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1、测控电路与器件目录第第1 1章章 信号调理电路信号调理电路第第2 2章章 常用控制器件常用控制器件第第3 3章章 控制电机控制电机第第4 4章章 常用电气控制线路常用电气控制线路第第5 5章章 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用第第6 6章章 模拟量控制电路模拟量控制电路第第7 7章章 开关量控制电路开关量控制电路第第8 8章章 信号显示信号显示 第1章 信号调理电路n信号放大n信号变换电路n信号运算电路n滤波电路n调制与解调电路n数据采集电路 1.1 信号放大 生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变生产现场的各种物理量经过传感器或变送器变生产现
2、场的各种物理量经过传感器或变送器变为电信号，这些电信号往往比较小，需经过放大为电信号，这些电信号往往比较小，需经过放大为电信号，这些电信号往往比较小，需经过放大为电信号，这些电信号往往比较小，需经过放大后才能送给后才能送给后才能送给后才能送给A/DA/D转换器变为数字量送给计算机转换器变为数字量送给计算机转换器变为数字量送给计算机转换器变为数字量送给计算机 。因生产现场不同，放大器的工作环境千差万因生产现场不同，放大器的工作环境千差万因生产现场不同，放大器的工作环境千差万因生产现场不同，放大器的工作环境千差万别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对别
3、，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对别，传感器的输出信号大小和输出阻抗不同，对系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要系统的精度、速度和稳定性要求不同，因而需要不同的放大器。不同的放大器。不同的放大器。不同的放大器。本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔本节主要介绍比例放大器、仪用放大器、隔离放大器、可变增益放大器等。离放大器、可变增益放大器等。离放大器、可变增益放大器等。离放大器、可变增益放大器等。返回返回通用方法通用方法通用方
4、法通用方法 Ri Ri很大，很大，很大，很大，RoRo很小，很小，很小，很小，K K很大。很大。很大。很大。虚短虚短虚短虚短在深度负反响的条件下，运放的两输入端的电在深度负反响的条件下，运放的两输入端的电在深度负反响的条件下，运放的两输入端的电在深度负反响的条件下，运放的两输入端的电压差为零压差为零压差为零压差为零 即：即：即：即：uiuiu uu u0 0，即，即，即，即u uu u 虚断虚断虚断虚断流入和流出输入端的电流都为流入和流出输入端的电流都为流入和流出输入端的电流都为流入和流出输入端的电流都为0 0。即：即：即：即：I I=I=I0 0运算放大器的理想特性：运算放大器的理想特性：运
5、算放大器的理想特性：运算放大器的理想特性：1.1.1 比例放大器比例放大器同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器图1-1 同相放大器的基本形式 同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低，增益高的特点。特点。特点。特点。根本形式如图根本形式如图根本形式如图根本形式如图1-11-1所示：所示：所示：所示：增益为：增益为：增益为：增益为：1.1.1 比例放大器比例放大器同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器 同相放大器的特点：输入阻抗高。同相放大器的特点：输入阻抗
6、高。同相放大器的特点：输入阻抗高。同相放大器的特点：输入阻抗高。输入阻抗为：输入阻抗为：输入阻抗为：输入阻抗为：式中：式中：式中：式中：ri ri为运放的开环输入阻抗，为运放的开环输入阻抗，为运放的开环输入阻抗，为运放的开环输入阻抗，A A为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，F F为电路的反响系数。为电路的反响系数。为电路的反响系数。为电路的反响系数。1.1.1 比例放大器比例放大器同相放大器同相放大器同相放大器同相放大器 同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于同相放大器的特点：输出阻抗很小，几乎接近于同相放大器
7、的特点：输出阻抗很小，几乎接近于0 0。输出阻抗为：输出阻抗为：输出阻抗为：输出阻抗为：式中：式中：式中：式中：r0r0为运放的开环输出阻抗，为运放的开环输出阻抗，为运放的开环输出阻抗，为运放的开环输出阻抗，A A为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，为运放的开环增益，F F为电路的反响系数。为电路的反响系数。为电路的反响系数。为电路的反响系数。1.1.1 比例放大器比例放大器反相放大器反相放大器反相放大器反相放大器 反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳反向放大器具有输入阻抗低，输出阻抗低，但性能稳反向放大器具有输入阻抗低
8、，输出阻抗低，但性能稳定的特点。定的特点。定的特点。定的特点。根本形式如图根本形式如图根本形式如图根本形式如图1-41-4所示：所示：所示：所示：增益为：增益为：增益为：增益为：图1-4 反相放大器的基本形式 1.1.1 1.1.1 比例放大器比例放大器根本差分放大器根本差分放大器根本差分放大器根本差分放大器 图1-7 基本差分放大器 采用电路构造完全对称的差分放采用电路构造完全对称的差分放采用电路构造完全对称的差分放采用电路构造完全对称的差分放大，有利于抑制共模干扰提高大，有利于抑制共模干扰提高大，有利于抑制共模干扰提高大，有利于抑制共模干扰提高电路的共模抑制比和减小温度电路的共模抑制比和减
