第六章 測量電路-2010

1、第六章第六章 測量電路測量電路內(nèi)內(nèi) 容容l電橋電橋l放大電路放大電路l濾波電路濾波電路l調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)l數(shù)碼管數(shù)碼管l1.傳感器輸出的信號很傳感器輸出的信號很微弱微弱，大多數(shù)不能直接，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。步放大，有的還要進行阻抗變換。l2.有些傳感器輸出的是有些傳感器輸出的是電參量電參量，需要轉(zhuǎn)換成電，需要轉(zhuǎn)換成電信號才能進行處理。信號才能進行處理。測量電路的作用？（測量電路的作用？（1 1）測量電路的作用？（測量電路的作用？（2 2）l3.有些傳感器輸出的是電信號，但信號中混雜有些傳感器

2、輸出的是電信號，但信號中混雜有有干擾噪聲干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。，需要去掉噪聲，提高信噪比。l4.某些場合，為便于信號的某些場合，為便于信號的遠距離傳輸遠距離傳輸，需要，需要對傳感器測量信號進行對傳感器測量信號進行調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)處理。處理。電電 橋橋l電橋電路是電磁測量中電路連接的一種基本方式。由電橋電路是電磁測量中電路連接的一種基本方式。由于它測量準確，方法巧妙，使用方便，所以得到廣泛于它測量準確，方法巧妙，使用方便，所以得到廣泛應(yīng)用。電橋電路不僅可以使用直流電源，而且可以使應(yīng)用。電橋電路不僅可以使用直流電源，而且可以使用交流電源，故有用交流電源，故有直流電橋直流電橋和和交流電

3、橋交流電橋之分。之分。l直流電橋直流電橋主要用于主要用于電阻測量電阻測量。l交流電橋交流電橋主要用于主要用于電容、電感電容、電感等的測量。等的測量。直流電橋直流電橋* *平衡條件平衡條件4231RRRR043214231)(eRRRRRRRRey1.1.工作原理工作原理令：令：RRRRR4321RR RRR1RReey40（1）（2）RRR21RRR43（全等臂電橋）（全等臂電橋）（輸出對稱電橋）（輸出對稱電橋）2.2.電橋的接法電橋的接法單臂單臂 半橋半橋全橋全橋RReey 40 RR2eey 0 RReey 0 規(guī)律規(guī)律：變化相同變化相同的兩的兩個電阻應(yīng)連接成相個電阻應(yīng)連接成相對對橋臂橋臂

4、；變化變化趨勢趨勢相異相異的兩個電阻應(yīng)連接成的兩個電阻應(yīng)連接成相鄰橋臂相鄰橋臂。FR1R3R2R4交流電橋交流電橋RRRR4231CRCR4213RRRR4231RLRL2431* *平衡條件平衡條件* *平衡條件平衡條件放大電路放大電路l放大電路的基本原理放大電路的基本原理l集成運算放大電路及其應(yīng)用集成運算放大電路及其應(yīng)用放大的基本元件放大的基本元件- -晶體三極管晶體三極管NPN型晶體三極管型晶體三極管放大的基本元件放大的基本元件- -晶體三極管晶體三極管基本概念基本概念lP型半導體型半導體lP型半導體的形成：在純凈的硅晶體中摻型半導體的形成：在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代

5、晶格中硅原子入三價元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成的位置，形成P型半導體。型半導體。lN型半導體型半導體lN型半導體的形成：在純凈的硅晶體中摻型半導體的形成：在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了的位置，就形成了N型半導體型半導體三極管工作原理三極管工作原理晶體三極管晶體三極管l由美國的由美國的德福雷斯特德福雷斯特發(fā)明的，發(fā)明的，1907年，德福雷斯年，德福雷斯特向美國專利局申報了真空三極管（電子管）的特向美國專利局申報了真空三極管（電子管）的發(fā)明專利。一生獲得了多達發(fā)明專利。一生獲得了多達300余項專利

