測(cè)控電路與器件課件

1、測(cè)控電路與器件目錄第1章 信號(hào)調(diào)理電路第2章 常用控制器件第3章 控制電機(jī)第4章 常用電氣控制線路第5章 可編程序控制器及應(yīng)用第6章 模擬量控制電路第7章 開關(guān)量控制電路第8章 信號(hào)顯示 第1章 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)放大信號(hào)變換電路信號(hào)運(yùn)算電路濾波電路調(diào)制與解調(diào)電路數(shù)據(jù)采集電路 1.1 信號(hào)放大 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種物理量經(jīng)過傳感器或變送器變?yōu)殡娦盘?hào)，這些電信號(hào)往往比較小，需經(jīng)過放大后才能送給A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量送給計(jì)算機(jī) 。 因生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同，放大器的工作環(huán)境千差萬(wàn)別，傳感器的輸出信號(hào)大小和輸出阻抗不同，對(duì)系統(tǒng)的精度、速度和穩(wěn)定性要求不同，因而需要不同的放大器。 本節(jié)主要介紹比例放大器、儀用放大器、隔

2、離放大器、可變?cè)鲆娣糯笃鞯?。返回通用方?Ri很大，Ro很小，K很大。 虛短在深度負(fù)反饋的條件下，運(yùn)放的兩輸入端的電壓差為零 即：uiuu0，即uu 虛斷流入和流出輸入端的電流都為0。 即： I=I0運(yùn)算放大器的理想特性：1.1.1 比例放大器同相放大器圖1-1 同相放大器的基本形式 同相放大器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，增益高的特點(diǎn)?；拘问饺鐖D1-1所示：增益為：1.1.1 比例放大器同相放大器 同相放大器的特點(diǎn)：輸入阻抗高。輸入阻抗為： 式中：ri為運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗，A為運(yùn)放的開環(huán)增益，F(xiàn)為電路的反饋系數(shù)。1.1.1 比例放大器同相放大器 同相放大器的特點(diǎn)：輸出阻抗很小，幾乎接近于0。

3、輸出阻抗為： 式中：r0為運(yùn)放的開環(huán)輸出阻抗，A為運(yùn)放的開環(huán)增益，F(xiàn)為電路的反饋系數(shù)。1.1.1 比例放大器反相放大器 反向放大器具有輸入阻抗低，輸出阻抗低，但性能穩(wěn)定的特點(diǎn)?；拘问饺鐖D1-4所示：增益為：圖1-4 反相放大器的基本形式 1.1.1 比例放大器基本差分放大器 圖1-7 基本差分放大器 采用電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱的差分放大，有利于抑制共模干擾（提高電路的共模抑制比）和減小溫度漂移。 利用電路的線性疊加原理，先計(jì)算輸入信號(hào)uI1作用的輸出uO1: 再計(jì)算輸入信號(hào)uI2作用的輸出uO2:1.1.1 比例放大器基本差分放大器 圖1-7 基本差分放大器 如果電路能做到完全對(duì)稱，即 則有:1.

4、1.1 比例放大器基本差分放大器由于基本差分放大器的輸入阻抗較低，它的應(yīng)用受到很大的限制，通常它用于構(gòu)成下面要介紹的儀用放大器。集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是共模抑制比和溫度性能。這類芯片也有很多，如INAl05，INAl06，INAll7。1.1.2 儀用放大器 儀用放大器是一種在傳感器接口電路中，經(jīng)常要用到的差分放大器。 這類放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比，精度高、穩(wěn)定性好，經(jīng)常用于精密儀器電路和測(cè)控電路中，故稱為儀用放大器。 圖1-8所示為并聯(lián)差分輸入儀用放大器（三運(yùn)放電路）。圖1-8三運(yùn)放儀用放大器1.1.2 儀用放大器 電路分析：圖1-8三運(yùn)放儀用放大器1.1.2 儀用

5、放大器 電路分析：圖1-8三運(yùn)放儀用放大器差模增益為：共模增益為：由三運(yùn)放組成的差分放大器具有高共模抑制比、高輸入阻抗和可變?cè)鲆娴纫幌盗袃?yōu)點(diǎn)，它是目前測(cè)控系統(tǒng)和儀器儀表中最典型的前置放大器。1.1.3 隔離放大器 所謂隔離放大器，是指前級(jí)放大器與后級(jí)放大器之間沒有電的聯(lián)系，而是利用光或磁來(lái)耦合信號(hào)。 它可以提高系統(tǒng)的抗干擾性能、安全性能和可靠性，現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)經(jīng)常采用隔離放大器。 目前用得較多的是利用光來(lái)耦合信號(hào)。用光來(lái)耦合信號(hào)的器件叫光電耦合器，其內(nèi)部有作為光源的半導(dǎo)體二極管和作為光接收的光敏二極管和三極管。 如圖1-9給出了常見的幾種光電耦合器的內(nèi)部電路。1.1.3 隔離放大器 不同類型光電

