測控電路課件(完整)

測控電路第一章

緒論第二章

信號放大電路第三章

信號調(diào)制解調(diào)電路第四章

信號分離電路第五章

信號運算電路第六章

信號轉(zhuǎn)換電路第七章

信號細分與變相電路第八章

邏輯控制電路第九章

連續(xù)信號控制電路第一章緒論（講授2學時）第一節(jié)測控電路的功用第二節(jié)對測控電路的主要要求第三節(jié)測控電路的輸入信號與輸出信號★第四節(jié)測控電路的類型與組成★第五節(jié)測控電路的發(fā)展趨勢第六節(jié)課程的性質(zhì)、內(nèi)容與學習方法第一節(jié)測控電路的功用1、為什么說在現(xiàn)代生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率都離不開測量與控制技術？2、試舉例說明測量與控制技術在生產(chǎn)、生活與各種工作中的廣泛應用。3、測控系統(tǒng)由那幾部分組成？第一節(jié)測控電路的功用測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？傳感器

測量控制電路執(zhí)行機構(gòu)圖1-1測控系統(tǒng)的組成傳感器是敏感元件，它的功能是探測被測參數(shù)的變化。傳感器的輸出信號一般都很微弱，還可能伴隨著各種噪聲，需要用測控電路將它放大，剔除噪聲、選取有用信號，按照測量與控制功能的要求，進行所需演算、處理與變換，輸出能控制執(zhí)行機構(gòu)動作的信號。測控系統(tǒng)中，電路是最靈活的部分，其特點：便于放大、便于轉(zhuǎn)換、便于傳輸、便于適用各種使用要求。

測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著十分關鍵的作用，測控系統(tǒng)、乃至整個機器和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度依賴于測控電路。第二節(jié)對測控電路的主要要求一、精度高二、響應快三、轉(zhuǎn)換靈活四、可靠性與經(jīng)濟性第二節(jié)對測控電路的主要要求影響測控電路精度的主要因素有哪些？其中那幾個因素是最基本的？1、噪聲與干擾★2、失調(diào)與漂移，主要是溫漂★3、線性度與保真度4、輸入與輸出阻抗的影響第二節(jié)對測控電路的主要要求為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？1、模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換2、信號形式的轉(zhuǎn)換3、量程的變換4、信號的選取5、信號處理與運算第三節(jié)測控電路的輸入信號與輸出信號一、模擬式信號(一)非調(diào)制信號圖1-2非調(diào)制模擬信號120xt利用壓電傳感器測量作用在物體上的力和利用熱電偶測量溫度時，傳感器的輸出信號，也即測控電路的輸入信號為非調(diào)制模擬信號。

以磁電式電表、示波器、筆式記錄器作為顯示機構(gòu)，以直流電動機為執(zhí)行機構(gòu)時，要求測控電路的輸出信號為非調(diào)制模擬信號。第三節(jié)測控電路的輸入信號與輸出信號(二)經(jīng)調(diào)制信號例：用電感傳感器測量工件輪廓形狀幾個重要概念：1、載波頻率（carryingfrequency)2、載波信號（carryingsignal)3、調(diào)制信號（modulatingsignal)4、已調(diào)信號（modulatedsignal)5、調(diào)幅信號（amplitudemodulatedsignal)usucx214圖1-3用電感傳感器測量工件輪廓形狀3圖1-4調(diào)幅信號c)ustuctb)a)OxtxOxO二、數(shù)字式信號（一）增量碼信號（二）絕對碼信號（三）開關信號（一）、增量碼信號信號特點：被測量值與傳感器輸出信號的變化周期數(shù)成正比，即量值的大小由信號變化周期數(shù)的增量決定。

與模擬信號區(qū)別：對于輸出模擬信號的傳感器輸出信號的波形或信號包絡線的波形隨被測量變化，而增量碼信號的波形不由被測量決定。（一）、增量碼信號在采用步進電機為執(zhí)行機構(gòu)時，電動機的轉(zhuǎn)角由輸入的脈沖數(shù)決定，這時要求測控電路輸出增量碼數(shù)字信號。

增量碼信號是一種反映過程的信號，或者說是一種反映變化量的信號，它與被測對象的狀態(tài)無一一對應關系，信號一旦中斷，就無法判斷物體的狀態(tài)。（二）、絕對碼信號絕對碼信號是一種與狀態(tài)相對應的信號。絕對碼信號在顯示與打印機機構(gòu)中有廣泛的應用。顯示與打印機構(gòu)根據(jù)測控電路的譯碼器輸出的編碼，顯示或打印相應的數(shù)字或符號。在一些隨動系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)測控電路輸出的編碼，使受控對象進入相應狀態(tài)。1111000000010010001101000101011001111000111011001101101110101001（三）、開關信號開關信號可視為絕對碼信號的特例，當絕對碼信號只有一位編碼時，就成了開關信號。只有0和1兩個狀態(tài)。

與行程開關、光電開關、觸發(fā)式測頭相連接的測控電路，其輸入信號為開關信號。

當執(zhí)行機構(gòu)只有兩種狀態(tài)時，如電磁鐵、開關等，要求測控電路輸出開關信號。第四節(jié)測控電路的類型與組成一、測量電路的基本組成(一)模擬式測量電路的基本組成(二)數(shù)字式測量電路的基本組成二、控制電路的基本組成(一)開環(huán)控制(二)閉環(huán)控制電路傳感器量程切換電路放大器解調(diào)器信號分離電路運算電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計算機顯示執(zhí)行機構(gòu)振蕩器電源圖1-6模擬式測量電路的基本組成指令傳感器電路傳感器顯示執(zhí)行機構(gòu)計算機鎖存器計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路脈沖當量放大器整形電路細分電路手動采樣鎖存指令辨向電路圖1-7增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成圖1-8開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成測量電路