6、余項專利。l實驗實驗：德福雷斯特把若干個三極管連接起來，與：德福雷斯特把若干個三極管連接起來，與電話機話筒、耳機相互連接，再把他那只電話機話筒、耳機相互連接，再把他那只“走時走時相當準確的英格索爾手表相當準確的英格索爾手表”放在話筒前方，手表放在話筒前方，手表的的“滴噠滴噠”聲幾乎把耳朵震聾。聲幾乎把耳朵震聾。 第一節(jié)第一節(jié) 集成運算放大電路概述集成運算放大電路概述 一、集成運算放大電路：一、集成運算放大電路： 多用于各種模擬信號的運算。多用于各種模擬信號的運算。 1 1、集成運算放大電路的、集成運算放大電路的主要性能指標主要性能指標 2 2、集成運放電路的、集成運放電路的工作原理工作原理 集

7、成運放的主要性能指標集成運放的主要性能指標1.1.差模開環(huán)放大倍數(shù)：差模開環(huán)放大倍數(shù)：A AOdOd2.2.共模抑制比：共模抑制比：K KCMRCMR3.3.差模輸入電阻：差模輸入電阻：R RIdId4.4.輸入偏置電流：輸入偏置電流：I IIBIB5.5.3dB3dB帶寬帶寬: f: fH H6.6.輸入失調(diào)電壓及其溫漂：輸入失調(diào)電壓及其溫漂：U UIOIO, dU, dUIOIO/dT/dT7.7.輸入失調(diào)電流及其溫漂：輸入失調(diào)電流及其溫漂：I IIOIO , dI , dIIOIO/dT/dT理想運放的主要性能指標理想運放的主要性能指標1.1.開環(huán)差模放大倍數(shù)：開環(huán)差模放大倍數(shù)：A AO

8、dOd 2.2.差模輸入電阻：差模輸入電阻：R Rid id 3.3.輸出電阻：輸出電阻：R R0 0 0 04.4.共模抑制比：共模抑制比：K KCMR CMR 5.5.3dB3dB帶寬帶寬: f: fBWBWf fH H 4.4.輸入偏置電流：輸入偏置電流：I IIB IB 0 06.6.輸入失調(diào)電壓及其溫漂：輸入失調(diào)電壓及其溫漂：U UIOIO, dU, dUIOIO/dT 0/dT 07.7.輸入失調(diào)電流及其溫漂：輸入失調(diào)電流及其溫漂：I IIOIO, dI, dIIOIO/dT 0/dT 0第三節(jié)第三節(jié) 集成運放的兩個工作區(qū)集成運放的兩個工作區(qū)l線性放大區(qū)：線性放大區(qū)： 曲線的斜率為

9、電壓放大倍數(shù)曲線的斜率為電壓放大倍數(shù)l非線性放大區(qū)：非線性放大區(qū)： 輸出電壓只有兩種可能，輸出電壓只有兩種可能，U UOMOM和和-U-UOMOM運放工作在線性放大區(qū)的特點運放工作在線性放大區(qū)的特點1.1.當運放工作在線性放大區(qū)時：當運放工作在線性放大區(qū)時：引入（深度）負反饋引入（深度）負反饋集成運放的差模開環(huán)放大倍數(shù)集成運放的差模開環(huán)放大倍數(shù)A AOdOd有：有： 其中其中A AOdOd非常高非常高 140dB 140dB 因而有：因而有：U UP P-U-UN N0 0 或或 U UP PU UN N “虛短虛短”又因為：又因為：則：則： “ “虛斷虛斷” ” IIUiRidU U0 0

