第10章常用檢測電路

1、第第1010章章 常用的檢測電路常用的檢測電路 本章從測試系統(tǒng)角度出發(fā)，介紹測量系本章從測試系統(tǒng)角度出發(fā)，介紹測量系統(tǒng)中常用的：統(tǒng)中常用的： 信號放大電路信號放大電路 信號處理電路信號處理電路 信號轉換電路信號轉換電路 系統(tǒng)抗干擾技術系統(tǒng)抗干擾技術 直流放大電路直流放大電路 電壓增益電壓增益: :1) 1) 反相放大器反相放大器 1RRAFv 反饋電阻反饋電阻R RF F值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R R1 1的的取值應遠大于信號源取值應遠大于信號源U Ui i的內(nèi)阻。的內(nèi)阻。 10.1 1

2、0.1 信號放大電路信號放大電路2)2)同相放大器同相放大器 同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于抗很低的特點，廣泛用于前置放大級前置放大級。 同相放大器也是最基同相放大器也是最基本的電路本的電路 ，其閉環(huán)電壓，其閉環(huán)電壓增益增益AvAv為為: :11RRAFv交流放大電路交流放大電路 R R1 1一般取幾十千歐。耦合電容一般取幾十千歐。耦合電容C C1 1、C C3 3可根據(jù)交流可根據(jù)交流放大器的下限頻率放大器的下限頻率f L來確定。來確定。 )2/()103(31LLfRCC11RRAFv 若只需要放大交流信號，可采用圖示的集成若只

3、需要放大交流信號，可采用圖示的集成運放交流電壓同相放大器。其中電容運放交流電壓同相放大器。其中電容C C1 1、C C2 2及及C C3 3為隔直電容。為隔直電容。 v基本測量放大器基本測量放大器 測量放大器的結構如圖測量放大器的結構如圖10.110.1所示。所示。 圖圖10.1 10.1 測量放大器結構測量放大器結構RgRg粗調(diào)放大倍數(shù)粗調(diào)放大倍數(shù)RcRc微調(diào)放大倍數(shù)微調(diào)放大倍數(shù)10.1.110.1.1v三運放測量放大器三運放測量放大器 由二級放大器串聯(lián)組成，前級是二個對稱同相由二級放大器串聯(lián)組成，前級是二個對稱同相放大器放大器, ,后級是差動放大器，如圖后級是差動放大器，如圖10.2 10

4、.2 所示。所示。圖圖10.2 10.2 三運算放大器構成的測量放大器三運算放大器構成的測量放大器 根據(jù)運算放大器的基本分析方法，圖根據(jù)運算放大器的基本分析方法，圖10.210.2中中的輸出電壓的輸出電壓: :）（ 10.4 )(21 ()(212102010iiffUURRRRUURRU21iiidUUU設設 , ,則輸出為則輸出為: :）（ 10.5 )21 (210idfURRRRU）（ 10.5 )21 (210idfURRRRU當時，由于，則，當時，由于，則，輸出電壓輸出電壓o o=0=0。所以該電路。所以該電路放大差模信號放大差模信號，抑制共模信號抑制共模信號。差模放大倍數(shù)數(shù)值越大

5、，共模抑制比越高。差模放大倍數(shù)數(shù)值越大，共模抑制比越高。0iBAUUU021iiiUUU02o1ioUUUv 實用測量放大器實用測量放大器 在實際應用要求較高的場合，常采用在實際應用要求較高的場合，常采用集成測集成測量放大器量放大器, AD521, AD521集成測量放大器管腳說明和基集成測量放大器管腳說明和基本應用電路如圖本應用電路如圖10.310.3所示。所示。 圖圖10.3 AD52110.3 AD521管腳及應用電路管腳及應用電路該測量放大器的放大倍數(shù)按下面公式計算該測量放大器的放大倍數(shù)按下面公式計算：(10.6) 0gSiRRUUG在使用在使用AD521時，要特別注意為偏置電流提供回

