西安交大模電

7.1電子系統(tǒng)概述7信號檢測與處理電路傳感器放大器濾波器增益調(diào)整采樣保持A/D

轉(zhuǎn)換器計算機系統(tǒng)總線控制電路信號檢測系統(tǒng)基本框圖傳感器放大器濾波器增益調(diào)整采樣保持A/D

轉(zhuǎn)換器計算機系統(tǒng)總線控制電路提取測信號放大測量信號抑制干擾信號進一步去除無用信號聯(lián)系處理系統(tǒng)的橋梁信號加工處理系統(tǒng)7.2.1測量放大器應用：熱電偶、應變電橋、流量計、生物電測量等7.2信號檢測系統(tǒng)中的放大電路共模抑制比高輸入抗阻高主要特點常用于測量直流緩變微弱信號1.三運放測量放大器b.電阻R3、R4、R5、R6要精密配合（R3=R5、R4=R6）a.運放A1、A2的特性一致性對電路要求：（1）基本電路圖A1A2A3+_b1b2+_i––+++–由圖可知（2）電路分析A1A2A3+_b1b2+_i––+++–A1A2A3+_b1b2+_i––+++–輸出信號共模信號uIc無關(guān)令因此，放大器具有很高的抑制共模信號的能力。2.單片集成測量放大器AD521集成化的三運放測量放大器。性能指標：(2)輸入阻抗3109。(3)增益帶寬大于2MHz。(4)電壓放大倍數(shù)0.1~1000(5)電源電壓±(5~18)V。(6)過載能力較強，動態(tài)特性好。(1)共模抑制比120dB。(1)引腳說明1234567891011131214OUTOFFSETV–-INRG+INSENSEREFRsCOMPOFFSETRsV+RG(2)基本連接方式圖123456781011121314AD521+–7.2.2隔離放大器特點：信號傳遞的主要方式：電磁耦合，即經(jīng)過變壓器傳遞信號光電耦合輸入回路與輸出回路之間是電絕緣的。二極管——三極管型1.光電耦合隔離放大器光電耦合器原理圖二極管——二極管型IoIiIiIob.采用負反饋技術(shù)光電耦合器的特點a.耦合器中的發(fā)光和光敏元件都是非線性器件。b.非線性器件傳輸模擬信號將會導致信號失真。克服非線性失真采取的主要措施a.給非線性器件施加合適的直流偏置，在小范圍內(nèi)線性傳輸信息。一種典型的光電耦合隔離放大器

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1電壓并聯(lián)負反饋

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1電壓搭串聯(lián)抵負反筑饋電壓戒并聯(lián)際負反住饋串聯(lián)木負反轉(zhuǎn)饋的竄判斷

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1電壓尿串聯(lián)童負反別饋電壓記并聯(lián)激負反率饋工作棵原理O1、O2特性裕相同R1=R4+RWR1=R4+RW

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1uCE素2uCE張1=uCE齡2uCE愛1O1、O2特性臺相同R1=R4+RWR1=R4+RW

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1uO=uCE哨1uI=uCE礎(chǔ)2uO=uIuCE割2uCE嬌1=uCE毒2uCE脫1

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1實現(xiàn)萄信號疑隔離實現(xiàn)織信號趙傳輸兩地獨立兩地獨立輸入鄭、輸化出級咸之間斤是電俘氣絕輸緣的uO=uI

CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V

RW

R2O2GND2GND1T2T1放大疼器原咬理圖2.變壓暢器隔滅離放襪大器+-1A調(diào)制器隔離電源解調(diào)器振蕩器+-2A輸入屏蔽輸出屏蔽uOuI+-1A調(diào)制器隔離電源解調(diào)器振蕩器+-2A輸入屏蔽輸出屏蔽uOuI調(diào)糾制給輸償入側(cè)艷提供孕能量兩側(cè)蝕電源梳獨立恢復靜原低宿頻信妥號輸入愈、輸挎出側(cè)復間電妹氣絕咬緣變壓麥器隔召離放嘆大器AD藥27晃7原理識圖和尿引腳+-1A調(diào)制器隔離電源解調(diào)器振蕩器+-2A輸入屏蔽輸出屏蔽16151114101213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(-VEE)7.苗3.去1濾波盒器的噸基礎(chǔ)休知識功能簽：只底允許從某一費部分舌頻率筆的信吵號順憶利的熄通過掃。通帶滋：能寶夠通妥過信陽號的蒜頻率關(guān)范圍墨。阻帶蝴：不歸能夠憶通過益信號著的頻叮率范設(shè)圍。截止橡頻率蠅：通搜帶和黨阻帶稿之間海的分狀界頻羅率。7.仆3有源批濾波耳器濾波迅器的承分類a.根據(jù)擠處理織的信園號不打同b.根據(jù)紋使用妙的濾崗波元齒件不緒同數(shù)字松濾波惕器模擬虜濾波匠器RC型LC型RL綿C型c.根據(jù)芹工作就頻率簡不同低通躍濾波懂器高通艙濾波粥器帶通抬濾波恐器帶阻鏈濾波臟器全通終濾波熄器fA0理想掃濾波集器的火幅頻窩特性低通fA0通帶高通帶阻帶通通帶通帶通帶通帶Af0fA00fA0.707實際央低通沉濾波圖器的奔幅頻話特性實際兼特性理想特性阻帶過渡釘帶通帶d.根據(jù)濾器的階數(shù)分

一階擴濾波侍器二階曬濾波賄器高階遵濾波酷器e.根據(jù)采用的元器件不同無源膽濾波旨器有源肉濾波勿器濾器序的階城數(shù)越肝高，慮性能晨越好肚。組成:由電史阻、光電容古、電緩感等目無源籃器件腎組成艙。體積豈和重糕量比悼較大碰，電自感還航會引杰起電魯磁感衰應。(a趟)無源篇濾波淡器電路去簡單高頻越性能叫好工作策可靠優(yōu)點通帶眠信號漲有能畢量損掉耗負載演效應辛比較定明顯缺點CRRL無源高通濾波器(b膚)有源墨濾波虛器：電路晶體積踩小、毫重量鎖輕通帶籌內(nèi)的此信號漂可以糖放大精度傍高、澇性能史穩(wěn)定乓、易菠于調(diào)禮試負載碼效應梨小組成預：由為電阻愁、電閘容和董有源惠器件虛（如話集成華運放鈴）組愿成優(yōu)點可以競多級陷相聯(lián)似，用黨低階湖來構(gòu)塵成高滅階濾駕波器通帶摟范圍座小需要離直流直電源適用隱于低畏頻、那低壓舒、小個功率西等場買合。缺點1.一階蘆低通縮慧有源施濾波智器7.盛3.拾2低通磨有源景濾波哪器（1）鄙電塑路組夠成（2）枝電漆路性幟能分蝦析a.電路批的傳臂遞函做數(shù)+__+–+式中Z1(s播)Z2(s降)故+__+–+令——濾波器的截止角頻率——濾波器的通帶增益+__+–+b.濾波頂器的君頻率句特性令s=jw式中稱為漂濾波痛器的嬸截止刻頻率即因電確路的吵頻率鈔特性險與f的一缸次方有捆關(guān)故稱享之為辨一階RC低通慰有源偵濾波苦器c.濾波撒器的艇幅頻圈特性由得d.相頻特性3d述B020lg|A(jw)|/dB幅頻聚特性米曲線-2圍0d隊B/十倍銅頻(3嘉)一階背濾波創(chuàng)器特聾點a.電路梨簡單b.過渡叮帶輸屑出的電衰減伴慢，慨衰減烘速率20貞dB晝/十倍貍頻2.二階御有源系低通賺濾波咐器(1違)電路士組成(2捆)電路腎分析a.電路坡的傳愈遞函封數(shù)無限旱增益狀多路就反饋鹿型12+_+_._+對節(jié)燒點1、2列方巴程得伍：對節(jié)競點1對節(jié)忌點212+_+_._+由上甚兩式盛得其中電路軍的品大質(zhì)因此數(shù)濾波口器的道特征劉角頻朽率式中為濾瓣波器國的通爸帶增土益b.濾波態(tài)器的床頻率噸特性令s=jwc.濾波槽器的嶄幅頻呼特性由得d.濾波雙器的國相頻滾特性e.幅頻蠟特性關(guān)分析當<<n時，由式知當>>n時，電路據(jù)具有箏低通況濾波框器特詳性可見品質(zhì)壇因數(shù)也影響奶濾波尸器頻友率特擺性當=n時，由式知或幅頻龍?zhí)匦詬淝€10-310Q=105210.7070.5-40這種露濾波休器稱清為切址比雪網(wǎng)夫（Ch開eb氧ys或he虜v）型濾誰波器舊。a.特性糊有峰皂值。b.Q值越物大，旗尖峰它越高。c.當時，電路將產(chǎn)生自激振蕩。

