1、1测控系统组成示意测控系统组成示意n前提课程前提课程：传感器，单片微机原理传感器，单片微机原理被测对象被控对象传感器（放大、滤波、调制解调、信号转换、运算、细分等）信号预处理（模/数控制电路、单片机、PLC、DSP、FPGA、计算机、工控机等）控制器 输出电路（光隔、驱动、D/A等）测控电路复习重点测控电路复习重点第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用第二节第二节 对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求第三节第三节 测控电路的输入信号与输出信号测控电路的输入信号与输出信号第四节第四节 测控电路的类型与组成测控电路的类型与组成第五节第五节 测控电路的发展趋势测控电路的
2、发展趋势2第一章第一章 绪论绪论（1 1）什么是测控系统？）什么是测控系统？测量与控制系统的简称。测量与控制系统的简称。广义上：测量系统、控制系统和测控系统。广义上：测量系统、控制系统和测控系统。笼统地讲笼统地讲传感器传感器测控电路测控电路执行机构执行机构（2 2）测控系统的构成）测控系统的构成第一章第一章 绪论绪论1.1.对测控电路的主要要求（对测控电路的主要要求（精度高；响应速度快和动态失精度高；响应速度快和动态失真小；转换灵活；可靠性与经济性）真小；转换灵活；可靠性与经济性）；2.2.影响测控电路精度的主要因素（影响测控电路精度的主要因素（噪声与干扰；失调与噪声与干扰；失调与漂移，主要是
3、温漂；线性度与保真度；输入与输出阻漂移，主要是温漂；线性度与保真度；输入与输出阻抗的影响）抗的影响）；3.为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？在哪些方面？（模数转换与数模转换；信号形式的转换；（模数转换与数模转换；信号形式的转换；量程的变换；信号的选取；信号处理与运算等）量程的变换；信号的选取；信号处理与运算等）；本章基本概念本章基本概念44.4.测控电路的输入信号与输出信号类型测控电路的输入信号与输出信号类型 模拟信号模拟信号(非调制信号,已调制信号）；数字信号数字信号(增量码信号；绝对码信号；开关信号）5.测控电路中的
4、信号制测控电路中的信号制电模拟信号种类：电模拟信号种类：直流电压直流电压(电流电流)，交流电压，交流电压(电流电流)；国际统一信号：国际统一信号：过程控制系统的模拟直流电流信号为过程控制系统的模拟直流电流信号为420mA，模拟直流电压信号为模拟直流电压信号为15V；国内统一信号：国内统一信号：420mA，15V；010mA，010V。信号制信号制是在成套系列仪器仪表测控电路中，各个单元的输入、是在成套系列仪器仪表测控电路中，各个单元的输入、输出信号采用何种统一的联络信号问题。输出信号采用何种统一的联络信号问题。信号的传输方式信号的传输方式有三种：两线制、三线制和四线制有三种：两线制、三线制和四
5、线制6.模拟式测量电路和数字式测量电路的基本组成模拟式测量电路和数字式测量电路的基本组成7.控制电路的基本组成控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）（开环控制；闭环控制）第一章第一章 绪论绪论5第第2章章 信号放大电路信号放大电路 2.1 运算放大器的误差及其补偿运算放大器的误差及其补偿 2.2 典型测量放大电路典型测量放大电路 2.3 隔离放大电路隔离放大电路作用：作用：放大传感器输出的电压、电流或电荷信号。放大传感器输出的电压、电流或电荷信号。类型：类型：由传感器决定。如：应变式传感器采用电桥放由传感器决定。如：应变式传感器采用电桥放大电路，压电式传感器采用电荷放大电路。大电路，压电式传
6、感器采用电荷放大电路。6要掌握的主要内容：要掌握的主要内容：n 典型测量放大电路典型测量放大电路:n隔离放大电路隔离放大电路.反相放大电路反相放大电路同相放大电路同相放大电路差动放大电路差动放大电路高共模抑制比放大电路高共模抑制比放大电路自动调零放大电路自动调零放大电路高输入阻抗放大电路高输入阻抗放大电路电桥放大电路电桥放大电路线性化电路线性化电路第第2章章 信号放大电路信号放大电路7 2.2 典型测量放大电路典型测量放大电路一、高共模抑制比放大电路 作用：用来抑制传感器输出的共模电压(包括干扰电压)，提高共模抑制比。应用场合：要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体 心电测量，信号很微弱