6、耦合器件傳輸特性比較：（圖1-10） 選用硅光敏三極管和達(dá)林頓型時(shí)，應(yīng)合理選擇工作點(diǎn)，并將其工作范圍限制在近似的線性傳輸區(qū)； 在要求低失真和寬頻帶的高性能傳輸時(shí)，宜采用光敏二極管型。 硅光敏二極管型：良好的傳輸線性和較寬的線性范圍，但傳輸增益最小； 硅光敏三極管型：傳輸線性較差，傳輸增益較大； 達(dá)林頓型：傳輸線性最差，但傳輸增益最大。因此：1.1.3 隔離放大器 下圖為采用光電耦合器的光電隔離放大器： 圖1-11光電偶合放大電路圖1-12線形光電偶合放大電路1.1.4 可變?cè)鲆娣糯笃?為了增加測(cè)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和改變電路的靈敏度以適應(yīng)不同的工作條件，經(jīng)常需要改變放大器的增益。 通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)

7、的反饋系數(shù)，即電阻的比例，同相放大器和反相放大器都很容易改變?cè)鲆妗?圖1-14所示是一個(gè)可變?cè)鲆娴耐喾糯笃鞯脑韴D。1.1.4 可變?cè)鲆娣糯笃?增益: 顯然，改變變阻器RP的阻值可以改變放大器的增益。 該電路可以連續(xù)地改變放大器的增益。 1.2 信號(hào)變換電路 電壓電流變換器(VCC) 電流電壓變換器(CVC)電壓頻率變換電路 頻率電壓變換電路電壓比較器限幅放大器 返回1.2.1 電壓/電流變換器和電流/電壓變換器 電壓電流變換器(VCC)用來(lái)將電壓信號(hào)變換為與電壓成正比的電流信號(hào)。 VCC按負(fù)載接地與否可分為負(fù)載浮地型和負(fù)載接地型兩類。電壓/電流變換器(1)負(fù)載浮地型電壓電流變換器常用的接法

8、：反相式負(fù)載浮地型VCC中，輸入電壓uI加在反相輸入端，負(fù)載阻抗ZL接在反饋支路中，故輸入電流等于反饋支路中的電流，即 (1)負(fù)載浮地型電壓電流變換器負(fù)載阻抗中的電流iL與輸入電壓uI成正比，而與負(fù)載阻抗ZL無(wú)關(guān)。同相式負(fù)載浮地型VCC中，輸入電壓uI加在同相輸入端，負(fù)載阻抗ZL接在反饋支路中，故輸入電流等于反饋支路中的電流，即 電流放大式負(fù)載浮地型VCC，在這個(gè)電路中，負(fù)載電流大部分由運(yùn)算放大器提供，只有很小一部分由信號(hào)源提供，且有(1)負(fù)載浮地型電壓電流變換器圖1-21負(fù)載接地型VCC(2)負(fù)載接地型電壓電流變換器常用接法：利用疊加原理，有：如果(2)負(fù)載接地型電壓電流變換器高性能型： 電

9、路中A1為普通運(yùn)算放大器，A2為儀器放大器(如AD620)。假定A2的增益為K，則有：圖1-22高性能負(fù)載接地型VCC電流電壓變換器(CVC) 電流電壓變換器(CVC)用來(lái)將電流信號(hào)變換為成正比的電壓信號(hào)。 圖1-23所示為電流電壓變換器的原理圖。電流電壓變換器(CVC) 若將電流源接人運(yùn)算放大器的反相輸入端，并忽略運(yùn)算放大器本身的輸入電流，則有電流電壓變換器(CVC) 若被測(cè)電流iS很小，為了要有一定的輸出電壓數(shù)值應(yīng)該取較大的RF阻值，但RF越大，必然帶來(lái)兩個(gè)問題：一是大阻值的電阻不容易找到，精度也差；二是輸出端的噪聲也越大。 在實(shí)際應(yīng)用中，常采用如下圖所示電路：1.2.2 電壓/頻率變換與

10、頻率/電壓變換 電壓/頻率變換電路（VFC）：也稱為頻率調(diào)制（FM）、壓控振蕩器（VCO）、準(zhǔn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 頻率/電壓變換電路（FVC）：也稱為鑒頻器、準(zhǔn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。1. 電壓/頻率變換電路 絕大多數(shù)的電壓頻率變換電路都可采用圖1-26的原理框圖來(lái)說(shuō)明。 圖中模擬開關(guān)在比較器輸出的控制下將輸入信號(hào)輸入到積分器，積分器通常采用線性積分電路，積分器的輸出與參考電壓UR相比較，當(dāng)積分器的輸出達(dá)到時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，其輸出控制模擬開關(guān)切換到uF，是與uI相反的電壓,且幅值較高；或者模擬開關(guān)把積分器短路，使積分器的輸出迅速回零。 1. 電壓/頻率變換電路 假定uI0，在對(duì)uI積分時(shí)積分器的輸出： 比

