h(t)或h(n)y(m)=s(m)y(t)=s(t)x(n)=s(m)+n(m)x(t)=s(t)+n(t)有用信息噪聲X(ω)S(ω)N(ω)Y(ω)ωc(a)低通濾波器(Lowpassfilter)(b)高通濾波器(Highpassfilter)(c)帶通濾波器(bandpassfilter)

(d)帶阻濾波器(bandstopfilter)

2.濾波器分類（1）根據(jù)濾波器的選頻作用分f2稱為低通濾波器的上截止頻率

f1、f2

稱為帶通濾波器的下、上截止頻率。

通帶通帶通帶通帶通帶阻帶阻帶阻帶阻帶阻帶理想濾波器f1稱為高通濾波器的下截止頻率

（2）按是否使用有源器件分：無源濾波器、有源濾波器(c)帶通濾波器

(bandpassfilter)

(d)帶阻濾波器(bandstopfilter)通帶通帶阻帶通帶阻帶阻帶

理想濾波器是指能使通帶內信號的幅值和相位都不失真，阻帶內的頻率成分都衰減為零的濾波器。3.理想濾波器物理不可實現(xiàn)

理想濾波器在時域內的脈沖響應函數(shù)h(t)為sinc函數(shù)。脈沖響應的波形沿橫坐標左、右無限延伸。說明：給理想濾波器一個脈沖激勵，在t=0時刻單位脈沖輸入濾波器之前，即在t<0時，濾波器就已經(jīng)有響應（輸出）了。h(t)(t)0補充：理想濾波器的單位階躍響應給理想濾波器輸入階躍函數(shù)，即理想濾波器的階躍響應函數(shù)為式中：濾波器的階躍響應曲線為1、在階躍輸入下，輸出從零值到達到應有的穩(wěn)定值需要一定的時間。2、3、濾波器的通頻帶越寬，即fc越大，時域h(t)的圖形則越陡，響應的建立時間就越小。4、通帶越寬，阻衰的高頻分量越小，使信號能量通過的更多更快，建立時間就短。帶寬與建立時間的乘積是常數(shù)。5、帶寬反映了濾波器的頻率分辨能力。帶寬越窄，分辨力越高。-3dB

在實際濾波器的幅頻特性圖中通帶和阻帶間應沒有嚴格的界限，存在一個過渡帶。需要用較多參數(shù)來描述其特性。4.實際濾波器

1)截止頻率:幅頻特性值等于時所對應的頻率點。2)帶寬B：上、下兩截止頻率之間的頻率范圍。3)紋波幅度：通帶中幅頻特性值的起伏變化值，用表示。恒帶寬濾波器B=fc2-fc1恒帶寬比濾波器B=fc1(2n-1)5)品質因數(shù)Q:中心頻率和帶寬之比。6)倍頻程選擇性W：在上截止頻率fc2與2fc2之間、下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。4)中心頻率f0:7)濾波器因數(shù):濾波器選擇性恒帶寬濾波器恒帶寬比濾波器|H(ω)|ωωc截至頻率處突變緩變過渡通帶內幅頻特性常數(shù)有波紋幅度阻帶內幅頻特性為0逐漸趨近0過渡帶越窄、波紋幅度越小，實際濾波器越接近于理想濾波器過渡帶波紋度|H(ω)|ωωc物理上不可實現(xiàn)理想濾波器與實際濾波器的區(qū)別5.無源RC濾波器

在測試系統(tǒng)中，常用無源RC濾波器。電路簡單，抗干擾強，易于選用標準阻容元件。1)一階RC低通濾波器

令=RC，稱為時間常數(shù)。

傅立葉變換，頻率特性：當f<<1/(2RC)時，(?)-?相頻特性近似于一條通過原點的直線當f=1/(2RC)時，

fc2=1/(2RC)上截止頻率:|H(jw)|=A(f)≈1，A(f)=1/令RC=代入，作傅立葉變換，得頻率特性：當f=1/(2)，即

f=1/(2RC)時，

當f>>1/(2RC)時，下截止頻率：fc1=1/(2RC)A(f)=1/A(f)≈1，(f)=02)一階RC高通濾波器

3)一階RC帶通濾波器

說明：可以看成是低通和高通兩個濾波器串聯(lián)而成。高通低通

頻率特性

幅頻特性和相頻特性fc2=1/(22)=1/(2R2C2)