控制電路

擾動量傳感器放大電路輸出轉(zhuǎn)換電路設定電路執(zhí)行機構(gòu)給定機構(gòu)被控對象

設定電路比較電路校正電路轉(zhuǎn)換電路給定機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)被控對象輸出傳感器擾動放大電路控制電路圖1-9閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成

第四節(jié)測控電路的類型與組成測量電路的輸入信號類型對其電路組成有何影響？試述模擬式測量電路與增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成及各組成部分的作用。為什么要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)？試述閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用。第五節(jié)測控電路的發(fā)展趨勢優(yōu)質(zhì)化集成化數(shù)字化通用化、模塊化測控一體化自動化與智能化第二章信號放大電路（講授4學時）2.1運算放大器的誤差及其補償2.2典型測量放大電路

2.2.1測量放大電路的基本要求與類型

2.2.2反相放大電路2.2.3同相放大電路

2.2.4基本差動放大電路2.2.5高共模抑制比放大電路

2.2.6電橋放大電路2.2.7低漂移放大電路2.2.8高輸入阻抗放大電路2.3隔離放大電路2.4噪聲的基礎知識第二章信號放大電路（講授4學時）一、何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？1、在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。2、對其基本要求：①輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配；②一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；③低噪聲；第二章信號放大電路④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；⑥高共模輸入范圍和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧線性好、精度高；⑨成本低。3、測量放大電路的類型按結(jié)構(gòu)原理按元件的制造方式差動直接耦合式調(diào)制式自動穩(wěn)定式單端輸入運放電路電橋放大電路電荷放大電路分立元件結(jié)構(gòu)形式通用集成運放組成形式單片集成測量放大器體積小、精度高調(diào)節(jié)方便性價比高體積更小、精度更高使用更為方便但是價格較貴第二章信號放大電路4、幾個重要術語開環(huán)增益K閉環(huán)增益Kf差模增益Kd共模增益Kc輸入失調(diào)電壓u0s輸入失調(diào)電流I0s零點漂移共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc

第二章信號放大電路二、典型放大器的設計（一）反相放大器Kf=uo

/ui=–R2/R1R3=R1//R2

uoR3uiR1R2∞-++N1輸入阻抗等于R1，一般比較低；反相放大電路性能穩(wěn)定，但輸入阻抗較低。由于電阻最大取值不能超過10M?，在提高反相放大器的輸入阻抗與提高電路的增益之間存在一定矛盾。我們可以將電路變形，使它既有較高的輸入阻抗，又有足夠的增益。uoR3uiR1R2∞-++N1R4R5第二章信號放大電路（二）同相放大器Kf=uo

/ui=1+R2/R1R3=R1//R2Zi

=Kzin/(1+R2/R1)+R3→∞uoR3uiR1R2∞-++N1輸入阻抗高；有易受干擾及精度低的不足運算放大器不論是作為同相放大器還是反向放大器，電路都是采用電壓負反饋的形式，電路的閉環(huán)輸出阻抗都非常小，其值接近于0。第二章信號放大電路（三）交流放大器1、交流反相放大電路Kf=–R2/R1R3=R2

C1：隔直電容C3：旁路電容，防止振蕩C3R3>C1R1uoR3uiR1R2∞-++N1C1C3交流放大器2、同相交流放大電路C1：隔直電容R3：C1的放電回路

R3

必須有zi=R3

使同相放大器失去高輸入阻抗的特點uoR3uiR1R2∞-++N1C1交流放大器3、交流電壓跟隨電路同相放大電路的特例為減小失調(diào)電流，R3=R2

uoR3uiR2∞-++N1C1交流放大器4、自舉式高輸入阻抗放大電路a)同相交流放大電路uoR1R2C2C1R3∞-++ui自舉電路b)交流電壓跟隨電路uouiR1R2C2C1R3∞-++

圖a）、b）中，由于同相輸入端接有隔直電容C1的放電電阻R（R=R1+R2），因此電路輸入阻抗在沒有接入C2時將減小為R。為使同相交流放大電路仍具有高的輸入阻抗，可采用反饋的方法。

通過電容C2將運放兩輸入端之間的交流電壓作用于電阻R1的兩端，利用理想運放兩輸入端虛短，得R1兩端等電位，即沒有信號電流流過R1，故對交流而言，R1可看作無窮大。為減小失調(diào)電壓，反饋電阻R3應等于R（R1+R2）。自舉電路■何謂自舉電路?

自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路?！鍪遣皇撬星闆r下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？

高輸入阻抗電路常應用于傳感器的輸出阻抗很高的測量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器的測量放大電路。自舉電路uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2∞-++N1∞-++R3N2c)c)自舉組合電路

上式表明，運放N1的輸入電流i1將全部由N2電路的電流i2所提供，輸入回路無電流，輸入阻抗為無窮大。實際上，R2與R1之間總有一定的偏差。當偏差不大時，若（R2-R1）/R2為0.01%，R1=10K?，則輸入電阻仍可高達100M?。

注意：測量放大電路的輸入阻抗越高，輸入端的噪聲也越大。因此，并不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗，而是應該與傳感器輸出阻抗相匹配，使測量放大電路的輸出信噪比達到最大值。高輸入阻抗集成運算放大器安裝在印刷電路板上時，會因周圍的漏電流流入高輸入阻抗而形成干擾，通常采用屏蔽方法抗此干擾，如下圖所示：在運放高阻抗輸入端周圍用導體圍住構(gòu)成屏蔽層。第二章信號放大電路（四）差動放大器什么是差動放大器？

