測控電路重點內容復習

會計學1測控電路重點內容復習第一章緒論第一節(jié)測控電路的功用第二節(jié)對測控電路的主要要求第三節(jié)測控電路的輸入信號與輸出信號第四節(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1頁/共107頁第一章緒論（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)行機構（2）測控系統(tǒng)的構成第2頁/共107頁第一章緒論對測控電路的主要要求（精度高；響應速度快和動態(tài)失真??；轉換靈活；可靠性與經濟性）；影響測控電路精度的主要因素（噪聲與干擾★；失調與漂移，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)轉換與數(shù)模轉換；信號形式的轉換；量程的變換；信號的選??；信號處理與運算等）；本章基本概念4第3頁/共107頁4.測控電路的輸入信號與輸出信號類型模擬信號(非調制信號,已調制信號）；

數(shù)字信號(增量碼信號；絕對碼信號；開關信號）5.測控電路中的信號制電模擬信號種類：直流電壓(電流)，交流電壓(電流)；國際統(tǒng)一信號：過程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號為4～20mA，模擬直流電壓信號為1～5V；國內統(tǒng)一信號：4～20mA，1～5V；0～10mA，0～10V。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、輸出信號采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡信號問題。信號的傳輸方式有三種：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4頁/共107頁第2章信號放大電路■2.1運算放大器的誤差及其補償■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。類型：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。6第5頁/共107頁要掌握的主要內容：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放大電路高共模抑制比放大電路自動調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章信號放大電路7第6頁/共107頁

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脠龊希阂蠊材Ｒ种票却笥?00dB的場合，例如人體心電測量，信號很微弱，而干擾很大?！龇椒ǎ海?）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第7頁/共107頁

2.2.5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∞-++N3ui1ui2u'o29第8頁/共107頁取R3=R4，R5=R6，差模增益：通常?。篟1=R2，R3=R4，R5=R6——外接電阻平衡對稱。

2.2.5.2三運放高共模抑制比放大電路電路特點：輸入阻抗高；增益調整方便；對于理想運放，共模抑制比趨向無限大。10第9頁/共107頁11第10頁/共107頁

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：增益與橋臂電阻無關，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不產生電流，a點為虛地：12第11頁/共107頁2．同相輸入型特點：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R+ΔRR2R1uo+-aRRRu∞+-+N13第12頁/共107頁2.2.6.2差動輸入電橋放大電路

2.2.6電橋放大電路特點：增益與橋臂電阻有關，增益不穩(wěn)定，且非線性。R2=R1R1uR(1+δ)uaubRRRuo∞+-+N(ua=ub)14第13頁/共107頁

2.2.6電橋放大電路*2.2.6.3線性電橋放大電路特點：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第14頁/共107頁

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)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。

■方法：（1）在放大電路輸入端加接電壓跟隨器，但會引入共模誤差；

（2）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路。16第15頁/共107頁2.2.8.2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。17第16頁/共107頁2.2.8.2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。要求：R3=R1+R2——減小輸入失調電壓和輸入偏置電流。18第17頁/共107頁2.2.8.2自舉式高輸入阻抗放大電路輸入電阻為：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第18頁/共107頁自舉組合電路20第19頁/共107頁2.3隔離放大電路■作用：將輸入、輸出和電源電路進行隔離，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?！龇椒ǎ翰捎秒姶篷詈?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2章信號放大電路21第20頁/共107頁1.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)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第21頁/共107頁浮置電源輸入調制放大器耦合變壓器輸出解調放大器輸出輸入－＋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)光二極管轉換成光信號，再由光敏三極管轉換成電信號放大輸出，但非線性。23第22頁/共107頁

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信號中分離出來，便于放大與遠距離傳輸?！?.1調幅式測量電路★■3.2調頻式測量電路■3.3調相式電路■3.4脈沖調寬制式測量電路24第3章信號調制解調電路第23頁/共107頁1、調制解調的概念、功用，采用調制解調的目的。2、調頻，調幅，調相，脈沖調制的數(shù)學表達式，并畫出它們的波形。3、什么是雙邊帶調幅？請寫出其數(shù)學表達式，畫出它的波形4、什么是包絡檢波？什么是相敏檢波包絡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、脈沖調寬信號的解調方式。第3章信號調制解調電路25第24頁/共107頁調制傳感器調制電路調制開關電路調制乘法器調制信號相加調制調相調頻調幅脈沖調寬26第25頁/共107頁解調包絡檢波相敏檢波二極管與晶體管包絡檢波精密檢波半波全波27第26頁/共107頁■什么是信號調制？

