測(cè)控電路課件(完整)

測(cè)控電路第一章

緒論第二章

信號(hào)放大電路第三章

信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路第四章

信號(hào)分離電路第五章

信號(hào)運(yùn)算電路第六章

信號(hào)轉(zhuǎn)換電路第七章

信號(hào)細(xì)分與變相電路第八章

邏輯控制電路第九章

連續(xù)信號(hào)控制電路第一章緒論（講授2學(xué)時(shí)）第一節(jié)測(cè)控電路的功用第二節(jié)對(duì)測(cè)控電路的主要要求第三節(jié)測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)★第四節(jié)測(cè)控電路的類型與組成★第五節(jié)測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)第六節(jié)課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法第一節(jié)測(cè)控電路的功用1、為什么說(shuō)在現(xiàn)代生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率都離不開(kāi)測(cè)量與控制技術(shù)？2、試舉例說(shuō)明測(cè)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。3、測(cè)控系統(tǒng)由那幾部分組成？第一節(jié)測(cè)控電路的功用測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？傳感器

測(cè)量控制電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖1-1測(cè)控系統(tǒng)的組成傳感器是敏感元件，它的功能是探測(cè)被測(cè)參數(shù)的變化。傳感器的輸出信號(hào)一般都很微弱，還可能伴隨著各種噪聲，需要用測(cè)控電路將它放大，剔除噪聲、選取有用信號(hào)，按照測(cè)量與控制功能的要求，進(jìn)行所需演算、處理與變換，輸出能控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的信號(hào)。測(cè)控系統(tǒng)中，電路是最靈活的部分，其特點(diǎn)：便于放大、便于轉(zhuǎn)換、便于傳輸、便于適用各種使用要求。

測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著十分關(guān)鍵的作用，測(cè)控系統(tǒng)、乃至整個(gè)機(jī)器和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度依賴于測(cè)控電路。第二節(jié)對(duì)測(cè)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)性第二節(jié)對(duì)測(cè)控電路的主要要求影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些？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第二節(jié)對(duì)測(cè)控電路的主要要求為什么說(shuō)測(cè)控電路是測(cè)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)算第三節(jié)測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)一、模擬式信號(hào)(一)非調(diào)制信號(hào)圖1-2非調(diào)制模擬信號(hào)120xt利用壓電傳感器測(cè)量作用在物體上的力和利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，傳感器的輸出信號(hào)，也即測(cè)控電路的輸入信號(hào)為非調(diào)制模擬信號(hào)。

以磁電式電表、示波器、筆式記錄器作為顯示機(jī)構(gòu)，以直流電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，要求測(cè)控電路的輸出信號(hào)為非調(diào)制模擬信號(hào)。第三節(jié)測(cè)控電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)(二)經(jīng)調(diào)制信號(hào)例：用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀幾個(gè)重要概念：1、載波頻率（carryingfrequency)2、載波信號(hào)（carryingsignal)3、調(diào)制信號(hào)（modulatingsignal)4、已調(diào)信號(hào)（modulatedsignal)5、調(diào)幅信號(hào)（amplitudemodulatedsignal)usucx214圖1-3用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀3圖1-4調(diào)幅信號(hào)c)ustuctb)a)OxtxOxO二、數(shù)字式信號(hào)（一）增量碼信號(hào)（二）絕對(duì)碼信號(hào)（三）開(kāi)關(guān)信號(hào)（一）、增量碼信號(hào)信號(hào)特點(diǎn)：被測(cè)量值與傳感器輸出信號(hào)的變化周期數(shù)成正比，即量值的大小由信號(hào)變化周期數(shù)的增量決定。

與模擬信號(hào)區(qū)別：對(duì)于輸出模擬信號(hào)的傳感器輸出信號(hào)的波形或信號(hào)包絡(luò)線的波形隨被測(cè)量變化，而增量碼信號(hào)的波形不由被測(cè)量決定。（一）、增量碼信號(hào)在采用步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角由輸入的脈沖數(shù)決定，這時(shí)要求測(cè)控電路輸出增量碼數(shù)字信號(hào)。

增量碼信號(hào)是一種反映過(guò)程的信號(hào)，或者說(shuō)是一種反映變化量的信號(hào)，它與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，信號(hào)一旦中斷，就無(wú)法判斷物體的狀態(tài)。（二）、絕對(duì)碼信號(hào)絕對(duì)碼信號(hào)是一種與狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。絕對(duì)碼信號(hào)在顯示與打印機(jī)機(jī)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用。顯示與打印機(jī)構(gòu)根據(jù)測(cè)控電路的譯碼器輸出的編碼，顯示或打印相應(yīng)的數(shù)字或符號(hào)。在一些隨動(dòng)系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)測(cè)控電路輸出的編碼，使受控對(duì)象進(jìn)入相應(yīng)狀態(tài)。1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001（三）、開(kāi)關(guān)信號(hào)開(kāi)關(guān)信號(hào)可視為絕對(duì)碼信號(hào)的特例，當(dāng)絕對(duì)碼信號(hào)只有一位編碼時(shí)，就成了開(kāi)關(guān)信號(hào)。只有0和1兩個(gè)狀態(tài)。

