测控电路2
测控电路-2第二章2解读
RS1
ui1 C1
a 差动
ui2 C2
放大器 b
uo
RS2
其共模抑制比的幅值为： CMRR
1
| RS 2C1 RS 2C1 |
高共模抑制比放大电路
共模电压自举（输入保护技术）
∞
ui1 ui2
+ -
+ N1
R1
RP
∞
+
N2+
R2
R4
R0 uc R0
R3 R3
+
∞ N3+
R4
uo
高共模抑制比放大电路
反相放大器
同相放大器
差动放大器
第二章 信号放大电路
（五）高共模抑制比放大电路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压） 的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如 人体心电测量。
高共模抑制比放大电路
1）双运放高共模抑制比放大电路
号与输入信号的比值 。 共模增益Kc :共模增益指共模信号输入时,其输出信
号与输入信号的比值 。
第二章 信号放大电路
序号 参数名称
1 差模增益
2 共模增益
3 输入阻抗
4 输出阻抗
5
带宽
理想
实际
∞
90~100dB以上
0
0dB以上
∞
100k欧~数兆欧
0
10欧~数百欧
0~∞ 0~10Hz（或0~10kHz）
高输入阻抗,易受干扰 共模误差大
R1
i- - ∞
+
uo
i1
+ N1
测控电路课后习题答案(全)
一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器�对点火时间、燃油喷射、空
积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
1-6 测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响�试述模拟式测量电路与 增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。 随着传感器类型的不同�输入信号的类型也随之而异。主要可分为模拟式
信号与数字式信号。随着输入信号的不同�测量电路的组成也不同。 图 X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。传感器包括它的基本转换电路�如
应用于要求共模抑制比大于 100dB 的场合�例如人体心电测量。
2-8 图 2-8b 所示电路�N1、N2 为理想运算放大器�R4=R2=R1=R3=R�试求其闭环电压放大倍 数。 由图 2-8b 和题设可得 u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )–2ui1 R4/R3 =2ui2–2
电桥�传感器的输出已是电量�电压或电流�。根据被测量的不同�可进行相应
的量程切换。传感器的输出一般较小�常需要放大。图中所示各个组成部分不 一定都需要。例如�对于输出非调制信号的传感器�就无需用振荡器向它供电� 也不用解调器。在采用信号调制的场合�信号调制与解调用同一振荡器输出的 信号作载波信号或参考信号。利用信号分离电路�常为滤波器��将信号与噪声 分离�将不同成分的信号分离�取出所需信号。有的被测参数比较复杂�或者 为了控制目的�还需要进行运算。对于典型的模拟式电路�无需模数转换电路 和计算机�而直接通过显示执行机构输出�因此图中将模数转换电路和计算机 画在虚线框内。越来越多的模拟信号测量电路输出数字信号�这时需要模数转 换电路。在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下�采用 计算机。
实验二 信号放大电路实验（测控电路实验指导书）
实验二 信号放大电路实验一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能；2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理 集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双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等。
理想运算放大器的特性：在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。
表2-1失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压O U 与输入电压之间满足关系式：)U U (U ud O -+-A = ，而O U 为有限值，因此，0U U ≈--+，即-+≈U U ，称为“虚短”。
（2）由于∞=i r ，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