7、，而干扰很大。方法：（1）采用多个集成运放串联组成的测量放大电路；（2）采用差动放大电路，使ui1和ui2的共模电压抵 消，但要求外接电阻完全平衡对称。8 2.2.5 高共模抑制比放大电路高共模抑制比放大电路*2.2.5.2 三运放高共模抑制比放大电路N1N2：性能一致，平衡对称，构成差动放大输入级。N3：双端输入单端输出的输出级，进一步抑制N1N2 共模信号。R4uo1ui1ui2uo2R1R0R2R7RPR8R3R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3ui1ui2uo2911o1i1i200(1)RRuuuRR22o2i2i100(1)RRuuuRR12o2o1i2i1d1i2i10(1
8、)()()RRuuuuKuuR 55565oo2o1o2o1333463(1)(1)RRRRRuuuuuRRRRRR 取 R3=R4，R5=R6，RuuuKuuR5oo2o1d2o2o13()()差模增益：512dd1d203(1)RRRKKKRR 通常取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 外接电阻平衡对称。2.2.5.2 三运放高共模抑制比放大电路三运放高共模抑制比放大电路电路特点：输入阻抗高；增益调整方便；对于理想运放，共模抑制比趋向无限大。1011 2.2.6 电桥放大电路电桥放大电路2.2.6.1 2.2.6.1 单端输入电桥放大电路单端输入电桥放大电路1反相输入型34ab2413(
9、)ZZuuZZZZa0u (虚地)1boab12RuuuRR (虚断)231422o113241(1)(1)()()4 1/2Z ZZ ZRRuuuRZZZZR 特点：增益与桥臂电阻无关，增益稳定，单臂电桥非线性。Z1Z2Z4Z3R2R1bauou+-+-+N电桥电源浮置，电源在R1和R2不产生电流，a点为虚地：122 2同相输入型同相输入型a1()22RuuRR RuuRR2(2)4 1/2 22oa11(1)(1)4 1/2RRuuuRR 特点：输出与反相输入型符号相反，特点相同，输入阻抗高。2.2.6.1 单端输入电桥放大电路单端输入电桥放大电路R+RR2R1uo+-aRRRu+-+N1
10、32.2.6.2 2.2.6.2 差动输入电桥放大电路差动输入电桥放大电路 2.2.6 电桥放大电路电桥放大电路12RRRao1122RuuuRR b(1)/(2)uu特点：增益与桥臂电阻有关，增益不稳定，且非线性。R2=R1R1uR(1+)uaubRRRuo+-+NRuuR1o2(1)4 1/2 (ua=ub)14 2.2.6 电桥放大电路电桥放大电路*2.2.6.3 线性电桥放大电路12ao1212RRuuuRRRRb313/()uuRRR32o131RRRuuuRRRR 32,(1)RR RR 特点：传感器接在反馈回路，线性好，量程大，但灵敏度低。uoR3R2=R(1+)R1uuaR1u
11、b+-+Ni1i2i4i315 2.2 典型测量放大电路典型测量放大电路2.2.8 高输入阻抗放大电路高输入阻抗放大电路 作用作用：提高反相提高反相(或差动或差动)运算放大器的输入阻抗，与电运算放大器的输入阻抗，与电 容式、压电式传感器的高输出阻抗相匹配。容式、压电式传感器的高输出阻抗相匹配。方法：方法：（1）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会 引入共模误差；引入共模误差；（2）采用高输入阻抗的集成运算放大器；）采用高输入阻抗的集成运算放大器；（3）采用通用集成运算放大器组成的自举电路。）采用通用集成运算放大器组成的自举电路。162.2.8.2 自举式高
12、输入阻抗放大电路自举式高输入阻抗放大电路 2.2.8 高输入阻抗放大电路高输入阻抗放大电路 何谓自举电路?自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。是不是所有情况下都要求放大电路具有高的输入阻抗？高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感器的测量放大电路。172.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路b)交流电压跟随电路+-+NuiR1R2C1R3C2uoa)同相交流放大电路uiuo+-+NR1R2R3C1C2 利用C2将运放两输入端之间的交流电压作用在R1两端。理想情况下两输入端电位近似相等(虚短)，无