與行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、觸發(fā)式測(cè)頭相連接的測(cè)控電路，其輸入信號(hào)為開(kāi)關(guān)信號(hào)。

當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有兩種狀態(tài)時(shí)，如電磁鐵、開(kāi)關(guān)等，要求測(cè)控電路輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。第四節(jié)測(cè)控電路的類型與組成一、測(cè)量電路的基本組成(一)模擬式測(cè)量電路的基本組成(二)數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成二、控制電路的基本組成(一)開(kāi)環(huán)控制(二)閉環(huán)控制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)振蕩器電源圖1-6模擬式測(cè)量電路的基本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)分電路手動(dòng)采樣鎖存指令辨向電路圖1-7增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成圖1-8開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測(cè)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

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)放大電路控制電路圖1-9閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成

第四節(jié)測(cè)控電路的類型與組成測(cè)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(cè)量電路與增量碼數(shù)字式測(cè)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。第五節(jié)測(cè)控電路的發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)質(zhì)化集成化數(shù)字化通用化、模塊化測(cè)控一體化自動(dòng)化與智能化第二章信號(hào)放大電路（講授4學(xué)時(shí)）2.1運(yùn)算放大器的誤差及其補(bǔ)償2.2典型測(cè)量放大電路

2.2.1測(cè)量放大電路的基本要求與類型

2.2.2反相放大電路2.2.3同相放大電路

2.2.4基本差動(dòng)放大電路2.2.5高共模抑制比放大電路

2.2.6電橋放大電路2.2.7低漂移放大電路2.2.8高輸入阻抗放大電路2.3隔離放大電路2.4噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)第二章信號(hào)放大電路（講授4學(xué)時(shí)）一、何謂測(cè)量放大電路？對(duì)其基本要求是什么？1、在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)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(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。2、對(duì)其基本要求：①輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；②一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；③低噪聲；第二章信號(hào)放大電路④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；⑥高共模輸入范圍和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧線性好、精度高；⑨成本低。3、測(cè)量放大電路的類型按結(jié)構(gòu)原理按元件的制造方式差動(dòng)直接耦合式調(diào)制式自動(dòng)穩(wěn)定式單端輸入運(yùn)放電路電橋放大電路電荷放大電路分立元件結(jié)構(gòu)形式通用集成運(yùn)放組成形式單片集成測(cè)量放大器體積小、精度高調(diào)節(jié)方便性價(jià)比高體積更小、精度更高使用更為方便但是價(jià)格較貴第二章信號(hào)放大電路4、幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)開(kāi)環(huán)增益K閉環(huán)增益Kf差模增益Kd共模增益Kc輸入失調(diào)電壓u0s輸入失調(diào)電流I0s零點(diǎn)漂移共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc

第二章信號(hào)放大電路二、典型放大器的設(shè)計(jì)（一）反相放大器Kf=uo

/ui=–R2/R1R3=R1//R2

uoR3uiR1R2∞-++N1輸入阻抗等于R1，一般比較低；反相放大電路性能穩(wěn)定，但輸入阻抗較低。由于電阻最大取值不能超過(guò)10M?，在提高反相放大器的輸入阻抗與提高電路的增益之間存在一定矛盾。我們可以將電路變形，使它既有較高的輸入阻抗，又有足夠的增益。uoR3uiR1R2∞-++N1R4R5第二章信號(hào)放大電路（二）同相放大器Kf=uo

/ui=1+R2/R1R3=R1//R2Zi

=Kzin/(1+R2/R1)+R3→∞uoR3uiR1R2∞-++N1輸入阻抗高；有易受干擾及精度低的不足運(yùn)算放大器不論是作為同相放大器還是反向放大器，電路都是采用電壓負(fù)反饋的形式，電路的閉環(huán)輸出阻抗都非常小，其值接近于0。第二章信號(hào)放大電路（三）交流放大器1、交流反相放大電路Kf=–R2/R1R3=R2

C1：隔直電容C3：旁路電容，防止振蕩C3R3>C1R1uoR3uiR1R2∞-++N1C1C3交流放大器2、同相交流放大電路C1：隔直電容R3：C1的放電回路

R3

必須有zi=R3

使同相放大器失去高輸入阻抗的特點(diǎn)uoR3uiR1R2∞-++N1C1交流放大器3、交流電壓跟隨電路同相放大電路的特例為減小失調(diào)電流，R3=R2

uoR3uiR2∞-++N1C1交流放大器4、自舉式高輸入阻抗放大電路a)同相交流放大電路uoR1R2C2C1R3∞-++ui自舉電路b)交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3∞-++