10、= A= AOdOd(U(UP P-U-UN N) )0II運放工作在非線性放大區(qū)的特點運放工作在非線性放大區(qū)的特點2.2.當運放工作在非線性放大區(qū)時：當運放工作在非線性放大區(qū)時： 開環(huán)或者引入正反饋開環(huán)或者引入正反饋 集成運放的差模開環(huán)放大倍數(shù)集成運放的差模開環(huán)放大倍數(shù)A AOd Od 則兩個輸入端只要有無窮小的輸入差值電壓，輸出電壓就可則兩個輸入端只要有無窮小的輸入差值電壓，輸出電壓就可以達到最大值或最小值，即輸出電壓與輸入電壓不再是線性以達到最大值或最小值，即輸出電壓與輸入電壓不再是線性關(guān)系，此時的電壓傳輸關(guān)系為：關(guān)系，此時的電壓傳輸關(guān)系為： 由此時的電壓傳輸關(guān)系可以看出由此時的電壓傳輸

11、關(guān)系可以看出 當：當：U UP PU UN N時，時， UO = +UUO = +UOMOM 當：當：U UP PU UN N時時, UO = -U, UO = -UOMOM 第四節(jié)第四節(jié)基本運算電路的原理基本運算電路的原理反相比例運算電路反相比例運算電路1.1.反相比例運算：反相比例運算： 由于：由于：U+ = U- I+ = I- = 0 所以反相輸入端所以反相輸入端U-為為“虛虛地地”點，且輸入電流點，且輸入電流I- = 0，故故: : I Ii i = I = If f ifoVRRV11RRAff2.2.同相比例運算：同相比例運算： 由于：由于：U+ = U-U+ = U- I+ =

12、 I- = 0 I+ = I- = 0由于反相輸入端不再為由于反相輸入端不再為“虛地虛地”點，且輸入電流點，且輸入電流Ii=0Ii=0，故，故: I: IR R = I = If f 即：即： ifoVRRV)1 (1)1 (1RRAff又稱為：電壓跟隨器！又稱為：電壓跟隨器！光電二極管放大電路光電二極管放大電路3.3.反相加法運算電路：反相加法運算電路：l由于：由于：U+ = U-U+ = U-l I+ = I- = 0 I+ = I- = 0l所以反相輸入端所以反相輸入端U-U-為為“虛地虛地”點，且點，且輸入電流輸入電流I- = 0I- = 0，反相加法運算電路，反相加法運算電路的函數(shù)關(guān)

13、系式為：的函數(shù)關(guān)系式為： 若取若取R1=R2=RR1=R2=R，則有，則有: : 2211ififoURRURRU)(211iifoUURRU反相加法運算原理圖反相加法運算原理圖 運算中，調(diào)節(jié)某一路信號的輸入電阻運算中，調(diào)節(jié)某一路信號的輸入電阻時，不會影響其他輸入電壓與輸出電時，不會影響其他輸入電壓與輸出電壓的比例關(guān)系，因而調(diào)節(jié)方便。壓的比例關(guān)系，因而調(diào)節(jié)方便。4.4.減法運算電路：減法運算電路：實際應(yīng)用中，要求實際應(yīng)用中，要求R1=R2,R3=RR1=R2,R3=Rf f，且須嚴格，且須嚴格配對，這有利于提高放配對，這有利于提高放大器的共模抑制比及減大器的共模抑制比及減小失調(diào)。小失調(diào)。 運算

14、關(guān)系為：運算關(guān)系為：100K)(121iifoUURRU減法運算原理圖減法運算原理圖5.5.積分運算電路積分運算電路l由于：由于：U+ = U-U+ = U-l I+ = I- = 0 I+ = I- = 0l所以反相輸入端所以反相輸入端U-U-為為“虛虛地地”點，且輸入電流點，且輸入電流I-= 0I-= 0，l積分運算電路的運算關(guān)系積分運算電路的運算關(guān)系式為：式為： 積分運算電路積分運算電路dtURCdtURCdtURCUtiitio00111tiodtURCU01由公式可知。由公式可知。Ui與與U0的圖形將如下圖所示。的圖形將如下圖所示。6.6.微分運算電路：微分運算電路：微分運算電路微分