13、电流流过R1，故对交流而言 。R1 要求：R3=R1+R2 减小输入失调电压和输入偏置电流。182.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路RuuR3o1i1 RuuuR1o2o1i322 uuuRRiuRRR Ro2i21i1212 i输入电阻为：uR RRiRRi12i21 当R2=R1时，Ri，i1=i2，即N1的输入电流全部由N2提供，输入回路无电流。uo1uii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)自举组合电路19自举组合电路20 2.3 隔离放大电路 作用：将输入、输出和电源电路进行隔离，使他们之间 没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。方法：采用电
14、磁耦合(变压器)和光电耦合。应用场合：主要用于便携式测量仪器和某些测控系统(如 生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程 控制系统等)中，能在噪声环境下以高阻抗、高共 模抑制能力传送信号。第第2章章 信号放大电路信号放大电路211.组成及符号组成及符号2.3 隔离放大电路2.3.1 基本原理Ciso 隔离电容(典型值20pF)Riso 隔离电阻(很大 )1210 uiso 隔离模电压，指隔离器两端或输入端与输出端两 公共地之间能承受的共模电压。输 入放大器R1R1R2Ri soCi soR2uo隔离器输 出放大器uducuiso22浮置电源输入调制放 大 器耦合变压器输出解调放 大 器输出输
15、入2.3 隔离放大电路2.原理框图浮置电源光耦合器 输 入 放大器输 出放大器输出输入VLC 变压器耦合不仅隔离了输入与输出电路，而且也隔离了浮置电源，但体积大。光电耦合先将被测信号放大后由发光二极管转换成光信号，再由光敏三极管转换成电信号放大输出，但非线性。23 作用：传感器输出的信号一般很微弱，而且含有作用：传感器输出的信号一般很微弱，而且含有 各种噪声。为了将测量信号从含有噪声的各种噪声。为了将测量信号从含有噪声的 信号中分离出来，便于放大与远距离传输。信号中分离出来，便于放大与远距离传输。3.1 调幅式测量电路调幅式测量电路 3.2 调频式测量电路调频式测量电路 3.3 调相式电路调相
16、式电路 3.4 脉冲调宽制式测量电路脉冲调宽制式测量电路24第第3章章 信号调制解调电路信号调制解调电路1 1、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。2 2、调频，调幅，调相，脉冲调制的、调频，调幅，调相，脉冲调制的数学表达式，并画出它们数学表达式，并画出它们 的波形的波形。3 3、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形 4 4、什么是包络检波？什么是相敏检波、什么是包络检波？什么是相敏检波包络检波和相敏检波的包络检波和相敏检波的电路原理及分析电路原理及分析、区别；区别；5 5、相敏
17、检波电路的主要作用：鉴相和选频相敏检波电路的主要作用：鉴相和选频6 6、鉴相电路的原理。、鉴相电路的原理。7 7、脉冲调宽信号的解调方式。、脉冲调宽信号的解调方式。第第3章章 信号调制解调电路信号调制解调电路25调制调制传感器调制传感器调制电路调制电路调制开关电路调制开关电路调制乘法器调制乘法器调制信号相加调制信号相加调制调相调相调频调频调幅调幅脉冲调宽脉冲调宽26解调包络检波相敏检波二极管与晶体管包络检波精密检波半波全波27 什么是信号调制？什么是信号调制？调制调制就是用一个信号就是用一个信号(称为调制信号称为调制信号)去控制另一个去控制另一个做为载体的信号做为载体的信号(称为载波信号称为载
18、波信号)，让后者的某一特征参，让后者的某一特征参数数(幅值、频率、相位、脉冲宽度幅值、频率、相位、脉冲宽度)按前者变化。按前者变化。什么是信号解调？什么是信号解调？在将测量信号调制，并将它和噪声分离、放大等处在将测量信号调制，并将它和噪声分离、放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为量信号，这一过程称为解调解调。28第第3章章 信号调制解调电路信号调制解调电路 调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号载体的信号提供。常
19、以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为作为载体，这个载体称为载波信号载波信号。用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为位的信号称为调制信号调制信号。在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫经过调制的载波信号叫已调信号已调信号。29在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为行调制，分