d.過渡尾帶衰亞減速積度較肅快。10-310Q=105210.7070.5-40當時c.Q值越觀小，拔通帶到有衰鄙減衰胞減嚴唯重。a.特性影無峰框值。b.通帶古有衰侵減。當時10-310Q=105210.7070.5-40c.幅頻始特性攝最平豈坦a.無峰倆值b.通帶鋸內(nèi)的擁減最雜小稱為最大平坦或巴特沃斯（Butterworth）型濾波器。這種濾波器當時10-310Q=105210.7070.5-40巴特員沃斯記（Bu療tt哀er分wo花rt棟h）型濾殘波器聚的幅稠頻特腔性當即特征角頻率就是截止角頻率

10-310-40-4歡0d跌B/十倍預頻1．一壤階高柳通有膜源濾褲波器7.原3.須3高通毅有源蘭濾波臨器(1摘)低通多與高悠通電柿路的桐對偶忠關(guān)系C換成RR換成C····b.電路便分析(2波)一階焰高通際濾波特器a.高通養(yǎng)濾波電路(a傳)傳遞訊函數(shù)Z1(s)Z2(s)+__++_式中通帶置增益截止桶角頻殿率+__++_濾波毯器的界頻率損特性令(b慘)頻率濱特性由得濾波茶器的番截止甚頻率(c轎)濾波恢器的師幅頻稿特性由得幅頻彈特性炭曲線o十倍頻2．二耀階高擠通有紹源濾蔬波器(1)電路電組成(2)電路坑分析壓控艇電壓昨源型需電路

+_

+_?+_A等效合虛線獨內(nèi)的你電路等效苦電路

+_

+_?+_A

A03

2

+

+

––對節(jié)貓點3、2列方有程節(jié)點3節(jié)點2a.傳遞壩函數(shù)

A03

2

+

+

––由以束上兩神式電像路的輪傳遞級函數(shù)肆為其中品質(zhì)因數(shù)通帶增益特征角頻率b.頻率黎特性令由得c.幅頻驢特性幅頻串特性郵曲線10-3Q=105210.7070.57.蔬3.航4帶通筑和帶鼻阻有根源濾泊波器1．二階圣帶通朵有源衡濾波慣器(1甚)電路瞧組成(2座)電路雹分析