調制就是用一個信號(稱為調制信號)去控制另一個做為載體的信號(稱為載波信號)，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。

■什么是信號解調？在將測量信號調制，并將它和噪聲分離、放大等處理后，還要從已經調制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調。

28第3章信號調制解調電路第27頁/共107頁調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作為載體，這個載體稱為載波信號。用來改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號稱為調制信號。在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號作調制信號。經過調制的載波信號叫已調信號。29第28頁/共107頁在信號調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、頻率、相位三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進行調制，分別稱為調幅(Amplitudemodulation)、調頻(Frequencymodulation)和調相(Phasemodulation)

。也可以用脈沖信號作載波信號?？梢詫γ}沖信號的不同特征參數(shù)作調制，最常用的是對脈沖的寬度進行調制，稱為脈沖調寬(Pulsewidthmodulation)。30第29頁/共107頁3.1調幅式測量電路3.1.1調幅原理與方法3.1.1.1調幅信號的表達式

調幅信號的一般表達式可寫為：■什么是調幅？寫出調幅信號的數(shù)學表達式，畫出波形。

調幅就是用調制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用的是線性調幅，即讓調幅信號的幅值按調制信號x

的線性函數(shù)變化。ωc——載波信號角頻率；Um——調幅波中載波信號的幅值；

m——調制的靈敏度；x——調制信號。31第30頁/共107頁設調制信號

，且（一般）載波信號上邊頻信號下邊頻信號

載波信號中不含調制信號x的信息，因此可取Um=0、

m=1，只保留兩個邊頻信號。這種調制稱為雙邊帶調幅，可采用乘法器實現(xiàn)。其數(shù)學表達式為：

3.1.1.1調幅信號的表達式■何謂雙邊帶調幅？寫出其數(shù)學表達式，并畫出波形。32第31頁/共107頁當x>0時，us與

uc同頻同相；雙邊帶調幅信號txotucusoto當x<0時，us與

uc同頻反相。

雙邊帶調幅信號的波形：33第32頁/共107頁

uoto

Ucotto

ux3.1.1.3電路調制

2.用開關電路實現(xiàn)調制V1V2——N溝道增強型絕緣柵場效應管，低電平為0夾斷。當Uc為高電平“1”時，V1導通，V2夾斷，uo=ux；當Uc為低電平“0”時，V1夾斷，V2導通，uo=0。V1uxuoUcV2Uc34第33頁/共107頁■什么是包絡檢波？檢出調幅信號的包絡線。3.1調幅式測量電路3.1.2包絡檢波電路usotuoot■如何實現(xiàn)包絡檢波？采用單向導電器件截去調幅信號中下半部(或上半部)的波形，即可獲得半波檢波信號，再經低通濾波器濾除高頻信號，即可獲得所需調制信號，實現(xiàn)解調。包絡檢波實際上就是建立在整流原理的基礎上。35第34頁/共107頁3.1.2.2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，因VD2斷開而使運放處于開環(huán)狀態(tài)，由此可造成運放飽和。+

us–

半波整流器低通濾波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+–uAA–+∞-+N2+∞-+N1+36第35頁/共107頁當us>0時，，

；當us<0時，，。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第36頁/共107頁當us>0時，VD1VD4通，VD2VD3斷，N2跟隨器工作，

；當us<0時，VD1VD4斷，VD2VD3通，N1工作，

。tuootuso3.全波精密檢波電路二uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N238第37頁/共107頁4.高輸入阻抗全波精密檢波電路R2usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1∞-++N2a)電路圖uo=-usus<0uAR2R1R3R4usc)負輸入等效電路∞-++N1∞-++N2R2uo=usus>0usR1R3R4us∞-++N1b)正輸入等效電路∞-++N2us>0時，VD1通，VD2斷，