11、較器翻轉(zhuǎn)后控制模擬開關(guān)使積分器迅速回零，這個(gè)期間需時(shí)間為T2。在設(shè)計(jì)電路時(shí)使T2U-時(shí)，UO=U+O，max （2）當(dāng)同相輸入端電壓大于反向輸入端電壓時(shí)，輸出電 壓為高電平，即 U+0時(shí)，UO0; 當(dāng)iF0。 令iF=0，則有：1. 電壓比較器（1）比較器的輸入電路c. 斜率比較器 因此： 遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性的比較器，它在單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)。 左圖為遲滯比較器的電路圖，其傳輸特性如右圖所示。1. 電壓比較器（2）比較器的反饋電路 設(shè)運(yùn)放是理想的并利用疊加原理，則有 1. 電壓比較器（2）比較器的反饋電路根據(jù)輸出電壓vO的不同值（VOH或VOL），可求出上門限

12、電壓VT+和下門限電壓VT分別為： 設(shè)從 vI=0、vO=vOH和vp=vT+開始討論。當(dāng)vI由零向正方向增加到接近vp=vT+前，vO一直保持 不變。當(dāng)vI增加到略大于vp=vT+，則vO由VOH下跳到VOL，同時(shí)使vP下跳到vp=vT-。VI再增加，vO保持vO=vOL不變。若減小vI，只要vIvp=vT-，則vO將始終保持vO=vOL不變，只有當(dāng)vIvp=vT-時(shí)， vO才由vOL跳到VOH。其傳輸特性如圖所示。 1. 電壓比較器（2）比較器的反饋電路傳輸特性： 下圖所示為采用穩(wěn)壓二極管的輸出端箝位電路。1. 電壓比較器（3）比較器的輸出箝位 當(dāng)uIUR時(shí)，輸出電壓uO為正，并且被箝定在

13、穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓UW上； 當(dāng)uIUR時(shí)，輸出電壓uO為負(fù)，并且被箝定在穩(wěn)壓二極管的正向壓降UD上。2. 限幅放大器 限幅放大器的功能是輸入信號(hào)較小時(shí)，限幅放大器處于線形放大工作狀態(tài)，輸出跟隨輸入線形變化；當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一電平時(shí)，輸出將不隨輸入信號(hào)的增加而變化，而維持在一定值上，即處于限幅工作狀態(tài)。其輸入輸出特性如圖1-37(b)所示 。2. 限幅放大器 下圖為采用穩(wěn)壓二極管的反饋式限幅放大電路。 當(dāng)輸入信號(hào)uI較小、輸出電壓的絕對(duì)值|uO|UZ+UD，則穩(wěn)壓二極管的支路導(dǎo)通，輸出電壓uO隨輸入電壓uI的增加被箝定在UZ+UD上，而不隨輸入電壓的變化而變化。1.3 信號(hào)運(yùn)算電路 加法運(yùn)算電

14、路減法運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路特征值運(yùn)算電路 返回加法運(yùn)算電路 若干個(gè)電壓信號(hào)的相加可以通過一個(gè)反相運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1-38所示。 輸入電壓u1，u2，un通過電阻接入反相輸入端，由于此點(diǎn)為虛地點(diǎn)，故根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流原理可得如下關(guān)系式： a.反相加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路 如果取： 則有： a.反相加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路 若干個(gè)電壓信號(hào)的相加也可以通過一個(gè)同相運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1-39所示。 通常令：b.同相加法運(yùn)算電路可得：減法運(yùn)算電路 減法運(yùn)算電路如圖1-40所示。 利用線性疊加原理，有： 圖1-40電路減法運(yùn)算積分運(yùn)算電路 積分電路的應(yīng)用很為廣泛，它不僅用作積分運(yùn)算，而且利

15、用它的充放電過程還可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)，以及產(chǎn)生各種波形。 典型的積分電路如圖1-41所示。積分運(yùn)算電路 在積分電路中，負(fù)反饋回路中是一個(gè)積分電容C，而不是電阻，這種積分電路稱為反相積分電路，其輸出電壓為：微分運(yùn)算電路 通過變換圖1-41中電阻和電容的位置，就可得到如圖1-42所示的微分運(yùn)算電路。根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流原理，由電路可得：1.3.3 特征值運(yùn)算電路 在測(cè)控儀器中，經(jīng)常需要獲得某些特征值，如信號(hào)瞬時(shí)值、正負(fù)峰值、絕對(duì)值、算術(shù)平均值和有效值等。而獲得這些特征值的電路，相應(yīng)地有絕對(duì)值運(yùn)算電路、峰值運(yùn)算電路、均值運(yùn)算電路、有效值運(yùn)算電路等，這些電路統(tǒng)稱為特征值運(yùn)算電路。1. 絕對(duì)值運(yùn)算電路 取絕對(duì)值