圖a）、b）中，由于同相輸入端接有隔直電容C1的放電電阻R（R=R1+R2），因此電路輸入阻抗在沒(méi)有接入C2時(shí)將減小為R。為使同相交流放大電路仍具有高的輸入阻抗，可采用反饋的方法。

通過(guò)電容C2將運(yùn)放兩輸入端之間的交流電壓作用于電阻R1的兩端，利用理想運(yùn)放兩輸入端虛短，得R1兩端等電位，即沒(méi)有信號(hào)電流流過(guò)R1，故對(duì)交流而言，R1可看作無(wú)窮大。為減小失調(diào)電壓，反饋電阻R3應(yīng)等于R（R1+R2）。自舉電路■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(cè)量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器的測(cè)量放大電路。自舉電路uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N2c)c)自舉組合電路

上式表明，運(yùn)放N1的輸入電流i1將全部由N2電路的電流i2所提供，輸入回路無(wú)電流，輸入阻抗為無(wú)窮大。實(shí)際上，R2與R1之間總有一定的偏差。當(dāng)偏差不大時(shí)，若（R2-R1）/R2為0.01%，R1=10K?，則輸入電阻仍可高達(dá)100M?。

注意：測(cè)量放大電路的輸入阻抗越高，輸入端的噪聲也越大。因此，并不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗，而是應(yīng)該與傳感器輸出阻抗相匹配，使測(cè)量放大電路的輸出信噪比達(dá)到最大值。高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器安裝在印刷電路板上時(shí)，會(huì)因周圍的漏電流流入高輸入阻抗而形成干擾，通常采用屏蔽方法抗此干擾，如下圖所示：在運(yùn)放高阻抗輸入端周圍用導(dǎo)體圍住構(gòu)成屏蔽層。第二章信號(hào)放大電路（四）差動(dòng)放大器什么是差動(dòng)放大器？

差動(dòng)放大器是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相和反相二個(gè)輸入端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。差動(dòng)放大器基本電路共模與差模輸入R3uoR4ui2R1∞-++N1R2ui1R3uoR4ud/2R1∞-++N1R2ud/2uic差動(dòng)放大器0R3R4ui2R1uoR2ui1等效電路ud=ui1﹣ui2,uic=(ui1+ui2)/2由等效電路可得uo=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)ui2﹣(R3/R1)ui1

若R3/R1=R4/R2，則uo=﹣(R3/R1)ud即只對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行放大假設(shè)放大器只有共模信號(hào)作用時(shí)uoc=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)uic﹣(R3/R1)uic當(dāng)R3/R1=R4/R2時(shí)，uoc=0即輸出信號(hào)中無(wú)共模信號(hào)成分第二章信號(hào)放大電路三、穩(wěn)零放大電路三種常用電路：（一）由通用集成運(yùn)算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大電路（自學(xué)）（二）自動(dòng)調(diào)零放大電路（三）低漂移單片集成運(yùn)算放大器

由通用集成運(yùn)算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大電路又稱調(diào)制式放大電路。它是利用同步調(diào)制—解調(diào)，并由隔直電容隔離失調(diào)和干擾電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)零的。具有低漂移、高精度的特點(diǎn)。但由于電路內(nèi)有高低通濾波器，所以難以集成于同一芯片上，且為單端輸入無(wú)共模抑制能力，電路頻率特性也受到模擬開(kāi)關(guān)的頻率所限制，所以目前用的不多。第二章信號(hào)放大電路（二）自動(dòng)調(diào)零放大電路∞-++N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2#UiSb1R1###∞-++N4a)電路原理圖UoC1UiR1R2K1-++N1c)調(diào)零放大輸出誤差保持電路主放大器時(shí)鐘發(fā)生器反相器K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2b)誤差保持U0s1U0s2自動(dòng)調(diào)零放大電路由圖a，當(dāng)N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見(jiàn)圖b?？赏瞥觯篣c1＝－（Uo1＋U0s2）K2Uo1＝（－U0s1＋Uc1）K1→Uc1≈U0s1電容C1寄存了運(yùn)算放大器N1的失調(diào)電壓U0s1。當(dāng)N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進(jìn)入信號(hào)放大狀態(tài)，見(jiàn)圖c?？赏瞥觯?/p>

