测控电路复习重点

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1、1完整的测控系统示意完整的测控系统示意（硬件）（硬件）n前提课程： 传感器，单片微机原理传感器，单片微机原理被测对象被控对象传感器（放大、滤波、调制解调、信号转换、运算、细分等）信号预处理（模/数控制电路、单片机、PLC、DSP、FPGA、计算机、工控机等） 控制器 输出电路（光隔、驱动、D/A等）测控电路复习重点测控电路复习重点第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用第二节第二节 对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求第三节第三节 测控电路的输入信号与输出信号测控电路的输入信号与输出信号第四节第四节 测控电路的类型与组成测控电路的类型与组成第五节第五节 测控电路的发

2、展趋势测控电路的发展趋势2021/6/162第一章第一章 绪论绪论1.1.对测控电路的主要要求（对测控电路的主要要求（精度高；响应速度快和动态失真精度高；响应速度快和动态失真小；转换灵活；可靠性与经济性）；小；转换灵活；可靠性与经济性）；2.2.影响测控电路精度的主要因素（影响测控电路精度的主要因素（噪声与干扰噪声与干扰；失调与漂；失调与漂移，主要是温漂移，主要是温漂；线性度与保真度；输入与输出阻抗的；线性度与保真度；输入与输出阻抗的影响）；影响）；3.为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在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？哪些方面？（模数转换与数模转换；

3、信号形式的转换；量（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）；程的变换；信号的选取；信号处理与运算等）；本章基本概念本章基本概念2021/6/1634.4.测控电路的输入信号与输出信号类型测控电路的输入信号与输出信号类型 模拟信号模拟信号(非调制信号,已调制信号）； 数字信号数字信号(增量码信号；绝对码信号；开关信号）5. 测控电路中的信号制测控电路中的信号制电模拟信号种类：电模拟信号种类： 直流电压直流电压(电流电流)，交流电压，交流电压(电流电流)；国际统一信号：国际统一信号：过程控制系统的模拟直流电流信号为过程控制系统的模拟直流电流信号为420mA，

4、 模拟直流电压信号为模拟直流电压信号为15V；国内统一信号：国内统一信号：420mA，15V； 010mA，010V。信号制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、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。输出信号采用何种统一的联络信号问题。信号的传输方式信号的传输方式有三种：两线制、三线制和四线制有三种：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控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）（开环控制；闭环控制）第一章第一章 绪论绪论2021/6/164

5、第第2章章 信号放大电路信号放大电路 2.1 运算放大器的误差及其补偿运算放大器的误差及其补偿 2.2 典型测量放大电路典型测量放大电路 2.3 隔离放大电路隔离放大电路作用：作用：放大传感器输出的电压、电流或电荷信号。放大传感器输出的电压、电流或电荷信号。类型：类型：由传感器决定。如：应变式传感器采用电桥放由传感器决定。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。大电路，压电式传感器采用电荷放大电路。2021/6/165要掌握的主要内容：要掌握的主要内容：n 典型测量放大电路典型测量放大电路: :n隔离放大电路隔离放大电路. .反相放大电路反相放大电路同相放大电路同相放大

6、电路差动放大电路差动放大电路高共模抑制比放大电路高共模抑制比放大电路自动调零放大电路自动调零放大电路高输入阻抗放大电路高输入阻抗放大电路电桥放大电路电桥放大电路线性化电路线性化电路第第2章章 信号放大电路信号放大电路2021/6/166 2.2 典型测量放大电路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 。 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

7、阻完全平衡对称。2021/6/167 2.2.5 高共模抑制比放大电路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。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo22021/6/168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三运放高共模抑制比放大电路电路特点：输入阻抗高；增益调整方便；对于理想运

8、放，共模抑制比趋向无限大。2021/6/1692021/6/1610 2.2.6 电桥放大电路电桥放大电路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。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou+-+-+N电桥电源浮置，电源在R1和R2不产生电流，a点为虚地：2021/6/16112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单端输入电桥放大电路R+RR2R1uo+-aRRRu+-+N2021/6/16122.2.6.2 差动输入电桥放大电路 2.2.6 电桥放大电路电桥放大