16、就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行全波或半波整流。 絕對(duì)值電路的傳輸特性曲線應(yīng)具有如圖1-43所示的形式。1. 絕對(duì)值運(yùn)算電路 常使用整流二極管對(duì)信號(hào)進(jìn)行全波或半波整流。但是整流二極管的非線性會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響，特別是在小信號(hào)的情況下。 為了精確地實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值運(yùn)算，必須采用線性整流電路。圖1-44所示為全波線性絕對(duì)值電路。圖1-44 全波線性絕對(duì)值電路由A1和R1、R2、D1、D2構(gòu)成半波整流電路，有：（1）uI0時(shí)：Dl導(dǎo)通、D2截止、uA=0：（2）uIfP時(shí)，低通濾波器的輸出電壓與輸入電壓的比很小。對(duì)于不對(duì)稱的交流電而言，無(wú)論如何不會(huì)有ffP的情況，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的傅里葉變換常數(shù)項(xiàng)不為零，而是信號(hào)的算術(shù)平均值，即2

17、. 均值運(yùn)算電路 將傅里葉級(jí)數(shù)的所有其他項(xiàng)之和記為uI(t) ，則uI(t)與輸入電壓uI(t)有相同的形狀，只是相當(dāng)于在縱軸方向平移了uI，則輸入電壓可寫為： 這時(shí)，只要將fP選得足夠低，就能滿足ffP的條件，經(jīng)過低通濾波器時(shí)，uI(t)被積分，而直流部分線性通過，則輸出電壓可寫成： 當(dāng)RC取足夠大時(shí)，則有：3. 峰值運(yùn)算電路 峰值運(yùn)算電路的基本原理就是利用二極管單向?qū)щ娞匦?，使電容單向充電，記憶其峰值?為了克服二極管管壓降的影響，可以采用圖1-46所示的電路，將二極管D1放在反饋回路中。圖1-46峰值運(yùn)算電路 3. 峰值運(yùn)算電路 當(dāng)輸入電壓uIuC時(shí)，A1輸出為正，D1截止、D2導(dǎo)通，電

18、容C充電，使得uC=uI。這樣電容C一直充電到輸人電壓的最大值。 后級(jí)電壓跟隨器具有較高的輸入阻抗，電容C可以保持峰值較長(zhǎng)時(shí)間。圖1-46峰值運(yùn)算電路4. 有效值運(yùn)算電路 交變信號(hào)u(t)的有效值被定義為平方平均值或方均根值。 為了使有效值U不隨T而變化，T的選取應(yīng)大于信號(hào)中諧波分量的最大周期。 對(duì)于正弦信號(hào)有： 也就是說(shuō)，對(duì)于正弦信號(hào)，可以通過測(cè)量其幅值求得有效值。4. 有效值運(yùn)算電路 對(duì)于其他輸入信號(hào)，可以通過圖1-47(a)所示電路來(lái)獲得有效值。 圖中A1構(gòu)成同相積分器。A2實(shí)現(xiàn)開方，電路的輸出與有效值成正比。1.4 濾波電路 濾波電路的功能是從眾多的信號(hào)中選出需要的信號(hào)。 根據(jù)電路工作

19、時(shí)是否需要電源，濾波電路分為無(wú)源濾波器和有源濾波器； 根據(jù)電路選取信號(hào)的特點(diǎn)，濾波器可分為四種：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。1. 無(wú)源濾波器 無(wú)源濾波器主要由電感、電容和電阻構(gòu)成，所以又稱RLC濾波電路。 RLC濾波電路可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。（1）低通濾波器（LPF） 當(dāng)?shù)屯V波器輸入0f1頻率范圍的信號(hào)時(shí)，經(jīng)濾波器后輸出0f0頻率范圍的信號(hào)，也就是說(shuō)，只有f0頻率以下的信號(hào)才能通過濾波器。這里的f0頻率稱為截止頻率，又稱轉(zhuǎn)折頻率，低通濾波器只能通過頻率低于截止頻率f0的信號(hào)。 低通濾波器的功能是選取低頻信號(hào)，低通濾波器意為“低頻信號(hào)可以通過

20、的電路”。 以下圖為例說(shuō)明低通濾波器的性質(zhì)。（1）低通濾波器（LPF） 圖(a)為RC低通濾波器。當(dāng)電路輸入各種頻率的信號(hào)時(shí)，因?yàn)殡娙軨對(duì)高頻信號(hào)阻礙小，高頻信號(hào)經(jīng)電容C旁路到地；電容C對(duì)低頻信號(hào)阻礙大，低頻信號(hào)不會(huì)旁路，而是輸出到后級(jí)電路。下圖為幾種常見的低通濾波器。（1）低通濾波器（LPF） 如果單級(jí)RC低通濾波器濾波達(dá)不到效果，可采用圖(b)所示的多級(jí)RC濾波器，這種濾波器能更徹底地濾掉高頻信號(hào)，使選出的低頻信號(hào)更純凈。下圖為幾種常見的低通濾波器。（1）低通濾波器（LPF） 圖(c)所示為RL低通濾波器。當(dāng)電路輸入各種頻率的信號(hào)時(shí)，因?yàn)殡姼袑?duì)高頻信號(hào)阻礙大，高頻信號(hào)很難通過電感L；而電感