9、小温度电路的共模抑制比和减小温度电路的共模抑制比和减小温度漂移。漂移。漂移。漂移。利用电路的线性叠加原理，先计利用电路的线性叠加原理，先计利用电路的线性叠加原理，先计利用电路的线性叠加原理，先计算输入信号算输入信号算输入信号算输入信号u uI1I1作用的输出作用的输出作用的输出作用的输出u uO1O1:再计算输入信号再计算输入信号再计算输入信号再计算输入信号u uI2I2作用的输出作用的输出作用的输出作用的输出u uO2O2:1.1.1 1.1.1 比例放大器比例放大器根本差分放大器根本差分放大器根本差分放大器根本差分放大器 图1-7 基本差分放大器 如果电路能做到完全对称，即如果电路能做到完
10、全对称，即如果电路能做到完全对称，即如果电路能做到完全对称，即 那么有那么有那么有那么有:1.1.1 1.1.1 比例放大器比例放大器根本差分放大器根本差分放大器根本差分放大器根本差分放大器由于根本差分放大器的输入阻抗较低，它的应由于根本差分放大器的输入阻抗较低，它的应由于根本差分放大器的输入阻抗较低，它的应由于根本差分放大器的输入阻抗较低，它的应用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介用受到很大的限制，通常它用于构成下面要介绍的仪用放大器。绍的仪用放大器。绍的仪用放大器。绍的仪用放大器。集成化的差分放大器具有更好
11、的性能，主要是集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是集成化的差分放大器具有更好的性能，主要是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温度性能。这类芯片也有很多，共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，共模抑制比和温度性能。这类芯片也有很多，如如如如INAl05INAl05INAl05INAl05，INAl06INAl06INAl06INAl06，INAll7INAll7INAll7INAll7。1.1.2 仪用放大器仪用放大器 仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大仪
12、用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大仪用放大器是一种在传感器接口电路中，经常要用到的差分放大器。器。器。器。这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，这类放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，精度高、稳定性好，经常用于精细仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。经常用于精细仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。经常用于精细仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。经常用于精细仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。图图图图1-81-8所示为并联差分
13、输入仪用放大器三运放电路。所示为并联差分输入仪用放大器三运放电路。所示为并联差分输入仪用放大器三运放电路。所示为并联差分输入仪用放大器三运放电路。图1-8三运放仪用放大器1.1.2 仪用放大器仪用放大器 电路分析：电路分析：电路分析：电路分析：图1-8三运放仪用放大器1.1.2 仪用放大器仪用放大器 电路分析：电路分析：电路分析：电路分析：图1-8三运放仪用放大器差模增益为：差模增益为：差模增益为：差模增益为：共模增益为：共模增益为：共模增益为：共模增益为：由三运放组成的差分放大器具有由三运放组成的差分放大器具有由三运放组成的差分放大器具有由三运放组成的差分放大器具有高共高共高共高共模抑制比、
14、高输入阻抗和可变增益模抑制比、高输入阻抗和可变增益模抑制比、高输入阻抗和可变增益模抑制比、高输入阻抗和可变增益等等等等一系列优点，它是目前测控系统和仪一系列优点，它是目前测控系统和仪一系列优点，它是目前测控系统和仪一系列优点，它是目前测控系统和仪器仪表中最典型的前置放大器。器仪表中最典型的前置放大器。器仪表中最典型的前置放大器。器仪表中最典型的前置放大器。1.1.3 1.1.3 隔离放大器隔离放大器 所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器所谓隔离放大器，是指前级放大器与后级放大器之间没有电的联系，而是利用光
15、或磁来耦合信号。之间没有电的联系，而是利用光或磁来耦合信号。之间没有电的联系，而是利用光或磁来耦合信号。之间没有电的联系，而是利用光或磁来耦合信号。它可以提高系统的抗干扰性能、平安性能和可靠它可以提高系统的抗干扰性能、平安性能和可靠它可以提高系统的抗干扰性能、平安性能和可靠它可以提高系统的抗干扰性能、平安性能和可靠性，现代测控系统经常采用隔离放大器。性，现代测控系统经常采用隔离放大器。性，现代测控系统经常采用隔离放大器。性，现代测控系统经常采用隔离放大器。目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦目前用得较多的是利用光来耦合信号。用光来耦目前用得较多的
16、是利用光来耦合信号。用光来耦合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源合信号的器件叫光电耦合器，其内部有作为光源的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三的半导体二极管和作为光接收的光敏二极管和三极管。极管。极管。极管。如图如图如图如图1-91-91-91-9给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。1.1.3 1.1.