1、基本放大电路： 1）反向比例放大器电路如图2-1所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO U R R U -=，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻F 12R //R R =图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器 2）同相比例放大器电路如图2-2所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO )U R R 1(U += ，其中F 12R //R R =。
当∞→1R 时，i O U U =，即得到如图2-3所示的电压跟随器。
3）电压跟随器电路如图2-3所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i O U U =，图中F 1R R =，用以减少漂移和起保护作用。
测控电路实验指导书
实验一差动放大器实验实验二信号放大电路实验实验三信号运算电路实验实验四电压比较器实验实验五电阻链分相细分实验实验六幅度调制及解调实验实验七移相电桥实验实验八脉宽调制电路实验实验九调频及鉴频实验实验十开关电容滤波器实验实验十一开关式相乘调制及解调实验实验十二精密全波整流及检波实验实验十三开关式全波相敏检波实验实验十四锁相环单元实验实验十五分频器单元实验实验十六锁相环应用实验––频率合成实验实验十七可控硅触发调压实验测控电路部分实验一差动放大器实验一、实验目的1．加深对差动放大器性能的理解。
2．学习差动放大器的主要性能指标的测试方法。
二、实验原理图1-1是差动放大器的实验电路图。
它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。
当 开关K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。
调零电位器Rp 用来调节T 1，T 2管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压Uo=0。
图1-1差动放大器实验电路图当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。
它用晶体管恒流源代替发射极电阻Re ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1．静态工作点的估算典型电路： （认为U B1=U B2≈0）；I C1=I C2=½I E 恒流源电路： ；C321C2C1I I I == 2．差模电压放大倍数和共模电压放大倍数当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。
双端输出：R E =∞，W 电位器在中心位置时，Pbe B CiOd R )1(21r R R U U A ββ+++-=∆∆=单端输出：diC1d1A 21U U A ==∆∆EBE EE E R U U I -≈||E3BEEE CC 212E3C3R U U U R R R I I -++≈≈|)|(d i C2d2A 21U U A -=∆∆=当输入共模信号时，若为单端输出，则有ECE p be B C iC1C2C12R R )2R R 2)(1(r R R U U A A -≈++++-=∆∆==ββ若为双端输出，在理想情况下 0U U A iOd2=∆∆=，实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac 也不会绝对等于零。
测控电路信号调制解调电路2讲课文档
第一页，共91页。
3. 信号调制解调电路
调制解调的功用与类型
(3) 在测控系统中为什么要采用信号调制？
在测控系统中，进入测控电路的除了传感器输出的测量 信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般 又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是 测控电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声， 往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。
包络检波的基本工作原理是什么？
us
uo'
O
tO
t
a)
b)
由图可见，只要从图a所示的调幅信号中，截去它的下半部，即可获
得图b所示半波检波后的信号 (经全波检波或截去它的上半部也可)，
再经低通滤波，滤除高频信号，即可获得所需调制信号，实现解调
。包络检波就是建立在整流的原理基础上的。
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2021/10/16
第二十九页，共91页。
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
3.1.3 相敏检波电路
(3) 相敏检波的基本原理
将输入的调制信号 uxUxm coΩ 乘st以幅值为1的载波信