9、电路特点：增益与桥臂电阻有关，增益不稳定，且非线性。R2=R1R1uR (1+)uaubRRRuo+-+N(ua=ub)2021/6/1613 2.2.6 电桥放大电路电桥放大电路* 2.2.6.3 线性电桥放大电路特点：传感器接在反馈回路，线性好，量程大，但灵敏度低。uoR3R2 = R(1+)R1uuaR1ub+-+Ni1i2i4i32021/6/1614 2.2.7 低漂移放大电路低漂移放大电路* 2.2.7.1 自动调零放大电路由一块四运放和一块四位模拟开关组成。N1：主运放N2：误差保持电路N3：驱动开关Sa1、Sa2N4：驱动开关Sb1、Sb2-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2S

10、a1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N42021/6/16151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 自动调零放大电路自动调零放大电路K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2U0s1U0s22021/6/16162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

11、.2.7.1 自动调零放大电路自动调零放大电路UoC1UiR1R2K1-+N1U0s12021/6/1617 2.2 典型测量放大电路典型测量放大电路2.2.8 高输入阻抗放大电路 作用作用：提高反相提高反相(或差动或差动)运算放大器的输入阻抗，与电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。容式、压电式传感器的高输出阻抗相匹配。 方法：方法：（1）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会 引入共模误差；引入共模误差； （2）采用高输入阻抗的集成运算放大器；）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。）

12、采用通用集成运算放大器组成的自举电路。2021/6/16182.2.8.2 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。2021/6/16192.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路b)交流电压跟随电路+-+NuiR1R2C1R3C2uoa)同相交流放大电路uiuo+-+NR1R2R3C1C2 利用C2将

13、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。2021/6/16202.2.8.2 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，输入回路无电流。uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)自举组合电路2021/6/1621自举组合电路2021/6/1622 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

14、。 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。 第第2章章 信号放大电路信号放大电路2021/6/16231. 组成及符号组成及符号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 公共地之间能承受的共模电压。输 入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔离器输 出放大器uducuiso2021/6/1624浮置电源输入调制

15、放 大 器耦合变压器输出解调放 大 器输出输入2.3 隔离放大电路2. 原理框图浮置电源光耦合器 输 入 放大器输 出放大器输出输入VLC 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。2021/6/1625 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 调幅式测量电路调幅式测量电路 3.2 调频式测量电路调频式测量电路 3.3 调相式电路调相式电路 3.4 脉冲调宽制式测量电路脉冲调宽制式

16、测量电路第第3章章 信号调制解调电路信号调制解调电路2021/6/16261 1、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。2 2、调频，调幅，调相，脉冲调制的、调频，调幅，调相，脉冲调制的数学表达式，并画出它们数学表达式，并画出它们 的波形的波形。3 3、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形 4 4、什么是包络检波？什么是相敏检波、什么是包络检波？什么是相敏检波包络检波和相敏检波的包络检波和相敏检波的电路原理及分析电路原理及分析、 区别；区别；5 5、相敏检波电路的主要作用：鉴相和选

17、频相敏检波电路的主要作用：鉴相和选频6 6、鉴相电路的原理。、鉴相电路的原理。7 7、脉冲调宽信号的解调方式。、脉冲调宽信号的解调方式。第第3章章 信号调制解调电路信号调制解调电路2021/6/1627调制调制传感器调制传感器调制电路调制电路调制开关电路调制开关电路调制乘法器调制乘法器调制信号相加调制信号相加调制调相调相调频调频调幅调幅脉冲调宽脉冲调宽2021/6/1628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2021/6/1629 什么是信号调制？什么是信号调制？ 调制调制就是用一个信号就是用一个信号(称为调制信号称为调制信号)去控制另一个去控制另一个做为载体的信号做为载

18、体的信号(称为载波信号称为载波信号)，让后者的某一特征参，让后者的某一特征参数数(幅值、频率、相位、脉冲宽度幅值、频率、相位、脉冲宽度)按前者变化。按前者变化。 什么是信号解调？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，这一过程称为量信号，这一过程称为解调解调。 第第3章章 信号调制解调电路信号调制解调电路2021/6/1630 调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为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

19、供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为作为载体，这个载体称为载波信号载波信号。 用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为位的信号称为调制信号调制信号。 在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。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经过调制的载波信号叫已调信号已调信号。 2021/6/1631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弦