32

+

__++A等效桐虛線口內(nèi)的至電路等效聯(lián)電路

32

+

__++A

32

__++A0對節(jié)絲式點3、2列方斥程節(jié)點3節(jié)點2

32

__++A0中心頻率通帶增益品質(zhì)因數(shù)a.電路握的傳功遞函計數(shù)得濾廳波器浸的頻濃率特隔性c.頻幅靜特性b.頻率斗特性將s=j代入慕式討論姐：當時，(a)當

時，(b)當時，(c)電路悶具有家?guī)ň咸匦詾橹行慕穷l率由在截懼止頻脅率上即求解滾上式既得d.通頻垂帶故善濾誤波器碧的通烏頻帶隔寬可見榜，Q值越窗大，擊通頻奪帶越揭窄，臘選擇自性越瘋強Q=105210.50-20-40/wow10.1dBAjA/|)(|lg200帶通絮濾波艷器的蜜幅頻眨特性2．二階須帶阻墾有源劫濾波王器（1）電射路組森成C2CR32RCR/24+_+_+_???列節(jié)男點電糟壓方犁程節(jié)點2（1）電適路分抖析a.傳遞想函數(shù)節(jié)點3C2CR32RCR/24+_+_+_???節(jié)點4式中

C2CR32RCR/24+_+_+_???其中想：故恭傳播遞函奪數(shù)得濾比波器打的頻雨率特縫性將s=j代入線式b.頻率敵特性c.濾波壟器的傅幅頻沉特性討論:當時，(a)當

時，(b)當時，(c)可見證電路廊具有溜帶阻沖特性為中心角頻率令

即解之遲得截浮止角陰頻率上限d.濾波怠器的靠阻帶下限故捎濾顛波器叮的阻充帶寬描為帶通犯濾波嫁器的雙幅頻柜特性11000.1-50Q小Q大功能腿：用僑來比捐較輸燭入電若壓相幻玉對大擦小的偶電路傘。輸出勝端的池信號框狀態(tài)——只有束高電失平和鴨低電錦平。7.嬌4電壓飛比較胡器被比詞較的糕輸入傲電壓比較闖電壓圈（基甩準電街壓或社參考閘電平怒）輸入端的信號有工作本原理——輸入病信號截偏離伶參考黃電壓臭時，斤輸出逼電壓冤將發(fā)丑生躍木變。將輸昂出電河壓發(fā)掏生躍膚變的哥現(xiàn)象走稱為戀比較握器翻魔轉(zhuǎn)。7.鼠4.南1單門步限比食較器1.零電版平比驗較器(2煎)電路壟特點b.，a.運放怖工作鉗于開夫環(huán)狀淋態(tài)c.輸出師電壓uO≈±VCC(1后)電路姻組成Rb2b1+_+__+a.當時，b.當

時，(3漆)工作剩原理(4胸)傳輸霸特性0

與零電平（電位）進行比較，故稱為零電平比較器。

Rb2b1+_+__+0理想罩特性實際騎特性不靈造敏區(qū)(5裳)電路財存在翠的問疑題a.輸出晨電壓爛基本愉由電遍源電膨壓確押定。b.輸出吳電平迷易受騎電源彎波動喬、飽怖和深立度的醉影響蔽。c.輸出葉電平顯不易霉改變杯。Rb2b1+_+__+改進蓋型的肯零電嚴平比會較器限流擦電阻雙向傷限幅某穩(wěn)壓忠管輸出電壓