20、别称为调幅调幅(Amplitude modulation)(Amplitude modulation)、调频调频(Frequency modulation)(Frequency modulation)和和调相调相(Phase modulation)(Phase modulation)。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲脉冲调宽调宽(Pulse width modulation)(Pulse width modulation)。
21、303.1 调幅式测量电路调幅式测量电路3.1.1 调幅原理与方法调幅原理与方法3.1.1.1 调幅信号的表达式调幅信号的表达式uUmxtsmc()cos 调幅信号的一般表达式可写为：什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画出波形。调幅就是用调制信号 x 去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号 x 的线性函数变化。c载波信号角频率；Um调幅波中载波信号的幅值；m调制的灵敏度；x调制信号。31设调制信号设调制信号 ，且，且 （一般（一般 ）xXtmcos c c10 uUtmXttsmcmccoscoscosUtmX t+mX tmcmcmc11coscos()
22、cos()22载波信号上边频信号下边频信号ux uXttscmccoscos 载波信号中不含调制信号 x 的信息，因此可取Um=0、m=1，只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调幅，可采用乘法器实现。其数学表达式为：3.1.1.1 调幅信号的表达式 何谓双边带调幅？写出其数学表达式，并画出波形。32当x0时，us与 uc同频同相；双边带调幅信号txotucusotoux usc 当x0时，；uA0 RRuuuRR44oss3302 RRRuuuuRRR444oAss33302 当us0时，VD1 VD4通，VD2 VD3 断，N2跟随器工作，；uuos0 当us0时，VD1 VD4断，VD2
23、 VD3通，N1工作，。RuuuR4oss10 tuootuso3.全波精密检波电路二 uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1-+N1-+N2RRR214/,RR35,RR14 384.高输入阻抗全波精密检波电路RRRR1234/2R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2a)电路图uo=-usus0usR1R3R4us-+N1b)正输入等效电路-+N2us0时，VD1 通，VD2 断，；uuos0 us0)当ux0时，us与 Uc同频同相；当ux0时，us与Uc同频反相。us与Uc反相(ux0，则u+大：uo=Ur，C充电时间长；uo=-Ur，C放电时间短。即输出
24、脉冲占空比大。（2）若ux，通常至少要求c10。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0-100Hz，则载波信号的频率c c1000 Hz1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为900-900-1100 Hz1100 Hz。信号解调后，滤波器的通频带应100 Hz，即让0-100Hz的信号顺利通过，而将900 Hz以上的信号抑制，可选通频带为200 Hz200 Hz。56 相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在电路构成相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在电路构成上最主要的区别是什么？上最主要的区别是什么？相敏检波电路与包络检波电路在
25、相敏检波电路与包络检波电路在功能上功能上的主要的区别是的主要的区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向。的方向。在在性能上性能上最主要的区别是最主要的区别是 相敏检波电路具有判别信号相敏检波电路具有判别信号相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从从电路结构上电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信