20、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，分别称为行调制，分别称为调幅调幅(Amplitude modulation)(Amplitude modulation)、调频调频(Frequency modulation)(Frequency modulation)和和调相调相(Phase modulation)(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，称为参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲脉冲调宽调宽(Pulse wid

21、th modulation)(Pulse width modulation) 。2021/6/16323.1 调幅式测量电路调幅式测量电路3.1.1 调幅原理与方法调幅原理与方法3.1.1.1 调幅信号的表达式调幅信号的表达式 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。2021/6/1633设设调调制制信信号号 ，且且 （一一般般 ） 载波信号上边频信号下边频信

22、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。2021/6/1634当x0时，us与 uc同频同相；双边带调幅信号txotucusoto当xUxm，当uc0时， ，二极管导通；2021/6/16373. 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。T1+ ux -+ ux -+ uc -VD1i1VD2i2载波信号T3T2RLi3+uo_RP调制信号2021/6/1638 什么是包

23、络检波？什么是包络检波？检出调幅信号的包络线。检出调幅信号的包络线。3.1 调幅式测量电路调幅式测量电路3.1.2 包络检波电路usotuoot 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。 2021/6/16393.1.2.2 精密检波电路精密检波电路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。+ us 半波整流器低通滤波器i1CR4uoR1R2R3VD1VD2i+uAA+-

24、+N2+-+N1+2021/6/1640当us0时， ， ；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， 。 tuootuso3. 全波精密检波电路二 uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N22021/6/16424. 高输入阻抗全波精密检波电路R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2a) 电路图uo= -usus0usR1R3R4us-+N1b) 正输入等效电路-+N2us0时，VD1 通，VD2 断， ；us0)当ux0时，us与 Uc同频同相；当ux0时，us与

25、Uc同频反相。us与Uc反相(ux0)Ucotusotuoot2021/6/16483.1.3.3 相加式相敏检波电路当uc0时，VD1VD2导通，且UcmUsm，低频时C1C2开路，则调RP使causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+edbus2+uc+uc1. 相加式半波相敏检波电路之一2021/6/1649 3.1.3.4 精密整流型相敏检波电路当Uc= “1”时，V1截止，V2导通， ， ；当Uc= “0”时，V1导通，V2截止， ， 。UcUcus CR4uoR1R2R3V1V2uA+ _-+N2+-+N1+2021/6/16503.1.3.6 相敏检波电路的选频和

26、鉴相特性1. 相敏检波电路的选频特性 什么是相敏检波电路的选频特性？ 相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入 信号有不同的传递特性。 若us中含有高次谐波 ，由此产生的附加输出为：相敏检波电路由乘法器和低通滤波器组成，即2021/6/16511. 相敏检波电路的选频特性(波形)n=1usustouoto+ Uctouoto+to+tUco+ustouoto+to+Uc n=2 n=32021/6/16522. 相敏检波电路的鉴相特性3.1.3.6 相敏检波电路的选频和鉴相特性 什么是相敏检波电路的鉴相特性？ 如果输入信号us与参考信号uc(或Uc)是同频信号，但 有一定相位差，这时输出电

27、压为： 输出信号随相位差 的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。2021/6/16532. 相敏检波电路的鉴相特性(波形)us与Uc同相Ucto+usto+uoto+Ucto+Ucto+Ucto+usto+usto+ust+ot+ououoto+uotous与Uc反相us与Uc相位差90ous与Uc相位差30o2021/6/16543.2 调频式测量电路调频式测量电路3.2.1 调频原理与方法3.2.1.1 调频信号的表达式 调频信号的一般表达式可写为： 什么

28、是调频？写出调频信号的数学表达式，画出波形。什么是调频？写出调频信号的数学表达式，画出波形。 调频调频就是用调制信号就是用调制信号 x 去控制高频载波信号的频率。去控制高频载波信号的频率。 常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号 x 的线性函数变化。的线性函数变化。2021/6/1655调频信号的波形：xtootus调制信号调频信号tuco载波信号2021/6/16563.3 调相式测量电路调相式测量电路3.3.1 调相原理与方法3.3.1.1 调相信号的表达式 什么是调相？写出调相信号的数学表达式，画出波形。 调相就是用调制信号 x 去控