17、3 隔离放大器隔离放大器 不同类型光电耦合器件传输特性比较：图不同类型光电耦合器件传输特性比较：图不同类型光电耦合器件传输特性比较：图不同类型光电耦合器件传输特性比较：图1-101-101-101-10 选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并选用硅光敏三极管和达林顿型时，应合理选择工作点，并将其工作范围限制在近似的线性传输区；将其工作范围限制在近似的线性传输区；将其工作范围限制在近似的线性传输区；将其工作范围限制在近似的线性传输区；在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极在
18、要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极在要求低失真和宽频带的高性能传输时，宜采用光敏二极管型。管型。管型。管型。硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但硅光敏二极管型：良好的传输线性和较宽的线性范围，但传输增益最小；传输增益最小；传输增益最小；传输增益最小；硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大；硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大；硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较大；硅光敏三极管型：传输线性较差，传输增益较
19、大；达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。达林顿型：传输线性最差，但传输增益最大。因此：因此：因此：因此：1.1.3 1.1.3 隔离放大器隔离放大器 以下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：以下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：以下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：以下图为采用光电耦合器的光电隔离放大器：图1-11光电偶合放大电路图1-12线形光电偶合放大电路1.1.4 1.1.4 可变增益放大器可变增益放大器 为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏为了增加测控
20、系统的动态范围和改变电路的灵敏为了增加测控系统的动态范围和改变电路的灵敏度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器度以适应不同的工作条件，经常需要改变放大器的增益。的增益。的增益。的增益。通过改变反响网络的反响系数，即电阻的比例，通过改变反响网络的反响系数，即电阻的比例，通过改变反响网络的反响系数，即电阻的比例，通过改变反响网络的反响系数，即电阻的比例，同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。同相放大器和反相放大器都很容易改变增益。
21、图图图图1-141-14所示是一个可变增益的同相放大器的原理所示是一个可变增益的同相放大器的原理所示是一个可变增益的同相放大器的原理所示是一个可变增益的同相放大器的原理图。图。图。图。1.1.4 1.1.4 可变增益放大器可变增益放大器 增益增益增益增益:显然，改变变阻器显然，改变变阻器显然，改变变阻器显然，改变变阻器R RP P的阻的阻的阻的阻值可以改变放大器的增益。值可以改变放大器的增益。值可以改变放大器的增益。值可以改变放大器的增益。该电路可以该电路可以该电路可以该电路可以连续连续连续连续地改变放地改变放地改变放地改变放大器的增益。大器的增益。大器的增益。大器的增益。1.2 1.2 信号
22、变换电路信号变换电路 电压电流变换器电压电流变换器(VCC)(VCC)电流电压变换器电流电压变换器(CVC)(CVC)电压频率变换电路电压频率变换电路 频率电压变换电路频率电压变换电路电压比较器电压比较器限幅放大器限幅放大器 返回返回1.2.1 电压电压/电流变换器电流变换器和电流和电流/电压变换器电压变换器 电压电流变换器电压电流变换器电压电流变换器电压电流变换器(VCC)(VCC)(VCC)(VCC)用来将用来将用来将用来将电压电压电压电压信号变换为与电压成信号变换为与电压成信号变换为与电压成信号变换为与电压成正比的正比的正比的正比的电流电流电流电流信号。信号。信号。信号。VCC VCC
23、VCC VCC按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。按负载接地与否可分为负载浮地型和负载接地型两类。电压电压电压电压/电流变换器电流变换器电流变换器电流变换器(1)(1)(1)(1)负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器常用的接法：常用的接法：常用的接法：常用的接法：反相式负载浮地型反相式负载浮地型反相式负载浮地型反相式负载浮地型VCCVCCVCCVCC中，输入电压中，输入电压中，输入电压中，输入电压uIuIuIuI加在反相输入端，