差動放大器是把二個輸入信號分別輸入到運算放大器的同相和反相二個輸入端，然后在輸出端取出二個信號的差模成分，而盡量抑制二個信號的共模成分。差動放大器基本電路共模與差模輸入R3uoR4ui2R1∞-++N1R2ui1R3uoR4ud/2R1∞-++N1R2ud/2uic差動放大器0R3R4ui2R1uoR2ui1等效電路ud=ui1﹣ui2,uic=(ui1+ui2)/2由等效電路可得uo=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)ui2﹣(R3/R1)ui1

若R3/R1=R4/R2，則uo=﹣(R3/R1)ud即只對差模信號進行放大假設放大器只有共模信號作用時uoc=R4(1+R3/R1)/(R4+R2)uic﹣(R3/R1)uic當R3/R1=R4/R2時，uoc=0即輸出信號中無共模信號成分第二章信號放大電路三、穩(wěn)零放大電路三種常用電路：（一）由通用集成運算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大電路（自學）（二）自動調(diào)零放大電路（三）低漂移單片集成運算放大器

由通用集成運算放大器組成的斬波穩(wěn)零放大電路又稱調(diào)制式放大電路。它是利用同步調(diào)制—解調(diào)，并由隔直電容隔離失調(diào)和干擾電壓來實現(xiàn)自動穩(wěn)零的。具有低漂移、高精度的特點。但由于電路內(nèi)有高低通濾波器，所以難以集成于同一芯片上，且為單端輸入無共模抑制能力，電路頻率特性也受到模擬開關的頻率所限制，所以目前用的不多。第二章信號放大電路（二）自動調(diào)零放大電路∞-++N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-++N1K2-++N2#UiSb1R1###∞-++N4a)電路原理圖UoC1UiR1R2K1-++N1c)調(diào)零放大輸出誤差保持電路主放大器時鐘發(fā)生器反相器K2C1UC1Uo1R1R2K1-++N1-++N2b)誤差保持U0s1U0s2自動調(diào)零放大電路由圖a，當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b?？赏瞥觯篣c1＝－（Uo1＋U0s2）K2Uo1＝（－U0s1＋Uc1）K1→Uc1≈U0s1電容C1寄存了運算放大器N1的失調(diào)電壓U0s1。當N3輸出低電平，Sb1、Sb2導通，電路進入信號放大狀態(tài)，見圖c?？赏瞥觯?/p>

Uo=－(R2/R1)Ui－U0s1K1+UC1K1≈－(R2/R1)Ui實現(xiàn)了對失調(diào)電壓的校正，達到了自動調(diào)零的目的。自動調(diào)零放大電路電路特點：性能優(yōu)于由通用集成運放組成的斬波穩(wěn)零放大電路；輸出電壓較穩(wěn)定；波動??；電路成本低（用一塊四運放LF347和一塊4位模擬開關CD4066即可組成）；適用于毫伏級的低電平放大。第二章信號放大電路（三）低漂移單片集成運算放大器1、輪換自動校零集成運算放大器（CAZ運算放大器）什么是CAZ運算放大器？CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器的簡稱，它通過模擬開關的切換，使內(nèi)部兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。

問題：該電路與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別何在？什么場合下采用較為合適？CAZ運算放大器輸出C1G－輸入C2+輸入

輸出R2∞-++N1∞-++N2R2C1GR2－輸入∞-++N1∞-++N2R2+輸入

a)N2處于自動校零狀態(tài)b)N1處于自動校零狀態(tài)C2CAZ運算放大器與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個放大器輪換工作，因此始終保持有一個運算放大器對輸入信號進行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無波動，性能優(yōu)于由通用集成運算放大器組成的自動調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對共模電壓無抑制作用。應用于傳感器輸出信號極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對共模電壓抑制要求不高的場合。

第二章信號放大電路2、斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)內(nèi)部調(diào)制補償電路鉗位電路外時鐘輸入GSaSb時鐘輸出UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2∞+-+N1∞+-+N2+-主放大器調(diào)零放大器斬波穩(wěn)零集成運算放大器誤差檢測和寄存階段：時鐘為高電平，Sa1、Sa2閉合，N2兩輸入端被短接，只有輸入失調(diào)電壓U0s2和共模信號Uc作用并輸出，由電容C2寄存，同時反饋到N2的側(cè)向輸入端A2，此時Uc2＝Uo2≈(K2U0s2+Kc2Uc)/K2＇。校零和放大階段：時鐘為低電平，Sb1、Sb2閉合，輸入信號Ui同時作用到N1、N2的輸入端。N2除輸入Ui、U0s2和Uc外，在側(cè)向端A2還作用著Uc2，此時N2的輸出為Uo2=K2Ui。N2的失調(diào)電壓U0s2和共模電壓Uc全部被消除，達到穩(wěn)零目的。

斬波穩(wěn)零集成運算放大器此時，Uo=(K1+K1’K2)Ui

+K1U0s1+Kc1Uc。問題：﹡該電路的增益是如何提高的？﹡該電路的輸入失調(diào)電壓是如何減小的？﹡該電路的共模抑制比是如何提高的？﹡該電路有哪些優(yōu)點？第二章信號放大電路四、高共模抑制比放大電路

什么是高共模抑制比放大電路？用來抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。應用于何種場合？應用于要求共模抑制比大于100dB的場合，例如人體心電測量。高共模抑制比放大電路（一）雙運放高共模抑制比放大電路1、反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uo=(R2/R1)(R6/R4)ui1-(R6/R5)ui2當R2/R1=R4/R5，ui1=ui2時，uo=0通常取R1=R5，R2=R4ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1∥R2R7=R4∥R5∥R6uo∞-++N1∞-++N2電路共模抑制能力只與外接電阻對稱精度有關，但電路輸入阻抗低。高共模抑制比放大電路2、同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uo1=(1+R2/R1)ui1(uo1–ui2)/R3=(ui2–uo)/R4uo=(1+R4/R3)ui2-(1+R2/R1)(R4/R3)ui1為了獲得零共模增益，可取R1/R2=R4/R3差動閉環(huán)增益：Kd=1+R4/R3uoui2ui1R4R3uo1R2R1∞+-+N2∞+-+N1電路采用了兩個同相運算放大器，因此具有極高的輸入阻抗。高共模抑制比放大電路（二）三運放高共模抑制比放大電路IR=(uo2–ui2)/R2=(ui1–uo1)/R1=(ui2–ui1)/Rpuo1=ui1(1+R1/Rp)–ui2R1/Rp，uo2=ui2(1+R2/Rp)–ui1R2/Rpuo