29、制高频载波信号的相位。 常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号 x 的线性函数变化。 调相信号的一般表达式可写为：2021/6/1657调制信号载波信号调相信号txottucusoo调相信号的波形：2021/6/1658脉冲调宽的脉冲调宽的数学表达式数学表达式为：为：B=b+mx3.4 脉冲调制式测量电路脉冲调制式测量电路3.4.1 脉冲调制原理与方法3.4.1.1 脉冲调制信号的表达式 什么是脉冲调宽制？写出脉冲调制信号的数学表达式， 并画出其波形。 脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。在脉冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。2021/6/1659U调制信号脉冲调宽信号t

30、xoxTBto脉冲调宽信号的波形：T脉冲周期(不变)，等于载波频率的倒数。B脉冲宽度(变化)，为调制信号x的线性函数。2021/6/16601. 参量调宽参量调宽3.4.1 脉冲调制原理及方法3.4.1.3 电路调宽R4R3VD1R2R6VD2RPCuc uoVSR5-+NR1=常数差动传感器周期不变充电时间放电时间输出脉冲信号的频率不变，占空比随传感器电阻R2R3变化。2021/6/16612. 电压调宽电压调宽3.4.1.3 电路调宽ucuR3R4CR2RR1uxVSuou+-+N（1） 若ux0，则u+大：uo=Ur，C充电时间长；uo=-Ur，C放电时间短。即输出脉冲占空比大。（2）

31、若ux，通常至少要求c10。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0-100Hz，则载波信号的频率c1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为900-1100 Hz。信号解调后，滤波器的通频带应100 Hz，即让0-100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz以上的信号抑制，可选通频带为200 Hz。2021/6/1663 相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在电路构成相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在电路构成上最主要的区别是什么？上最主要的区别是什么？ 相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要的区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位

32、，从而判别被测量变化的方向。 在性能上最主要的区别是 相敏检波电路具有判别信号相敏检波电路具有判别信号相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。 从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。2021/6/1664 从相敏检波器的工作机理说明为什么相敏检波器与调幅电从相敏检波器的工作机理说明为什么相敏检波器与调幅电路在结

33、构上有许多相似之处？它们又有哪些区别？路在结构上有许多相似之处？它们又有哪些区别？ 只要将输入的调制信号乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边频调幅信号。若将再乘以，就得到 利用低通滤波器滤除频率为和的高频信号后就得到调制信号，只是乘上了系数1/2。这就是说，将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边频调幅信号us，将双边频调幅信号us再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。 相敏检波器与调幅电路在结构上的主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经

34、滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的结构和参数不同。2021/6/1665开关式全波相敏检波电路2021/6/1666全波精密检波电路2021/6/1667 精密整流型全波相敏检波电路2021/6/1668P93脉宽调制电路 电容C在两个半周期通过不同的电阻进行充电，充电时间常数不同，从而输出信号的占空比随着两支充电回路的阻值而变化，即输出信号的脉宽受被测信号调制。 Rp2和Rp3为差动电阻传感器的两臂，其和为一常量。2021/6/1669第第4章章 信号分离电路信号分离电路 4.1 滤波器基本知识滤波器基本知识 4.2 RC滤波电路滤波电路 4.3 集成有源滤波器集

35、成有源滤波器 4.4 跟随滤波器跟随滤波器 作用：选择频率的作用。提取有用的测量信号， 滤除噪声和无用信号。2021/6/16701 1、4 4种常见的滤波器及示意图、性能。种常见的滤波器及示意图、性能。2 2、传递函数的定义，由传递函数我们可以得到滤波器、传递函数的定义，由传递函数我们可以得到滤波器 的幅频和相频特性。的幅频和相频特性。3 3、滤波器特性的逼近：有哪几种逼近方法，什么时候、滤波器特性的逼近：有哪几种逼近方法，什么时候 采用什么样的逼近方法？采用什么样的逼近方法？4 4、二阶有源滤波器的分类，结构，会推导其传递函数，并根二阶有源滤波器的分类，结构，会推导其传递函数，并根据其获得