15、運算電路l由于：由于：U+ = U-U+ = U-l I+ = I- = 0 I+ = I- = 0l所以反相輸入端所以反相輸入端U-U-為為“虛地虛地”點，且輸入電流點，且輸入電流I- = 0I- = 0，l微分運算電路的運算關(guān)系式為：微分運算電路的運算關(guān)系式為：U U0 0 = = f(Uf(UP P-U-UN N) )7 7、比較電路：、比較電路：A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電橋電路和放大電路電橋電路和放大電路掌掌 握握l直流電橋的平衡條件、三種工作方式的靈直流電橋的平衡條件、三種工作方式的靈敏度比較。敏度比較。l基本放大電路的放大倍數(shù)的計算?；痉糯箅娐返姆糯蟊稊?shù)的計算。數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示濾波器濾

16、波器l濾波器的功能濾波器的功能l濾波器的分類濾波器的分類l濾波器的主要參數(shù)濾波器的主要參數(shù)濾波器的功能濾波器的功能l濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質(zhì)上是一個實質(zhì)上是一個選頻電路選頻電路。l濾波器中，把信號能夠通過的頻率范圍，稱為濾波器中，把信號能夠通過的頻率范圍，稱為通頻帶通頻帶或或通帶通帶；反之，信號受到很大衰減或完全被抑制的頻；反之，信號受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱為率范圍稱為阻帶阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為；通帶和阻帶之

17、間的分界頻率稱為截截止頻率止頻率；理想濾波器在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在；理想濾波器在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實際濾波器的通帶和阻帶之阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實際濾波器的通帶和阻帶之間存在一定頻率范圍的過渡帶。間存在一定頻率范圍的過渡帶。濾波器的分類濾波器的分類l（1）按所處理的信號分為）按所處理的信號分為模擬濾波器模擬濾波器和和數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器兩兩種。種。l（2）按所通過信號的頻段分為）按所通過信號的頻段分為低通低通、高通高通、帶通帶通和和帶帶阻阻濾波器四種。濾波器四種。l（3）按所采用的元器件分為）按所采用的元器件分為無源無源和和有源有源濾波器兩種。濾波器兩種。四

18、種濾波器四種濾波器l低通濾波器低通濾波器：它允許信號中的：它允許信號中的低頻低頻或或直流分量通過直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲。抑制高頻分量或干擾和噪聲。l高通濾波器高通濾波器：它允許信號中的：它允許信號中的高頻分量通過高頻分量通過，抑制低，抑制低頻或直流分量。頻或直流分量。l帶通濾波器帶通濾波器：它允許：它允許一定頻段的信號通過一定頻段的信號通過，抑制低于，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲?；蚋哂谠擃l段的信號、干擾和噪聲。l帶阻濾波器帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號，允許該：它抑制一定頻段內(nèi)的信號，允許該頻段頻段以外的信號通過以外的信號通過。無源濾波器無源濾波器l無源濾波器：

19、無源濾波器：僅由無源元件僅由無源元件(R、L 和和C)組成的濾波器，組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構(gòu)成的。這類濾波器的的原理構(gòu)成的。這類濾波器的優(yōu)點優(yōu)點是：是：電路比較簡單電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高；不需要直流電源供電，可靠性高；缺點缺點是：是：通帶內(nèi)通帶內(nèi)的的信號有能量損耗信號有能量損耗，負載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件，負載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應(yīng)，當時容易引起電磁感應(yīng)，當電感電感L較大較大時時濾波器的體積濾波器的體積和重量都比較大和重量都比較大。有源濾波器有源濾波器l有源濾

20、波器：有源濾波器：由由無源元件無源元件（一般用（一般用R和和C）和）和有源器有源器件件(如集成運算放大器）組成。這類濾波器的如集成運算放大器）組成。這類濾波器的優(yōu)點優(yōu)點是：是：通帶內(nèi)的通帶內(nèi)的信號不僅沒有能量損耗信號不僅沒有能量損耗，而且還可以，而且還可以放大放大，負載效應(yīng)不明顯，負載效應(yīng)不明顯，多級相聯(lián)多級相聯(lián)時相互時相互影響很小影響很小，利用級，利用級聯(lián)的簡單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的聯(lián)的簡單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小體積小、重量輕重量輕、不需要磁屏蔽、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元由于不使用電感元件）；缺點是：件）；缺點是：通帶通帶范圍受范圍受有源器件有源器