6、路。時，要特別注意為偏置電流提供回路。圖圖10.410.4給出了傳感器與檢測電路幾種不同的耦合方給出了傳感器與檢測電路幾種不同的耦合方式下的接地方法式下的接地方法: :圖圖10.4 AD52110.4 AD521輸入信號耦合方式輸入信號耦合方式 放大電路的增益通過數(shù)字邏輯電路由程序來控制，放大電路的增益通過數(shù)字邏輯電路由程序來控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，簡稱這種電路稱為可編程增益放大電路，簡稱PGAPGA（Programmable Gain Amplifier）。 1 1、程控增益放大器、程控增益放大器 程控增益放大器的原理如圖程控增益放大器的原理如圖10.510.5所示所示 圖圖1

7、0.5 10.5 程控測量放大器程控測量放大器10.1.210.1.22 2、單片集成程控放大器、單片集成程控放大器LH0084 LH0084LH0084程控增益放大器由測量放大器構成，是一程控增益放大器由測量放大器構成，是一種通用性很強的放大器，其原理如圖種通用性很強的放大器，其原理如圖10.610.6所示。所示。 圖圖10.6 LH008410.6 LH0084原理圖原理圖為保證線路正常工作，必須滿足為保證線路正常工作，必須滿足: :程控增益放大器總的增益程控增益放大器總的增益GvGv為：為： (10.7)(10.7)LH0084LH0084程控增益控制關系如表程控增益控制關系如表10.1

8、10.1。)2()1(vVvGGG765432,RRRRRR表表10.1 LH008410.1 LH0084程控增益放大器程控增益放大器3 3、程控放大器量程自動切換、程控放大器量程自動切換（不介紹）（不介紹） 程控放大器的量程由程序控制進行自動切換程控放大器的量程由程序控制進行自動切換, ,其過其過程如圖程如圖10.710.7所示。所示。 圖圖10.7 10.7 量程自動切換程序框圖量程自動切換程序框圖1 1、隔離放大器的結構及、隔離放大器的結構及工作原理工作原理 隔離放大器組成隔離放大器組成: :輸入部分、輸出部分、輸入部分、輸出部分、信號耦合器和隔離電信號耦合器和隔離電源組成，如圖源組成

9、，如圖10.810.8所所示。示。 圖圖10.8 10.8 隔離放大器示意圖隔離放大器示意圖10.1.310.1.3 隔離放大器起隔離放大器起放大有用信號、隔離無用信號放大有用信號、隔離無用信號作用作用 隔離放大器總電壓增益：隔離放大器總電壓增益： 式中式中 輸入部分電壓增益；輸入部分電壓增益； 輸出部分電壓增益輸出部分電壓增益 2 2、變壓器耦合式變壓器耦合式 AD204AD204變壓器耦合隔離放大器的原理圖變壓器耦合隔離放大器的原理圖, ,圖圖10.910.9所所示示10001OUTINGGGINGOUTG圖圖10.9 10.9 變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器3 3、光電耦合式、

10、光電耦合式 圖圖10.1010.10所示為隔離放大器所示為隔離放大器ISO100ISO100內(nèi)部結構圖，內(nèi)部結構圖，它由兩個運放它由兩個運放 和兩個恒流源和兩個恒流源 以及光電耦合器組成。以及光電耦合器組成。 REF21I ,REFI21, AA圖圖10.10 10.10 隔離放大器隔離放大器ISO100ISO100內(nèi)部結構內(nèi)部結構 ISO100ISO100的基本接法如圖的基本接法如圖10.1110.11所示。所示。R R和和R Rf f為外接電為外接電阻，調(diào)整它們可改變增益。阻，調(diào)整它們可改變增益。 圖圖10.11 ISO10010.11 ISO100的基本接法的基本接法(10.8) ifo

11、URRU10.2 10.2 信號處理電路信號處理電路10.2.1 10.2.1 濾波電路濾波電路濾波是測試系統(tǒng)排除干擾、抑制噪聲常用的方濾波是測試系統(tǒng)排除干擾、抑制噪聲常用的方法。通過濾波技術，能提高系統(tǒng)測量信噪比，提高法。通過濾波技術，能提高系統(tǒng)測量信噪比，提高系統(tǒng)測量精度。系統(tǒng)測量精度。濾波技術分硬件濾波和軟件濾波。濾波技術分硬件濾波和軟件濾波。硬件濾波硬件濾波是是利用電路組成濾波器對傳感器信號進行處理，抑制利用電路組成濾波器對傳感器信號進行處理，抑制不需要頻率成分信號；不需要頻率成分信號；軟件濾波軟件濾波是通過計算機程序，是通過計算機程序，采用某些算法對傳感器信號進行處理，達到提高信采用