36、特征参数据其获得特征参数kp，w0，等。等。5、会设计有源滤波器。会设计有源滤波器。重点：模拟滤波器的传递函数与频率特性；压控电压源型滤波电路；无限增益多路反馈型滤波电路；有源滤波器设计。第第4章章 信号分离电路信号分离电路2021/6/1671 4.1.1 滤波器的类型滤波器的类型 1. 按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器。按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器。 2. 按功能按功能(频率频率)分：低通、高通、带通、带阻滤波器。分：低通、高通、带通、带阻滤波器。 3. 按电路元件分：按电路元件分：LC无源滤波器、无源滤波器、RC无源滤波器、由特无源滤波器、由特 殊元件构成的无源滤波器

37、、殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器。有源滤波器。 4. 按微分方程按微分方程(传递函数传递函数)的阶数分：一阶滤波器、二阶滤的阶数分：一阶滤波器、二阶滤 波器、高阶滤波器。波器、高阶滤波器。 4.1 滤波器基本知识第第4章章 信号分离电路信号分离电路2021/6/1672低通：高通：带通：带阻：二阶有源滤波器2021/6/16734.1.4.1 巴特沃斯逼近：巴特沃斯逼近： 这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化。其幅频特性为并且单调变化。其幅频特性为 4.1.4 滤波器特性的逼近2021/6/1674 4.1.4 滤

38、波器特性的逼近0.51.0/0n=2n=4n=5120a)幅频特性1-180/0n=5n=4n=2-36020b)相频特性图4-7 三种巴特沃斯低通滤波器频率特性2021/6/16754.1.4.2 切比雪夫逼近：切比雪夫逼近： 这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量Kp。其幅频特性为。其幅频特性为 4.1.4 滤波器特性的逼近4.1.4.3 贝赛尔逼近： 这种逼近与前两种不同，它主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。 2021/6/1676 4.1.4 滤

39、波器特性的逼近/000.512巴 贝切切1.0-180-36012贝巴切切/00图4-8 四种五阶低通滤波器频率特性246800.20.40.60.81.0t/t0巴贝切uo(t)/ui图4-9 三种二阶低通滤 波器阶跃响应2021/6/1677 4.2.2 压控电压源型滤波电路压控电压源型滤波电路(同相放大器同相放大器) 4.2 RC滤波电路滤波电路uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+N2021/6/1678压控电压源型滤波器的特点元件数目少对运放理想程度要求不高结构简单增益和截止频率独立，调整方便（）正反馈，稳定性差（）uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+N

40、2021/6/1679 4.2.3 无限增益多路反馈型滤波电路无限增益多路反馈型滤波电路(反相放大器反相放大器) 4.2 RC滤波电路滤波电路-+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)2021/6/1680 4.2.5 RC有源滤波器设计有源滤波器的设计主要包括以下四个过程：确定传递函数（应用特点确定、阶数） 低通、高通、带通、带阻 特征频率：固有频率、转折频率、截止频率 巴特沃斯、切比雪夫、贝赛尔逼近选择电路结构（特性要求、低灵敏度） 压控电压源、无限增益多路反馈、双二阶环选择有源器件（器件特性、噪声、Ri、Ro ）计算无源元件参数（预设、先C后R）2021/6/1681* * 4.2

41、.5.4 无源元件参数计算无源元件参数计算 1在给定转折频率在给定转折频率fc下，参考表下，参考表4-2选择电容选择电容C1； 2计算电阻换标系数：计算电阻换标系数：K=100/fc C1 (C1单位为单位为F) ； 3由由KP查表查表 (由类型决定由类型决定)确定确定C2及归一化电阻值及归一化电阻值ri； 4计算电阻实际值：计算电阻实际值：Ri=Kri ； 5确定电阻标称值。确定电阻标称值。 4.2.5 RC有源滤波器设计有源滤波器设计fc/Hz100kC1/F100.1 0.10.010.010.001(1000100)10-6(10010) 10-6表4-2 二阶有源滤波器设计电容选择用

42、表2021/6/16822021/6/16832021/6/1684第第5章章 信号运算电路信号运算电路 作用：实现各种数学运算，如表面粗糙度测量作用：实现各种数学运算，如表面粗糙度测量。 5.1 比例运算放大电路比例运算放大电路 5.2 加法、减法运算电路加法、减法运算电路 5.3 对数、指数和乘、除运算电路对数、指数和乘、除运算电路 5.4 微分、积分运算电路微分、积分运算电路 5.5 常用特征值运算电路常用特征值运算电路 5.6 函数性运算电路函数性运算电路2021/6/16851. 利用反相加法运算电路实现减法运算利用反相加法运算电路实现减法运算5.2 加法、减法运算电路加法、减法运算

