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1、测控电路,第三节 分析电路的方法, Ri很大，Ro很小，K很大 虚短在深度负反馈的条件下，运放的两输入端的电压差为零 即 uiuaub0 uaub 虚断运放的两输入端不取用电流。 即 Ii0,返 回,上一页,下一页,1、运算放大器的理想特性,2、节点电流法,节点电流法对电路中的任一节点，直接连接于该节点的 所有支路的电流之代数和恒等于零。 *流入为正，流出为负。,I1I2I30,返 回,上一页,下一页,3、叠加原理,叠加原理由两个信号源所产生的响应表示为每一个信号 源单独作用时所产生的响应之和。 *每个信号源单独作用时，其它信号源为零。 对于电压源，相当于接地；对于电流源，相当于断开。,返 回
2、,上一页,下一页,例题1、求出下图电路中输出与输入的关系,返 回,上一页,下一页,由虚短知： ua=ub,由节点电流法知：I1+I2+Ia=0,由虚断知：Ia0, Ib=0,ua,返 回,上一页,下一页,1、直接用节点电流法求：,又 ua=0（虚短），,2、用叠加原理求：,u1作用时： u2=0 ，ua0，,u2作用时： u1=0 ，ua0，,uouo1uo2,例题2、求出下图电路中输出与输入的关系,思考题：求电路输出与输入的关系,或,返 回,上一页,下一页,第一节 测控系统的整体设计 第二节 测控系统的具体构成 第三节 测控电路的性能设计 第四节 测控电路的发展趋势,返 回,上一页,下一页,
3、第一章 绪论,第二节 测控系统的具体构成,返 回,上一页,下一页,测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？,输入信号与输出信号,模拟信号： 非调制信号 已调制信号 数字信号： 增量码信号 绝对码信号 开关信号,返 回,上一页,下一页,智能测控系统的基本构成,返 回,上一页,下一页,第三节 测控电路的性能设计,影响测控电路精度的因素有哪些？ 1、噪声与干扰 (电磁兼容性) 2、失调与漂移 (主要是零漂和温漂) 3、线性与保真度 (各级电路相联系) 4、输入与输出阻抗的影响 (各级电路相联系),返 回,上一页,下一页,第二章 信号放大电路,第一节 基本放大电路 第二节 调零放大电路 第三节 高共
4、模抑制比放大电路 第四节 电桥放大电路 第五节 高输入阻抗放大电路 第六节 可调增益放大电路 第七节 隔离放大电路 思考题,返 回,上一页,下一页,一、集成运放,返 回,上一页,下一页,第一节 基本放大电路,集成运放的基本结构,提供偏置电流,一、集成运放 运放的电源：,返 回,上一页,下一页,第一节 基本放大电路,输出电压与电源的关系？,输入阻抗RI 和输出阻抗RO 输入失调电压U0s和输入失调电流I0s 输入偏置电流 IIB（nA级） 开环增益K和闭环增益Kf uo/ui 差模增益Kd和共模增益Kc 共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc,二、放大电路的几个重要参数:,返 回,上一页
5、,下一页,为什么运算放大器是高输入阻抗、低输出阻抗？,运放失调电压自动补偿,返 回,上一页,下一页,运放失调电压自动补偿,返 回,上一页,下一页,同相放大器 反相放大器 差动放大器 交流放大器,三、基本放大电路类型,返 回,上一页,下一页,什么叫测量放大电路？,（一）同相放大器,uo = (1+R2 / R1 ) ui Ri R3= R1 / R2,特性：输入阻抗高，常用作阻抗变换级。,返 回,上一页,下一页,同相放大电路的特例 电压跟随器,A,Ui,Uo,特性：输入阻抗很高，输出阻抗近似为零， 放大倍数Kf为1，只进行阻抗变换，常作为缓冲级。,返 回,上一页,下一页,（二）反相放大器,uo
6、= （R2 / R1） ui,特性：性能较稳定，但输入阻抗低,返 回,上一页,下一页,R3= R1 / R2,RiR1,为什么性能稳定？,T型网络,（三）差动放大器,A,Uo,反向输入,同向输入,差动输入,返 回,上一页,下一页,什么是差动放大器？,，,取电路对称：R1R2，R3R4,，,返 回,上一页,下一页,特性：共模抑制比高，输入阻抗低， 常用作测量放大器的后级。,返 回,上一页,下一页,集成化差动放大芯片：INA105，INA106，INA117等,第二节 调零放大电路,用途： 主要用于消除输入失调电压和输入失调电流的影响。 实现方式：自动调零 手动稳零,返 回,上一页,下一页,（一）
7、 自动调零放大电路,返 回,上一页,下一页,时钟发生器输出“1”时：即Sa1和Sa2通， Sb1和Sb2断 Uo2 （Uo1U0s2）K2 Uc1 误差采集阶段 Uo1（ Uc1 U0s1）Kf1 Uc1 U0s1 U0s2 / Kf1 U0s1 即电容C1上保存了N1的失调电压U0s1。 时钟发生器输出“0”时：即Sa1和Sa2断， Sb1和Sb2通 Uo (R2/R1)Ui （ Uc1 U0s1）Kf1 调零放大阶段 (R2/R1)Ui 实现了对失调电压的校正，达到了自动调零的目的。,返 回,上一页,下一页,电路特点： 输出电压较稳定，波动小； 电路成本低（实际中，用一块四运放LF347和
8、一块四模拟开关CD4066即可组成）。,返 回,上一页,下一页,思考,CAZ运算放大器轮换自动校零电路,电路特点：放大不间断，输出稳定 其性能优于由通用运放等分立元件组成的自动调零放大电路。,返 回,上一页,下一页,第三节 高共模抑制比放大电路,应用：要求共模抑制比大于100dB的场合. 如：人体心电测量。,返 回,上一页,下一页,ui1,ui2,uo1,uo2,R1,RP,R2,R3,R4,R6,uo,R5,+,-,+,N1,IR,-,+,+,N2,-,+,+,N3,（一）三运放高共模抑制比放大电路,返 回,上一页,下一页,三运放电路的特点：,很高的共模抑制比： 比差动放大器高(R1+RP+