12、某些算法對傳感器信號進行處理，達到提高信噪比的目的。噪比的目的。硬件濾波是一種選頻電路，能使給定頻率范圍硬件濾波是一種選頻電路，能使給定頻率范圍的信號幾乎無衰減通過，而對其它頻率的信號加以的信號幾乎無衰減通過，而對其它頻率的信號加以抑制。根據(jù)通過信號的頻率范圍的不同，濾波器可抑制。根據(jù)通過信號的頻率范圍的不同，濾波器可分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。阻濾波器。由、等元件構成的濾波器稱為由、等元件構成的濾波器稱為無源濾無源濾波器波器；由運算放大器和網(wǎng)絡構成的濾波器稱為；由運算放大器和網(wǎng)絡構成的濾波器稱為有源濾波器有源濾波器。有源濾

13、波器有較高的增益、輸出阻抗低、易于有源濾波器有較高的增益、輸出阻抗低、易于實現(xiàn)各種類型的高階濾波器。實現(xiàn)各種類型的高階濾波器。教材介紹的是有源濾波器。教材介紹的是有源濾波器。、一階低通有源濾波器一階低通有源濾波器一階有源低通濾波器由一階有源低通濾波器由RC網(wǎng)絡和運算放大網(wǎng)絡和運算放大器構成，如圖器構成，如圖10.12（a）所示。）所示。 圖圖10.12 10.12 一階低通濾波器及其幅頻特性一階低通濾波器及其幅頻特性由圖由圖10.1210.12（a a）可得）可得 (10.9)(10.9)又由虛短，則又由虛短，則 (10.10)(10.10)令令 ，代入上式得，代入上式得 (10.11)(10

14、.11)式中：式中： 為通帶電壓增益為通帶電壓增益, , 為上限截止頻率。為上限截止頻率。 RCjUCjRCjUUii1111RCjURRUif1)1 (10RCf210001ffjGUUGupiup11RRGfpu0f、二階低通有源濾波器、二階低通有源濾波器 二階低通有源濾波器電路如圖二階低通有源濾波器電路如圖10.13(a)所示所示,圖圖(b)為其幅頻特性。為其幅頻特性。 圖圖10.13 10.13 二階低通有源濾波器及其幅頻特性二階低通有源濾波器及其幅頻特性v分析如下分析如下: : (10.12)(10.12) (10.13)(10.13) (10.14) (10.14)聯(lián)立以上三式得聯(lián)

15、立以上三式得 (10.15)(10.15)201)(311)1/(1)1/(1RCjRCjRCjUCjRCjRCjRCjUUiiRCjUCjRCjUU11110101fRRRUU11020)(31RCjRCjGUUGupiu令令 ，代入上式可得，代入上式可得 (10.16)(10.16)令令 時時, ,則則 解得解得: : (10.17) (10.17)RCf2100203)(1ffjffGGupupff 037.0ffp23)(1020ffjffpp3 3、高通有源濾波器、高通有源濾波器 高通有源濾波器允許高頻信號通過，抑制或高通有源濾波器允許高頻信號通過，抑制或衰減低頻信號。衰減低頻信號。

16、 一階一階RC高通高通濾器電路如圖濾器電路如圖10.14(a)10.14(a)所示。所示。 圖圖10.14 10.14 簡單的高通濾波器及其幅頻簡單的高通濾波器及其幅頻分析上圖分析上圖, ,可知可知: : 解得高通濾波器電路的傳遞函數(shù)為解得高通濾波器電路的傳遞函數(shù)為 (10.18)(10.18) 一階一階RCRC有源高通濾波器幅頻特性如圖有源高通濾波器幅頻特性如圖10.14（b b）所示。下限截止頻率為：所示。下限截止頻率為： upuGCRjCRjjUjUjG1)()()(10RCfL21二階高通有源濾波器電路如圖二階高通有源濾波器電路如圖10.1510.15（a a）所示）所示, ,圖圖(b