43、电路5.2.3 减法运算电路减法运算电路- -+ +N2+ +R1uoR2ui1Rfui2- -+ +N1+ +uo1R1R3R =R1/2R =R2/R3/Rf2. 利用单一运放差分输入实现减法运算利用单一运放差分输入实现减法运算2021/6/1686四、乘方和立方运算电路四、乘方和立方运算电路图图 平方运算电路平方运算电路 将相乘运算电路的两个输入端并联在一起就是乘方运算电路，电路将相乘运算电路的两个输入端并联在一起就是乘方运算电路，电路如左图所示。立方运算电路如右图所示。如左图所示。立方运算电路如右图所示。图图 立方运算电路立方运算电路 2021/6/1687五、除法运算电路五、除法运算

44、电路 除法运算电路如图所示，除法运算电路如图所示，它是由一个运算放大器和一个它是由一个运算放大器和一个模拟乘法器组合而成。根据运模拟乘法器组合而成。根据运放虚断的特性，有放虚断的特性，有图图 除法运算电路除法运算电路如果令如果令K K= = R R2 2 / / R R1 1则则2021/6/1688七、开立方运算电路七、开立方运算电路 图为开立方运算电路，图为开立方运算电路，根据电路有根据电路有 当当u uI I为正值时，为正值时，u uO O为负值，当为负值，当u uI I为负值时，为负值时，u uO O为正值。为正值。图图 开立方电路开立方电路3O2OO1O2=uKuKuu3X212O=

45、uKRRu-u2O21XRRu-=2OO1Kuu=2021/6/16892021/6/1690折线法电路原理R1R6R5R3R4R2RF-+UoUiVD3VD1VD2+URLMNUOoUiA B C2021/6/1691第第6章章 信号转换电路信号转换电路 6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路 6.4 电压频率转换电路 6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路2021/6/1692（三）多路模拟开关 逻辑电平转换电路图 CD4051原理图组成：译码器+多路双向模拟开关 2021/6/1693例：用例：用CD4051CD4051设计一程控放大电设计一程控放大电路

46、路2021/6/16942021/6/1695基本组成：基本组成： 1. 模拟开关模拟开关 2. 存储电容存储电容 3. 缓冲放大器缓冲放大器6.2 采样保持电路采样保持电路6.2.1 6.2.1 基本原理基本原理 当Uc=“1”时，S接通，ui向C充电，输出跟踪模拟输入信号变化采样阶段(uo=uc=ui)。-+N1+-+N2+uiuoUcCSuc 当Uc=“0”时，S断开，uo保持S断开瞬间的输入信号值保持状态(uo保持uc值)。2021/6/16966.3.1 6.3.1 电平比较电路电平比较电路( (单门限电平单门限电平) )6.3.1.1 6.3.1.1 差动型电平比较电路差动型电平比

47、较电路UouiuiURoUR 当uiUR时，Uo为低电平“0”；当ui=UR时，比较器翻转。 Uo=UR-ui 当UR=0时为过零比较器，又称鉴零器。如正弦波经过鉴零器后变为方波。-1+1uiUR#Uo2021/6/1697 6.3.2 6.3.2 滞回比较电路滞回比较电路( (正反馈，两个门限电平正反馈，两个门限电平) )UouioU1 U2 设输出高低电平分别为UoH、UoL，则两个门限电平分别为：滞后电平：Uo-1+1uiUR#R1R2R 调节R1或R2可调节滞后电平，使 稍大于预计的干扰信号un，可消除“振铃”现象。uiU2时Uo=UoL，U1uiIb运放的输入偏置电流。2021/6/

48、161006.5.1 I/V6.5.1 I/V转换电路转换电路 2. 同相输入型 要求： R4=R2/R3（R2和R3由i与uo的范围确定）uo-+N+UbR3R1i R4R2ui 例： 420mA 010V 取R1=250，i = 420mA ui=15Vuo=010V ， ， ， ，2021/6/161016.5.1 I/V6.5.1 I/V转换电路转换电路 例：420mA 05V uN=uP=iSRuo-+N+RR1iS R6R2+15VCuPuNR4R5R3RPRfVSUf取 ， ， ，调RP使Uf=7.53V，则uo=312.5426iS-1.250 05V2021/6/161026