輸入翁保護丹電路RDZ+_+_+_D1D2傳輸特性0(3血)工作日原理(4左)傳輸旱特性RDZ+_+_+_URb.當

時，即a.當,即02．非零炮電平乏比較勻器電路希簡單靈敏膠度高抗干帥擾能陵力差單門限電壓比較器的特點0傳輸特性RDZ+_+_+_URt00t干擾干擾比較犯電壓UR輸入土電壓輸出西電壓誤動作誤動作單門攜限比畏較器鑼抗干減擾性妖能差秀的波聲形圖7.繭4.斤2多門蛾限比驅(qū)較器1．塔遲企滯比藝較器1）反相糧輸入障遲滯躍比較秘器Dz+_+_給電由路提抽供雙斧極性拋參考阻電平加速宋輸出禾翻轉(zhuǎn)凝過程電路絲式引入滅正反乖饋正反饋的作用Dz+_+_反饋暑電壓輸出俘電壓a.工作夕原理Dz+_+_如果uI<UR當uO=UZ時(a)uo=UZuI<KUR傳輸記特性Dz+_+_此時(b廁)當uI>UR=KUZ時，,只要RIUu>uouI傳輸航特性Dz+_+_uouI傳輸特性(c徒)當uO=-UZ時如果uI>URDz+_+_uouI傳輸特性此時(d開)當uI<UR=-躲KUZ時,只要uI<UR，Dz+_+_反相就輸入幫遲滯逃比較喜器傳輸浴特性遲滯匆比較較器的葉特點(1演)提高邁了電倘路抗昏干擾斗能力翼。(2催)降低鄙了電蠶路的益靈敏尸度0(3煙)不能烘分辨2KUZ范圍忠內(nèi)變攝化的碌信號穩(wěn)。不能待分辨此區(qū)0tt0說明裹遲滯綿比較謝器抗義干擾竟性能虧的波鬧形圖輸入淹信號輸出青信號干擾干擾(2核)同相馬輸入辣遲滯跪比較朽器a.電路b.特性梯分析由圖末可知Dz+_b1b2根據(jù)比較器的特性，當時電路翻轉(zhuǎn)。

令Dz+_b1b2得比刷較器乞的翻跳轉(zhuǎn)電捕平為即當uI=±KUZ時uO=0Dz+_b1b2只要即Uo=+UZuI>-KUZ傳輸塞特性當時(a)Dz+_b1b2只要Uo=-UZuI<KUZ傳輸靜特性當時(b)Dz+_b1b2輸出孝維持毫原狀鋪態(tài)Uo=-UZ|uI|<KUZ傳輸婆特性當時(c)Dz+_b1b2輸出峰維持璃原狀儉態(tài)Uo=UZ|uI|<KUZ傳輸扣特性當時(c)Dz+_b1b2同相為輸入朱遲滯鞠比較拋器傳輸匙特性具有逮逆時嘩針旋急轉(zhuǎn)的五特性c.特性貨平移團的遲耀滯比懷較器圖中Dz+_b1b2即令得電湯路的紗翻轉(zhuǎn)山電平渡為zD+_b1b2遲滯回環(huán)沿著坐標橫軸平移傳輸冠特性0設(shè)UR>0費,右移2.窗口遍比較燈器(1泛)電路A1D1D2A2––++TD1導通洪，D2截止A1輸出欺高電栗平，A2輸出紐奉低電探平。當時(a)輸出電壓2.工作異原理（設(shè)）晶體名管T飽和詞導通A1D1D2A2––++TA2輸出能高電嘉平當時(b)輸出電壓A1輸出然低電丹平D1截止藝，D2導通晶體降管T飽和約導通A1D1D2A2––++T晶體濁管T截止A2輸出什低電甚平當時(c)輸出電壓A1輸出拼低電派平D1截止喊，D2截止A1D1D2A2––++T用于鉗工業(yè)照控制際系統(tǒng)應，測持量溫慕度、棗壓力鹿、液根面等算的范至圍。窗口你比較喘器的劃主要牙應用0傳輸而特性LM循11暮1系列補的封傷裝形朗式和們引腳奸排列7.模4.朽3集成增電壓餅比較耕器+_12345678OUTGNDIN–IN+BALBAL/S+VCC–VCCLM瘦11稼1系列黨典型興應用暴電路具有選通的接法

RT123456785選通+5V+_3kWC基本應用電路23456781Wk3+電路2373KW?–+LM泊11宰1系列好實現(xiàn)源的施撲密特及電路傳輸特性0例1在圖禾示電顫路中差，設(shè)浙各運差放都勿具有禍理想毒特性熄。試萄求：(a)Au1=Uo3/Ui···(b)電路的中頻電壓放大倍數(shù)Aum=Uo/Ui

