數(shù)字化測(cè)量?jī)x 預(yù)備知識(shí)

數(shù)字化測(cè)量?jī)x預(yù)備知識(shí)第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三什么是數(shù)字化測(cè)量？將連續(xù)的被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的量子化斷續(xù)量。然后予以數(shù)字化編碼，傳輸、存儲(chǔ)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示打印等測(cè)量量包括（電壓V，電流I，頻率f，壓力P，流量q，電阻R，電感L，電容C,…）第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三為什么要數(shù)字化測(cè)量？傳統(tǒng)的方法是模擬測(cè)量（缺點(diǎn)是：靈敏度低，讀數(shù)不直觀，誤差大，不便于保存）數(shù)字化測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)

精確度高，靈敏度高，測(cè)量速度快，讀數(shù)客觀，測(cè)量自動(dòng)化，便于存儲(chǔ)，處理，打印等一系列操作第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字化測(cè)量主要內(nèi)容基本理論，特點(diǎn)，性能D/A轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換干擾以及防護(hù)技術(shù)數(shù)據(jù)采集技術(shù)第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三課程安排：總學(xué)時(shí)：24(7-12周/周學(xué)時(shí)4)內(nèi)容劃分：

1.電路與電子學(xué)基礎(chǔ)（4）

2.數(shù)字化測(cè)量的一般概念（2）

3.D/A轉(zhuǎn)換的原理與應(yīng)用（6）

4.A/D轉(zhuǎn)換的原理與應(yīng)用（8）

5.干擾以及防護(hù)技術(shù)（2）

6.數(shù)據(jù)采集技術(shù)（2）第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三預(yù)備知識(shí)：電路與電子學(xué)基礎(chǔ)電路基本元件電路基本定律半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)理想運(yùn)算放大器及應(yīng)用門電路，觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三電路模型一、電路基本元件RLRSK+_圖1（a）無分支電路RLRS+_圖1（b）分支電路+_cdab節(jié)點(diǎn)支路分析基本量（電流，電壓，功率，電量等）第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三1。電阻普通電阻可變電阻滿足定律：第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2.電感元件滿足定律：第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三3.電容元件普通電容電解電容可調(diào)電容極性電容滿足定律：第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三4.電源（理想電源和實(shí)際電源）

4.1電壓源理想電壓源實(shí)際電壓源第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三電流源理想電流源實(shí)際電流源第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三KL（基爾霍夫定律）電流定律（KCL）在任一參數(shù)電路中，在任意時(shí)刻，通過任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和恒等于零。

二、電路基本定律第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三電壓定律（KVL）對(duì)于任一集中參數(shù)電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿著回路的所有支路電壓的代數(shù)和為零。電位升之和等于電位降之和。acbd-+-+R1R2R4R3U1U2U4U3-u1+u2-u3+u4=0第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三等效電壓源定理（戴維南定理）任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)N，對(duì)外電路來說，可以用一個(gè)理想的電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)組合來等效代替。其中電壓源的電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓Uoc，電阻等于該網(wǎng)絡(luò)除源(獨(dú)立源置零)后所得無源二端網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三戴維南定理（圖示）計(jì)算Uoc和Ro的辦法：開路短路法：將N的引出端分別開路和短路，計(jì)算或測(cè)量出開路電壓Uoc和短路電流Isc，則Ro＝Uoc/Isc第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三等效電流定理（諾頓定理）任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)N，對(duì)外電路來說，可以用一個(gè)理想的電流源和一個(gè)電阻的并聯(lián)組合來等效代替。其中電流源的電流等于網(wǎng)絡(luò)N的短路電流Isc，電阻等于該網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立源置零后后所得無源二端網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三舉例Edacb+-R1R2R3R4在橋式電路中，E＝12v，R1=R2=5歐，R3=10歐，R4＝5歐，RG=10歐,求檢流計(jì)的電流IG＝？圖1第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三Edacb+-R1R2R3R4解：按戴維南定理，圖1可以等效為圖2.

由圖3，得

I’=E/(R1+R2)=12/(5+5)=1.2AI”=E/(R3+R4)=12/(10+5)=0.8A則E’=R2I’-R4I”＝5x1.2-5x0.8=2Vab+-R0RG圖1圖2E=12Vdacb+-R1R2R3R4I’I’’ab圖3第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三dacR1R2R3R4abR0圖4等效電源的內(nèi)阻R0，可由圖4求得

R0=R1R2/(R1+R2)+R3R4/(R3+R4)=2.5+3.3=5.8所以IG=E’/(R0+RG)=2/(5.8+10)=0.126A第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三三、半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體三極管第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三二極管1。正向特性：當(dāng)UD>=Uth二極管導(dǎo)通導(dǎo)通電壓降UD＝0.7VUth為二極管的門限電壓2。反向特性：反向電流很小，認(rèn)為不通電阻很大3.反向擊穿當(dāng)反向電壓UD>=UBR時(shí)，反向電流急劇增加，UBR為擊穿電壓