上截止頻率:

下截止頻率：fc1=1/(21)=1/(2R1C1)一階RC帶通濾波器一階低通RC有源濾波器二階高通RC有源濾波器6.恒帶寬、恒帶寬比濾波器

帶通濾波器頻帶是可調的。根據(jù)濾波器中心頻率f0與帶寬B之間的數(shù)值關系，可以分為兩種。2)恒帶寬比帶通濾波器

1)恒帶寬帶通濾波器

恒帶寬濾波器：所有頻段具有同樣的分辨率。帶寬越窄，分辨力越高。恒帶寬比濾波器：低頻分辨力較高，高頻分辨力較低。

分辨力越高，信號帶寬越窄，需要的恒帶寬濾波器數(shù)量就越多。

恒帶寬濾波器一般不用固定中心頻率與帶寬的并聯(lián)濾波器組來實現(xiàn)，而是通過中心頻率可調的掃描式帶通濾波器來實現(xiàn)，通過改變中心頻率使該濾波器的通帶跟隨所要分析的信號頻率范圍要求來變化。

例1：機床軸心軌跡的濾波處理7.濾波器的應用濾除信號中的高頻噪聲，以便于觀察軸心運動規(guī)律。8.濾波器設計注意事項（1）利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實現(xiàn)高階濾波器。例：一階＋二階低通＝三階低通（2）利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實現(xiàn)帶通濾波器。例：低通＋高通＝帶通（fH<fL）（3）運放的選用：應根據(jù)工作頻率范圍選擇合適的運放。在構成較高頻率的有源濾波器時，不但應選用增益帶寬積高的，且要注意選擇轉換速率SR高的運放。（4）電阻：應選用溫度系數(shù)小的電阻，且精度高一些。電阻的取值一般是：1K～100K。（5）電容：必須選用損耗小的優(yōu)質電容，電容的取值一般是大于：10pF。（6）在實際制作有源濾波器之前，應先根據(jù)所設計的電路及元器件值，利用電路仿真軟件進行模擬，并借助軟件的分析功能對濾波器的各項性能指標進行分析，以減少實際調試工作量。§5.4模數(shù)轉換器一、D/A轉換器1、主要技術參數(shù)(1)．分辨率

分辨率用輸入二進制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個不同的輸入二進制代碼狀態(tài)，能給出2n個不同等級的輸出模擬電壓。

分辨率也可以用D/A轉換器的最小輸出電壓VLSB（輸入數(shù)字只有最低位為1）與最大輸出電壓VFSR（輸入數(shù)字全為1）的比值來表示例:十位D/A轉換器的分辨率為

（3）轉換時間（輸出建立時間）從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達穩(wěn)定值時所需要的時間，稱為轉換時間（或輸出建立時間）。D/A轉換器的轉換誤差是指輸出模擬電壓的實際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉換誤差。通常要求D/A轉換器的誤差小于ULSB/2。D/A轉換器的分辨率和轉換誤差共同決定轉換精度。（2）轉換誤差通常D/A轉換器的建立時間不大于1S2、數(shù)／模轉換電路(DAC)數(shù)／模轉換有多種方法，如權電阻網(wǎng)絡法、T型電阻網(wǎng)絡法等。四位權電阻網(wǎng)絡D／A轉換電路由求和運算放大器、基準電壓Ur、權電阻網(wǎng)絡和電子模擬開關S0～S3等四部分組成。1）、權電阻網(wǎng)絡電路若輸入是1000若輸入是0100若輸入是0010若輸入是0001流入求和運算放大器反相輸入端的總電流為：運算放大器的輸出電壓u0為：若：推廣到n位電路的優(yōu)點是：電路簡單，轉換速度比較快。缺點是：各個電阻的阻值相差很大，輸入二進制代碼位數(shù)的增多，電阻的差值也隨之增加，難以保證阻值精度要求，這既不利電路的集成化，又給轉換精度帶來嚴重的影響。2）、T形電阻網(wǎng)絡轉換電路4位T形電阻網(wǎng)絡D／A轉換電路由求和運算放大器，基準電UR，R－2R和T形電阻網(wǎng)絡和電子模擬開關S0～S3等四部分組成。輸出電壓UA即是反相比例運算電路的輸入電壓Uo對應二進制數(shù)為1000時，等效電路為:對應二進制數(shù)為0100時，等效電路為:對應二進制數(shù)為0001時，有同理：對應二進制數(shù)為0010時，有T型網(wǎng)絡開路時的輸出電壓UA，即等效電源電壓U0推廣到n位二、A/D變換器1）.分辨率

以輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，誤差越小，轉換精度越高。2）.轉換速度

完成一次A/D轉換所需要的時間，即從它接到轉換控制信號起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時間。3）.相對精度實際轉換值和理想特性之間的最大偏差。1、主要技術參數(shù)

模／數(shù)轉換電路的作用是將輸入連續(xù)變化的模擬信號變換為與其成正比的數(shù)字量信號輸出。在進行模／數(shù)(即A／D)轉換時，通常按采樣、保持、量化、編碼四個步驟進行。采樣是對模擬信號ui(t)進行周期性抽取樣值的過程。量化是用數(shù)字信號的最低位1(LSB)所對應的模擬電壓作為量化單位，用表示，將樣值電壓變換為量化單位()電壓整數(shù)倍的過程。編碼是量化后的離散量用相應的二進制碼表示。2、模／數(shù)轉換電路(ADC)A／D轉換器的種類很多，按其工作原理不同來劃分，可分為直接A／D轉換器和間接A／D轉換器兩大類型。直接A／D轉換器：具有較快的轉換速度。典型電路有并行比較型A／D轉換器，逐次比較型A／D轉換器。間接A／D轉換器由于要先將模擬信號轉換成時間或頻率，再將時間或頻率轉換為數(shù)字量輸出，所以轉換速度慢。典型電路有：雙積分型A／D轉換器、電壓／頻率轉換型A／D轉換器、計數(shù)式A／D轉換器等逐次逼近式A/D轉換器

其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個砝碼共重15克，每個重量分別為8、4、2、1克。設待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暫時結果砝碼重比較判斷順序保留保留撤去保留1.轉換原理(待轉換的模擬電壓)UI

數(shù)碼寄存器

順序脈沖發(fā)生器－＋＋D/A轉換器u0控制邏輯時鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端UA試探電壓置哪一個數(shù)是否保存2.轉換過程23411000UA

<

UI6VUA

<

UI5.5V留去留留4VUA

>

UI5VUA

UI“1”留否d3d2d1d0UA(V)順序比較判斷110010101011例：UR=8V，UI

=5.52VD/A轉換器輸出UA為正值逐次逼近轉換過程示意圖t0t1t310001100101010001011t2UA>UIUA<UI(轉換誤差:–0.02V)若輸出為8位數(shù)字量轉換數(shù)字量10110001

4+1+0.5+0.03125=5.53125V轉換誤差為+0.01125V位數(shù)越多誤差越小直流電橋當電橋輸出端接入儀表或放大器時，電橋輸出端可視為開路狀態(tài)，電流輸出為零。此時，橋路電流為：a、b之間電位差為：a、d之間電位差為：電橋輸出電壓為：+

－

返回平衡條件兩片半橋輸出當R1→

R1±R1，R2→R2

R2

時，令R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2，返回半橋平衡條件四片全橋輸出當R1→

R1±R1，R2→R2

R2

，令R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2=R3=R4

，R3→

R3±R3，R4→R2

R4時電橋的靈敏度定義為返回全橋平衡條件電容電橋兩相鄰橋臂為純電阻R2、R3，另相鄰兩臂為電容C1、C4

R1、R4視為電容介質損耗的等效電阻根據(jù)平衡條件電橋平衡條件：返回電容電橋電感電橋根據(jù)平衡條件電橋平衡條件：返回電感電橋

當x(t)>0時(0~t1時間內)，調幅波xm(t)與載波y(t)在每一時刻都同相。

(3)相敏檢波解調1）xm(t)>0，y(t)>0二極管V3、V4導通，在負載上形成兩個電流回路:流過V3的電流：+-3-V3-4-6-0-b-d回路中的電勢：UB+UA流過V4的電流：d-b-0-6-4-V4-1-“-”回路中的電勢：UB-UA-