=(uo2–uo1)R5/R3

ui1ui2uo1uo2R1RPR2R7RP1R8R3R4R6uoR5∞+-+N1IR∞-++N2∞-++N3

由上面分析可知：當N1、N2性能一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在RP兩端相互抵消，因此電路有良好的共模抑制能力，同時不要求外部電阻匹配。

這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)R0可以改變增益而不影響電路的對稱性。高共模抑制比放大電路（三）有源屏蔽驅(qū)動電路差動放大器uoabuicui1ui2RS1RS2C1C2∞+-+N1ui2R1RPR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4∞-++N2∞-++N3高共模抑制比放大電路什么是有源屏蔽驅(qū)動電路？將差動式傳感器的兩個輸出經(jīng)兩個運算放大器構(gòu)成的同相比例差動放大后，使其輸入端的共模電壓1∶1地輸出，并通過輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個電纜屏蔽層上，即兩個輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動電路。應用于何種場合?經(jīng)常使用于差動式傳感器，如電容傳感器、壓阻傳感器和電感傳感器等組成的高精度測控系統(tǒng)中。

高共模抑制比放大電路（四）浮動電源共模自舉式放大電路u2R0uoRPN3R0u1ucA+E-Eui1ui2∞+-+N1∞-++N2∞+-+N4∞+-+N5∞-++uA第二章信號放大電路五、電橋放大電路何謂電橋放大電路？由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和運算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。應用于何種場合？應用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進一步放大，或由傳感器和運算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。

電橋放大電路（一）單端輸入電橋放大電路Z1Z2Z4Z3R2R1bauou∞-++Na)反相輸入R+ΔRR2R1uoRRRu∞-++Nb)同相輸入同相輸入電橋放大電路，其輸出uo的計算公式與反相輸入電橋放大電路相同，只是輸出符號相反。單端輸入電橋放大電路增益與橋臂電阻無關，增益比較穩(wěn)定，但電橋電源一定要浮置，且輸出電壓uo與橋臂電阻的相對變化率δ是非線性關系，只有當δ<<1時，uo與δ才近似按線性變化。

電橋放大電路（二）差動輸入電橋放大電路∞-++NR2=R1uoR1uR(1+δ)uaubRRR可見，電橋四個橋臂的電阻同時變化時，電路的電壓放大倍數(shù)不是常量，且橋臂電阻R的溫度系數(shù)與R1不一致時，增益也不穩(wěn)定。另電路的非線性仍然存在。當共模信號較大時，輸入信號將被淹沒。此電路只適用于低阻值傳感器，且測量精度要求不高的場合。為了使輸出電壓uo與傳感器電阻相對變化率δ呈線性關系，可把傳感器構(gòu)成的可變橋臂R2=R(1+δ)接在運算放大器的反饋回路中，如下圖：電橋放大電路（三）線性電橋放大電路uoR3R2

=R（1+δ）R1uuaR1ub∞-++N此電路量程較大，但是靈敏度較低。第二章信號放大電路六、隔離放大電路什么是隔離放大電路？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有公共的接地端。應用于何種場合？隔離放大電路主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學人體測量、自動化試驗設備、工業(yè)過程控制系統(tǒng)等）中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號。隔離放大電路（一）基本原理1、組成及符號－＋輸入放大器R1R1R2RisoCisoR2uo隔離器輸出放大器－＋uducuiso隔離放大電路2、原理框圖a)變壓器耦合浮置電源輸入調(diào)制放大器耦合變壓器輸出解調(diào)放大器輸出輸入－＋b)光電耦合浮置電源光耦合器輸入放大器－＋輸出放大器輸出輸入LEDV隔離放大電路（二）通用隔離放大電路1、AD277變壓器耦合隔離放大器隔離電源振蕩器調(diào)制器輸入屏蔽解調(diào)器輸出屏蔽268734195＋15V－15V13121016－U100kΩ100kΩ1MΩ141115＋U∞-++N1∞-++N2隔離放大電路

－＋235L電源904510Ω增益微調(diào)用100kΩ277JUoRLUi100kΩR21MΩ9.9kΩ100Ω限幅電路10kΩ10kΩ1kΩ235L電源＋15V－15V100Ω10μF100Ω10μF100Ω～220V50Hz2349516×1N41481N753A121116141510R3R4＋＋R1∞-++C0.1μF隔離放大電路2、互補式光電耦合放大電路i1=10V/R2+ui/R1i2=10V/R3+uo/(R5+Rp)uo=(R5+Rp)ui/R1∞-++N1C－10VVLC1i1R2＋10V＋10VVLC2i2R3R1ui－10VuoR5∞-++N2R43.9kΩRp隔離放大電路（三）程控增益隔離放大電路R4D1D2RRAD277＋15VV1＋－V2Uo514169101123輸入放大器－15V12R19090Ω1191021414CD405312136853R2R3909Ω90.9Ω10.1Ω167輸出R－15V－15VFD333FD33324kΩ＋7.5V24kΩ510Ω－7.5V1547kΩ47kΩ＋7.5V－7.5V510Ω－7.5VR(1+δ)2kΩ1N755－7.5V1N7552kΩ＋7.5V＋7.5V第三章信號調(diào)制解調(diào)電路

