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1、测控电路测控电路电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程授课单位：授课单位：湖南大学电气与信息工程学院授授 课课 人：人：朱志杰复复 习习 课课1 对测控电路的基本要求对测控电路的基本要求(可概括为：精、快、灵及可靠、经济)2 为了实现高精度，测控电路应具有的性能如为了实现高精度，测控电路应具有的性能如下：下：(1)低噪声和高抗干扰能力 措施：a.选用低噪声器件；电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 b.合理屏蔽与隔离，阻断干扰进入；c.尽量缩短传感器与第一级间的连线长度 d.采用调制方法，避开干扰频段；e.对于呈现共模干扰的信号，采用高共模抑制的电路。(2
2、)低漂移，高稳定性 电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 漂移特点：主要是温漂；零点温漂；放大增益温漂；措施：a.降低失调电压，失调电流的影响。失调电压，失调电流的值随温度变化而变化，可采用两种措施，一种是采用将失调电压(电流)降低到尽可能小的程度，如第二章内容；另一种是跟踪温度参数进行补偿，使其补偿值抵消实时的温漂。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 设计高稳定性的电路，具体来讲考虑电路 的增益时应有对温度敏感的环节参与增益 的调节。(3)线性与保真度好 此条在不采用微计算机技术制作硬件时较 重要，因为线性度好容易标定，非线性标 定麻烦，但要求非线性
3、关系不变的前提 下，结合微机技术用软件可方便标定。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 (4)有合适的输入，输出阻抗 测量电路输入阻抗太低会影响各级传感器的状态，从而影响传感器的精度，甚至使传感器自身的输入输出关系发生变化。若测量电路输入阻抗太高，电路又呈现高噪声特征，电路自身受干扰。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 3 信号放大电路信号放大电路 知识点掌握：（测量放大电路为重点：含稳零放大电路、高输入阻抗放大电路、高共模抑制比放大电路、电桥放大电路、可编程增益放大电路、隔离放大电路）电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程（1）测量
4、对象不同，传感器输出的信号形式及 信号大小不同，故选取的放大电路形式和 指数不同。（2）某些场合考虑增益能程控来实现不同大小 测量信号，拓展量程。（3）克服传感器的非线性，而在放大环节实时 校正，从而使输出输入呈线性。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程（4）传感器与放大电路实时电气隔离，主要是 对人身及设备的安全因素考虑（生物电信 号、核电信号、高电压等强噪声背景）电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 具体掌握以下电路：稳零放大电路稳零放大电路 （a）斩波稳零电路原理框图，设计思想（上半周期阻断信号输入，对失调电压采样、保持；下半周期将上半周期采样保持
5、的失调电压与其相减，抵消在信号传输过程中的失调电压）P15 图2-2 波形变成波形的原理电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程（b）自动调零放大电路，原理框图，设计思 想及其实现（含方波发生器），输出表达 式的推导。（要求比P17图2-3及式2-3更进一步）（c）斩波稳零集成运算放大器(ICL7650)设计芯片的思想：既能实现高的增益，又 能实现低的失调电压与高共模抑制比。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 正确理解整个集成运放器的共模抑制比比的共模抑制比提高倍，课本推导表达式有误，应该从共模抑制比的基本定义出发推导。该电路（器件）优点：可作差动放大器；
6、共模抑制比高，可用于有较大共模干扰的场合；高增益，失调电压影响小。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 高输入阻抗放大电路高输入阻抗放大电路 （a）输入阻抗的定义 ,则 自举式高输入阻抗放大电路 思想方法：利用反馈将输出级的电压反馈 至输入级的某一个电阻，该电阻上端接输入 端，下端接反馈端。由于反馈的作用使该电电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 阻下端电位较高，来减少向输入回路索取电 流。掌握的电路：图2-7 a）、b）、c）对于图c）能正确推导公式过程，输入电阻 表达式：；输入电阻为 的条件：；为了不出现自激振荡，千万不能 。电气与信息工程学院本科生
7、课程电气与信息工程学院本科生课程 注意：图a，b均为同相端输入形式；图c 两个运放均为反相端输入形式；c 自举组合 电路是必须掌握的内容。高共模抑制比放大电路高共模抑制比放大电路 （1）反相串连结构，本质是加法器，但外围电阻有特殊要求。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程，当时的输出值即为共模输出，此时，欲使电路为无穷大的共模抑制比，只需，即可，则有：，即：，即可满足要求，一般 ，。这种电路的共模抑制比仅与外围电阻对称程度有关，但电路的输人阻抗低。由此例可提醒大家