9、R2)/RP倍，对外部电阻对称要求低 输入阻抗高 增益可调（RP）,返 回,上一页,下一页,（二）有源屏蔽驱动放大电路,返 回,上一页,下一页,什么是有源屏蔽驱动电路？ 将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例差动放大后，使其输入端的共模电压11地输出，并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。 应用于何种场合? 经常使用于差动式传感器，如电容传感器、压阻传感器和电感传感器等组成的高精度测控系统中。,返 回,上一页,下一页,第四节 电桥放
10、大电路,应用：用于电参量式传感器的后级放大。 如：电感式、电阻应变式、电容式传感器等 构成形式： 传感器电桥运放 传感器和运放共同构成电桥,返 回,上一页,下一页,（二）差动输入电桥放大电路,当R2R时，,特点：增益不稳定，仍存在非线性，共模抑止能力有限。,返 回,上一页,下一页,（三）线性电桥放大电路,特点：是线性关系。,返 回,上一页,下一页,其中： R2为传感器电阻，R2RR R3R,第五节 高输入阻抗放大电路,应用： 用于作电容、压电式传感器的后继测量放大电路。 实现方式： 同相放大器 电压跟随器（缓冲器）反相放大器 高输入阻抗集成芯片 自举式高输入阻抗放大电路,返 回,上一页,下一页
11、,1) 交流同相放大电路（自举电路）,返 回,上一页,下一页,自举式高输入阻抗放大电路,2) 组合式自举电路,输入阻抗为 Ri=(R1R2)/(R2R1) 当R2=R1时，Ri,返 回,上一页,下一页,何谓自举电路? 自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。,返 回,上一页,下一页,第六节 可调增益放大电路,返 回,上一页,下一页,可调电阻运放,应用：幅值相差较大的不同信号的输入,动态范围很大的信号,模拟开关电阻网络运放,可编程增益放大器（PGA）,第七节 隔离放大电路,应用于何种场合？ 应用于安全性、抗干扰性要求较高的场合。 什么是隔离
12、放大电路？ 输入与输出间没有直接的电路连接 电源电路间也没有直接的电路连接 有哪些隔离方式？ 有磁、光、超声波和无线电隔离等。,返 回,上一页,下一页,（一）基本原理,1、组成及符号,返 回,上一页,下一页,2、原理框图,返 回,上一页,下一页,第三章 信号调制解调电路,第一节 调制解调的功用和类型 第二节 调幅式测量电路 第三节 调频式测量电路 第四节 调相式测量电路 第五节 调宽式测量电路（脉冲调制） 思考题,返 回,上一页,下一页,一、在测控系统中为什么要采用信号调制？ 1、信号遥传的需要 2、提高其抗干扰性 解调时只让以载波频率为中心的窄频带通过，提高了信噪比 高频信号后接交流放大器，
13、使各种低频变化的漂移被抑制,第一节 调制解调的功用与类型,返 回,上一页,下一页,二、什么是调制与解调？ 调制：就是用调制信号去控制载波信号，让后者的某一特征参数（A 、 、 、B）按前者变化。 解调：信号经调制后，经过放大、分离等处理，从已调信号中提取反映原被测值信息的信号。,返 回,上一页,下一页,思考,幅值A 调幅 高频正弦信号 频率 调频 载波信号 相位 调相 高频脉冲信号 脉冲宽度B 脉冲调宽 调制信号原被测信号ux 调幅信号 载波信号高频信号uc 调频信号 已调信号调制后的信号us 调相信号 调宽信号,返 回,上一页,下一页,三、调制方法,第二节 调幅式测量电路,一、调幅原理与方法
14、 调幅就是用调制信号x去控制载波信号的幅值。 线性调幅： us=(Ucm+mux)coswct 其中：Ucm coswct载波信号 ux 调制信号 m 调制度,返 回,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,m1,思考,任何信号都可以分解成不同频率的余弦信号之和，取ux=Uxmcost us (Ucm+mux)coswct Ucmcosct+ ()mUxmcos(c+)t + mUxmcos(c)t,返 回,上一页,下一页,mux cosct,mUxmcost cosct (取Ucm=0),双边带调幅：,为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制？ 为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一形成 就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。,（一）传感器调制,返 回,上一页,下一页,1、通过交流供电实现调制 如：电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。,返 回,上一页,下一页,2、用机械或光学的方法实现调制,返 回,上一页,下一页,1被测工件 2调制盘 3、6光栏 4激光器 5滤光片 7光电元件,测工件的表面粗糙度,1、乘法器调制,a)原理图,uc,ux,uo,x,y,Kxy,（二）电路调制,返 回,上一页,下一页,2、开关电路调制,当uc为高电平时，V1通，V2断，uoux 当uc为低电平时，V2通，V1断，uo0,返 回,上一页,下一页,