Uo=－(R2/R1)Ui－U0s1K1+UC1K1≈－(R2/R1)Ui實(shí)現(xiàn)了對(duì)失調(diào)電壓的校正，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零的目的。自動(dòng)調(diào)零放大電路電路特點(diǎn)：性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)放組成的斬波穩(wěn)零放大電路；輸出電壓較穩(wěn)定；波動(dòng)??；電路成本低（用一塊四運(yùn)放LF347和一塊4位模擬開(kāi)關(guān)CD4066即可組成）；適用于毫伏級(jí)的低電平放大。第二章信號(hào)放大電路（三）低漂移單片集成運(yùn)算放大器1、輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器（CAZ運(yùn)算放大器）什么是CAZ運(yùn)算放大器？CAZ運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱，它通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)的切換，使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)性能一致的運(yùn)算放大器交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種不同的狀態(tài)。

問(wèn)題：該電路與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別何在？什么場(chǎng)合下采用較為合適？CAZ運(yùn)算放大器輸出C1G－輸入C2+輸入

輸出R2∞-++N1∞-++N2R2C1GR2－輸入∞-++N1∞-++N2R2+輸入

a)N2處于自動(dòng)校零狀態(tài)b)N1處于自動(dòng)校零狀態(tài)C2CAZ運(yùn)算放大器與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個(gè)放大器輪換工作，因此始終保持有一個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的自動(dòng)調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對(duì)共模電壓無(wú)抑制作用。應(yīng)用于傳感器輸出信號(hào)極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對(duì)共模電壓抑制要求不高的場(chǎng)合。

第二章信號(hào)放大電路2、斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器（ICL7650)內(nèi)部調(diào)制補(bǔ)償電路鉗位電路外時(shí)鐘輸入GSaSb時(shí)鐘輸出UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2∞+-+N1∞+-+N2+-主放大器調(diào)零放大器斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器誤差檢測(cè)和寄存階段：時(shí)鐘為高電平，Sa1、Sa2閉合，N2兩輸入端被短接，只有輸入失調(diào)電壓U0s2和共模信號(hào)Uc作用并輸出，由電容C2寄存，同時(shí)反饋到N2的側(cè)向輸入端A2，此時(shí)Uc2＝Uo2≈(K2U0s2+Kc2Uc)/K2＇。校零和放大階段：時(shí)鐘為低電平，Sb1、Sb2閉合，輸入信號(hào)Ui同時(shí)作用到N1、N2的輸入端。N2除輸入U(xiǎn)i、U0s2和Uc外，在側(cè)向端A2還作用著Uc2，此時(shí)N2的輸出為Uo2=K2Ui。N2的失調(diào)電壓U0s2和共模電壓Uc全部被消除，達(dá)到穩(wěn)零目的。

斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器此時(shí)，Uo=(K1+K1’K2)Ui

+K1U0s1+Kc1Uc。問(wèn)題：﹡該電路的增益是如何提高的？﹡該電路的輸入失調(diào)電壓是如何減小的？﹡該電路的共模抑制比是如何提高的？﹡該電路有哪些優(yōu)點(diǎn)？第二章信號(hào)放大電路四、高共模抑制比放大電路

什么是高共模抑制比放大電路？用來(lái)抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。應(yīng)用于何種場(chǎng)合？應(yīng)用于要求共模抑制比大于100dB的場(chǎng)合，例如人體心電測(cè)量。高共模抑制比放大電路（一）雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路1、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uo=(R2/R1)(R6/R4)ui1-(R6/R5)ui2當(dāng)R2/R1=R4/R5，ui1=ui2時(shí)，uo=0通常取R1=R5，R2=R4ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1∥R2R7=R4∥R5∥R6uo∞-++N1∞-++N2電路共模抑制能力只與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)，但電路輸入阻抗低。高共模抑制比放大電路2、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uo1=(1+R2/R1)ui1(uo1–ui2)/R3=(ui2–uo)/R4uo=(1+R4/R3)ui2-(1+R2/R1)(R4/R3)ui1為了獲得零共模增益，可取R1/R2=R4/R3差動(dòng)閉環(huán)增益：Kd=1+R4/R3uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1電路采用了兩個(gè)同相運(yùn)算放大器，因此具有極高的輸入阻抗。高共模抑制比放大電路（二）三運(yùn)放高共模抑制比放大電路IR=(uo2–ui2)/R2=(ui1–uo1)/R1=(ui2–ui1)/Rpuo1=ui1(1+R1/Rp)–ui2R1/Rp，uo2=ui2(1+R2/Rp)–ui1R2/Rpuo

=(uo2–uo1)R5/R3

ui1ui2uo1uo2R1RPR2R7RP1R8R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N3

由上面分析可知：當(dāng)N1、N2性能一致時(shí)，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在RP兩端相互抵消，因此電路有良好的共模抑制能力，同時(shí)不要求外部電阻匹配。