24、负载阻抗加在反相输入端，负载阻抗加在反相输入端，负载阻抗加在反相输入端，负载阻抗ZLZLZLZL接接接接在反响支路中，故输入电流等于反在反响支路中，故输入电流等于反在反响支路中，故输入电流等于反在反响支路中，故输入电流等于反响支路中的电流，即响支路中的电流，即响支路中的电流，即响支路中的电流，即 (1)(1)(1)(1)负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载阻抗中的电流负载阻抗中的电流负载阻抗中的电流负载阻抗中的电流i i i iL L L L与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压u u u uI I I I成正比，而与负载阻抗成
25、正比，而与负载阻抗成正比，而与负载阻抗成正比，而与负载阻抗Z Z Z ZL L L L无关。无关。无关。无关。同相式负载浮地型同相式负载浮地型同相式负载浮地型同相式负载浮地型VCCVCCVCCVCC中，输入电中，输入电中，输入电中，输入电压压压压uIuIuIuI加在同相输入端，负载阻抗加在同相输入端，负载阻抗加在同相输入端，负载阻抗加在同相输入端，负载阻抗ZLZLZLZL接在反响支路中，故输入电流等于接在反响支路中，故输入电流等于接在反响支路中，故输入电流等于接在反响支路中，故输入电流等于反响支路中的电流，即反响支路中的电流，即反响支路中的电流，即反响支路中的电流，即 电流放大式负载浮地型电流
26、放大式负载浮地型电流放大式负载浮地型电流放大式负载浮地型VCCVCCVCCVCC，在这个电路中，负载电流大，在这个电路中，负载电流大，在这个电路中，负载电流大，在这个电路中，负载电流大局部由运算放大器提供，只有很小一局部由信号源提供，局部由运算放大器提供，只有很小一局部由信号源提供，局部由运算放大器提供，只有很小一局部由信号源提供，局部由运算放大器提供，只有很小一局部由信号源提供，且有且有且有且有(1)(1)(1)(1)负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器负载浮地型电压电流变换器图1-21负载接地型VCC(2)(2)(2)(2)负载接地型电压电流变换器负载接
27、地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器常用接法：常用接法：常用接法：常用接法：利用叠加原理，有：利用叠加原理，有：利用叠加原理，有：利用叠加原理，有：如果如果如果如果(2)(2)(2)(2)负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器负载接地型电压电流变换器高性能型：高性能型：高性能型：高性能型：电路中电路中电路中电路中A1A1A1A1为普通运算放大器，为普通运算放大器，为普通运算放大器，为普通运算放大器，A2A2A2A2为仪器放大器为仪器放大器为仪器放大器为仪器放大器(如如如如AD620)AD620)AD620)AD620)。假定。假定
28、。假定。假定A2A2A2A2的增益为的增益为的增益为的增益为K K K K，那么有：，那么有：，那么有：，那么有：图1-22高性能负载接地型VCC电流电压变换器电流电压变换器(CVC)电流电压变换器电流电压变换器电流电压变换器电流电压变换器(CVC)(CVC)(CVC)(CVC)用来将电流信号变换为成正比的用来将电流信号变换为成正比的用来将电流信号变换为成正比的用来将电流信号变换为成正比的电压信号。电压信号。电压信号。电压信号。图图图图1-231-231-231-23所示为电流电压变换器的原理图。所示为电流电压变换器的原理图。所示为电流电压变换器的原理图。所示为电流电压变换器的原理图。电流电压
29、变换器电流电压变换器(CVC)假设将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略假设将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略假设将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略假设将电流源接人运算放大器的反相输入端，并忽略运算放大器本身的输入电流，那么有运算放大器本身的输入电流，那么有运算放大器本身的输入电流，那么有运算放大器本身的输入电流，那么有电流电压变换器电流电压变换器(CVC)假设被测电流假设被测电流假设被测电流假设被测电流iSiSiSiS很小，为了要有一定的输出电压数值很小，为了要有一定的输出电压数值很小，为了要有一定的输出电压数值很小，为了要有一定的输出电压数值应该取较大的应该取较大的应该