17、 )(b )為其幅頻特性。為其幅頻特性。 它的傳遞函數(shù)為它的傳遞函數(shù)為 (10.19)(10.19) (10.20) (10.20)圖圖10.15 10.15 二階高通有源濾波器電路二階高通有源濾波器電路2)1(1)3(1)(CRjCRjGGjGupupu22)()3(1)()(CRjCRjGGCRjjGupupu、工作原理、工作原理 采樣采樣保持電路組成：由模擬開關保持電路組成：由模擬開關K、模擬、模擬信號存儲電容信號存儲電容C和緩沖放大器和緩沖放大器A等三部分組成。等三部分組成。 其原理電路如圖其原理電路如圖10.16所示。所示。圖圖10.16 10.16 采樣采樣保持電路原理圖保持電路原

18、理圖10.2.2 10.2.2 采樣保持電路采樣保持電路電路的采樣過程如圖電路的采樣過程如圖10.1710.17所示所示 圖圖10.17 10.17 采樣采樣- -保持電路波形圖保持電路波形圖、模擬開關、模擬開關 模擬開關用于接通和斷開輸入信號，并由邏輯指模擬開關用于接通和斷開輸入信號，并由邏輯指令控制，當指令為令控制，當指令為“l(fā)”l”時，模擬開關時，模擬開關K K接通，輸出跟蹤接通，輸出跟蹤輸入變化；當指令為輸入變化；當指令為“0”0”時，輸出保持接通最后時刻時，輸出保持接通最后時刻的采樣值。的采樣值。 、采樣保持電路、采樣保持電路 (1) (1) 同相型采樣保持電路同相型采樣保持電路圖圖

19、10.1810.18同相型采樣同相型采樣保持電路保持電路(2) (2) 反相型采樣保持電路反相型采樣保持電路 反相型采樣保持電路如圖反相型采樣保持電路如圖10.1910.19所示所示 圖圖10.19 10.19 反相型采樣保持電路反相型采樣保持電路10.2.3 10.2.3 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)1、目的、目的解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。輸問題。 先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，先將微弱的緩變信號加載到高頻交流信號中去，然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的然后利用交流放大器進行放大，最后再從放大器的輸出信號中取出放大了的緩變信號。

20、輸出信號中取出放大了的緩變信號。 例：交流電橋例：交流電橋VinVoR1R3R2R42 2、調(diào)制種類、調(diào)制種類調(diào)制信號調(diào)制信號x(t)x(t)0 0t t載波信號載波信號)2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t ta) a) 幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM)(AM)2cos()(*)(fttxAtyb) b) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM)(FM)*)(2cos()(0ttxfAtyc) c) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM(PM)(2cos()(0txftAty幅度調(diào)制幅度調(diào)制 調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變測試信號

21、相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化化而變化)2cos()(*)(0fttxAty緩變信號緩變信號調(diào)制調(diào)制高頻信號高頻信號放大放大放大高放大高頻信號頻信號解調(diào)解調(diào)放大緩放大緩變信號變信號1、幅度調(diào)制與解調(diào)原理（時域波形分析）、幅度調(diào)制與解調(diào)原理（時域波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)解調(diào)解調(diào)二極管檢波二極管檢波低通濾波低通濾波10.3 10.3 信號轉換電路信號轉換電路實際測量中，傳感器輸出信號大多是模擬信號，要使計實際測量中，傳感器輸出信號大多是模擬信號，要使計算機或數(shù)字儀表能識別和處理這些信號，必須首先將模擬信算機或