這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)R0可以改變?cè)鲆娑挥绊戨娐返膶?duì)稱性。高共模抑制比放大電路（三）有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路差動(dòng)放大器uoabuicui1ui2RS1RS2C1C2∞+-+N1ui2R1RPR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4∞-++N2∞-++N3高共模抑制比放大電路什么是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路？將差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)輸出經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓1∶1地輸出，并通過(guò)輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個(gè)電纜屏蔽層上，即兩個(gè)輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動(dòng)，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。應(yīng)用于何種場(chǎng)合?經(jīng)常使用于差動(dòng)式傳感器，如電容傳感器、壓阻傳感器和電感傳感器等組成的高精度測(cè)控系統(tǒng)中。

高共模抑制比放大電路（四）浮動(dòng)電源共模自舉式放大電路u2R0uoRPN3R0u1ucA+E-Eui1ui2∞+-+N1∞-++N2∞+-+N4∞+-+N5∞-++uA第二章信號(hào)放大電路五、電橋放大電路何謂電橋放大電路？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(chǎng)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(guò)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)。

電橋放大電路（一）單端輸入電橋放大電路Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na)反相輸入R+ΔRR2R1uoRRRu∞-++Nb)同相輸入同相輸入電橋放大電路，其輸出uo的計(jì)算公式與反相輸入電橋放大電路相同，只是輸出符號(hào)相反。單端輸入電橋放大電路增益與橋臂電阻無(wú)關(guān)，增益比較穩(wěn)定，但電橋電源一定要浮置，且輸出電壓uo與橋臂電阻的相對(duì)變化率δ是非線性關(guān)系，只有當(dāng)δ<<1時(shí)，uo與δ才近似按線性變化。

電橋放大電路（二）差動(dòng)輸入電橋放大電路∞-++NR2=R1uoR1uR(1+δ)uaubRRR可見(jiàn)，電橋四個(gè)橋臂的電阻同時(shí)變化時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)不是常量，且橋臂電阻R的溫度系數(shù)與R1不一致時(shí)，增益也不穩(wěn)定。另電路的非線性仍然存在。當(dāng)共模信號(hào)較大時(shí)，輸入信號(hào)將被淹沒(méi)。此電路只適用于低阻值傳感器，且測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。為了使輸出電壓uo與傳感器電阻相對(duì)變化率δ呈線性關(guān)系，可把傳感器構(gòu)成的可變橋臂R2=R(1+δ)接在運(yùn)算放大器的反饋回路中，如下圖：電橋放大電路（三）線性電橋放大電路uoR3R2

=R（1+δ）R1uuaR1ub∞-++N此電路量程較大，但是靈敏度較低。第二章信號(hào)放大電路六、隔離放大電路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(méi)有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端。應(yīng)用于何種場(chǎng)合？隔離放大電路主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過(guò)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)。隔離放大電路（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－＋uducuiso隔離放大電路2、原理框圖a)變壓器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－＋b)光電耦合浮置電源光耦合器輸入放大器－＋輸出放大器輸出輸入LEDV隔離放大電路（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268734195＋15V－15V13121016－U100kΩ100kΩ1MΩ141115＋U∞-++N1∞-++N2隔離放大電路

－＋235L電源904510Ω增益微調(diào)用100kΩ277JUoRLUi100kΩR21MΩ9.9kΩ100Ω限幅電路10kΩ10kΩ1kΩ235L電源＋15V－15V100Ω10μF100Ω10μF100Ω～220V50Hz2349516×1N41481N753A121116141510R3R4＋＋R1∞-++C0.1μF隔離放大電路2、互補(bǔ)式光電耦合放大電路i1=10V/R2+ui/R1i2=10V/R3+uo/(R5+Rp)uo=(R5+Rp)ui/R1∞-++N1C－10VVLC1i1R2＋10V＋10VVLC2i2R3R1ui－10VuoR5∞-++N2R43.9kΩRp隔離放大電路（三）程控增益隔離放大電路R4D1D2RRAD277＋15VV1＋－V2Uo514169101123輸入放大器－15V12R19090Ω1191021414CD405312136853R2R3909Ω90.9Ω10.1Ω167輸出R－15V－15VFD333FD33324kΩ＋7.5V24kΩ510Ω－7.5V1547kΩ47kΩ＋7.5V－7.5V510Ω－7.5VR(1+δ)2kΩ1N755－7.5V1N7552kΩ＋7.5V＋7.5V第三章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路

第一節(jié)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)按前者變化。

2、什么是解調(diào)？在將測(cè)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(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過(guò)程稱為解調(diào)。第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型3、在測(cè)控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？

在測(cè)控系統(tǒng)中，進(jìn)入測(cè)控電路的除了傳感器輸出的測(cè)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(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來(lái)是測(cè)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(cè)量信號(hào)賦予一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。

第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型4、在測(cè)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、調(diào)頻和調(diào)相。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。第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型5、什么是調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)？調(diào)制是給測(cè)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(lái)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(cè)控系統(tǒng)中，通常就用測(cè)量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路一、調(diào)幅原理與方法（一）1、什么是調(diào)幅？寫(xiě)出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)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(xiě)為：us=(Um+mx)coswct