30、取较大的应该取较大的RFRFRFRF阻值，但阻值，但阻值，但阻值，但RFRFRFRF越大，必然带来两个问题：越大，必然带来两个问题：越大，必然带来两个问题：越大，必然带来两个问题：一是大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出一是大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出一是大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出一是大阻值的电阻不容易找到，精度也差；二是输出端的噪声也越大。端的噪声也越大。端的噪声也越大。端的噪声也越大。在实际应用中，常采用如以下图所示电路：在实际应用中，常采用如以下图所示电路：在实际应用中，常采用如以下图所示电路：在实际应用中，常采用如以下图所示电路：1.2.2 电压电压
31、/频率变换与频率频率变换与频率/电压变换电压变换 电压电压/频率变换电路频率变换电路VFCVFC：也称为频率调制：也称为频率调制FMFM、压控振荡器、压控振荡器VCOVCO、准模、准模/数转换电路。数转换电路。频率频率/电压变换电路电压变换电路FVCFVC：也称为鉴频器、准：也称为鉴频器、准数数/模转换电路。模转换电路。1.电压电压/频率变换电路频率变换电路 绝大多数的电压频率变换电路都可采用图绝大多数的电压频率变换电路都可采用图绝大多数的电压频率变换电路都可采用图绝大多数的电压频率变换电路都可采用图1-261-261-261-26的原理的原理的原理的原理框图来说明。框图来说明。框图来说明。框
32、图来说明。图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出与参考电压与参考电压与参考电压与参考电压URURURUR相比较，当积分器的输出到达时，比较器相比较，当积分器的输出到达时，比较器相比较，当积分器的输出到达时，比较器相比较，当积分器的输出到达时，比较器翻转，
33、其输出控制模拟开关切换到翻转，其输出控制模拟开关切换到翻转，其输出控制模拟开关切换到翻转，其输出控制模拟开关切换到uFuFuFuF，是与，是与，是与，是与uIuIuIuI相反的电相反的电相反的电相反的电压压压压,且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器且幅值较高；或者模拟开关把积分器短路，使积分器的输出迅速回零。的输出迅速回零。的输出迅速回零。的输出迅速回零。1.电压电压/频率变换电路频率变换电路 假定假定假定假定u u u uI I I I0000，在对，在对，在对，在对u u u uI I I
34、 I积分时积分器的输出：积分时积分器的输出：积分时积分器的输出：积分时积分器的输出：比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期比较器翻转后控制模拟开关使积分器迅速回零，这个期间需时间为间需时间为间需时间为间需时间为T2T2T2T2。在设计电路时使。在设计电路时使。在设计电路时使。在设计电路时使T2T1T2T1T2T1T2U-U+U-时，时，时，时，UO=U+OUO=U+O，maxmax 2 2当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电当同相输入端电
35、压大于反向输入端电压时，输出电当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电 压为高电平，即压为高电平，即压为高电平，即压为高电平，即 U+U-U+00时，时，时，时，U UOO0;0;当当当当i iF F000。令令令令iF=0iF=0，那么有：，那么有：，那么有：，那么有：1.电压比较器电压比较器1 1比较器的输入电路比较器的输入电路比较器的输入电路比较器的输入电路c.c.斜率比较器斜率比较器斜率比较器斜率比较器 因此：因此：因此：因此：迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它在迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它在迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它在迟滞比较器是一个具
36、有迟滞回环特性的比较器，它在单门限电压比较器的根底上引入了正反响网络。单门限电压比较器的根底上引入了正反响网络。单门限电压比较器的根底上引入了正反响网络。单门限电压比较器的根底上引入了正反响网络。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。左图为迟滞比较器的电路图，其传输特性如右图所示。1.电压比较器电压比较器2 2比较器的反响电路比较器的反响电路比较器的反响电路比较器的反响电路 设运放是理想的并利设运放是理想的并利设运放是理想的并利设运放是理想的并利用叠加原理，那么有用叠加原理，那么有用叠加原
37、理，那么有用叠加原理，那么有 1.电压比较器电压比较器2 2比较器的反响电路比较器的反响电路比较器的反响电路比较器的反响电路根据输出电压根据输出电压根据输出电压根据输出电压vOvO的不同值的不同值的不同值的不同值VOHVOH或或或或VOLVOL，可求出上，可求出上，可求出上，可求出上门限电压门限电压门限电压门限电压VT+VT+和下门限电压和下门限电压和下门限电压和下门限电压VTVT分别为：分别为：分别为：分别为：设从设从设从设从 vI=0 vI=0、vO=vOHvO=vOH和和和和vp=vT+vp=vT+开场讨论。开场讨论。开场讨论。开场讨论。当当当当vIvI由零向正方向增加到接近由零向正方向