26、号的相位和频率。参考信号应与号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。信号就能满足这一条件。57 从相敏检波器的工作机理说明为什么相敏检波器与调幅电路在结构上有许多相似之处？它们又有哪些区别？只要将输入的调制信号乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边频调幅信号。若将再乘以，就得到)2cos()2cos(41cos212coscos21cos21coscoscosccxmcxmxmc2csottUtUttUtUttUtuuxmxm 利用低通滤波器滤除频率为和的高频
27、信号后就得到调制信号，只是乘上了系数1/2。这就是说，将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边频调幅信号us，将双边频调幅信号us再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。相敏检波器与调幅电路在结构上的主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的结构和参数不同。58开关式全波相敏检波电路5960全波精密检波电路全波精密检波电路 精密整流型全波相敏检波电路精密整流型全波相敏检波电路61P9
28、3脉宽调制电路 电容C在两个半周期通过不同的电阻进行充电，充电时间常数不同，从而输出信号的占空比随着两支充电回路的阻值而变化，即输出信号的脉宽受被测信号调制。Rp2和Rp3为差动电阻传感器的两臂，其和为一常量。62第第4章章 信号分离电路信号分离电路 4.1 滤波器基本知识滤波器基本知识 4.2 RC滤波电路滤波电路 4.3 集成有源滤波器集成有源滤波器 4.4 跟随滤波器跟随滤波器 作用：选择频率的作用。提取有用的测量信号，作用：选择频率的作用。提取有用的测量信号，滤除噪声和无用信号。滤除噪声和无用信号。631 1、4 4种常见的滤波器及示意图、性能。种常见的滤波器及示意图、性能。2 2、传
29、递函数的定义，由传递函数我们可以得到滤波器、传递函数的定义，由传递函数我们可以得到滤波器 的幅频和相频特性。的幅频和相频特性。3 3、滤波器特性的逼近：有哪几种逼近方法，什么时候、滤波器特性的逼近：有哪几种逼近方法，什么时候 采用什么样的逼近方法？采用什么样的逼近方法？4 4、二阶有源滤波器的分类，结构，会推导其传递函数，并根二阶有源滤波器的分类，结构，会推导其传递函数，并根据其获得特征参数据其获得特征参数kp，w0，等。等。5、会设计有源滤波器。会设计有源滤波器。重点：模拟滤波器的传递函数与频率特性；压控电压源型滤波电路；无限增益多路反馈型滤波电路；有源滤波器设计。第第4章章 信号分离电路信
30、号分离电路64 4.1.1 滤波器的类型滤波器的类型 1.按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器。按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器。2.按功能按功能(频率频率)分：低通、高通、带通、带阻滤波器。分：低通、高通、带通、带阻滤波器。3.按电路元件分：按电路元件分：LC无源滤波器、无源滤波器、RC无源滤波器、由特无源滤波器、由特 殊元件构成的无源滤波器、殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器。有源滤波器。4.按微分方程按微分方程(传递函数传递函数)的阶数分：一阶滤波器、二阶滤的阶数分：一阶滤波器、二阶滤 波器、高阶滤波器。波器、高阶滤波器。4.1 滤波器基本知识第第4章章 信号分离电路信号
31、分离电路6522002200*()(210,0*)KpH sbbbKpss低通低通：22200*()(2,100)KpsH sbKp bbss高通高通：002200*()(200,1*)KpsH sbbbKpss带通：带通：222002200*()()(2,10,0*)KpsH sbKp bbKpss带阻：带阻：2210210()b sbsbH ssa sa210000,(:)aa阻尼系数；：固有频率664.1.4.1 巴特沃斯逼近：巴特沃斯逼近：这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化。其幅频特性为并且单调变化。其幅频特性为