第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

txOtOucusa)調(diào)制信號(hào)b)載波信號(hào)Otc)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

2、何謂雙邊帶調(diào)幅？寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)出波形

假設(shè)調(diào)制信號(hào)x是角頻率為Ω的余弦信號(hào)x=XmcosΩt，由式（3-1）調(diào)幅信號(hào)可寫(xiě)為：

us=Umcosωct+[mXmcos(ωc+Ω)t

+mXmcos(ωc-Ω)t]/2

它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào):角頻率為ωc的載波信號(hào)和角頻率分別為ωc±Ω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：us=UxmcosΩt

cosωct第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

3、在測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)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(kāi)，檢出調(diào)制信號(hào)。若被測(cè)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(guò)，而將900Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200Hz。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制1、

為什么在測(cè)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(cè)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。

第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、通過(guò)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。R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路3、用機(jī)械或光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)制Ψθθ1234567第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制1、乘法器調(diào)制a)原理圖ucuxuoxyKxyb)實(shí)用電路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254uoux+12V第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、開(kāi)關(guān)電路調(diào)制uxuoUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

ux第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路3、信號(hào)相加調(diào)制T1+ux

-+ux

-+uc

-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路二、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(guò)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。

第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？由圖可見(jiàn)，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。

usuo'OOtta)b)第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波1、基本電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性器件

低通濾波器C1a)二極管檢波電路C1VRLC2Tic+us_+_非線性器件

低通濾波器uoEcb)晶體管檢波電路第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、峰值檢波與平均值檢波a)二極管iiθUsmωctωctuuo0us=usmcosωct0πimaxπ/20uo0tωctb)晶體管iθ0ube0Usmus=usmcosωcti0θIcicmaxωctuo0t第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)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(guò)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(lái)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。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路1、半波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+u?s–iiCR4uoR1R?2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–u?AA第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、全波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+u?s–iiCR4uoR1R?2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u?AAOtuAOtuoOtus線性全波檢波電路之一第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2線性全波檢波電路之二第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)電路圖uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正輸入等效電路uo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)負(fù)輸入等效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第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路三、相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理1、什么是相敏檢波電路？相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和選頻能力的檢波電路。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、為什么要采用相敏檢波？包絡(luò)檢波有兩個(gè)問(wèn)題：一是解調(diào)的主要過(guò)程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無(wú)法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號(hào)的能力。對(duì)于不同載波頻率的信號(hào)它都以同樣方式對(duì)它們整流，以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，這就是說(shuō)它不具有鑒別信號(hào)的能力。為了使檢波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路3、相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能與電路構(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(cè)量變化的方向，同時(shí)相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測(cè)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(lái)鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路4、相敏檢波電路與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有哪些相似之處？它們又有哪些區(qū)別？

將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us，將雙邊帶調(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。二者主要區(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。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路（二）常用相敏檢波電路1、乘法器式相敏檢波電路ucusuoxyKxyN0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF007us第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、開(kāi)關(guān)式相敏檢波電路tuoOuoOtucOtusOtuxOtˊusuoUcV2V1Uc第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路3、相加式相敏檢波電路causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏檢波電路T1+ux

-+ux

-+uc

-VD1i1VD2i2載波信號(hào)T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號(hào)相加式調(diào)幅電路第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5P–C0+ucT

uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++–––T2ucVD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_ucucVD4T1R4+–+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3us第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路4、精密整流型相敏檢波電路CR4uoR1R’2R2R3Uc∞-++N1∞-++N2R’3V1V2uAUcus第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路5、脈沖箝位式相敏檢波電路ttuottttttR2R1CVusuoUc′∞-++NUcDsAuA,uousOOuAUc′OUcOuA

,uousOOuAuoUcOUc′O第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性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。以參考信號(hào)為基波，所有偶次諧波在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)衰減為基波的1/n，即信號(hào)的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對(duì)高次諧波有一定抑制作用。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

b)a)c)usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路2、相敏檢波電路的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為與參考信號(hào)uc(或Uc)同頻信號(hào)，但有一定相位差，這時(shí)輸出電壓uo=Usm/2cos∮，即輸出信號(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。第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO–++O–uouotO–++–uotO––第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路（四）相敏檢波電路的應(yīng)用振蕩器+15V傳感器uoVCT1234576相敏檢波電路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切換電路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P第二節(jié)調(diào)幅式測(cè)量電路

txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路一、調(diào)頻原理與方法（一）什么是調(diào)頻？寫(xiě)出調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)出其波形。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。調(diào)頻信號(hào)us的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：us=Umcos(wc+mx)t

第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路

xtOOtusa)調(diào)制信號(hào)b)調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)的波形第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制421TNS3測(cè)力或壓力的振弦式傳感器第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)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+Ec第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路2、多諧振蕩器調(diào)頻電路uo∞-++NCR310k