；us<0時，VD1斷，VD2

通，

，

。39第38頁/共107頁3.1調幅式測量電路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？具有鑒別調制信號相位(極性)和選頻能力的檢波電路?！鰹槭裁匆捎孟嗝魴z波？包絡檢波有兩個問題：一是解調過程主要是對調幅信號進行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調制信號的相位。二是包絡檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率信號的能力。為了使檢波電路具有判別調制信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需要采用相敏檢波電路。40第39頁/共107頁相敏檢波乘法器相敏檢波開關式相敏檢波相加式相敏檢波41第40頁/共107頁

2.開關式相敏檢波電路(全波檢波)V——N溝道結型場效應管，低電平為負夾斷。當Uc=“1”時，V導通，N同相輸入端接地，uo=-us

；uousUcRVRR∞-++N

當Uc=“0”時，V截止，us同時從N的同相輸入端和反相輸入端輸入，uo=us

。423.1.3相敏檢波電路第41頁/共107頁2.開關式相敏檢波電路(全波檢波)R6uousR2R3R1R4R5V1UcV2Uc∞-++N

當Uc=“1”時，V1導通，V2截止，N同相輸入端通過R4接地，us從反相端輸入，

；

當Uc=“0”時，V1截止，V2導通，N反相輸入端通過R3接地，us從同相端輸入，

。43第42頁/共107頁2.開關式相敏檢波電路(波形圖)Ucotusotuootus與Uc同相(ux>0)當ux>0時，us與

Uc同頻同相；當ux<0時，us與Uc同頻反相。us與Uc反相(ux<0)Ucotusotuoot44第43頁/共107頁

3.1.3.4精密整流型相敏檢波電路當Uc=“1”時，V1截止，V2導通，，

；當Uc=“0”時，V1導通，V2截止，，。UcUcus

CR4uoR1R2R3V1V2uA+

_∞-+N2+∞-+N1+45第44頁/共107頁3.1.3.6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不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。若us中含有高次諧波，由此產生的附加輸出為：相敏檢波電路由乘法器和低通濾波器組成，即46第45頁/共107頁1.相敏檢波電路的選頻特性(波形)n=1usustouoto++––++––Uctouoto–+++to+–tUco+–ustouoto+++–––++++––to+–Ucn=2n=347第46頁/共107頁2.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us與參考信號uc(或Uc)是同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓為：

輸出信號隨相位差的余弦而變化。由于在輸入信號與參考信號同頻但有一定相位差時，輸出信號的大小與相位差有確定的函數(shù)關系，可以根據(jù)輸出信號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。48第47頁/共107頁2.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30o49第48頁/共107頁3.2調頻式測量電路3.2.1調頻原理與方法3.2.1.1調頻信號的表達式

調頻信號的一般表達式可寫為：■什么是調頻？寫出調頻信號的數(shù)學表達式，畫出波形。

調頻就是用調制信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調頻，即讓調頻信號的頻率按調制信號x

的線性函數(shù)變化。50第49頁/共107頁調頻信號的波形：xtootus調制信號調頻信號tuco載波信號51第50頁/共107頁3.3調相式測量電路3.3.1調相原理與方法3.3.1.1調相信號的表達式■什么是調相？寫出調相信號的數(shù)學表達式，畫出波形。調相就是用調制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調相，即讓調相信號的相位按調制信號x

的線性函數(shù)變化。

調相信號的一般表達式可寫為：52第51頁/共107頁脈沖調寬的數(shù)學表達式為：B=b+mx3.4脈沖調制式測量電路3.4.1脈沖調制原理與方法3.4.1.1脈沖調制信號的表達式■什么是脈沖調寬制？寫出脈沖調制信號的數(shù)學表達式，并畫出其波形。脈沖調制是指用脈沖作為載波信號的調制方法。在脈沖調制中具有廣泛應用的一種方式是脈沖調寬。53第52頁/共107頁1.參量調寬3.4.1脈沖調制原理及方法3.4.1.3電路調寬R4R3VD1R2R6VD2RPCuc

uoVSR5∞-++NR1=常數(shù)——差動傳感器——周期不變——充電時間——放電時間輸出脈沖信號的頻率不變，占空比隨傳感器電阻R2R3變化。54第53頁/共107頁2.電壓調寬3.4.1.3電路調寬ucu–R3R4CR2RR1uxVSuou+∞-++N（1）若ux>0，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<0，則u+小：uo=Ur，C充電時間短；uo=-Ur，C放電時間長。即輸出脈沖占空比小。55第54頁/共107頁