49、.5.1 I/V6.5.1 I/V转换电路转换电路 例：420mA 05V uN=uP=iSRuo-+N+RR1iS R6R2+15VCuPuNR4R5R3RPRfVSUf取 ， ， ，调RP使Uf=7.53V，则uo=312.5426iS-1.250 05V2021/6/161036.5.2 V/I6.5.2 V/I转换电路转换电路1. 1. 运放构成的运放构成的V/IV/I转换电路转换电路 要求：R3RL R4R7+RL取R1=R2，R3=R4，uNuP，则V1-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio2021/6/161046.5.2 V/I6.5.2 V/I转

50、换电路转换电路 例：010V 010mA取 R1=R2=100k， R3=R4=20k， R7=200， Ub=0，则 例：010V 420mA取 R1=R2=100k，R3=R4=20k， R7=125，Ub=-2.5V，则V1-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio2021/6/16105* * A/D转换的三个阶段：采样、量化和编码转换的三个阶段：采样、量化和编码6.6.1 A/D6.6.1 A/D转换器转换器6.6.1.1 6.6.1.1 基本原理基本原理 采样：在时间上离散，用模拟信号与脉冲序列相乘实现。 量化：在幅值上离散，利用四舍五入规则，用有限个量

51、化值来代替采样值，量化值与采样值之差称为量 化误差，最大量化误差=LSB/2。 编码：编码与量化同时完成，通常用二进制码表示，即2021/6/161061.D/A转换器的基本原理将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。基基本本原原理理6.6.2 D/A6.6.2 D/A转换器转换器6.6.2.1 D/A6.6.2.1 D/A转换器的基本原理与转换特性转换器的基本原理与转换特性2021/6/16107 2. T形R-2R电阻网络电路A1An各点向右看等效电阻均为R，IR=UR/R。电阻

52、种类少，只有R和2R，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。2021/6/16108 试述在试述在S/H电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三种主要元器件的选择有什么要求。种主要元器件的选择有什么要求。 选择要求如下： 模拟开关模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。 存储电容存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。 运算放大器运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器；输入运放还应具有大的输出电流。2021/6/16109如果要将如果要将420

53、mA的输入直流电流转换为的输入直流电流转换为010V的输出直流电压，的输出直流电压， 试设计其转试设计其转换电路。换电路。 该转换电路如图该转换电路如图X6-3所示。根据图所示。根据图X6-3电路，有电路，有R3-+NuoR1R2R4iuiUb图X6-3取R1=250，当i=4mA时，ui=1V，当i=20mA时，ui=5V。 因此要求2021/6/16110试分析图试分析图6-36中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。 图6-36 题6-5图a)b)-+NR1R2R3uouiURVS1VS2-+NR1R2R3uouiURVSVD1VD2R此电

54、路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值UZ、-UZ，因此运算放大器同相端两个门限电压为：当ui UR时，VD1导通，运算放大器输出负向饱和电压-E，VD2截止，uo=0，此时运算放大器同相端门限电压为：当 ui由大变小并小于UT时，uo = UZ。2021/6/16111uouoUZU1U2uiO-UZUZOURUTuia)b)图X6-2其其电压传输特性如特性如图X6-2X6-2所示：所示：2021/6/16112第第7章章 信号细分与辨向电路信号细分与辨向电路作用：细分电路实现对周期性的测量信号进行作用：细分电路实现对周期性的测量信号进行 插值，提高仪器的分辨力；辨向电路

55、实插值，提高仪器的分辨力；辨向电路实 现对周期性信号极性的判断。现对周期性信号极性的判断。 7.1 直传式细分电路直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分电路平衡补偿式细分电路2021/6/161137.1.1 四细分辨向电路四细分辨向电路 输入信号：输入信号：相位差相位差90 的两路方波信号。的两路方波信号。 细分原理：细分原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。 辨向原理：辨向原理：根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依