21、對(duì)低頻信號(hào)阻礙小，低頻信號(hào)很容易通過電感去后級(jí)電路。下圖為幾種常見的低通濾波器。（2）高通濾波器（HPF） 當(dāng)高通濾波器輸入0f1頻率范圍的信號(hào)時(shí)，經(jīng)濾波器后輸出f0f1頻率范圍的信號(hào)，也就是說(shuō)，只有f0頻率以上的信號(hào)才能通過濾波器。高通濾波器只能通過頻率高于截止頻率f0的信號(hào)。 高通濾波器的功能是選取高頻信號(hào)。 以下圖為例說(shuō)明高通濾波器的性質(zhì)。（2）高通濾波器（HPF） 圖(a)為RC高通濾波器。當(dāng)電路輸入各種頻率的信號(hào)時(shí)，因?yàn)殡娙軨對(duì)高頻信號(hào)阻礙小，對(duì)低頻信號(hào)阻礙大，故低頻信號(hào)難于通過電容C，高頻信號(hào)很容易通過電容去后級(jí)電路。下圖為幾種常見的高通濾波器。（2）高通濾波器（HPF） 圖(b)

22、為RL高通濾波器。當(dāng)電路輸入各種頻率的信號(hào)時(shí)，因?yàn)殡姼袑?duì)高頻信號(hào)阻礙大，對(duì)低頻信號(hào)阻礙小，故低頻信號(hào)很容易通過電感L旁路到地，高頻信號(hào)不容易被電感旁路而只能去后級(jí)電路。下圖為幾種常見的高通濾波器。（2）高通濾波器（HPF） 圖(c)是一種效果更好的高通濾波器。電容C1、C2對(duì)高頻信號(hào)阻礙小、對(duì)低頻信號(hào)阻礙大，低頻信號(hào)難于通過，高頻信號(hào)很容易通過；另外，電感L對(duì)高頻信號(hào)阻礙大、對(duì)低頻信號(hào)阻礙小，低頻信號(hào)很容易被旁路掉，高頻信號(hào)則不容易被旁路掉。這種濾波器的電容C1、C2對(duì)低頻信號(hào)有較大的阻礙，再加上電感對(duì)低頻信號(hào)的旁路，低頻信號(hào)很難通過該濾波器，低頻信號(hào)分離較徹底。下圖為幾種常見的高通濾波器。（

23、3）帶通濾波器（BPF） 當(dāng)帶通濾波器輸入0f1頻率范圍的信號(hào)時(shí)，經(jīng)濾波器后輸出fLfH頻率范圍的信號(hào)，這里fL稱為下限截止頻率，fH稱為上限截止頻率。帶通濾波器只能通過在下限截止頻率fL和上限截止頻率fH之間的信號(hào)（含fL、fH信號(hào)），如果fL=fH=f0，那么這種帶通濾波器就可以選擇單一頻率的f0信號(hào)。 帶通濾波器的功能是選取某一段頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。 以下圖為例說(shuō)明帶通濾波器的性質(zhì)。（3）帶通濾波器（BPF） 圖(a)是一種由RC元件構(gòu)成的帶通濾波器。其中R1、C1構(gòu)成低通濾波器，它的截止頻率為fH，可以通過fH頻率以下的信號(hào)；C2、R2構(gòu)成高通濾波器，它的截止頻率為fL，可以通過fL頻率

24、以上的信號(hào)；結(jié)果只有fLfH頻率范圍的信號(hào)通過整個(gè)濾波器。下圖為幾種常見的帶通濾波器。（3）帶通濾波器（BPF） 圖(b)是一種由LC串聯(lián)諧振電路構(gòu)成的帶通濾波器。L、C諧振頻率為f0，它對(duì)頻率為f0的信號(hào)阻礙小，對(duì)其他信號(hào)阻礙很大，故只有頻率為f0的信號(hào)可以通過。 該電路選取單一頻率的信號(hào)，如果想讓f0附近頻率的信號(hào)也能通過，就要降低諧振電路的Q值，Q值越低，LC電路的通頻帶越寬，能通過f0附近更過頻率的信號(hào)。下圖為幾種常見的帶通濾波器。（3）帶通濾波器（BPF） 圖(c)是一種由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成的帶通濾波器。L、C諧振頻率為f0，它對(duì)頻率為f0的信號(hào)阻礙大，對(duì)其他頻率的信號(hào)阻礙小，故其