5k

10k

R1RRPR4VS15k

30k

10k

R2+FUruuouc+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路二、鑒頻電路什么是鑒頻？對(duì)調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號(hào)中檢出反映被測(cè)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1、工作原理將調(diào)頻信號(hào)us=Umcos(wc+mx)t

對(duì)t求導(dǎo)數(shù)得到-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t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Um(wc+mx)。第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路2、微分鑒頻電路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波C1usud+r++---第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路3、窄脈沖鑒頻電路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

低通濾波器usUsUsˊ第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路（二）斜率鑒頻us+–us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1uo2uo回路2回路1fo2fo1

fo

fofcof=fc+

fmsinΩtfc

fm調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化Ωtff第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路（三）相位鑒頻I1L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLU1Cuo1uo2uo耦合網(wǎng)絡(luò)平衡疊加型鑒相器U2RLCˊU2EΦI2U1ˊ第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路（四）比例鑒頻U5L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLCU3auo耦合網(wǎng)絡(luò)U2R1C3C4C5R2U4bU1ˊa)b)c)U3U4U22_U3U4U3U4U22_U1ˊU1ˊU1ˊ_U22U22U22U22第三節(jié)調(diào)頻式測(cè)量電路（五）數(shù)字式頻率計(jì)CpusUU′計(jì)數(shù)器鎖存器清零DG&SRQDZDS第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路一、調(diào)相原理與方法（一）什么是調(diào)相？寫(xiě)出調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)出其波形。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)us的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：

us=Umcos(wc

t

+mx)第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路

a)b)c)txOttucus

OO第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制13245M扭矩測(cè)量第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路

XY21a)

aabWB12VP1VPnYO

b)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫爾條紋信號(hào)的調(diào)制第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制1、調(diào)相電橋oURUCUsUUCURUTRCUs∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路2、脈沖采樣式調(diào)相電路U0門限檢測(cè)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=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU0第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路二、鑒相電路鑒相就是從調(diào)相信號(hào)中將反映被測(cè)量變化的調(diào)制信號(hào)檢出來(lái)，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(ppt28)uo=KUsmUcm/2cos∮

ucusuoxyKxyN第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路2、用開(kāi)關(guān)式相敏檢波電路鑒相（ppt30)3、用相加式相敏檢波電路檢相（ppt31)為什么常取參考信號(hào)的幅值等于調(diào)相信號(hào)的幅值？b)a)Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ-ππ2_π2π0Ψuo第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路（二）通過(guò)相位—脈寬變換鑒相1、異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uoc)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&Nd)-2

-

0

N,uo2

b)UcUsOO

tuotUotOB第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路2、RS觸發(fā)器鑒相a)QQSRUcUsc)N,uoφ0π2π21ttttb)OOBQUsUcuoOUcUsOO

t第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路（三）脈沖采樣式鑒相uo單穩(wěn)鋸齒波發(fā)生器采樣保持濾波器Uc′uj

UcUs′u′e)tOa)b)c)d)U’cOttOU’stOujtOu’uo第四節(jié)調(diào)相式測(cè)量電路各種鑒相方法比較（精度、誤差因素、鑒相范圍）影響鑒相誤差的主要因素有：非線性、信號(hào)幅值、占空比、門電路與時(shí)鐘脈沖頻率等。RS觸發(fā)器鑒相精度最高，線性好，對(duì)Us和Uc的占空比沒(méi)有要求。鑒相范圍接近2

。相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號(hào)幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為±/2

。脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近2

。異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為0--

。通過(guò)相位—脈寬變換鑒相時(shí)門電路的動(dòng)作時(shí)間與時(shí)鐘脈沖頻率誤差對(duì)精度有影響，但一般誤差較小。第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路一、脈沖調(diào)制原理與方法（一）什么是脈沖調(diào)寬？寫(xiě)出脈沖調(diào)寬信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)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。脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：B=b+mx第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路

Ua)調(diào)制信號(hào)b)脈沖調(diào)寬信號(hào)txOxTBtO第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路（二）傳感器調(diào)制1243567910118Mθ用激光掃描的方法測(cè)量工件直徑第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路（三）電路調(diào)制1、參量調(diào)寬R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoVSR3∞-++NR1第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路2、電壓調(diào)寬uCu–R3R4CR2RR1uxVSuou+∞-++N第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路二、脈沖調(diào)制信號(hào)的解調(diào)脈沖調(diào)寬信號(hào)的解調(diào)主要有哪些方式？脈沖調(diào)寬信號(hào)的解調(diào)主要有兩種方式。一種是將脈寬信號(hào)Uo