第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型1、什么是信號調(diào)制？調(diào)制就是用一個信號（稱為調(diào)制信號）去控制另一個做為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。

2、什么是解調(diào)？在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調(diào)。第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型3、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測量信號外，還往往有各種噪聲。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電路的一項重要任務。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦予一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。

第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型4、在測控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？

在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用脈沖信號作載波信號?？梢詫γ}沖信號的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對脈沖的寬度進行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬。第一節(jié)調(diào)制解調(diào)的功用與類型5、什么是調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號？調(diào)制是給測量信號賦予一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用來改變載波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位的信號稱為調(diào)制信號。在測控系統(tǒng)中，通常就用測量信號作調(diào)制信號。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫已調(diào)信號。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路一、調(diào)幅原理與方法（一）1、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。

調(diào)幅就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的幅值。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x的線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號的一般表達式可寫為：us=(Um+mx)coswct

第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

txOtOucusa)調(diào)制信號b)載波信號Otc)雙邊帶調(diào)幅信號第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

2、何謂雙邊帶調(diào)幅？寫出其數(shù)學表達式，畫出波形

假設調(diào)制信號x是角頻率為Ω的余弦信號x=XmcosΩt，由式（3-1）調(diào)幅信號可寫為：

us=Umcosωct+[mXmcos(ωc+Ω)t

+mXmcos(ωc-Ω)t]/2

它包含三個不同頻率的信號:角頻率為ωc的載波信號和角頻率分別為ωc±Ω的上下邊頻信號。載波信號中不含調(diào)制信號x的信息，因此可以取Um=0，只保留兩個邊頻信號。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制。其數(shù)學表達式為：us=UxmcosΩt

cosωct第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

3、在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0~100Hz，應怎樣選取載波信號的頻率？應怎樣選取調(diào)幅信號放大器的通頻帶？信號解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？

為了正確進行信號調(diào)制必須要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。這樣，解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號。若被測信號的變化頻率為0~100Hz，則載波信號的頻率ωc>1000Hz。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應為900~1100Hz。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應>100Hz，即讓0~100Hz的信號順利通過，而將900Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200Hz。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（二）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調(diào)制？為了提高測量信號抗干擾能力，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。

第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、通過交流供電實現(xiàn)調(diào)制如電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器。R1FR4R2

R3R1R2UoUR3R4應變式傳感器輸出信號的調(diào)制第二節(jié)調(diào)幅式測量電路3、用機械或光學的方法實現(xiàn)調(diào)制Ψθθ1234567第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（三）電路調(diào)制1、乘法器調(diào)制a)原理圖ucuxuoxyKxyb)實用電路

-8V47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω750Ω14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ750Ω1kΩ680kΩ20μF20μFuc1kΩ0.1μF21254uoux+12V第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、開關電路調(diào)制uxuoUcV2V1Uc

uotO

Uc

OttO

ux第二節(jié)調(diào)幅式測量電路3、信號相加調(diào)制T1+ux

-+ux

-+uc

-VD1i1VD2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號第二節(jié)調(diào)幅式測量電路二、包絡檢波電路什么是包絡檢波？從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此調(diào)幅信號的包絡線形狀與調(diào)制信號一致。只要能檢出調(diào)幅信號的包絡線即能實現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡檢波。

第二節(jié)調(diào)幅式測量電路包絡檢波的基本工作原理是什么？由圖可見，只要從圖a所示的調(diào)幅信號中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號(經(jīng)全波檢波或截去它的上半部也可)，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號，即可獲得所需調(diào)制信號，實現(xiàn)解調(diào)。包絡檢波就是建立在整流的原理基礎上的。

usuo'OOtta)b)第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（一）二極管與三極管包絡檢波1、基本電路VDRLC2Ti+us_+uo_非線性器件

低通濾波器C1a)二極管檢波電路C1VRLC2Tic+us_+_非線性器件

低通濾波器uoEcb)晶體管檢波電路第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、峰值檢波與平均值檢波a)二極管iiθUsmωctωctuuo0us=usmcosωct0πimaxπ/20uo0tωctb)晶體管iθ0ube0Usmus=usmcosωcti0θIcicmaxωctuo0t第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（二）精密檢波電路為什么要采用精密檢波電路？二極管VD和晶體管V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，它們的特性也是一根曲線。二極管VD和晶體管V的特性偏離理想特性會給檢波帶來誤差。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路1、半波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+u?s–iiCR4uoR1R?2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–u?AA第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、全波精密檢波電路+us–

半波整流器低通濾波器+u?s–iiCR4uoR1R?2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u?AAOtuAOtuoOtus線性全波檢波電路之一第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2線性全波檢波電路之二第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1R2∞-++N2a)電路圖uo=usus>0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2b）正輸入等效電路uo=-usus<0uAR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2c)負輸入等效電路線性全波檢波電路之三高輸入阻抗線性全波整流電路第二節(jié)調(diào)幅式測量電路三、相敏檢波電路（一）相敏檢波的功用和原理1、什么是相敏檢波電路？相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻能力的檢波電路。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、為什么要采用相敏檢波？包絡檢波有兩個問題：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，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號的相位。第二，包絡檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號的能力。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)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相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路3、相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能與電路構(gòu)成上最主要的區(qū)別是什么？相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能上的主要區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號相位，從而判別被測量變化的方向，同時相敏檢波電路還具有選頻的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路4、相敏檢波電路與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有哪些相似之處？它們又有哪些區(qū)別？