22、數(shù)字儀表能識別和處理這些信號，必須首先將模擬信號轉換成數(shù)字信號；反之，經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)號轉換成數(shù)字信號；反之，經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量往往也需要轉換成相應的模擬信號才能去控制機構。因字量往往也需要轉換成相應的模擬信號才能去控制機構。因此存在模此存在模/ /數(shù)和數(shù)模轉換問題。數(shù)和數(shù)模轉換問題。能將模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路稱為能將模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路稱為模數(shù)轉換器模數(shù)轉換器，簡稱簡稱轉換器轉換器；能將數(shù)字信號轉換成模擬信號的電路稱；能將數(shù)字信號轉換成模擬信號的電路稱為為數(shù)模轉換器數(shù)模轉換器，簡稱，簡稱轉換器轉換器。10.3.1 10.3.1 模模/ /數(shù)與數(shù)模轉換器

23、數(shù)與數(shù)模轉換器本節(jié)內(nèi)容不作具體轉換電路的分析，只介紹有轉換電路類型及功能。本節(jié)內(nèi)容不作具體轉換電路的分析，只介紹有轉換電路類型及功能。、模、模/ /數(shù)轉換器數(shù)轉換器 轉換可分為直接法和間接法。轉換可分為直接法和間接法。 直接法直接法是把電壓直接轉換為數(shù)字量，如逐次比是把電壓直接轉換為數(shù)字量，如逐次比較型的較型的A AD D轉換器。轉換器。 間接法間接法是把電壓先轉換成某一中間量，再把中是把電壓先轉換成某一中間量，再把中間量轉換成數(shù)字量。間量轉換成數(shù)字量。 (1) (1) 逐次比較型模逐次比較型模/ /數(shù)轉換器數(shù)轉換器 逐次比較型逐次比較型A AD D轉換就是將輸入模擬信號與不轉換就是將輸入模擬

24、信號與不同的參考電壓做多次比較，使轉換所得的數(shù)字量在同的參考電壓做多次比較，使轉換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量的對應值。數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量的對應值。逐次比較型逐次比較型A AD D轉換器簡化框圖如圖轉換器簡化框圖如圖10.2010.20所所示它由示它由D DA A轉換、數(shù)碼設定、電壓比較和控制電轉換、數(shù)碼設定、電壓比較和控制電路組成。路組成。 圖圖10.20 10.20 逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉換框圖轉換框圖（2 2）雙積分型模雙積分型模/ /數(shù)轉換電路數(shù)轉換電路 雙積分型雙積分型A AD D轉換電路如圖轉換電路如圖10.2110.21所示。所示。 圖圖10.21 1

25、0.21 雙積分型雙積分型A/DA/D轉換器原理圖轉換器原理圖轉換過程分兩步，首先接通轉換過程分兩步，首先接通S S1 1，對輸入電壓，對輸入電壓(-U(-Ui i) )積分，積積分，積分電路輸出電壓為分電路輸出電壓為: : (10.21)(10.21) 然后在然后在T T1 1時，開關切換到時，開關切換到S S2 2位置，對基準參考電壓位置，對基準參考電壓UrUr反向反向積分，積分電路輸出電壓為：積分，積分電路輸出電壓為： （10.2210.22） 當當t=Tt=T2 2時，時，U U0 0(t)=0(t)=0，如圖，如圖10.2110.21（b b），此時得：），此時得： (10.23)(

26、10.23) 1001)()(TRCUdtUtUiTiRCTtUTRCUdtURCTRCUtUriTri)(1)(111101riUTTTU112 設時鐘脈沖頻率為設時鐘脈沖頻率為, , 當當t=Tt=T1 1時時, ,則時間則時間T T1 1為：為： 此時開始對標準參考電壓此時開始對標準參考電壓UrUr反向積分，時間間反向積分，時間間隔隔T= TT= T1 1T T2 2，計數(shù)值為，計數(shù)值為N N，則：，則： 所以：所以： cnf112TcfNTT21rniUNU12 雙積分型轉換器轉換時間較長，一般大于雙積分型轉換器轉換時間較長，一般大于4050ms，但若采用高精度基準參考電壓，可得到高精