例、在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0-100Hz，應怎樣選取載波信號的頻率？應怎樣選取調幅信號放大器的通頻帶？信號解調后，怎樣選取濾波器的通頻帶？

為了正確進行信號調制必須要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。這樣，解調時濾波器能較好地將調制信號與載波信號分開，檢出調制信號。若被測信號的變化頻率為0-100Hz，則載波信號的頻率ωc>1000Hz。調幅信號放大器的通頻帶應為900-1100Hz。信號解調后，濾波器的通頻帶應>100Hz，即讓0-100Hz的信號順利通過，而將900Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200Hz。56第55頁/共107頁

相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能、性能與在電路構成上最主要的區(qū)別是什么？

相敏檢波電路與包絡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制信號相位，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。從電路結構上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調的調幅信號外，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。參考信號應與所需解調的調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。57第56頁/共107頁

從相敏檢波器的工作機理說明為什么相敏檢波器與調幅電路在結構上有許多相似之處？它們又有哪些區(qū)別？只要將輸入的調制信號乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調幅信號。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后就得到調制信號，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調幅信號us，將雙邊頻調幅信號us再乘以載波信號，經低通濾波后就可以得到調制信號ux。這就是相敏檢波電路在結構上與調制電路相似的原因。相敏檢波器與調幅電路在結構上的主要區(qū)別是調幅電路實現(xiàn)低頻調制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調幅信號與高頻載波信號相乘，經濾波后輸出低頻解調信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結構和參數(shù)不同。58第57頁/共107頁開關式全波相敏檢波電路59第58頁/共107頁60全波精密檢波電路第59頁/共107頁

精密整流型全波相敏檢波電路61第60頁/共107頁P93脈寬調制電路

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制。Rp2和Rp3為差動電阻傳感器的兩臂，其和為一常量。62第61頁/共107頁第4章信號分離電路■

4.1濾波器基本知識★■

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，濾除噪聲和無用信號。63第62頁/共107頁1、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，什么時候采用什么樣的逼近方法？4、二階有源濾波器的分類，結構，會推導其傳遞函數(shù)，并根據(jù)其獲得特征參數(shù)kp，w0，α等。5、會設計有源濾波器。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；有源濾波器設計。第4章信號分離電路64第63頁/共107頁4.1.1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。

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濾波器基本知識第4章信號分離電路65第64頁/共107頁低通：高通：帶通：帶阻：二階有源濾波器66第65頁/共107頁4.1.4.1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最為平坦，并且單調變化。其幅頻特性為4.1.4濾波器特性的逼近67第66頁/共107頁4.1.4.2切比雪夫逼近：這種逼近方法的基本原則是允許通帶內有一定的波動量△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，它主要側重于相頻特性，其基本原則是使通帶內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第67頁/共107頁4.1.4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69第68頁/共107頁

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第69頁/共107頁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構簡單增益和截止頻率獨立，調整方便（★）正反饋，穩(wěn)定性差（★）uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)∞+-+N71第70頁/共107頁4.2.3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)72第71頁/共107頁73

4.2.5RC有源濾波器設計有源濾波器的設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●選擇電路結構（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）●計算無源元件參數(shù)（預設、先C后R）第72頁/共107頁*

4.2.5.4無源元件參數(shù)計算

1．在給定轉折頻率fc下，參考表4-2選擇電容C1；

2．計算電阻換標系數(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．計算電阻實際值：Ri=Kri

；

5．確定電阻標稱值。4.2.5RC有源濾波器設計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計電容選擇用表74第73頁/共107頁第5章信號運算電路

作用：實現(xiàn)各種數(shù)學運算，如表面粗糙度測量?！?/p>

5.1比例運算放大電路■

5.2加法、減法運算電路★■

5.3對數(shù)、指數(shù)和乘、除運算電路★■

5.4微分、積分運算電路★■

5.5常用特征值運算電路■

5.6函數(shù)性運算電路★75第74頁/共107頁1.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5.2.3減法運算電路∞-+N2+R1uoR2ui1Rfui2∞-+N1+uo1R1R3R=R1/2ˊR=R2//R3//Rfˊˊ2.利用單一運放差分輸入實現(xiàn)減法運算76第75頁/共107頁四、乘方和立方運算電路圖

