测控电路复习重点PPT

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1、完整的测控系统示意（硬件）,前提课程： 传感器，单片微机原理,测控电路复习重点,第一章 绪论,第一节 测控电路的功用 第二节 对测控电路的主要要求 第三节 测控电路的输入信号与输出信号 第四节 测控电路的类型与组成 第五节 测控电路的发展趋势,2,第一章 绪论,对测控电路的主要要求（精度高；响应速度快和动态失真小；转换灵活；可靠性与经济性）； 影响测控电路精度的主要因素（噪声与干扰；失调与漂移，主要是温漂；线性度与保真度；输入与输出阻抗的影响）； 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？（模数转换与数模转换；信号形式的转换；量程的变换；信号的选取；信号处理与运算等）；,本章

2、基本概念,3,4.测控电路的输入信号与输出信号类型 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）,5. 测控电路中的信号制,电模拟信号种类： 直流电压(电流)，交流电压(电流)； 国际统一信号：过程控制系统的模拟直流电流信号为420mA， 模拟直流电压信号为15V； 国内统一信号：420mA，15V； 010mA，010V。,信号制是在成套系列仪器仪表测控电路中，各个单元的输入、输出信号采用何种统一的联络信号问题。,信号的传输方式有三种：两线制、三线制和四线制,6. 模拟式测量电路和数字式测量电路的基本组成,7. 控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）,

3、第一章 绪论,4,第2章 信号放大电路, 2.1 运算放大器的误差及其补偿 2.2 典型测量放大电路 2.3 隔离放大电路,作用：放大传感器输出的电压、电流或电荷信号。 类型：由传感器决定。如：应变式传感器采用电桥放大电路，压电式传感器采用电荷放大电路。,5,要掌握的主要内容： 典型测量放大电路: 隔离放大电路.,反相放大电路 同相放大电路 差动放大电路 高共模抑制比放大电路 自动调零放大电路 高输入阻抗放大电路 电桥放大电路 线性化电路,第2章 信号放大电路,6,2.2 典型测量放大电路,一、 高共模抑制比放大电路, 作用：用来抑制传感器输出的共模电压 (包括干扰电压) ， 提高共模抑制比

4、。, 应用场合：要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体 心电测量，信号很微弱，而干扰很大。, 方法：（1）采用多个集成运放串联组成的测量放大电路； （2）采用差动放大电路，使ui1和ui2的共模电压抵 消，但要求外接电阻完全平衡对称。,7,2.2.5 高共模抑制比放大电路,* 2.2.5.2 三运放高共模抑制比放大电路,N1N2：性能一致，平衡对称，构成差动放大输入级。,N3：双端输入单端输出的输出级，进一步抑制N1N2 共模信号。,8,取 R3=R4，R5=R6，,差模增益：,通常取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 外接电阻平衡对称。,2.2.5.2 三运放高共模抑制比放大电路,电

5、路特点：输入阻抗高；增益调整方便；对于理想运放，共模抑制比趋向无限大。,9,10,2.2.6 电桥放大电路,2.2.6.1 单端输入电桥放大电路,1反相输入型,(虚地),(虚断),特点：增益与桥臂电阻无关，增益稳定，单臂电桥非线性。,电桥电源浮置，电源在R1和R2不产生电流，a点为虚地：,11,2同相输入型,特点：输出与反相输入型符号相反，特点相同，输入阻抗高。,2.2.6.1 单端输入电桥放大电路,12,2.2.6.2 差动输入电桥放大电路,2.2.6 电桥放大电路,特点：增益与桥臂电阻有关，增益不稳定，且非线性。,(ua=ub),13,2.2.6 电桥放大电路,* 2.2.6.3 线性电桥

6、放大电路,特点：传感器接在反馈回路，线性好，量程大，但灵敏度低。,14,2.2.7 低漂移放大电路,* 2.2.7.1 自动调零放大电路,N1：主运放,N2：误差保持电路,N3：驱动开关Sa1、Sa2,N4：驱动开关Sb1、Sb2,15,1误差保持,当N3输出高电平，N4输出低电平时，Sa1Sa2闭合， Sb1Sb2断开，电路处于自动调零状态，其误差保持电路如下：, U0s1寄存在C1上，误差保持。,2.2.7.1 自动调零放大电路,16,2调零放大,当N3输出低电平，N4输出高电平时，Sa1Sa2断开， Sb1Sb2 闭合，电路进入放大状态，其调零放大电路如下：,实现了对失调电压的校正，达到

7、了自动调零的目的，也 起到了放大作用。输出稳定，U0s和Uc降低，电路成本低。,2.2.7.1 自动调零放大电路,17,2.2 典型测量放大电路,2.2.8 高输入阻抗放大电路 作用：提高反相(或差动)运算放大器的输入阻抗，与电 容式、压电式传感器的高输出阻抗相匹配。, 方法：（1）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会 引入共模误差； （2）采用高输入阻抗的集成运算放大器； （3）采用通用集成运算放大器组成的自举电路。,18,2.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路,2.2.8 高输入阻抗放大电路, 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

8、提高输入阻抗的电路。 是不是所有情况下都要求放大电路具有高的输入阻抗？ 高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测 量放大电路中。如电容式、压电式传感器的测量放大电路。,19,2.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路,b)交流电压跟随电路,a)同相交流放大电路,利用C2将运放两输入端之间的交流电压作用在R1两端。 理想情况下两输入端电位近似相等(虚短)，无电流流过R1 ， 故对交流而言 。,要求：R3=R1+R2 减小输入失调电压和输入偏置电流。,20,2.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路,输入电阻为：,当R2=R1时，Ri，i1 = i2 ， 即N1的输入电流全部由N2提 供，输入回