27、度轉換結果。但若采用高精度基準參考電壓，可得到高精度轉換結果。 2 2、數(shù)、數(shù)/ /模轉換器模轉換器 數(shù)數(shù)/模（模（D/A）轉換器是通過電阻網(wǎng)絡，把數(shù)字）轉換器是通過電阻網(wǎng)絡，把數(shù)字 按其數(shù)碼權值轉換成模擬量的輸出。按其數(shù)碼權值轉換成模擬量的輸出。 D/A轉換器有兩種類型：權電阻網(wǎng)絡和轉換器有兩種類型：權電阻網(wǎng)絡和T形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 (1) 權電阻數(shù)權電阻數(shù)/模轉換器模轉換器 圖圖10.22是是4位二進制權電阻位二進制權電阻DA轉換器原理圖。轉換器原理圖。 由上圖可得：由上圖可得： （10.2410.24） （10.2510.25） 在上述電路中，權電阻分別為在上述電路中，權電阻分別為R

28、R、2R2R、4R4R、 。若數(shù)字量多于四位，可通過增加。若數(shù)字量多于四位，可通過增加模擬開關和權電阻來增加其位數(shù)。模擬開關和權電阻來增加其位數(shù)。 iiREFREFREFREFREFREFlDRVDDDDRVRVDRVDRVDRVDiiiii22)2222(222223001122333302112033210301022iiinFREFDRRVVRn 12(2) T形電阻數(shù)形電阻數(shù)/模轉換器模轉換器 T形電阻形電阻D/A轉換器原理如圖轉換器原理如圖10.23所示所示,該電路該電路電阻形狀成電阻形狀成T形，故稱形，故稱T形網(wǎng)絡。形網(wǎng)絡。 圖圖10.23 T10.23 T型電阻型電阻D/AD/A

29、轉換器轉換器 由圖由圖10.2310.23可知可知, ,根據(jù)疊加原理，運算放大器總根據(jù)疊加原理，運算放大器總輸入的等效電壓是各支路等效電壓之和，即輸入的等效電壓是各支路等效電壓之和，即: : (10.26)(10.26) 若取若取 R RF F3R3R，運算放大器的輸入端電流為，運算放大器的輸入端電流為: : (10.27)(10.27) 運算放大器的輸出電壓運算放大器的輸出電壓V V0 0為為: : (10.28)(10.28)2/ )2*2*2*2*(00112233DDDDVVREFe)2*2*2*2*(23001122334DDDDRVIREFr)2*2*2*2*(2001122334

30、0DDDDVRIVREFFr 1 1、電壓、電壓/ /頻率轉換器頻率轉換器 (1) (1) 轉換原理轉換原理 V/FV/F轉換器原理如圖轉換器原理如圖10.2410.24所示所示 圖圖10.24 V/ F10.24 V/ F轉換電路示意圖轉換電路示意圖 10.3.2 10.3.2 電壓電壓/ /頻率與頻率頻率與頻率/ /電壓轉換器電壓轉換器 1)當輸入電壓當輸入電壓Ux Uc時，放大器時，放大器A輸出為輸出為“1”狀狀 態(tài)，此時將單穩(wěn)觸發(fā)器置態(tài)，此時將單穩(wěn)觸發(fā)器置“1”，觸發(fā)器驅(qū)動開關，觸發(fā)器驅(qū)動開關S接通恒流源，使接通恒流源，使I0對電容對電容CL充電充電; 2)Uc上升，在上升，在Uc=U

31、x +U時，電壓比較器時，電壓比較器A輸出為輸出為“0”狀態(tài)，單穩(wěn)觸發(fā)器置狀態(tài)，單穩(wěn)觸發(fā)器置“0”，使開關，使開關S 斷開，斷開，I0停止對電容停止對電容CL充電充電; 3)電容電容CL通過電阻通過電阻RL放電，放電，Uc下降。當下降。當UcUx時，時，放大器放大器A及觸發(fā)器又回復及觸發(fā)器又回復“1”狀態(tài)，如此反復的狀態(tài)，如此反復的進行，其輸出波形如圖進行，其輸出波形如圖10.24(b)所示。所示。(2) (2) 用用V/FV/F轉換實現(xiàn)轉換實現(xiàn)A/DA/D轉換轉換 在在V/FV/F轉換基礎上，配合一個頻率計數(shù)器，可把轉換轉換基礎上，配合一個頻率計數(shù)器，可把轉換后輸出的頻率信號轉換成數(shù)字量，實