送入一個(gè)低通濾波器，濾波后的輸出uo

與脈寬B成正比。另一種方法是Uo

用作門控信號(hào)，只有當(dāng)Uo

為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖Cp才能通過(guò)門電路進(jìn)入計(jì)數(shù)器。這樣進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)N與脈寬B成正比。兩種方法均具有線性特性。（ppt62)第五節(jié)脈沖調(diào)制式測(cè)量電路三、脈沖調(diào)制測(cè)量電路應(yīng)用舉例（電容測(cè)量電路）∞-++N2∞-++N1SR∞-++N3uoR2R1VD1VD2DFV1V2V3V4-6V+12VUcC1C2QQ第四章信號(hào)分離電路

a)b)c)第四章信號(hào)分離電路

第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)一、濾波器的功能和類型1、功能：濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號(hào)的功能。2、類型：按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器按功能分：低通、高通、帶通、帶阻按電路組成分：LC無(wú)源、RC無(wú)源、由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器、RC有源濾波器按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

c)a)b)OA(

)OA(

)OA(

)d)OA(

)第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)二、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性（一）模擬濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來(lái)描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比。經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)（二）模擬濾波器的頻率特性模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)表達(dá)了濾波器的輸入與輸出間的傳遞關(guān)系。若濾波器的輸入信號(hào)Ui是角頻率為w的單位信號(hào)，濾波器的輸出Uo(jw)=H(jw)表達(dá)了在單位信號(hào)輸入情況下的輸出信號(hào)隨頻率變化的關(guān)系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡(jiǎn)稱頻率特性。頻率特性H(jw)是一個(gè)復(fù)函數(shù)，其幅值A(chǔ)(w)稱為幅頻特性，其幅角∮(w)表示輸出信號(hào)的相位相對(duì)于輸入信號(hào)相位的變化，稱為相頻特性。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)（三）濾波器的主要特性指標(biāo)1、特征頻率：①通帶截頻fp=wp/(2)為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。②阻帶截頻fr=wr/(2)為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。③轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2)為信號(hào)功率衰減到1/2(約3dB)時(shí)的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。④固有頻率f0=w0/(2)為電路沒(méi)有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)2、增益與衰耗濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。①對(duì)低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時(shí)的增益；高通指w→∞時(shí)的增益；帶通則指中心頻率處的增益。②對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。③通帶增益變化量△Kp指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果△Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)3、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)

阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為w0信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，Q=w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)4、靈敏度濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y對(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作Sxy，定義為：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。該靈敏度與測(cè)量?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)5、群時(shí)延函數(shù)當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出信號(hào)失真度不超過(guò)允許范圍，對(duì)其相頻特性∮(w)也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)d∮(w)/dw評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度。群時(shí)延函數(shù)d∮(w)/dw越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)（四）二階濾波器1、二階低通濾波器二階低通濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為它的固有頻率為a01/2，通帶增益Kp=b0/a0，阻尼系數(shù)為a1/w0。其幅頻特性與相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

20lgA/dB-101-40-20020α=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1lg(ω/ω0)-60a)幅頻特性α=0.2α=0.1-101-180o-90oα=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33lg(ω/ω0)/(°)0°b)相頻特性第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)2、二階高通濾波器二階低通濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性與相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

b)圖4-4lg(ω/ω0)α=2.5-1010°90°180°α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1/(°)20lgA/dB)lg(ω/ω0)-20020α=0.1α=0.2α=0.33α=0.5α=0.8α=1.25α=1.67α=2.5-101-40a)幅頻特性b)相頻特性第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)3、二階帶通濾波器二階帶通濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性與相頻特性分別為第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

b)相頻特性-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(ω/ω0)0o-90o/(°)20lgA/dBa)幅頻特性lg(ω/ω0)-101-60-40-20Q=0.5Q=1Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)4、二階帶阻濾波器二階帶阻濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性和相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(ω/ω0)-40-6020lgA/dB0-1

-101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1Q=0.5Q=0.2Q=0.1lg(ω/ω0)/(°)a)幅頻特性b)相頻特性第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)5、二階全通濾波電路（移相電路）二階全通濾波電路的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性為常數(shù)，相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)三、濾波器特性的逼近理想濾波器要求幅頻特性A(w)在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，沒(méi)有過(guò)渡帶，還要求群延時(shí)函數(shù)在通帶內(nèi)為一常量，這在物理上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)踐中往往選擇適當(dāng)逼近方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)理想濾波器的最佳逼近。測(cè)控系統(tǒng)中常用的三種逼近方法為：巴特沃斯逼近切比雪夫逼近貝賽爾逼近第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)（一）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n階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為其中第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

0.51.0ω/ω0n=2n=4n=5120A1-180°0ω/ω0n=5n=4n=2-360°2/(°)第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)（二）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（三）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。第一節(jié)濾波器的基本知識(shí)

ω/ω000.51221341.0A-180°-360°0