二極管符號(hào)UDPN第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三伏安特性UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三發(fā)光二極管有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三三極管（晶體管）BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管符號(hào)第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏UBE>0，集電結(jié)反偏UBC<0。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏UBE>0

，集電結(jié)正偏UBC>0

。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三例1：在電路中測(cè)得三極管對(duì)地電位如下圖，判斷其狀態(tài)0V－0.2V9V圖12V2.6V7V圖20V0.7V0.3V圖3第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三例2：RC＋UCCU1+_第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三四、理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)放的符號(hào)_++u+u-u0第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

ri

大:幾十k

幾百k運(yùn)放的特點(diǎn)KCMRR很大(共模抑制比)ro

小：幾十幾百Auo很大:104107（開環(huán)放大倍數(shù)）理想運(yùn)放：ri

KCMRR

ro

0Auo

運(yùn)放符號(hào)：＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoAuo

理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三uiuo+UOM-UOMAuo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。uiuo_++Auo例：若UOM=12V，Auo=106，則|ui|<12V時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三由于運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時(shí)常將其理想化，稱其所謂的理想運(yùn)放。理想運(yùn)放的條件虛短路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。虛開路運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三

運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用虛擬短路虛擬斷路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)，可以分開分析。u+uo_++u–Ii信號(hào)的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（一）比例運(yùn)算電路作用：將信號(hào)按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三i1=i2uo_++R2R1RPuii1i2虛短路虛開路1、反相輸入結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從反相端輸入。第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2、同相輸入_++R2R1RPuiuou-=u+=ui虛短路虛開路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三_++uiuo3、電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運(yùn)算放大器的特例。第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三（二）加法運(yùn)算作用：將若干個(gè)輸入信號(hào)之和按比例放大。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三1、反相求和運(yùn)算R12_++R2R11ui2uoRPui1第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2、同相求和運(yùn)算-R1RF++ui1uoR21R22ui2第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三此電路如果以u(píng)+為輸入，則輸出為：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+與

ui1

和ui2的關(guān)系如何？注意：同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。流入運(yùn)放輸入端的電流為0（虛開路）第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三-R1RF++ui1uoR21R22ui2R′左圖也是同相求和運(yùn)算電路，如何求同相輸入端的電位？第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出：（三）減法運(yùn)算第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三i1iFtui0tuo0輸入方波，輸出是三角波。ui-++RR2Cuo（四）積分運(yùn)算應(yīng)用舉例1：第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三tui0tuo0U-UomTM積分時(shí)限應(yīng)用舉例：如果積分器從某一時(shí)刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過一定的時(shí)間后輸出飽和。第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三積分電路的主要用途：1.在電子開關(guān)中用于延遲。2.波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?.A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r(shí)間量。4.移相。第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三u–=u+=0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若輸入：則：（五）微分運(yùn)算第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三電路中的運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。++Auouo運(yùn)放電路中沒有負(fù)反饋，運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。（六）電壓比較器第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號(hào)

++uouiUR–特點(diǎn)：運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)ui>UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UR時(shí),uo=-Uom

1、ui從同相端輸入第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UR時(shí),uo=-Uom

2、ui從反相端輸入第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三uoui0+UOM-UOM++uoui3、過零比較器:(UR=0時(shí))++uouiuoui0+UOM-UOM第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三++uouitui例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲āot+Uom-Uom第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三++uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。++uiuoUZRR′uoUZ電壓比較器的另一種形式

——將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三舉例求下圖中電壓Uo，電阻的單位為歐姆-10k++uo1.1K-+ui1+10k10k2k5k解：u’i1=－10ui1

u0=－u’i1－2ui2－5ui3=10ui1－2ui2－5ui31k910ui2ui3第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三五、門電路，觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路(一)門電路1.“與”門ABC&ABCF00000010011010001000101011001111圖形符號(hào)“與”邏輯狀態(tài)表Y第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2.“或”門ABC≥1ABCY00000011011110011001101111011111圖形符號(hào)“或”邏輯狀態(tài)表Y第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三3.“非”門AAY0001圖形符號(hào)“非”邏輯狀態(tài)表Y第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三4.復(fù)合門電路“與非”門A&YCA≥1YC“或非”門AC＝Y(jié)“同或”門AC＝1Y“異或”門第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三(二)觸發(fā)器1.基本RS觸發(fā)器10001111不變00不定第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2.JK觸發(fā)器JK0001010111JK觸發(fā)器具有在時(shí)鐘脈沖下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)J=k=0保持原態(tài)J=k=1翻轉(zhuǎn)J?。絢輸出J態(tài)第六十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期三2.D觸發(fā)器001