25、他頻率的信號(hào)被旁路，只有頻率為f0的信號(hào)不會(huì)被旁路，而去后級(jí)電路。下圖為幾種常見的帶通濾波器。（4）帶阻濾波器（BEF） 當(dāng)帶通濾波器輸入0f1頻率范圍的信號(hào)時(shí)，經(jīng)濾波器后輸出0fL、fHf1頻率范圍的信號(hào)，而fLfH頻率范圍內(nèi)的信號(hào)不能通過。帶阻濾波器只能通過在下限截止頻率fL以下和上限截止頻率fH以上的信號(hào)（不含fL、fH信號(hào)），如果fL=fH=f0，那么這種帶通濾波器就可以選擇頻率f0以外的所有信號(hào)。 帶阻濾波器的功能是選取某一段頻率范圍以外的信號(hào)。帶阻濾波器又叫陷波器，它的功能與帶通濾波器恰好相反。 以下圖為例說(shuō)明帶阻濾波器的性質(zhì)。（4）帶阻濾波器（BEF） 圖(a)是一種由RC元件構(gòu)

26、成的帶阻濾波器。其中R1、C1構(gòu)成低通濾波器，它的截止頻率為fL，可以通過fL頻率以下的信號(hào)；C2、R2構(gòu)成高通濾波器，它的截止頻率為fH，可以通過fH頻率以上的信號(hào)；結(jié)果只有fL以下和fH以上范圍的信號(hào)可以通過濾波器。下圖為幾種常見的帶阻濾波器。（4）帶阻濾波器（BEF） 圖(b)是一種由LC并聯(lián)諧振構(gòu)成的帶阻濾波器。 L、C諧振頻率為f0，它對(duì)頻率為f0的信號(hào)阻礙很大，而對(duì)其他頻率的信號(hào)阻礙小，故只有頻率為f0的信號(hào)不能通過，其他頻率的信號(hào)都能通過。 該電路可以阻止單一頻率的信號(hào)，如果想讓f0附近頻率的信號(hào)也不能通過，可以降低諧振電路的Q值，Q值越低，LC電路的通頻帶越寬，可以阻止f0附近

27、更多頻率的信號(hào)通過。（4）帶阻濾波器（BEF） 圖(c)是一種由LC串聯(lián)諧振電路構(gòu)成的帶阻濾波器。L、C諧振頻率為f0，它對(duì)頻率為f0的信號(hào)阻礙很小，對(duì)其他信號(hào)阻礙很大，故只有頻率為f0的信號(hào)被旁路到地，其他頻率的信號(hào)不會(huì)被旁路，而是去后級(jí)電路。2. 有源濾波器 有源濾波器一般由有源器件（運(yùn)算放大器）和RC原件構(gòu)成。 它的優(yōu)點(diǎn)是不采用大電感和大電容，故體積小、質(zhì)量小，并且對(duì)選取的信號(hào)有放大作用；其缺點(diǎn)是因?yàn)檫\(yùn)算放大器頻率帶寬不夠理想。 所以，有源濾波器常用在幾千赫茲頻率以下的電路中，高頻電路中采用LC無(wú)源濾波電路效果更好。（1）一階低通濾波器 一階低通濾波器如下圖所示： 圖(a)所示電路中，R

28、1、C1構(gòu)成低通濾波器，它選出低頻信號(hào)后，再送到運(yùn)算放大器放大，運(yùn)算放大器與R2、R3構(gòu)成同相放大電路。 該濾波器的截止頻率為：（1）一階低通濾波器 圖(b)所示電路中，R1、C1構(gòu)成負(fù)反饋電路。因?yàn)殡娙軨1對(duì)高頻信號(hào)阻礙很小，所以從輸出端經(jīng)C1反饋到輸入端的高頻信號(hào)很多，由于是負(fù)反饋，反饋信號(hào)將輸入的高頻信號(hào)抵消，而C1對(duì)低頻信號(hào)阻礙大，負(fù)反饋到輸入端的低頻信號(hào)很少，低頻信號(hào)抵消少，大部分低頻信號(hào)送到運(yùn)算放大器輸入端，并經(jīng)放大后輸出。 該濾波器的截止頻率為：（2）一階高通濾波器 一階高通濾波器如下圖所示： C1、R1構(gòu)成高通濾波器，高頻信號(hào)很容易通過電容C1并送到運(yùn)算放大器輸入端，運(yùn)算放大器