9、路无电流。,21,自举组合电路,22,2.3 隔离放大电路, 作用：将输入、输出和电源电路进行隔离，使他们之间 没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有 公共的接地端。, 方法：采用电磁耦合(变压器)和光电耦合。, 应用场合：主要用于便携式测量仪器和某些测控系统(如 生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程 控制系统等)中，能在噪声环境下以高阻抗、高共 模抑制能力传送信号。,第2章 信号放大电路,23,1. 组成及符号,2.3 隔离放大电路,2.3.1 基本原理,Ciso 隔离电容(典型值20pF),Riso 隔离电阻(很大 ),uiso 隔离模电压，指隔离器两端或输入端与输出端两 公共地

10、之间能承受的共模电压。,24,2.3 隔离放大电路,2. 原理框图,变压器耦合不仅隔离了输入与输出电路，而且也隔离了浮置电源，但体积大。,光电耦合先将被测信号放大后由发光二极管转换成光信号，再由光敏三极管转换成电信号放大输出，但非线性。,25,作用：传感器输出的信号一般很微弱，而且含有 各种噪声。为了将测量信号从含有噪声的 信号中分离出来，便于放大与远距离传输。, 3.1 调幅式测量电路 3.2 调频式测量电路 3.3 调相式电路 3.4 脉冲调宽制式测量电路,26,第3章 信号调制解调电路,1、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。 2、调频，调幅，调相，脉冲调制的数学表达式，并画出它们

11、 的波形。 3、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形 4、什么是包络检波？什么是相敏检波包络检波和相敏检波的电路原理及分析、 区别； 5、相敏检波电路的主要作用：鉴相和选频 6、鉴相电路的原理。 7、脉冲调宽信号的解调方式。,第3章 信号调制解调电路,27,调制,传感器调制,电路调制,开关电路调制,乘法器调制,信号相加调制,调相,调频,调幅,脉冲调宽,28,解调,包络检波,相敏检波,二极管与晶体管包络检波,精密检波,半波,全波,29, 什么是信号调制？ 调制就是用一个信号(称为调制信号)去控制另一个 做为载体的信号(称为载波信号)，让后者的某一特征参 数(幅值、频率、相位、脉冲宽

12、度)按前者变化。 什么是信号解调？ 在将测量信号调制，并将它和噪声分离、放大等处 理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测 量信号，这一过程称为解调。,30,第3章 信号调制解调电路,调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。 用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。 在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。 经过调制的载波信号叫已调信号。,31,在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅(Ampl

13、itude modulation)、调频(Frequency modulation)和调相(Phase modulation) 。 也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽(Pulse width modulation) 。,32,3.1 调幅式测量电路,3.1.1 调幅原理与方法 3.1.1.1 调幅信号的表达式,调幅信号的一般表达式可写为：, 什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出波形。 调幅就是用调制信号 x 去控制高频载波信号的幅值。 常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号 x 的线性函数变化。,c载波信号

14、角频率； Um调幅波中载波信号的幅值； m调制的灵敏度；x调制信号。,33,设调制信号 ，且 （一般 ）,载波信号,上边频信号,下边频信号,载波信号中不含调制信号 x 的信息，因此可取Um= 0、 m = 1，只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调幅， 可采用乘法器实现。其数学表达式为：,3.1.1.1 调幅信号的表达式, 何谓双边带调幅？写出其数学表达式，并画出波形。,34,当x0时，us与 uc同频同相；,双边带调幅信号,当x0时，us与 uc同频反相。,双边带调幅信号的波形：,35,3.1.1.3 电路调制,2. 用开关电路实现调制,V1V2 N沟道增强型绝缘栅场效应管，低电平为0夹断

15、。,当Uc为高电平“1”时，V1导通，V2夹断，uo= ux ；,当Uc为低电平“0”时，V1夹断，V2导通，uo= 0 。,V1,36,3.1.1.3 电路调制,3. 信号相加实现调制,设 ， ，且UcmUxm，,37,3. 信号相加实现调制,电路形式为相加，而实质还是用uc控制二极管开关实现相乘。,38, 什么是包络检波？检出调幅信号的包络线。,3.1 调幅式测量电路,3.1.2 包络检波电路, 如何实现包络检波？采用单向导电器件截去调幅信号中 下半部 (或上半部)的波形，即可获得半波检波信号，再经 低通滤波器滤除高频信号，即可获得所需调制信号，实现 解调。包络检波实际上就是建立在整流原理的基础上。,39,3.1.2.2 精密检波电路,1. 半波精密检波电路,与VD1 防止us为正半周时，因VD2断开而使运放 处于开环状态，由此可造成运放饱和。,40,当us0时， ， ；,当us0时， ， 。,2. 全波精密检波电路一,41,当us0时，VD1 VD4通，VD2 VD3 断，N2跟随器工作， ；,当us0时，VD1 VD4断，VD2 VD3通，N1工作， 。,42,4. 高输入阻抗全波精密检波电路,us0时，VD1 通，VD2 断， ；,us0时，VD1 断，VD2 通， ， 。,43,3.1 调幅式测量电路,3.1.3 相敏检波电路,3.1.3.1