21、件(如集成運算放大如集成運算放大器）的器）的帶寬帶寬限制，需要限制，需要直流電源直流電源供電。供電。濾波器的主要參數(shù)濾波器的主要參數(shù)l通帶增益：通帶增益：帶增益是指帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)。壓放大倍數(shù)。l通帶截止頻率通帶截止頻率fp：定義：定義幅頻特性值等于幅頻特性值等于A0/所對應(yīng)的頻率。所對應(yīng)的頻率。2濾波器的主要參數(shù)濾波器的主要參數(shù)l帶寬帶寬B：通頻帶的寬度通頻帶的寬度l品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q：定義帶通濾波器中心頻率定義帶通濾波器中心頻率fn和帶寬和帶寬B之比。之比。Q=fn/B。其中：。其中：21ccnfff Q值越高，濾波器的頻率選擇性越好。例如中心頻

22、率同為值越高，濾波器的頻率選擇性越好。例如中心頻率同為1000Hz的兩個帶通濾波器，品質(zhì)因數(shù)分別為的兩個帶通濾波器，品質(zhì)因數(shù)分別為Q1=20，Q2=40，則對應(yīng)的則對應(yīng)的B1=50Hz，B2=25Hz，由于第二個濾波器的分辨力比，由于第二個濾波器的分辨力比第一個濾波器高，所以它比第一個頻率選擇性好。第一個濾波器高，所以它比第一個頻率選擇性好。濾波器的主要參數(shù)濾波器的主要參數(shù)l波紋幅度波紋幅度d：在一定頻率范圍內(nèi)，實際濾波器的幅頻特：在一定頻率范圍內(nèi)，實際濾波器的幅頻特性可能有波動，性可能有波動，d值為幅頻特性的最大波動值。一個優(yōu)值為幅頻特性的最大波動值。一個優(yōu)良的濾波器，良的濾波器，d與與相比

23、相比,應(yīng)遠遠小于應(yīng)遠遠小于-3dB，例子：無源濾波器例子：無源濾波器RCVVAVj11ioRC+-io.VV RC低通 電壓放大倍數(shù) (傳遞函數(shù))為SRC11iVSRCV110例子：有源濾波器例子：有源濾波器SRCAsVsVsAVFi11)()()(0nSA10)(1)()()(00nijAjVjVjA200)(1)()()(niAjVjVjA掌掌 握握l了解濾波器的功能了解濾波器的功能l知道濾波器的四種形式。（低通、高通、帶通、知道濾波器的四種形式。（低通、高通、帶通、帶阻）。帶阻）。調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)l為什么要對信號進行調(diào)制？為什么要對信號進行調(diào)制？l調(diào)制解調(diào)的基本概念調(diào)制解調(diào)的基本概念l調(diào)

24、幅電路調(diào)幅電路NoImage調(diào)制解調(diào)的功用與類型調(diào)制解調(diào)的功用與類型 在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？ 在測控系統(tǒng)中，進入測控電路的除了傳感器輸出的在測控系統(tǒng)中，進入測控電路的除了傳感器輸出的測量測量信號信號外，還往往有各種外，還往往有各種噪聲噪聲。而傳感器的輸出信號一般又。而傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測控很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測控電路的一項重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給電路的一項重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號測量信號賦予一定特征賦予一定特征，這就是，這就是調(diào)制調(diào)制