···練習來題A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330kW27kW110kW15mFRLR11C1uO3R810kW10kW3.33kW+_+++____+10kW10kW33kW3.33kW3.33kW(c跑)整個厘電路贈的上悉、下賽限截椅止頻鼓率fH和fL之值魔。解們由竭圖可太知，嶼運放A1~A3構(gòu)成夸三運框放測植量放堡大器陣，運啞放A4構(gòu)成菌一階桃低通哈濾波腸器，砌電容鵝器C2和負危載RL構(gòu)成宏高通柜濾波東器。A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330kW27kW110kW15mFRLR11C1uO3R810kW10kW3.33kW+_+++____+10kW10kW33kW3.33kW3.33kW(a茅)寫出uO3與ui的關(guān)丘系A(chǔ)1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330kW27kW110kW15mFRLR11C1uO3R810kW10kW3.33kW+_+++____+10kW10kW33kW3.33kW3.33kW(b逼)電路碼的中登頻電轉(zhuǎn)壓放量大倍守數(shù)所以潮，Au1=Uo3/Ui=-探3···········A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330kW27kW110kW15mFRLR11C1uO3R810kW10kW3.33kW+_+++____+10kW10kW33kW3.33kW3.33kW(c暢)整個孤電路革的上揪、下閑限截竊止頻搞率分雕別為A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330kW27kW110kW15mFRLR11C1uO3R810kW10kW3.33kW+_+++____+10kW10kW33kW3.33kW3.33kW例2在圖刪示電株路中歌，已孩知穩(wěn)角壓管DZ1、DZ2的擊井穿電沙壓分筍別為UZ1=3慣.4營V,UZ2=7漲.4劑V符,正向斯壓降原皆為UD1=UD2=0碧.6占V極,運放A具有展理想完的特稀性。柔畫出uI由-6桂V變至+6稿V，再由+6堅V變至-6惡V時電滔路的絹電壓倦傳輸朝特性診曲線廉。A+_解(a趕)由圖筐可知累電路經(jīng)的輸?shù)瘸鲭姴饓簶O仆限值A(chǔ)+_(b亂)運放反腦相輸床入端杰電壓同相婆輸入忘端電綱壓當輸閥入電渡壓uI由-6娃V向+6開V方向乞變化鞭時，搏如果釋同相領(lǐng)輸入輸端的攏電壓u+低于UR，輸出累電壓uO為Uom斥in；A+_由得當同相暫輸入愧端的拖電壓u+略高窩于UR時，更比較邪器翻纏轉(zhuǎn)，坑輸出廉電壓uO為Uom鑼ax。UH=5雅.3理V設(shè)此評時的谷輸入府電壓異為UHA+_當uI由+6棄V向-6晉V方向鄙變化討時，耗如果u+高于UR，輸出念電壓uO為Uom鐵ax；當u+略低黎于UR時，科比較鞏器再炮次翻涌轉(zhuǎn)，犯輸出姿電壓uO為Uom志in。設(shè)此腫時的如輸入博電壓本為UL由得A+_由此洗可畫吐出電卻路的故傳輸貝特性uOuI0UHULUominUomax傳輸特性A+_例3在圖泥示電楚路中監(jiān)，設(shè)插運算閘放大伐器A具有展理想戲的特圈性，厭其最蔥大輸猛出電子壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為,試畫出電路的電壓傳輸特性曲線。A+_?解指由圖璃可知炸，當促穩(wěn)壓薪管DZ擊穿電后，貧由于繞其動溉態(tài)電聰阻很扭小，宏電路水引入敢深度喝負反哨饋。故運渴放的跪“虛襯短”索仍寒然成買立。電路混的輸興出電窄壓此時負，電摟阻R3兩端烤的電攻壓為A+_?由知當時，輸出高電平電壓

當時，輸出低電平電壓

A+_?由于眨運放復的同捕相輸羽入端月電壓當時電路的低電平閾值電壓為故當時電路的高電平閾值電壓為A+_?即當時，；當時，；由此囑可畫坦出電狹壓傳器輸特事性。UHU