8、：高共模抑制比的电路不一定就是输入阻抗高的电路，二者的概念是有区别的，不能混为一谈。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程（2）同相串连结构）同相串连结构电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程共模输出为0，共模抑制比为电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程通式为：由，将，分别用与代人上式得出：电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程输入电阻为共模抑制比为输入输出 电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程（3）运放高共模抑制比放大电路 结合集成可编程增益放大器LH0084.电气与信息工程学院本科生课程电气与信息
9、工程学院本科生课程电桥放大电路电桥放大电路（1）掌握电桥的结构输出表达式。单臂，半桥，全桥。（2）二种将桥与放大器组合的形式 一种为桥的输出与运算放大器的输入直接相连，其输出即为放大器的增益与桥的输出表达式之乘 积。另一种为将桥接于放大器中，见课本情况 掌握P26的（一），（二），（三）三中情况，特别弄清第三种情况，线性电桥放大电路。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程由输出表达式与测量量呈线性但灵敏度不高，若提高U,由于受共模输入电压的限制，所 以不能将U提太高。隔离放大电路隔离放大电路 （1）电磁耦合-交变 （2）
10、光电隔离耦合-直流 重点：课外补充的图，过程和证明，非线性补偿得以实现。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 4 调制解调的功用与类型调制解调的功用与类型 （1）功用 a.将测量信号从含有噪声的信号种分离出来 b.若测量信号数量范围存在较多干扰，则将该信号调制成其他频率输出，使其远离干扰频率。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 （2）类型 调幅、调频、调相（针对载波信号为高频正弦信号而言）调宽（针对脉冲信号为载体而言）（3）调制解调的基本概念 将测量信号赋予一定的特征即为调制。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 常以变频、等幅、等
11、频率正弦波为载波信号，用波测信号调节该载波信号的某一参量（幅度、频率、相位），使其该参量随波测信号变化规律而变化，这一过程即为调制。经调制后的载波信号由原来的等幅、等频率的特征变为随波测信号特征而改变了某一参量的波形特征形式输出，该输出的波即为已调波。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 调制就是用一个带有信息的低频信号控制等幅高频振荡某一特征参量的过程。带有信息的低频信号称为调制信号。等幅高频振荡波称为载波。调制后的高频振荡波称为已调波。解调：就是从已调波中不失真地恢复原有低频调制信号的过程。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 调制和解调技术应用在通
12、讯领域与测量领域具有不用的期望。通讯领域：要求恢复原低频调制信号的波形，以获取传输的声音，图形等信息，其具体量值并不是关键。测量领域：关注调制信号的有关量值,并不要求恢复原信号波形。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 5 信号的分离电路信号的分离电路，利用滤波器从频率域中对噪声的抑制提取所需要的测量信号。6 滤波器的作用滤波器的作用 （1）有效低抑制噪声 （2）分离各种不同的信号 7 滤波器的传递函数滤波器的传递函数电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程 拉氏变换，分子、分母中的各子、数，是由网络结构与元件参数值决定的常数。由线性网络稳定性条件所限，分母
13、中各系数均为正，且 ，称为网络参数，即滤波器的阶数，反映了电路复杂程度。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程对分子、分母因式分解可得：其中为实常数，为网络零点，是分子多项式的复根，可位于复平面的任意位置。电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程。为网络极点，是分母多项式的复根，只能位于S平面的左半部分，即其实部 对于实子数分式，任何复数的零点或极点必须共轭出现，故又可写为 电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程当m，n为偶数时，当m或n为奇数时，M（或N）为（或 )，但其中必有一个二次分式退 化为一次分式，即有一个（或）为零，分母中各子数必须为正值，即退化的分母的一次分式，其解落在左半横轴上。8 滤波器的频率特征滤波器的频率特征 用 替代传递函数重的S得到输入输出传递关系：电气与信息工程学院本科生课程电气与信息工程学院本科生课程