半波整流器
低通滤波器
O
t
uo
R4 R3
(uA
us ) 2
uo O
t
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3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
VD1 R4
us R1
∞ -
VD2
R2
+
+ N1
u1 R5
uo
VD3
测控电路课后题
2-2 什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于要求共模抑制比大于100dB 的场合，例如人体心电测量。
2-7 线性电桥放大电路中，若u 采用直流，其值Ｕ＝10V，R1＝R3= R＝120Ω，ΔR＝0.24Ω时，试求输出电压Ｕo 。
如果要使失调电压和失调电流各自引起的输出小于1mV，那么输入失调电压和输入失调电流应为多少？由图2-14 电路的公式（式2-24）：并将题设代入，可得U=–UΔR/(2R)=10mV。
设输入失调电压为u 和输入失调电流为I 0s，当输出失调电压小于1mV时，输入失调电压u ﹤(1×10 )/ (1+R/R )=0.5mV；输入失调电流为I0s ﹤(1×10 )/[R (1+R/R )]=4.17μA。
2-11 何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。
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。
应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达108Ω以上）的测量放大电路中。
图2-7所示电路就是它的例子。
2-13 请根据图2，画出可获得1、10、100十进制增益的电路原理图。
由图X2-3 可得：当开关A 闭合时，Uo=Ui；当开关B闭合时，Uo=10Ui，当开关C 闭合时，Uo=100Ui。
3-1 什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在常用的调制方法有哪几种？在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。
而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。
为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。
调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。
测控电路 (2)
测控电路1. 引言测控电路是一种应用广泛的电子电路，用于测量和控制各种物理量。
在现代工业、科研和仪器仪表中，测控电路扮演着重要的角色。
本文将介绍测控电路的基本原理、常见元件和设计考虑因素。
2. 测量电路测量电路是测控电路中的核心部分，它用于测量各种物理量，如电压、电流、温度、压力等。
常见的测量电路包括电压分压电路、电流测量电路、电桥电路等。
2.1 电压分压电路电压分压电路是一种常见的测量电路，它通过使用电阻器将被测电压降低到适合测量范围内。
电压分压电路可以使用电阻分压原理或者电容分压原理实现。
电阻分压原理是使用串联电阻来实现电压分压，根据欧姆定律，电阻与电压成正比关系。
电阻分压电路可以灵活调整分压比例，适用于各种电压范围的测量。
电容分压原理是利用电容器的电压分压特性实现电压分压。
通过选择合适的电容比例，可以实现不同范围的电压测量。
电容分压电路对输入阻抗要求较高，适用于高阻抗源测量。
2.2 电流测量电路电流测量电路用于测量电路中的电流大小。
电流测量电路采用电阻器、电流互感器等元件来实现电流的测量。
电阻器法是最常见的电流测量方法之一。
通过串联电阻器，将待测电流转化为电压信号进行测量。
根据欧姆定律，电流与电压成反比关系，因此可以根据电压信号求出电流大小。
电流互感器是一种特殊的电流测量元件，通过互感原理实现电流的测量。
电流互感器主要由铁芯和线圈组成，当被测电流通过线圈时，会在铁芯中产生磁感应强度变化，通过测量磁感应强度的变化来求解电流大小。
2.3 电桥电路电桥电路是一种精密测量电路，常用于测量阻抗、电容和电感等物理量。
电桥电路的核心是利用电阻和电压的平衡关系来实现测量。
常见的电桥电路包括维尔斯顿电桥、韦斯通电桥和麦克斯韦电桥等。
电桥电路通过调整电桥上的元件值，使得电桥平衡，从而测量待测物理量。
3. 控制电路控制电路是测控电路中的另一个重要组成部分，它用于控制各种设备和系统的操作。
常见的控制电路包括开关电路、比较器电路和放大器电路等。
测控电路 (2)
测控电路1. 引言测控电路是指用于测量和控制系统中的信号调理、数据采集、信号传输和控制执行等功能的电路。
在现代工业控制、仪器仪表和自动化等领域中，测控电路发挥着重要的作用。
本文将介绍测控电路的基本原理、常见组成部分和设计要点等内容。