38、增加到接近由零向正方向增加到接近由零向正方向增加到接近vp=vT+vp=vT+前，前，前，前，vOvO一直保持一直保持一直保持一直保持 不变。当不变。当不变。当不变。当vIvI增加到略大于增加到略大于增加到略大于增加到略大于vp=vT+vp=vT+，那么，那么，那么，那么vOvO由由由由VOHVOH下跳下跳下跳下跳到到到到VOLVOL，同时使，同时使，同时使，同时使vPvP下跳到下跳到下跳到下跳到vp=vT-vp=vT-。VIVI再增加，再增加，再增加，再增加，vOvO保持保持保持保持vO=vOLvO=vOL不变。不变。不变。不变。假设减小假设减小假设减小假设减小vIvI，只要，只要，只要，只
39、要vIvp=vT-vIvp=vT-，那么，那么，那么，那么vOvO将始终保持将始终保持将始终保持将始终保持vO=vOLvO=vOL不变，只有当不变，只有当不变，只有当不变，只有当vIvp=vT-vIvp=vT-时，时，时，时，vO vO才由才由才由才由vOLvOL跳跳跳跳到到到到VOHVOH。其传输特性如下图。其传输特性如下图。其传输特性如下图。其传输特性如下图。1.电压比较器电压比较器2 2比较器的反响电路比较器的反响电路比较器的反响电路比较器的反响电路传输特性：传输特性：传输特性：传输特性：以下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。以下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。以下图所示为
40、采用稳压二极管的输出端箝位电路。以下图所示为采用稳压二极管的输出端箝位电路。1.电压比较器电压比较器3 3比较器的输出箝位比较器的输出箝位比较器的输出箝位比较器的输出箝位 当当当当u uI IUUR R时，输出电压时，输出电压时，输出电压时，输出电压u uOO为正，并且被箝定在稳压二为正，并且被箝定在稳压二为正，并且被箝定在稳压二为正，并且被箝定在稳压二极管的稳定电压极管的稳定电压极管的稳定电压极管的稳定电压U UWW上；上；上；上；当当当当u uI IUUR R时，输出电压时，输出电压时，输出电压时，输出电压u uOO为负，并且被箝定在稳压二为负，并且被箝定在稳压二为负，并且被箝定在稳压二为
41、负，并且被箝定在稳压二极管的正向压降极管的正向压降极管的正向压降极管的正向压降U UDD上。上。上。上。2.2.限幅放大器限幅放大器 限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线限幅放大器的功能是输入信号较小时，限幅放大器处于线形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号到形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号到形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号到形放大工作状态，输出跟随输入线形变化；当输入信号到达某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维达某一电平时，输
42、出将不随输入信号的增加而变化，而维达某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维达某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入持在一定值上，即处于限幅工作状态。其输入输出特性输出特性输出特性输出特性如图如图如图如图1-37(b)1-37(b)所示所示所示所示 。2.2.限幅放大器限幅放大器 以下图为采用稳压二极管的反响式限幅放大电路。以下图为采用稳压二极管的反响式限幅放大电路。以下图为采用稳压二极管的反响式限幅放大电路。以下图为采用稳压二极管的反响式限幅放大电路。当输
43、入信号当输入信号当输入信号当输入信号uIuI较小、输出电压的绝对值较小、输出电压的绝对值较小、输出电压的绝对值较小、输出电压的绝对值|uO|UZ+UD|uO|UZ+UD|uO|UZ+UD，那么稳压二极管的支路导通，输出电，那么稳压二极管的支路导通，输出电，那么稳压二极管的支路导通，输出电，那么稳压二极管的支路导通，输出电压压压压uOuO随输入电压随输入电压随输入电压随输入电压uIuI的增加被箝定在的增加被箝定在的增加被箝定在的增加被箝定在UZ+UDUZ+UD上，而不随上，而不随上，而不随上，而不随输入电压的变化而变化。输入电压的变化而变化。输入电压的变化而变化。输入电压的变化而变化。1.3 信