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，電路如左圖所示。立方運算電路如右圖所示。圖

立方運算電路

77第76頁/共107頁第6章信號轉換電路■6.1模擬開關■6.2采樣保持電路★■6.3電壓比較電路★■6.4電壓頻率轉換電路★■6.5電壓電流轉換電路★■6.6模擬數(shù)字轉換電路★78第77頁/共107頁基本組成：

1.模擬開關

2.存儲電容

3.緩沖放大器6.2采樣保持電路6.2.1基本原理

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)。79第78頁/共107頁6.3.1電平比較電路(單門限電平)

6.3.1.1差動型電平比較電路Uouiui<URui>URoUR

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

Uo=UR-ui

當UR=0時為過零比較器，又稱鑒零器。如正弦波經過鑒零器后變?yōu)榉讲ā?1+1uiUR#Uo80第79頁/共107頁

6.3.2滯回比較電路(正反饋，兩個門限電平)UouioU1

U2

設輸出高低電平分別為UoH、UoL，則兩個門限電平分別為：滯后電平：Uo-1+1uiUR#R1R2R

調節(jié)R1或R2可調節(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。ui<U1時Uo=UoH，ui>U2時Uo=UoL，U1<ui<U2時不翻轉。常作為整形電路。81第80頁/共107頁[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第81頁/共107頁電壓傳輸特性：-1+1uiE#R1R2RP-1+1#VSUo1Uo2U

R1U

R2N1N2UZRUo+UD*

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

UR1

“1”

“0”

第82頁/共107頁6.5電壓電流轉換電路■

作用：減小傳輸導線阻抗對信號的影響。6.5.1I/V轉換電路1.

反相輸入型uo∞-+N+iS

RSR2R1i

■要求:

（1）電流源內阻RS很大，減小輸入失調電壓影響；（2）iS>>Ib——運放的輸入偏置電流。84第83頁/共107頁實用測微弱電流的I/V轉換電路uoR4R1R2R3∞N-++isRs第84頁/共107頁6.5.1I/V轉換電路

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

，，，，86第85頁/共107頁6.5.2V/I轉換電路

1.運放構成的V/I轉換電路■要求：R3>>RL

R4>>R7+RL取R1=R2，R3=R4，uN≈uP，則V1∞-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio87第86頁/共107頁6.5.2V/I轉換電路

RLuo2∞-+N1+iL

∞-+N2+RRRRRPuiuo1uP1uP+-負載接地型V/I轉換電路N1，N2為理想運放。N1輸出電壓RP上的電壓所以第87頁/共107頁6.5.2V/I轉換電路■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+ER6R7RLio89第88頁/共107頁6.5.2V/I轉換電路負載浮地型V/I轉換電路uo∞-+N+UiR1iI

RLiL

uo∞-+N+UiR1iI

RLiL

(a)反相式（b)同相式第89頁/共107頁*

A/D轉換的三個階段：采樣、量化和編碼6.6.1A/D轉換器6.6.1.1基本原理■采樣：在時間上離散，用模擬信號與脈沖序列相乘實現(xiàn)?！隽炕涸诜瞪想x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?！鼍幋a：編碼與量化同時完成，通常用二進制碼表示，即91第90頁/共107頁

試述在S/H電路中對模擬開關、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。

選擇要求如下：

模擬開關：要求模擬開關的導通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。

存儲電容：要選用介質吸附效應小的和泄漏電阻大的電容。

運算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉換速率（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第91頁/共107頁如果要將4～20mA的輸入直流電流轉換為0～10V的輸出直流電壓，試設計其轉換電路。該轉換電路如圖X6-3所示。根據(jù)圖X6-3電路，有R3∞-++NuoR1R2R4iuiUb圖X6-3取R1=250Ω，當i=4mA時，ui=1V，當i=20mA時，ui=5V。

因此要求93第92頁/共107頁試分析圖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∞-++NR1R2R3uouiURVSVD1VD2R

此電路為一施密特電路。比較器輸出的高、低