2. 测控电路的基本原理测控电路的基本原理包括信号调理、数据采集、信号传输和控制执行等方面。
信号调理是指将传感器、信号源等产生的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以便更好地适应后续的数据采集和控制操作。
数据采集是指将经过信号调理的信号转换为数字信号，并进行采样、量化等操作。
信号传输是指将采集到的数字信号进行传输，常用的方式包括串行通信、并行通信、以太网等。
控制执行是指根据传输的数字信号控制执行器进行动作控制，例如电机的启动、停止等操作。
3. 测控电路的组成部分测控电路的组成部分主要包括传感器、信号调理电路、数据采集器、数据传输模块和执行控制器等。
3.1 传感器传感器是将被测量的物理量转换为电信号的装置，常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量和测量要求进行，例如在温度测量中可以选择热电偶传感器或者热敏电阻传感器。
3.2 信号调理电路信号调理电路用于对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以适应后续的数据采集和控制操作。
常见的信号调理电路包括放大电路、滤波电路和线性化电路等。
放大电路可以根据传感器输出的信号进行放大，以增加测量的精度。
滤波电路可以通过滤除高频噪声和杂散信号，提高测量的稳定性。
线性化电路可以将非线性的传感器输出信号转换为线性信号，以便后续的处理和分析。
3.3 数据采集器数据采集器用于将经过信号调理的信号转换为数字信号，并进行采样和量化等操作。
数据采集器可以根据采集的信号类型选择合适的转换方式，常见的转换方式包括模数转换和频率转换等。
模数转换器可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，频率转换器可以将频率变化的信号转换为数字信号。
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电桥放大电路
2 R1 u uo (1 ) R 1 4 2
结论： 1.电桥四个桥臂的电阻同时变化时，电路的电压放大倍数不 是常量。 2.且桥臂电阻R的温度系数与R1不一致时，增益也不稳定。 3.电路的非线性仍然存在，只有当δ<<1时，uo与δ才近似按 线性变化。 4.当共模电压较大时（幅值大于10v），输入信号将被淹没。 只适用与低阻值传感器，测量精度要求不高的场合。
第二章 信号放大电路
u
差动输入级
(差动放大器)
获较大 的 Au
中间放大级
(共射电路)
输出级
uo
u
(互补对称电路)
增加带负 载能力
抑制零 点漂移
偏置电路
提供偏 置电流
集成运放的基本结构
第二章 信号放大电路
几个重要术语
开环增益K: 在集成运放无外加反馈时的放大倍数。 闭环增益Kf :在集成运放加反馈时的放大倍数。 差模增益Kd :差模增益指差模信号输入时,其输出信 号与输入信号的比值 。 共模增益Kc :共模增益指共模信号输入时,其输出信 号与输入信号的比值 。
Sa2
uo=(uo2-uo1) R5/R3
高共模抑制比放大电路
3）有源屏蔽驱动电路 Rs1 C1 ≠ Rs2 C2, jωRs1C1uic, jωRs2C2uic uic a,b两端的共模信号分别为 (1- jωRs1C1uic),(1- jωRs2C2uic)
RS1 ui1 C1 ui2 C2 RS2
什么是有源屏蔽驱动电路？
将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相 比例差动放大后，使其输入端的共模电压1∶1地输出， 并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个 电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电 压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共 模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。
运放的振荡和相位补偿
Ui
Uio Uf
Uo
R2
Ui
R1
∞
Uo
Ci
N
Rl Co Cl
第二章 信号放大电路
一、何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？
1、在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电
压、电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路， 亦称仪用放大电路。
2、对其基本要求：
①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配； ②一定的放大倍数和稳定的增益； ③低噪声；
uo
+ N1
i+
R3 ui
直流放大和交流放大是相对的，但是直流放
