测控电路重点内容复习.ppt

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真精度高；响应速度快和动态失真小；转换灵活；可靠性与经济性）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（噪声与干扰噪声与干扰；失调与漂；失调与漂移，主要

3、是温漂移，主要是温漂；线性度与保真度；输入与输出阻抗的；线性度与保真度；输入与输出阻抗的影响）影响）；3.为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在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？哪些方面？（模数转换与数模转换；信号形式的转换；量（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）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-+N3ui1ui2uo29取 R3=R4，R5=R6，差模增益：通常取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 外接电阻平衡对称。2.2.5.2 三

8、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(虚地)(虚断)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+-+N

9、132.2.6.2 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特点：增益与桥臂电阻有关，增益不稳定，且非线性。R2=R1R1uR(1+)uaubRRRuo+-+N(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+)R1uuaR1ub+-+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

10、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。

11、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)，无电流流过R1，故对交流而言 。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输入电阻为：当R2=R1时，Ri，i1=i2，即N1的输入电流全部由N2

12、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)Ris

13、o 隔离电阻(很大 )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R1R1R2RisoCisoR2uo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

14、 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？

15、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

16、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