32、現(xiàn)后輸出的頻率信號轉換成數(shù)字量，實現(xiàn)A/DA/D轉換。轉換。 圖圖10.2510.25所示為用所示為用V/FV/F轉換實現(xiàn)轉換實現(xiàn)A/DA/D轉換的結構框圖。轉換的結構框圖。 圖圖10.25 10.25 用用V/FV/F實現(xiàn)實現(xiàn)A/DA/D轉換的結構框圖轉換的結構框圖2 2、頻率電壓轉換器、頻率電壓轉換器 頻率電壓頻率電壓(F/V)(F/V)轉換器是一種將頻率或周期轉換器是一種將頻率或周期信號，經(jīng)整形、濾波后，轉換成直流電壓輸出信號，經(jīng)整形、濾波后，轉換成直流電壓輸出的數(shù)字的數(shù)字/ /模擬轉換器模擬轉換器頻率頻率/ /電壓轉換器的基本電路電壓轉換器的基本電路 主要由輸入主要由輸入隔離電路隔離電

33、路、單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路、穩(wěn)幅穩(wěn)幅電路電路和和積分電路積分電路組成。組成。(1)(1) 圖圖10.2610.26是是F/VF/V轉換器常用的電路之一轉換器常用的電路之一; ;圖圖10.26 F/V10.26 F/V轉換電路轉換電路l輸入隔離電路輸入隔離電路: : 通過脈沖變壓器通過脈沖變壓器MBMB將信號源與將信號源與F/VF/V內(nèi)部電路隔內(nèi)部電路隔離，使頻率離，使頻率/ /電壓轉換過程在不同電壓轉換過程在不同“地地”中進行，中進行，從而提高抗干擾能力從而提高抗干擾能力; ;l 單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路: : 為了保證脈沖的寬度而設置的為了保證脈沖的寬度而設置的; ;l 穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路: : 使使T5輸

34、出矩形脈沖幅值穩(wěn)定不變，以提高測量輸出矩形脈沖幅值穩(wěn)定不變，以提高測量精度。圖中穩(wěn)壓二極管精度。圖中穩(wěn)壓二極管DW4、DW5是為是為T7發(fā)射極提發(fā)射極提供穩(wěn)定偏置電壓。供穩(wěn)定偏置電壓。l 積分電路積分電路: : 由高線性、高分辨率積分器構成。由高線性、高分辨率積分器構成。 (2) (2) 集成頻率集成頻率/ /電壓轉換器電壓轉換器 集成集成F/VF/V轉換器將由離散元件構成的轉換器將由離散元件構成的F/VF/V轉換器電轉換器電路集成在一個芯片上。路集成在一個芯片上。 圖圖10.27為由比較器為由比較器LM331構成的構成的F/V轉換的實用轉換的實用電路。電路。圖圖10.2710.27集成集成F

35、 / VF / V轉換器轉換器 在遠距離測控系統(tǒng)，為減少傳輸導線阻抗對信在遠距離測控系統(tǒng)，為減少傳輸導線阻抗對信號衰減，常用電壓號衰減，常用電壓/電流（電流（V / I）轉換電路將電壓轉換）轉換電路將電壓轉換成電流信號傳輸。成電流信號傳輸。 圖圖10.28是利用集成運算放大器構成的電壓是利用集成運算放大器構成的電壓/電流電流轉換電路。轉換電路。 圖圖10.28 10.28 電壓電壓/ /電流轉換電路電流轉換電路 10.3.3 10.3.3 電壓電壓/ /電流轉換電流轉換 由于電路引入負反饋，由于電路引入負反饋，U+=U-=0，負載電阻，負載電阻RL的電流為：的電流為： 圖圖10.29所示為另一

36、種個所示為另一種個V/I轉換電路轉換電路,由運算放由運算放大器大器A1和和A2組成組成 LiRUiiIlL圖圖10.29 10.29 輸出接地的輸出接地的V /IV /I轉換電路轉換電路圖中圖中 利用疊加原理可求出在利用疊加原理可求出在 作用下作用下, ,運算運算放大器放大器A A1 1的同相輸入端電壓的同相輸入端電壓 為：為： (10.29)(10.29)所以運算方法器所以運算方法器A A1 1的輸出電壓為：的輸出電壓為： (10.30)(10.30)由于由于A A2 2電壓跟隨器，所以有：電壓跟隨器，所以有： RRRRR432102,UUi1PUi34402343121120111URRR