將調(diào)制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號us，將雙邊帶調(diào)幅信號us再乘以載波信號，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。二者主要區(qū)別是調(diào)幅電路實現(xiàn)低頻調(diào)制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（二）常用相敏檢波電路1、乘法器式相敏檢波電路ucusuoxyKxyN0.1μF47kΩ0.1μF1kΩ0.1μF51Ω910Ω

-8V14

10161kΩ38MC14961kΩ3.3kΩ3.3kΩ910Ω1kΩ6.8kΩ0.1μFuc1kΩ0.01μF+12V21254uo∞-++N20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ200kΩRCRC0.01μF200kΩF007us第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、開關式相敏檢波電路tuoOuoOtucOtusOtuxOtˊusuoUcV2V1Uc第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)第二節(jié)調(diào)幅式測量電路3、相加式相敏檢波電路causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏檢波電路T1+ux

-+ux

-+uc

-VD1i1VD2i2載波信號T3T2RLi3+uo_RP調(diào)制信號相加式調(diào)幅電路第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

uc2uc1C0usC1R4R1VD3VD2VD1R3R2R5RPVD4PucTI4I3R4VD4+–+–VD3+_uc1uc2usR3–C0+ucTRPR1VD1+–+–VD2+_i1i2uc1uc2usC1R2R5P–C0+ucT

uc2uc1CR5PR4R1VD3VD2VD1R3R2VD4usTuous1us2+–+++–––T2ucVD1T2R1++–VD2_i1i2uc1uc2+uoCR2P–us1+usT1i2-i1R5_ucucVD4T1R4+–+VD3_I4i3uc1uc2+uoCR3T2P–us2+R5_i4-i3us第二節(jié)調(diào)幅式測量電路4、精密整流型相敏檢波電路CR4uoR1R’2R2R3Uc∞-++N1∞-++N2R’3V1V2uAUcus第二節(jié)調(diào)幅式測量電路5、脈沖箝位式相敏檢波電路ttuottttttR2R1CVusuoUc′∞-++NUcDsAuA,uousOOuAUc′OUcOuA

,uousOOuAuoUcOUc′O第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（三）相敏檢波電路的選頻與鑒相特性1、相敏檢波電路的選頻特性什么是相敏檢波電路的選頻特性？相敏檢波電路的選頻特性是指它對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。以參考信號為基波，所有偶次諧波在載波信號的一個周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對于n=1,3,5等各奇次諧波，輸出信號的幅值相應衰減為基波的1/n，即信號的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對高次諧波有一定抑制作用。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

b)a)c)usustOuotO++––++––UctOuotO–+++tO+–tUcO+–ustOuotO+++–––++++––tO+–Uc第二節(jié)調(diào)幅式測量電路2、相敏檢波電路的鑒相特性什么是相敏檢波電路的鑒相特性？如果輸入信號us為與參考信號uc(或Uc)同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓uo=Usm/2cos∮，即輸出信號隨相位差∮的余弦而變化。由于在輸入信號與參考信號同頻但有一定相位差時，輸出信號的大小與相位差有確定的函數(shù)關系，可以根據(jù)輸出信號的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特性。第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

a)b)c)d)UctO+–ustO–+uotO++UctO+–UctO+–UctO+–ustO–+ustO–+ustO–++OtO–++O–uouotO–++–uotO––第二節(jié)調(diào)幅式測量電路（四）相敏檢波電路的應用振蕩器+15V傳感器uoVCT1234576相敏檢波電路

RP4-15VRt放大器R1R2R3R4量程切換電路RP1RP3RP2∞-++N++15VRP5P第二節(jié)調(diào)幅式測量電路

txtOtOtxΦ,uOOΦ,ux21a)b)c)第三節(jié)調(diào)頻式測量電路一、調(diào)頻原理與方法（一）什么是調(diào)頻？寫出調(diào)頻信號的數(shù)學表達式，畫出其波形。調(diào)頻就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號的頻率按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號us的一般表達式可寫為：us=Umcos(wc+mx)t

第三節(jié)調(diào)頻式測量電路

xtOOtusa)調(diào)制信號b)調(diào)頻信號調(diào)頻信號的波形第三節(jié)調(diào)頻式測量電路（二）傳感器調(diào)制421TNS3測力或壓力的振弦式傳感器第三節(jié)調(diào)頻式測量電路（三）電路調(diào)制1、電容三點式LC振蕩器調(diào)頻電路LCTC1C2+Ec第三節(jié)調(diào)頻式測量電路2、多諧振蕩器調(diào)頻電路uo∞-++NCR310k

5k

10k

R1RRPR4VS15k

30k

10k

R2+FUruuouc+Ur-Ur-FUrOtT2T1T0a)b)第三節(jié)調(diào)頻式測量電路二、鑒頻電路什么是鑒頻？對調(diào)頻信號實現(xiàn)解調(diào)，從調(diào)頻信號中檢出反映被測量變化的調(diào)制信號稱為頻率解調(diào)或鑒頻。（一）微分鑒頻1、工作原理將調(diào)頻信號us=Umcos(wc+mx)t

對t求導數(shù)得到-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t這一調(diào)頻調(diào)幅信號。利用包絡檢波檢出其幅值變化，即可得到含有調(diào)制信號的信息Um(wc+mx)。第三節(jié)調(diào)頻式測量電路2、微分鑒頻電路C1uousVDVRLC2+Ec-ieic微分網(wǎng)絡包絡檢波C1usud+r++---第三節(jié)調(diào)頻式測量電路3、窄脈沖鑒頻電路uoOc)ustttOOτb)a)Usˊuo放大與電平鑒別器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