32、 4.1.4 滤波器特性的逼近P2,0K 674.1.4.2 切比雪夫逼近：切比雪夫逼近：这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量Kp。其幅频特性为。其幅频特性为 4.1.4 滤波器特性的逼近KP0.75 1.32,0 KP32,0,()4.1.4.3 贝赛尔逼近：这种逼近与前两种不同，它主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。68 4.1.4 滤波器特性的逼近/000.512巴 贝切切1.0A()-180-36012贝巴切切/0()0图4-8 四种五阶低通滤波
33、器频率特性246800.20.40.60.81.0t/t0巴贝切uo(t)/ui图4-9 三种二阶低通滤 波器阶跃响应69 4.2.2 压控电压源型滤波电路压控电压源型滤波电路(同相放大器同相放大器)UsK YYH sU sYYYY YYK YY Yof12i123451f342()()()()(1)KRRf01/uYu Yu YuYYYYi12o31234 uYuuYYKo225f YYYY uuuYYK2525o22f 4.2 RC滤波电路滤波电路uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+Nu u 70压控电压源型滤波器的特点 元件数目少 对运放理想程度要求不高 结构简单 增益和
34、截止频率独立，调整方便（）正反馈，稳定性差（）1212112221111-Kf=(+)+*R R C CCRRR C012121=R R C C01RKpKfR uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+N71 4.2.3 无限增益多路反馈型滤波电路无限增益多路反馈型滤波电路(反相放大器反相放大器)Kf uYu Yu YuYYYYi12o31234 u Yu YuuYYK2o5o25f0 YuuY5o2 UsYYH sU sYYYY YY Yo12i1234523()()()()4.2 RC滤波电路滤波电路-+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)u u 7273 4.2.5
35、RC有源滤波器设计有源滤波器的设计主要包括以下四个过程：确定传递函数（应用特点确定、阶数）低通、高通、带通、带阻 特征频率：固有频率、转折频率、截止频率 巴特沃斯、切比雪夫、贝赛尔逼近选择电路结构（特性要求、低灵敏度）压控电压源、无限增益多路反馈、双二阶环选择有源器件（器件特性、噪声、Ri、Ro）计算无源元件参数（预设、先C后R）*4.2.5.4 无源元件参数计算无源元件参数计算 1在给定转折频率在给定转折频率fc下，参考表下，参考表4-2选择电容选择电容C1；2计算电阻换标系数：计算电阻换标系数：K=100/fc C1 (C1单位为单位为F)；3由由KP查表查表(由类型决定由类型决定)确定确
36、定C2及归一化电阻值及归一化电阻值ri；4计算电阻实际值：计算电阻实际值：Ri=Kri；5确定电阻标称值。确定电阻标称值。4.2.5 RC有源滤波器设计有源滤波器设计fc/Hz100kC1/F100.1 0.10.010.010.001(1000100)10-6(10010)10-6表4-2 二阶有源滤波器设计电容选择用表74第第5章章 信号运算电路信号运算电路 作用：实现各种数学运算，如表面粗糙度测量作用：实现各种数学运算，如表面粗糙度测量。5.1 比例运算放大电路比例运算放大电路 5.2 加法、减法运算电路加法、减法运算电路 5.3 对数、指数和乘、除运算电路对数、指数和乘、除运算电路 5
37、.4 微分、积分运算电路微分、积分运算电路 5.5 常用特征值运算电路常用特征值运算电路 5.6 函数性运算电路函数性运算电路751.利用反相加法运算电路实现减法运算利用反相加法运算电路实现减法运算5.2 加法、减法运算电路加法、减法运算电路5.2.3 减法运算电路减法运算电路-+N2+R1uoR2ui1Rfui2-+N1+uo1R1R3R=R1/2R =R2/R3/RfRRuuuuuRRffoi1o1i2i122()()RR23 2.利用单一运放差分输入实现减法运算利用单一运放差分输入实现减法运算76四、乘方和立方运算电路四、乘方和立方运算电路图图 平方运算电路平方运算电路 将相乘运算电路的
38、两个输入端并联在一起就是乘方运算电路，电路将相乘运算电路的两个输入端并联在一起就是乘方运算电路，电路如左图所示。立方运算电路如右图所示。如左图所示。立方运算电路如右图所示。图图 立方运算电路立方运算电路 77第第6章章 信号转换电路信号转换电路 6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路 6.4 电压频率转换电路 6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路78基本组成：基本组成：1.模拟开关模拟开关 2.存储电容存储电容 3.缓冲放大器缓冲放大器6.2 采样保持电路采样保持电路 当Uc=“1”时，S接通，ui向C充电，输出跟踪模拟输入信号变化采样阶段(uo=uc=ui