29、與R2、R3構(gòu)成同相放大電路。 該濾波器的截止頻率為：（3）二階帶通濾波器 二階帶通濾波器如下圖所示： R1、C1構(gòu)成低通濾波器，它可以通過頻率fH以下的信號(hào)（含fH頻率的信號(hào)）；C2、R2構(gòu)成高通濾波器，可以通過頻率fL以上的信號(hào)（含fL頻率的信號(hào)）。結(jié)果只有fLfH頻率的信號(hào)送到運(yùn)算放大器放大而輸出。（4）二階帶阻濾波器 二階帶阻濾波器如下圖所示： R1、C1、R2構(gòu)成低通濾波器，它可以通過頻率fL以下的低頻信號(hào)（不含fL頻率的信號(hào)）； C2、C3、R3構(gòu)成高通濾波器，可以通過頻率fH以上的信號(hào)（不含fH頻率的信號(hào)）。結(jié)果只有0fL以及大于fH以上頻率的信號(hào)送到運(yùn)算放大器放大而輸出。1.5

30、 調(diào)制與解調(diào)電路 調(diào)制的目的調(diào)制的分類振幅的調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 返回調(diào)制的目的和分類 在非電量測(cè)量?jī)x器中可以測(cè)量的非電量信號(hào)都具有較低的頻譜分量，一般在零頻(直流)到幾十千赫范圍內(nèi)變化的。當(dāng)被測(cè)信號(hào)比較弱時(shí)，由于在信號(hào)傳送過程中易受同頻率干擾信號(hào)的干擾，如工頻干擾放大器的低頻噪聲、直流漂移等。所以不宜采用直接放大的形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳送，經(jīng)常采用調(diào)制-解調(diào)方法，提高電路的抗干擾能力，提高信噪比。調(diào)制的目的和分類 調(diào)制解調(diào)的作用在于通過某種調(diào)制方法，將原始的低頻信號(hào)的頻譜調(diào)制到另一個(gè)具有高頻的頻譜上，經(jīng)調(diào)制后高頻調(diào)制波載有原始輸入信號(hào)的全部信息，經(jīng)過有效放大后使調(diào)制波信號(hào)增強(qiáng)，然后采用解調(diào)技術(shù)

31、，又從調(diào)制波中解調(diào)出原始的輸入信號(hào)來(lái)，這時(shí)的信號(hào)已經(jīng)是放大了的輸入信號(hào)。 調(diào)制：將低頻信號(hào)裝載到高頻信號(hào)上的過程； 解調(diào)：從高頻信號(hào)中將低頻信號(hào)取出的過程。調(diào)制的目的和分類 通常調(diào)制分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩類。 線性調(diào)制：將調(diào)制信號(hào)與載波(正弦的或非正弦的)相乘的調(diào)制方式； 非線性調(diào)制：線性調(diào)制方式以外的其他方式的調(diào)制。 常見的雙邊帶振幅調(diào)制就屬于線性調(diào)制，而頻率調(diào)制和相位調(diào)制(統(tǒng)稱角調(diào)制)就是屬于非線性調(diào)制：原則上，調(diào)制波的解調(diào)方法也依賴于所采用的調(diào)制方法，達(dá)到同樣解調(diào)的具體方式可能有多種，解調(diào)器電路也是多樣的。1.5.1 振幅的調(diào)制與解調(diào) 振幅的調(diào)制和解調(diào)過程可用如圖1-54所示的方框圖

32、表示。它是由調(diào)制器、交流放大器和解調(diào)三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。1.5.1 振幅的調(diào)制與解調(diào) 原始的輸入信號(hào)是調(diào)制信號(hào)x(t)，c(t)是頻率較高的載波信號(hào)，是由測(cè)量設(shè)備內(nèi)部提供的高頻電壓，它可以是正弦波電壓也可以是脈沖電壓。調(diào)制器的作用是實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)x(t)對(duì)載波c(t)的振幅調(diào)制，輸出信號(hào)稱為調(diào)幅波。交流放大器對(duì)調(diào)幅波進(jìn)行高頻放大。解調(diào)器將從放大了的調(diào)幅波中解調(diào)出輸入的原始調(diào)制信號(hào)。 1. 振幅調(diào)制 假設(shè)： 載波為： 被測(cè)信號(hào)即調(diào)制信號(hào)為： 振幅調(diào)制就是采用調(diào)制信號(hào)和載波相乘的調(diào)制方式。 則，乘法器的輸出為調(diào)幅波，即1. 振幅調(diào)制 假設(shè)： 載波為： 被測(cè)信號(hào)即調(diào)制信號(hào)為： 振幅調(diào)制就是采用調(diào)制信號(hào)和

33、載波相乘的調(diào)制方式。 則，乘法器的輸出為調(diào)幅波，即1. 振幅調(diào)制 圖1-55分別給出了調(diào)制信號(hào)、載波和調(diào)幅波的波形圖。 調(diào)幅波可以被看做頻率為c而振幅按Xmsint變化的調(diào)幅信號(hào)，這時(shí)調(diào)幅波已不是頻率為c的正弦波了，它是由兩個(gè)正弦波組成。1. 振幅調(diào)制 利用三角公式做如下推導(dǎo)，則可以將調(diào)幅波分解為兩個(gè)正弦量的和，即 可見，頻率為的信號(hào)去調(diào)制角頻率為c的載波，調(diào)制后的調(diào)幅波既不包含與調(diào)制信號(hào)頻率相同的正弦量，也不包含頻率為載波頻率c（簡(jiǎn)稱載頻）的正弦量，而是在載頻c兩側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)頻率為（c-）和（c+）的正弦量，其振幅減小了一半。1. 振幅調(diào)制 在非電量測(cè)量?jī)x器中，一些參數(shù)變換經(jīng)常接成電橋電路，電