低通濾波器usUsUsˊ第三節(jié)調(diào)頻式測量電路（二）斜率鑒頻us+–us1us2fo1fo2RLRLuo1uo2uoVD2VD1TC1C2c)d)e)f)usUsmus1us2uooooottttuo1uo2uo回路2回路1fo2fo1

fo

fofcof=fc+

fmsinΩtfc

fm調(diào)頻波瞬時頻率變化Ωtff第三節(jié)調(diào)頻式測量電路（三）相位鑒頻I1L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLU1Cuo1uo2uo耦合網(wǎng)絡平衡疊加型鑒相器U2RLCˊU2EΦI2U1ˊ第三節(jié)調(diào)頻式測量電路（四）比例鑒頻U5L1C2usE0U1C1MC0L2VD1放大U22U22L3VD2RLCU3auo耦合網(wǎng)絡U2R1C3C4C5R2U4bU1ˊa)b)c)U3U4U22_U3U4U3U4U22_U1ˊU1ˊU1ˊ_U22U22U22U22第三節(jié)調(diào)頻式測量電路（五）數(shù)字式頻率計CpusUU′計數(shù)器鎖存器清零DG&SRQDZDS第四節(jié)調(diào)相式測量電路一、調(diào)相原理與方法（一）什么是調(diào)相？寫出調(diào)相信號的數(shù)學表達式，畫出其波形。調(diào)相就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號的相位按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號us的一般表達式可寫為：

us=Umcos(wc

t

+mx)第四節(jié)調(diào)相式測量電路

a)b)c)txOttucus

OO第四節(jié)調(diào)相式測量電路（二）傳感器調(diào)制13245M扭矩測量第四節(jié)調(diào)相式測量電路

XY21a)

aabWB12VP1VPnYO

b)NS1S2SnVP1VP2VP3VPn莫爾條紋信號的調(diào)制第四節(jié)調(diào)相式測量電路（三）電路調(diào)制1、調(diào)相電橋oURUCUsUUCURUTRCUs∞-++N2∞-++N1RR1R1CUsU2U2U2-第四節(jié)調(diào)相式測量電路2、脈沖采樣式調(diào)相電路U0門限檢測電路脈沖發(fā)生器載波頻率鋸齒波發(fā)生器輸出調(diào)相脈沖ujux+a)UcususOttOujtOuj=kΨux+ujtOuxb)d)c)e)UcU0第四節(jié)調(diào)相式測量電路二、鑒相電路鑒相就是從調(diào)相信號中將反映被測量變化的調(diào)制信號檢出來，實現(xiàn)調(diào)相信號的解調(diào)，又稱為相位檢波。（一）用相敏檢波器或乘法器鑒相1、乘法器鑒相(ppt28)uo=KUsmUcm/2cos∮

ucusuoxyKxyN第四節(jié)調(diào)相式測量電路2、用開關式相敏檢波電路鑒相（ppt30)3、用相加式相敏檢波電路檢相（ppt31)為什么常取參考信號的幅值等于調(diào)相信號的幅值？b)a)Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ-ππ2_π2π0Ψuo第四節(jié)調(diào)相式測量電路（二）通過相位—脈寬變換鑒相1、異或門鑒相a)UCUSDG1=1Uoc)CPUs計數(shù)器鎖存器

延時時鐘脈沖DG2Uo鎖存指令清零UcDG1=1&Nd)-2

-

0

N,uo2

b)UcUsOO

tuotUotOB第四節(jié)調(diào)相式測量電路2、RS觸發(fā)器鑒相a)QQSRUcUsc)N,uoφ0π2π21ttttb)OOBQUsUcuoOUcUsOO

t第四節(jié)調(diào)相式測量電路（三）脈沖采樣式鑒相uo單穩(wěn)鋸齒波發(fā)生器采樣保持濾波器Uc′uj

UcUs′u′e)tOa)b)c)d)U’cOttOU’stOujtOu’uo第四節(jié)調(diào)相式測量電路各種鑒相方法比較（精度、誤差因素、鑒相范圍）影響鑒相誤差的主要因素有：非線性、信號幅值、占空比、門電路與時鐘脈沖頻率等。RS觸發(fā)器鑒相精度最高，線性好，對Us和Uc的占空比沒有要求。鑒相范圍接近2

。相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為±/2

。脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近2

。異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相范圍為0--

。通過相位—脈寬變換鑒相時門電路的動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對精度有影響，但一般誤差較小。第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路一、脈沖調(diào)制原理與方法（一）什么是脈沖調(diào)寬？寫出脈沖調(diào)寬信號的數(shù)學表達式，畫出其波形。脈沖調(diào)制是指用脈沖作為載波信號的調(diào)制方法。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應用的一種方式是脈沖調(diào)寬。脈沖調(diào)寬的數(shù)學表達式為：B=b+mx第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路

Ua)調(diào)制信號b)脈沖調(diào)寬信號txOxTBtO第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路（二）傳感器調(diào)制1243567910118Mθ用激光掃描的方法測量工件直徑第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路（三）電路調(diào)制1、參量調(diào)寬R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoVSR3∞-++NR1第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路2、電壓調(diào)寬uCu–R3R4CR2RR1uxVSuou+∞-++N第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路二、脈沖調(diào)制信號的解調(diào)脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有哪些方式？脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有兩種方式。一種是將脈寬信號Uo