44、号运算电路信号运算电路 加法运算电路加法运算电路减法运算电路减法运算电路积分运算电路积分运算电路微分运算电路微分运算电路特征值运算电路特征值运算电路 返回返回加法运算电路加法运算电路 假设干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实假设干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实假设干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实假设干个电压信号的相加可以通过一个反相运算放大器来实现，如图现，如图现，如图现，如图1-381-381-381-38所示。所示。所示。所示。输入电压输入电压输入电压输入电压u u u u1 1 1 1，u u u u2 2 2 2，u u u un n n n
45、通过通过通过通过电阻接入反相输入端，由于此电阻接入反相输入端，由于此电阻接入反相输入端，由于此电阻接入反相输入端，由于此点为虚地点，故根据节点电流点为虚地点，故根据节点电流点为虚地点，故根据节点电流点为虚地点，故根据节点电流原理可得如下关系式：原理可得如下关系式：原理可得如下关系式：原理可得如下关系式：a.a.a.a.反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路加法运算电路加法运算电路 如果取：如果取：如果取：如果取：那么有：那么有：那么有：那么有：a.a.a.a.反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路加法运算电路加法运算电路 假设干个电压信号的相
46、加也可以通过一个同相运算放大器假设干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器假设干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器假设干个电压信号的相加也可以通过一个同相运算放大器来实现，如图来实现，如图来实现，如图来实现，如图1-391-391-391-39所示。所示。所示。所示。通常令通常令通常令通常令：b.b.b.b.同相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路可得可得可得可得：减法运算电路减法运算电路 减法运算电路如图减法运算电路如图减法运算电路如图减法运算电路如图1-401-401-401-40所示。所示。所示。所示。利用线性叠加原理，有：利用线性叠加原理，有：利
47、用线性叠加原理，有：利用线性叠加原理，有：图1-40电路减法运算积分运算电路积分运算电路 积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利积分电路的应用很为广泛，它不仅用作积分运算，而且利用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种用它的充放电过程还可以实现延时、定时，以及产生各种波形。波形。波形。波形。典型的积分电路如图典型的积分电路如图典型的积分电路如图典型的积分电路如图1-411-4
48、11-411-41所示。所示。所示。所示。积分运算电路积分运算电路 在积分电路中，负反响回路中是一个积分电容在积分电路中，负反响回路中是一个积分电容在积分电路中，负反响回路中是一个积分电容在积分电路中，负反响回路中是一个积分电容C C C C，而不是，而不是，而不是，而不是电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：电阻，这种积分电路称为反相积分电路，其输出电压为：微分运算电路微分运算电路 通过变换图通过变换图通过变换图通过变换图1-411-411-411-41中电阻和电容的位置，就可得到
49、如图中电阻和电容的位置，就可得到如图中电阻和电容的位置，就可得到如图中电阻和电容的位置，就可得到如图1-421-421-421-42所示的微分运算电路。所示的微分运算电路。所示的微分运算电路。所示的微分运算电路。根据节点电流原理，由电路可得：根据节点电流原理，由电路可得：根据节点电流原理，由电路可得：根据节点电流原理，由电路可得：1.3.3 特征值运算电路特征值运算电路 在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信在测控仪器中，经常需要获得某些特征值，如信号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有号瞬时值、正负峰
50、值、绝对值、算术平均值和有号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有号瞬时值、正负峰值、绝对值、算术平均值和有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有效值等。而获得这些特征值的电路，相应地有绝绝绝绝对值运算电路对值运算电路对值运算电路对值运算电路、峰值运算电路峰值运算电路峰值运算电路峰值运算电路、均值运算电路均值运算电路均值运算电路均值运算电路、有效值运算电路有效值运算电路有效值运算电路有效值运算电路等，这些电路统称为特征值运算等，这些电路统称为特征值运算等，这些电路统称为特征值运算等，这些电路统称为特征值运算电路