39、)。-+N1+-+N2+uiuoUcCSuc 当Uc=“0”时，S断开，uo保持S断开瞬间的输入信号值保持状态(uo保持uc值)。79UouiuiURoUR 当uiUR时，Uo为低电平“0”；当ui=UR时，比较器翻转。Uo=UR-ui 当UR=0时为过零比较器，又称鉴零器。如正弦波经过鉴零器后变为方波。-1+1uiUR#Uo80UouioU1 U2 设输出高低电平分别为UoH、UoL，则两个门限电平分别为：122RoH1212RRUUURRRR121RoL1212RRUUURRRR滞后电平：221oHoLn12()RUUUUUuRR Uo-1+1uiUR#R1R2R 调节R1或R2可调节滞后
40、电平，使 稍大于预计的干扰信号un，可消除“振铃”现象。uiU2时Uo=UoL，U1uiU2时不翻转。常作为整形电路。U 81例 在图（a）所示的电路中，已知R1=50k，R2=100k，稳压管的稳定电压UZ=9V，输入电压uI的波形如图（b）所示，试画出uO的波形。AuOuIDZUZR1R2R图（a）3-3uI/V0t图（b）9-9uO/V0t解：ZTURRRU211uO9-90uI+3-3VV39100505082UT电压传输特性：电压传输特性：-1-1+1+1uiE#R1R2RP-1-1+1+1#VSU o1U o2U R1U R2N1N2U ZRUo+UD*6.3.3 窗口比较电路窗口
41、比较电路(两个门限电平两个门限电平)判断判断ui是否在两个电平之间。两个门限电平分别为：是否在两个电平之间。两个门限电平分别为：UEUUR2zR1 RUUUURRPR1zR2R21P 当当uiUR2时，时，Uo1=“1”，Uo2=“0”，则，则Uo=“0”；当当UR2uiUR1时，时，Uo1=“0”，Uo2=“1”，则，则Uo=“0”。窗口宽度：窗口宽度：UUUKUR1R2z U ouioUR2 UR1 U“1”“0”6.5 电压电流转换电路电压电流转换电路 作用：作用：减小传输导线阻抗对信号的影响。减小传输导线阻抗对信号的影响。1.反相输入型uo-+N+iS RSR2R1i uiiRoS1
42、o1S1SuiRi Ri 要求:（1）电流源内阻RS很大，减小输入失调电压影响；（2）iSIb运放的输入偏置电流。84实用测微弱电流的实用测微弱电流的I/V转换电路转换电路ou uoR4R1R2R3N-+isRs33121osRuiRRR 10Rius siRuRuu 20300 2.同相输入型uiRi1 22oib33(1)RRuuUiRR 要求：R4=R2/R3（R2和R3由i与uo的范围确定）uo-+N+UbR3R1i R4R2ui 例：420mA 010V 取R1=250，i=420mA ui=15Vuo=010VRRURR22b33(1)10 RRURR22b33(1)510RR23
43、32 Ub5V3 R320k R230k RRR423/12k ，86 要求：R3RL R4R7+RL31NioL1313RRuui RRRRR42Pbo7L2424()RRuUiRRRRRR取R1=R2，R3=R4，uNuP，则34oibibi1727()()RRiuUuUuR RR RV1-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio876.5.2 V/I转换电路转换电路RLuo2-+N1+iL-+N2+RRRRRPuiuo1uP1uP+-负载接地型负载接地型V/IV/I转换电路转换电路N1，N2为理想运放。为理想运放。)(2121oiPuuu N1输出电压输出电压2
44、112oiPouuuu RP上的电压上的电压iooPuuuu 21所以所以PiLRui oi/1000iu 例：010V 010mA取 R1=R2=100k，R3=R4=20k，R7=200，Ub=0，则oi2(2.5)1250iu 例：010V 420mA取 R1=R2=100k，R3=R4=20k，R7=125，Ub=-2.5V，则V1-+N+uiR3R1R4R2R5uNuPUbV2+ER6R7RLio896.5.2 V/I转换电路转换电路负载浮地型负载浮地型V/I V/I 转换电路转换电路1iILuiiRuo-+N+UiR1iI RLiL uo-+N+UiR1iI RLiL(a)(a)反