送入一個低通濾波器，濾波后的輸出uo

與脈寬B成正比。另一種方法是Uo

用作門控信號，只有當Uo

為高電平時，時鐘脈沖Cp才能通過門電路進入計數(shù)器。這樣進入計數(shù)器的脈沖數(shù)N與脈寬B成正比。兩種方法均具有線性特性。（ppt62)第五節(jié)脈沖調(diào)制式測量電路三、脈沖調(diào)制測量電路應用舉例（電容測量電路）∞-++N2∞-++N1SR∞-++N3uoR2R1VD1VD2DFV1V2V3V4-6V+12VUcC1C2QQ第四章信號分離電路

a)b)c)第四章信號分離電路

第一節(jié)濾波器的基本知識一、濾波器的功能和類型1、功能：濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能。2、類型：按處理信號形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器按功能分：低通、高通、帶通、帶阻按電路組成分：LC無源、RC無源、由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器、RC有源濾波器按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階第一節(jié)濾波器的基本知識

c)a)b)OA(

)OA(

)OA(

)d)OA(

)第一節(jié)濾波器的基本知識二、模擬濾波器的傳遞函數(shù)與頻率特性（一）模擬濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號電壓或電流拉氏變換之比。經(jīng)分析，任意個互相隔離的線性網(wǎng)絡級聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡傳遞函數(shù)的乘積。這樣，任何復雜的濾波網(wǎng)絡，可由若干簡單的一階與二階濾波電路級聯(lián)構(gòu)成。第一節(jié)濾波器的基本知識（二）模擬濾波器的頻率特性模擬濾波器的傳遞函數(shù)H(s)表達了濾波器的輸入與輸出間的傳遞關系。若濾波器的輸入信號Ui是角頻率為w的單位信號，濾波器的輸出Uo(jw)=H(jw)表達了在單位信號輸入情況下的輸出信號隨頻率變化的關系，稱為濾波器的頻率特性函數(shù)，簡稱頻率特性。頻率特性H(jw)是一個復函數(shù)，其幅值A(w)稱為幅頻特性，其幅角∮(w)表示輸出信號的相位相對于輸入信號相位的變化，稱為相頻特性。第一節(jié)濾波器的基本知識（三）濾波器的主要特性指標1、特征頻率：①通帶截頻fp=wp/(2)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。②阻帶截頻fr=wr/(2)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。③轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2)為信號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。④固有頻率f0=w0/(2)為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復雜電路往往有多個固有頻率。第一節(jié)濾波器的基本知識2、增益與衰耗濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。①對低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時的增益；高通指w→∞時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。②對帶阻濾波器，應給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。③通帶增益變化量△Kp指通帶內(nèi)各點增益的最大變化量，如果△Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。第一節(jié)濾波器的基本知識3、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)

阻尼系數(shù)是表征濾波器對角頻率為w0信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標。阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標，Q=w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。第一節(jié)濾波器的基本知識4、靈敏度濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標y對某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作Sxy，定義為：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標志著電路容錯能力越強，穩(wěn)定性也越高。第一節(jié)濾波器的基本知識5、群時延函數(shù)當濾波器幅頻特性滿足設計要求時，為保證輸出信號失真度不超過允許范圍，對其相頻特性∮(w)也應提出一定要求。在濾波器設計中，常用群時延函數(shù)d∮(w)/dw評價信號經(jīng)濾波后相位失真程度。群時延函數(shù)d∮(w)/dw越接近常數(shù)，信號相位失真越小。第一節(jié)濾波器的基本知識（四）二階濾波器1、二階低通濾波器二階低通濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為它的固有頻率為a01/2，通帶增益Kp=b0/a0，阻尼系數(shù)為a1/w0。其幅頻特性與相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識

20lgA/dB-101-40-20020α=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1lg(ω/ω0)-60a)幅頻特性α=0.2α=0.1-101-180o-90oα=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33lg(ω/ω0)/(°)0°b)相頻特性第一節(jié)濾波器的基本知識2、二階高通濾波器二階低通濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性與相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識

b)圖4-4lg(ω/ω0)α=2.5-1010°90°180°α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1/(°)20lgA/dB)lg(ω/ω0)-20020α=0.1α=0.2α=0.33α=0.5α=0.8α=1.25α=1.67α=2.5-101-40a)幅頻特性b)相頻特性第一節(jié)濾波器的基本知識3、二階帶通濾波器二階帶通濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性與相頻特性分別為第一節(jié)濾波器的基本知識

b)相頻特性-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(ω/ω0)0o-90o/(°)20lgA/dBa)幅頻特性lg(ω/ω0)-101-60-40-20Q=0.5Q=1Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000第一節(jié)濾波器的基本知識4、二階帶阻濾波器二階帶阻濾波器的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性和相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識

01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(ω/ω0)-40-6020lgA/dB0-1

-101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1Q=0.5Q=0.2Q=0.1lg(ω/ω0)/(°)a)幅頻特性b)相頻特性第一節(jié)濾波器的基本知識5、二階全通濾波電路（移相電路）二階全通濾波電路的傳遞函數(shù)的一般形式為其幅頻特性為常數(shù)，相頻特性為第一節(jié)濾波器的基本知識三、濾波器特性的逼近理想濾波器要求幅頻特性A(w)在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，沒有過渡帶，還要求群延時函數(shù)在通帶內(nèi)為一常量，這在物理上是無法實現(xiàn)的。實踐中往往選擇適當逼近方法，實現(xiàn)對理想濾波器的最佳逼近。測控系統(tǒng)中常用的三種逼近方法為：巴特沃斯逼近切比雪夫逼近貝賽爾逼近第一節(jié)濾波器的基本知識（一）巴特沃斯逼近這種逼近的基本原則是使幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，并且單調(diào)變化。其幅頻特性為n階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為其中第一節(jié)濾波器的基本知識

0.51.0ω/ω0n=2n=4n=5120A1-180°0ω/ω0n=5n=4n=2-360°2/(°)第一節(jié)濾波器的基本知識（二）切比雪夫逼近這種逼近方法的基本原則是允許通帶內(nèi)有一定的波動量△Kp。其幅頻特性為（三）貝賽爾逼近這種逼近與前兩種不同，它主要側(cè)重于相頻特性，其基本原則是使通帶內(nèi)相頻特性線性度最高，群時延函數(shù)最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小。第一節(jié)濾波器的基本知識

ω/ω000.51221341.0A-180°-360°0