25、的的主要功用主要功用。 NoImage調(diào)制解調(diào)基本概念調(diào)制解調(diào)基本概念1、什么是信號調(diào)制？、什么是信號調(diào)制？ 調(diào)制：調(diào)制：就是用一個信號（稱為就是用一個信號（稱為調(diào)制信號調(diào)制信號）去控制另一個做為）去控制另一個做為載體的信號（稱為載體的信號（稱為載波信號載波信號），讓后者的某一特征參數(shù)按），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。前者變化。 2、什么是解調(diào)？、什么是解調(diào)？ 解調(diào)：解調(diào)：在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取提取反映被測量值的測量信反映被測量值的測量信號，這一過程稱為號，這一過程

26、稱為解調(diào)解調(diào)。 NoImage調(diào)制解調(diào)基本概念調(diào)制解調(diào)基本概念3、什么是調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號？、什么是調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號？ n調(diào)制是給測量信號賦予一定特征，這個特征由作為調(diào)制是給測量信號賦予一定特征，這個特征由作為載體載體的的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為這個載體稱為載波信號載波信號。 n用來用來改變載波信號改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號稱為號稱為調(diào)制信號調(diào)制信號。 n在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號作調(diào)制信號。經(jīng)過在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號

27、作調(diào)制信號。經(jīng)過調(diào)制調(diào)制的載波的載波信號叫信號叫已調(diào)信號已調(diào)信號。 例如：例如：l例如某例如某中波中波廣播電臺的頻率為廣播電臺的頻率為540kHz，這個頻率是，這個頻率是指指載波的頻率載波的頻率，它是由高頻電磁振蕩產(chǎn)生的等幅正弦，它是由高頻電磁振蕩產(chǎn)生的等幅正弦波頻率。用所要傳播的波頻率。用所要傳播的語言或音樂信號語言或音樂信號去改變高頻振去改變高頻振蕩的幅度，使高頻振蕩的幅度隨語言或音樂信號的變蕩的幅度，使高頻振蕩的幅度隨語言或音樂信號的變化而變化，這個控制過程就稱為化而變化，這個控制過程就稱為調(diào)制調(diào)制。其中。其中語言或音語言或音樂信號樂信號叫做調(diào)制信號，調(diào)制后的載波就載有調(diào)制信號叫做調(diào)制信

28、號，調(diào)制后的載波就載有調(diào)制信號所包含的信息，稱為所包含的信息，稱為已調(diào)波已調(diào)波。為什么要調(diào)制呢？為什么要調(diào)制呢？l為什么為什么要用語言或音樂信號去控制高頻振蕩呢？要用語言或音樂信號去控制高頻振蕩呢？原來要使信號的能量以電場和磁場的形式向空中發(fā)射原來要使信號的能量以電場和磁場的形式向空中發(fā)射出去出去傳向遠方傳向遠方，需要，需要較高的振蕩頻率較高的振蕩頻率方能使電場和磁方能使電場和磁場迅速變化；同時信號的波長要與天線的長度相匹配。場迅速變化；同時信號的波長要與天線的長度相匹配。為什么要調(diào)制呢？為什么要調(diào)制呢？l語言或音樂信號的語言或音樂信號的頻率太低頻率太低，無法產(chǎn)生迅速變化的電，無法產(chǎn)生迅速變化

29、的電場和磁場；相應(yīng)地，它們的波長又太大，即使選用它的最場和磁場；相應(yīng)地，它們的波長又太大，即使選用它的最高頻率高頻率20000Hz來計算，其波長仍為來計算，其波長仍為15000m，實際上，實際上是不可能架設(shè)這么長的天線的?？磥硪研盘杺鬟f出去，是不可能架設(shè)這么長的天線的?？磥硪研盘杺鬟f出去，必須必須提高頻率提高頻率，縮短波長縮短波長?？墒?。可是超過超過20kHz的高頻信號，的高頻信號，人耳人耳就就聽不見聽不見了。為了解決這個矛盾，只有采用把了。為了解決這個矛盾，只有采用把音頻音頻信信號號“搭乘搭乘”在在高頻載波高頻載波上，也就是調(diào)制，借助于高頻電磁上，也就是調(diào)制，借助于高頻電磁波將低頻信號發(fā)