37、URRRRRURRuPi344023431URRRURRRup202PUU 由由“虛斷虛斷”原則得原則得： (10.31) 將式將式10.29和式和式10.30代入上式得代入上式得: (10.32) 由上式可以看出它具有恒流特性由上式可以看出它具有恒流特性。 圖圖10.30是將是將ZF2B20高精度電壓電流轉換器芯片接高精度電壓電流轉換器芯片接成輸入電壓范圍是成輸入電壓范圍是010 v，輸出電流范圍，輸出電流范圍420 mA 的的V/I轉轉換電路。換電路。 020120RUURUiPLP00RUii圖圖10.30 010V/420mAV/I轉換電路轉換電路 在檢測裝置中，測量的信息往往是以電壓

38、或在檢測裝置中，測量的信息往往是以電壓或電流形式傳送的，由于檢測裝置內(nèi)部和外部因素電流形式傳送的，由于檢測裝置內(nèi)部和外部因素的影響，使信號在傳輸過程的各個環(huán)節(jié)中，不可的影響，使信號在傳輸過程的各個環(huán)節(jié)中，不可避免地要受到各種噪聲的干擾，而使信號產(chǎn)生不避免地要受到各種噪聲的干擾，而使信號產(chǎn)生不同程度的畸變，即為失真。可以說干擾噪聲是限同程度的畸變，即為失真?？梢哉f干擾噪聲是限制測試系統(tǒng)性能的決定因素。制測試系統(tǒng)性能的決定因素。10.4 10.4 抗干擾技術抗干擾技術常用抗干擾技術：常用抗干擾技術：隔離技術、濾波技術、軟件技術隔離技術、濾波技術、軟件技術等。等。 10.4.1 干擾的類型及信號耦合

39、方式干擾的類型及信號耦合方式 從干擾源看，干擾信號可分為兩大類從干擾源看，干擾信號可分為兩大類: 測量系統(tǒng)外部因素產(chǎn)生的干擾，稱測量系統(tǒng)外部因素產(chǎn)生的干擾，稱“外部干擾外部干擾”; 測量系統(tǒng)內(nèi)部各部件間的互相干擾，稱為測量系統(tǒng)內(nèi)部各部件間的互相干擾，稱為“內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾” 1、外部干擾、外部干擾 外部干擾是由使用條件和外界環(huán)境因素引起的外部干擾是由使用條件和外界環(huán)境因素引起的干擾，它主要來源于自然干擾及測量系統(tǒng)周圍電氣干擾，它主要來源于自然干擾及測量系統(tǒng)周圍電氣設備的干擾。設備的干擾。自然干擾主要來源自然干擾主要來源: :閃電、雷擊、宇宙輻射、太陽黑子活動等。閃電、雷擊、宇宙輻射、太陽黑子活

40、動等。 電氣設備產(chǎn)生的干擾：電磁場、電火花、電弧焊接、高頻加電氣設備產(chǎn)生的干擾：電磁場、電火花、電弧焊接、高頻加熱、可控硅整流等強電系統(tǒng)所造成的干擾。熱、可控硅整流等強電系統(tǒng)所造成的干擾。 2、內(nèi)部干擾、內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾是指測量裝置內(nèi)部元件引起的各種干擾。內(nèi)部干擾是指測量裝置內(nèi)部元件引起的各種干擾。包括包括: v電阻中的電子熱運動引起的熱噪聲；電阻中的電子熱運動引起的熱噪聲；v半導體內(nèi)載流子的隨機運動引起的散粒噪聲；半導體內(nèi)載流子的隨機運動引起的散粒噪聲；v兩種導電材料之間不完全接觸產(chǎn)生的接觸噪聲；兩種導電材料之間不完全接觸產(chǎn)生的接觸噪聲；v布線不合理、寄生電容、泄漏電阻等耦合形成寄布線不合理、寄生電容、泄漏電阻