45、相式反相式（b)b)同相式同相式*A/D转换的三个阶段：转换的三个阶段：采样、量化和编码采样、量化和编码 采样：在时间上离散，用模拟信号与脉冲序列相乘实现。量化：在幅值上离散，利用四舍五入规则，用有限个量 化值来代替采样值，量化值与采样值之差称为量 化误差，最大量化误差=LSB/2。R12niiiiUUd 编码：编码与量化同时完成，通常用二进制码表示，即91 试述在试述在S/H电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三种主要元器件的选择有什么要求。种主要元器件的选择有什么要求。选择要求如下：模拟开关模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容
46、小和切换速度快。存储电容存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。运算放大器运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器；输入运放还应具有大的输出电流。92如果要将如果要将420mA的输入直流电流转换为的输入直流电流转换为010V的输出直流电压，的输出直流电压，试设计其转试设计其转换电路。换电路。该转换电路如图该转换电路如图X6-3所示。根据图所示。根据图X6-3电路，有电路，有b23123o)1(URRiRRRuR3-+NuoR1R2R4iuiUb图X6-3取R1=250，当i=4mA时，ui=1V，当i=20mA时，ui=5V。因此要求,1b23UR
47、R115)1(23RR93试分析图试分析图6-36中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。图6-36 题6-5图a)b)-+NR1R2R3uouiURVS1VS2-+NR1R2R3uouiURVSVD1VD2R此电路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值UZ、-UZ，因此运算放大器同相端两个门限电压为：,R323Z3221URRRURRRUR323Z3222URRRURRRU当ui UR时，VD1导通，运算放大器输出负向饱和电压-E，VD2截止，uo=0，此时运算放大器同相端门限电压为：当 ui由大变小并小于UT时，uo=UZ。
48、R2Z22TURRRURRRU94uouoUZU1U2uiO-UZUZOURUTuia)b)图X6-2其电压传输特性如图其电压传输特性如图X6-2X6-2所示：所示：95第第7章章 信号细分与辨向电路信号细分与辨向电路作用：细分电路实现对周期性的测量信号进行作用：细分电路实现对周期性的测量信号进行 插值，提高仪器的分辨力；辨向电路实插值，提高仪器的分辨力；辨向电路实 现对周期性信号极性的判断。现对周期性信号极性的判断。7.1 直传式细分电路直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分电路平衡补偿式细分电路967.1.1 四细分辨向电路四细分辨向电路 输入信号：输入信号：相位差相位差90 的两路方波信
49、号。的两路方波信号。细分原理：细分原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。辨向原理：辨向原理：根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据作为判别依据。7.1 直传式细分电路直传式细分电路 7.1.1.1 单稳四细分辨向电路单稳四细分辨向电路 由四个单稳触发器和二个由四个单稳触发器和二个“与或非门与或非门”组成，利用单稳提取两路方波信组成，利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。号的边沿实现四细分。AB97DG7&Uo1DG
50、5Uo2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6ABBBBBAAA A 1B B B A A A B 1B B AA 98脉宽调制控制电路变频控制电路第第8章章 连续信号控制电路连续信号控制电路99导电角控制逆变器 N的反相端输入三个信号：1)锯齿波或三角波调制信号up;2)控制电压uc;3)负偏置电压u0，其作用是在uc=0时通过RP的调节使比较器的输出电压ub为宽度相等的正负方波。8.1 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 8.1.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 电压-脉宽功率放大+N-R2R3RPR