30、射出去，傳向遠方。波將低頻信號發(fā)射出去，傳向遠方。NoImage調(diào)制解調(diào)的類型調(diào)制解調(diào)的類型在測控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？在測控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？ 在信號調(diào)制中常以一個在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號高頻正弦信號作為載波信號。作為載波信號。一個正弦信號有一個正弦信號有幅值幅值、頻率頻率、相位相位三個參數(shù)，可以對這三個三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進行調(diào)制，分別稱為參數(shù)進行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用。也可以用脈沖脈沖信號信號作載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數(shù)作調(diào)制，作載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對最常用的是對脈沖的寬度

31、脈沖的寬度進行調(diào)制，稱為進行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬脈沖調(diào)寬。 NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路一、調(diào)幅原理與方法一、調(diào)幅原理與方法 （一一）1、什么是調(diào)幅？寫出調(diào)幅信號的數(shù)學表達、什么是調(diào)幅？寫出調(diào)幅信號的數(shù)學表達式，畫出其波形。式，畫出其波形。 調(diào)幅調(diào)幅就是用就是用調(diào)制信號調(diào)制信號x去控制高頻去控制高頻載波信號載波信號的的幅值幅值。常用的是。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號的幅值按調(diào)制信號線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號的幅值按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變的線性函數(shù)變化?；?。 調(diào)幅信號的調(diào)幅信號的一般表達式一般表達式可寫為：可寫為： us=(Um+mx)coswct NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測

32、量電路 txOtOucusa)調(diào)制信號b)載波信號Otc)雙邊帶調(diào)幅信號NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0100Hz，應(yīng)怎，應(yīng)怎樣選取樣選取載波信號載波信號的的頻率頻率？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號放大器的？應(yīng)怎樣選取調(diào)幅信號放大器的通頻帶？信號解調(diào)后，怎樣選取通頻帶？信號解調(diào)后，怎樣選取濾波器濾波器的的通頻帶通頻帶？ NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路為了正確進行信號調(diào)制必須要求為了正確進行信號調(diào)制必須要求c，通常至少要求，通常至少要求c10。這樣，解調(diào)時。這樣，解調(diào)時濾波器濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信能較好地將調(diào)制

33、信號與載波信號號分開分開，檢出調(diào)制信號。若被測信號的變化頻率為，檢出調(diào)制信號。若被測信號的變化頻率為0100Hz，則載波信號的頻率則載波信號的頻率c1000 Hz。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應(yīng)。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應(yīng)為為9001100 Hz。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)100 Hz，即讓即讓0100Hz的信號順利通過，而將的信號順利通過，而將900 Hz以上的信號抑制，以上的信號抑制，可選通頻帶為可選通頻帶為200 Hz。 NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路傳感器調(diào)制傳感器調(diào)制 1、 為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進行信號為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進

34、行信號調(diào)制？調(diào)制？ 為了為了提高提高測量信號測量信號抗干擾能力抗干擾能力，常要求從信號一形成就，常要求從信號一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常常在傳感器中進行調(diào)制。已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常常在傳感器中進行調(diào)制。 NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路2、通過、通過交流供電交流供電實現(xiàn)調(diào)制實現(xiàn)調(diào)制 如，電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。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的調(diào)制 NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路電路調(diào)制電路調(diào)制 1、乘法器調(diào)制乘法器調(diào)制 a)原理圖 ucuxuoxyKxy b) 實用電路 -

35、8V 47k0.1F1k0.1F5175014 10 161k38MC14961k3.3k3.3k7501k680k20F20Fuc1k0.1F21254uoux+12V NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路二、包絡(luò)檢波電路二、包絡(luò)檢波電路 n什么是包絡(luò)檢波？什么是包絡(luò)檢波？ 從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)解調(diào)或或檢波檢波。幅幅值調(diào)制值調(diào)制就是讓就是讓已調(diào)信號已調(diào)信號的的幅值幅值隨調(diào)制隨調(diào)制信號信號的值變化，因此的值變化，因此調(diào)幅信號的調(diào)幅信號的包絡(luò)線形狀包絡(luò)線形狀與與調(diào)制信號調(diào)制信號一致。只要能檢出調(diào)幅一致。只要能檢出調(diào)幅信號的包絡(luò)線即能實現(xiàn)解