34、橋輸入電壓經(jīng)常是正弦電壓uc(t)=Umsinct，是調(diào)制電路的載波電壓。電橋的輸出電壓為當(dāng)被測(cè)非電量x(t)=0時(shí)，Z1=Z2=Z3=Z4=Z，電橋處于平衡狀態(tài)；若被測(cè)非電量為x(t)時(shí)，橋臂Zl和Z2做差動(dòng)變化，這時(shí)電橋的輸出電壓為：電橋電路2. 調(diào)幅波的解調(diào) 從調(diào)幅波中檢出輸入信號(hào)的過程就是解調(diào)。 當(dāng)信號(hào)中的直流分量大于交流分量的幅值，即調(diào)制指數(shù)mx1。 右圖為一般情況下調(diào)幅波波形的示意圖。 如果這是仍然采用上述的二極管包絡(luò)檢波，則檢出的信號(hào)波形變成圖（c）所示那樣，不管調(diào)幅波的極性是如何隨信號(hào)極性的變化而變化，均對(duì)調(diào)幅波做正極性檢波，這樣就失去了原來(lái)信號(hào)波形的本來(lái)面目。圖1-60 mx

35、l調(diào)幅波解調(diào)示例2. 調(diào)幅波的解調(diào) 為了從調(diào)幅波中檢出輸入信號(hào)的真實(shí)波形，必須采用同步解調(diào)法。 同步解調(diào)法是以載波極性作為控制信號(hào)做同步解調(diào)的方法。當(dāng)輸入信號(hào)x(t)為正時(shí)，將調(diào)幅波的正半周檢出，去掉負(fù)半周，或?qū)⒇?fù)半周倒向作正半周。前者為半波解調(diào)，后者為全波解調(diào)。而當(dāng)輸入信號(hào)x(t)為負(fù)極性時(shí)，就應(yīng)檢出調(diào)幅波的負(fù)半周，而去掉正半周，或既取出負(fù)半周又將正半周作負(fù)半周。經(jīng)這種同步解調(diào)之后的信號(hào)由低通濾波器濾掉高頻分量，則可以解調(diào)出原始輸入信號(hào)的完整波形來(lái)，如圖1-60(d)所示。1.5.2 頻率調(diào)制與解調(diào) 頻率調(diào)制的功能是用低頻信號(hào)去調(diào)制高頻等幅信號(hào)，得到幅度不變但頻率隨低頻信號(hào)變化的高頻調(diào)頻信號(hào)

36、。 隨著數(shù)字式儀表的日益增多，被測(cè)量信號(hào)通過頻率調(diào)制的形式出現(xiàn)的也越來(lái)越多。最普通的方法，可以將傳感器輸出的電壓信號(hào)輸入至電壓/頻率(VF)變換器，這時(shí)，變換器輸出的是一個(gè)被調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了頻率調(diào)制的調(diào)頻波。1.5.2 頻率調(diào)制與解調(diào) 另一種通行方法是，利用電抗元件組成調(diào)諧振蕩器。電抗元件(L或C)作為傳感器參量它感受被測(cè)量的變化，作為調(diào)制信號(hào)輸入，振蕩器原有的振蕩信號(hào)作為載波。當(dāng)有調(diào)制信號(hào)輸入時(shí)，振蕩器輸出的即是被調(diào)制了的調(diào)頻波。如圖1-61(a)所示。1.5.2 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖1-61中電感L與電容C并聯(lián)組成振蕩器的諧振回路，并聯(lián)電容器C1相當(dāng)于一個(gè)電容式傳感器，是一個(gè)隨被測(cè)信號(hào)變化的可變電容器。設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦波，其電容變化量為：當(dāng)調(diào)制信號(hào)為零時(shí)，振蕩回路的頻率為：1.5.2 頻率調(diào)制與解調(diào) 當(dāng)有調(diào)制信號(hào)輸入時(shí)，振蕩回路的頻率變?yōu)椋菏街校?. 調(diào)頻波的解調(diào) 調(diào)頻波是以正弦波頻率的變化來(lái)反映被測(cè)信號(hào)的幅值變化。因此，調(diào)頻波的解調(diào)是先將調(diào)頻波變換成調(diào)頻調(diào)幅波，然后進(jìn)行幅值檢波。 調(diào)頻波的解調(diào)由鑒頻器完成。通常，鑒頻器由線