56、据作为判别依据。7.1 直传式细分电路直传式细分电路 7.1.1.1 单稳四细分辨向电路单稳四细分辨向电路 由四个单稳触发器和二个由四个单稳触发器和二个“与或非门与或非门”组成，利用单稳提取两路方波信组成，利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。号的边沿实现四细分。AB2021/6/16114DG7&Uo1DG5Uo2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6ABBBBBAAA A 1B B B A A A B 1B B AA 2021/6/16115DG5DG1ACARB Uo1 Uo2 &1&DG4&1DG2DG3图7-1为一单稳辨向

57、电路，输入信号A、B为相位差90的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B 90、B导前A 90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。ABAUo1Uo2AB AUo2Uo2图X7-1 可见，当A导前B 90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A 90时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。2021/6/16116练习 若测得待细分的正余弦信号某时刻值为若测得待细分的正余弦信号某时刻值为u u1 1=2.65V, =2.65V, u u2 2=-1.33V=-1.33V，采用微机对信号进采用微机对信号进行行200200细分，请判别其所属卦限，并求出对应细分，请判别其所属卦限，并求出对应的

58、的 值和值和x x值。值。 1 1、确定卦限、确定卦限 2 2、计算、计算 3 3、计算细分数计算细分数x x 2021/6/16117脉宽调制控制电路变频控制电路第8章 连续信号控制电路导电角控制逆变器2021/6/16118 N的反相端输入三个信号： 1)锯齿波或三角波调制信号up; 2)控制电压uc; 3)负偏置电压u0，其作用是在uc=0时通过RP的调节使比较器的输出电压ub为宽度相等的正负方波。 8.1 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 8.1.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 电压-脉宽功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucub

59、ECuLV2021/6/16119（一）锯齿波脉宽调制器 8.1 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 8.1.2 典型脉宽调制电路典型脉宽调制电路锯齿波发生器 51V26TRTHNE5554R7CT8V+ +N- -+ +R1EcR2R3R4R5R10R7R6R8R9C1C2C3u0ucub+电压比较器 改善线性 一定电压放电，形成锯齿波2021/6/161208.1 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 8.1.2 典型脉宽调制电路典型脉宽调制电路三角波发生器三角波发生器 + +- -N1+ +N2- -+ + +R3R1R2CRPR5R6R7R9R8R10R13R11R14R

60、12R15R16R17R18VS1VS2VD1VD2baV1V2V3V4V5uc+Ecuo1-Ecuo2uPR4（二）三角波脉宽调制器 迟滞比较器迟滞比较器 积分器积分器 形成一定死区 2021/6/16121第第9章逻辑控制电路章逻辑控制电路 二值可控元件驱动电二值可控元件驱动电 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 2021/6/16122第一节第一节 二值可控元件驱动电路二值可控元件驱动电路 一、功率开关驱动电路一、功率开关驱动电路 二、继电器与电磁阀驱动电路二、继电器与电磁阀驱动电路 三、步进电动机驱动电路三、步进电动机驱动电路2021/6/16123（一）晶体管直流负载功率驱动电路（一）晶体

61、管直流负载功率驱动电路 图8-1晶体管功率驱动电路 负载所需的电流不太大 2021/6/16124+VC UiVD K1 RV RL负载电源K1-1直流继电器电路三、继电器驱动电路三、继电器驱动电路主要参数：1、线包工作电压2、线包额定电流3、触电工作电压4、触电额定电流2021/6/16125图交流继电器的控制图交流继电器的控制 2021/6/16126 L1 L2 L3 KM1-1 FU2SB1 SB2SC 手动手动自动自动KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流电源三相交流电源三相交流电机三相交流电机闸刀开关闸刀开关起动按钮起动按钮停止按钮停止按钮热继电器热继电器继电器继电器继电器继电器主触点主触点 继电器继电器自锁触点自锁触点熔断器熔断器熔断器熔断器热继电热继电器触点器触点受外部继电受外部继电器控制触点器控制触点转换开关转换开关主回路主回路控制回路控制回路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路2021/6/16127实验电路要会分析原理，说明结果2021/6/16128实验五实验五 脉宽调制器控制直流电机脉宽调制器控制直流电机2021/6/16129实验六实验六 温度测量与控制实验温度测量与控制实验2021/6/16130 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！