36、調(diào)。這種方法稱為信號的包絡(luò)線即能實現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波。 NoImage調(diào)幅式測量電路調(diào)幅式測量電路n包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？包絡(luò)檢波的基本工作原理是什么？ n n 由圖可見，只要從圖由圖可見，只要從圖a所示的調(diào)幅信號中，所示的調(diào)幅信號中，截去截去它的它的下下半部半部，即可獲得圖，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號所示半波檢波后的信號 (經(jīng)全波檢波或經(jīng)全波檢波或截去它的上半部也可截去它的上半部也可)，再經(jīng)，再經(jīng)低通濾波低通濾波，濾除高頻信號，即，濾除高頻信號，即可獲得所需調(diào)制信號，可獲得所需調(diào)制信號，實現(xiàn)解調(diào)實現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是建立在整。包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上

37、的。流的原理基礎(chǔ)上的。 us uo OOtta) b) NoImage1、基本電路、基本電路VDRL C2Ti+ us _+ uo _非線性 器件 低通 濾波器C1a) 二極管檢波電路C1V RL C2Tic+ us _+ _ 非線性 器件 低通 濾波器uo Ec b) 晶體管檢波電路（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波（一）二極管與三極管包絡(luò)檢波 （二）相敏檢波（二）相敏檢波l1、什么是相敏檢波電路？、什么是相敏檢波電路？l相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相位相位和和選頻選頻能力能力的檢波電路。的檢波電路。（二）相敏檢波（二）相敏檢波l2、為什么要采用相敏檢波？、為什么要

38、采用相敏檢波？ l包絡(luò)檢波有兩個問題：一是解調(diào)的主要過程是對調(diào)幅信號包絡(luò)檢波有兩個問題：一是解調(diào)的主要過程是對調(diào)幅信號進行半波或全波整流，進行半波或全波整流，無法無法從檢波器的輸出從檢波器的輸出鑒別鑒別調(diào)制信號的調(diào)制信號的相位相位。第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率不同載波頻率的信號的能力。的信號的能力。對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流，以恢復調(diào)對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流，以恢復調(diào)制信號，這就是說它不具有鑒別信號的能力。為了使檢波電路具制信號，這就是說它不具有鑒別信號的能力。為了使檢波電路具有判別信號有判別信號相位相位

39、和和頻率頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢相敏檢波波電路。電路。（二）相敏檢波（二）相敏檢波l3、相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能與電路構(gòu)成、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？上最主要的區(qū)別是什么？ l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波電路能夠鑒別鑒別調(diào)制信號調(diào)制信號相位相位，從而判別被測量變化的方向，同，從而判別被測量變化的方向，同時相敏檢波電路還具有時相敏檢波電路還具有選頻選頻的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力

40、。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點主要特點是，除了所需是，除了所需解調(diào)的解調(diào)的調(diào)幅信號調(diào)幅信號外，還要輸入一個外，還要輸入一個參考信號參考信號。有了。有了參考信號參考信號就可就可以用它來鑒別輸入信號的以用它來鑒別輸入信號的相位相位和和頻率頻率。（二）相敏檢波（二）相敏檢波RRRV UousUc開關(guān)式相敏檢波電路開關(guān)式相敏檢波電路注：注：V相當于開關(guān)，當相當于開關(guān)，當Uc0時，時，V截止；截止；Uc0時，時，V導通導通思考：思考：us相反相位時，輸出波形相反相位時，輸出波形NoImage為什么要采用精密檢波電路？為什么要采用精密檢波電路？ 二極管二極管VD和晶體管和晶體管V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發(fā)射結(jié)電壓超過一定值時才導通，它們向壓