大器和交流放大器的区别是明显的。 输入输出不用电容器隔直的称之为直流放大 器。 输入输出用电容器隔直的称之为交流放大器。
直流放大器的优点：失真小， 缺点：每一级电路静态工作点都和前后电路相关， 又必须保证输入信号为零时的输出幅值都为零，没 有直流分量，所以电路调整困难。
差动放大器
i2
R2
∞ ud/2 R1 uo uic ud/2 R4 R3
R2
∞
ui1 R1 R3
i1
-
+
-
ui2
+ N1
i4
+ N1
+
uo
i3
R4
R2/R1=R4/R3 基本电路 共模与差模输入
第二章 信号放大电路
传感器的输出信号通常伴随很大的共模电压 (包括干扰电压)。一般采用差动输入集成运算放 大器来抑制它，但是必须要求外接电阻完全平 衡对称、运算放大器具有理想特性。否则，放 大器将有共模误差输出，其大小既与外接电阻 对称精度有关，又与运算放大器本身的共模抑 制能力有关。
第二章 信号放大电路
（七）低漂移放大电路
为减小集成集成运算放大器的失调和低频干扰引起 的零点漂移，可采用通用集成运算放大器组成的斩 波稳零放大电路货自动调零放大电路，也可采用低 漂移单片集成集成运算放大器。
第二章 信号放大电路
1）自动调零放大电路
R2 Ui # # Sb1 R1 K - 1 + +N1 # Sa1 ∞ - + +N3 ∞ - + +N4 K - 2 + + N2
电桥放大电路
2）差动输入电桥放大电路
当R1=R2 ，R2>>R时 R u ua uo R 2 R1 2
ua
i3
R1 ∞ + R2=R1 uo
R
i1 i2
R i4 i5
u R
+ N
1 ub u 2 1
R (1+δ )
ub
i6
2 R1 u uo (1 ) R 1 4 2
ui1 R1
R2 ∞ + R4 R5
R6
+ N1 ui2
-
∞
uo
+ + N2
R3=R1∥R2
R7 =R4∥R5∥R6
为使ui1和ui2的负载相同，通常取R1=R5，R2=R4
高共模抑制比放大电路
ui2 2、同相串联结构型 uo1=(1+R2/R1) ui1 (uo1–ui2)/R3= (ui2–uo)/R4 ui1 uo=(1+R4/R3) ui2 -(1+R2/R1)(R4/R3)ui1 R2 R4 2 R4 R2 R4 1 uo (1 )uic (1 )uid R1R3 2 R3 R1R3 为了获得零共模增益，可取 R1/R2=R4/R3。 ∞ + + - N2 uo R4 R3 uo1 R2 R1
电桥放大电路
3）线性电桥放大电路
ua (uO u ) R1 uo u R1 R2
u
R1
i1
R2 = R（1+δ ）
i2
ua R1
i3
-
∞ +
u R uR2 O 1 R1 R2
ub
i4
+ N
uo
R3
uR3 ub R1 R3
R2=R(1+δ), R3= R
R3 R3 R2 R2 R2 uo [(1 )( ) ]u u R1 R1 R3 R1 R1 R3 Ru uo 量程较大，灵敏度较低 R1 R
第二章 信号放大电路
输入失调电压u0s :是使输出电压为零时，在输入端所 加的补偿电压。 U0s越小,表明电路参数对称性越好。
输入失调电流I0s :当输出电压为零时,差分输入级的差 分对管基极的静态电流之差 。即Ios=∣IB2-IB1∣ I0s越小，运放质量越好。
零点漂移：是指当放大器的输入端短路时,在输出端有 不规律的、变化缓慢的电压产生的现象 。越小越好。
+15V R4 Rp
i4
ua
R2
-15V
i2
Ui R1
∞
Uo
i1
N R3
转换速率和最大不失真频率
转换速率SR 是指放大电路在电压放大倍数等于1的 条件下，输入大信号（例如阶跃信号）时，放大电 路输出电压对时间的最大变化速率。 它反映了运放对于快速变化的输入信号的响应能力。 转换速率SR是在大信号和高频信号工作时的一项重 要指标，目前一般通用型运放压摆率在1～10V/µs 左右。
∞ + + - N1
2）三运放高共模抑制比放大电路
ui1 ∞ uo R3 + + 1 - N1 R1 IR RP ∞ R2 + N2 uo2 R4 + R5 R7 RP
1
∞ + + N3 R6
uo
R8
ui2
R1 R2 uo 2 uo1 (1 ) ui 2 ui1 RP uo 2 uo1 R1 R2 kd (1 ) ui 2 u i 1 RP
∞ + + N
uo
a) 反相输入
若Z1＝Z2 ＝Z4 ＝R2，Z3 ＝(1+δ)R
电桥放大电路
R2 u uo (1 ) R1 4 1 2
结论： 1.单端输入电桥放大电路的增益与桥臂电阻无关。 2.增益比较稳定，但电桥电源一定要浮置。 3.输出电压uo与桥臂电阻的相对变化率δ是非线性关 系，只有当δ<<1时，uo与δ才近似按线性变化。
交流放大器的优点：是因为有电容器隔直，每一级 电路的静态工作点与前后级无关，电路便于调整， 缺点:是输入输出的隔直电容的频带是有限的，总会 造成信号一 定的变形，级联越多是失真也就越大。
第二章 信号放大电路
（四）差动放大器 什么是差动放大器？
差动放大器是把两个输入信号分别输入到运算放 大器的同相和反相两个输入端，然后在输出端取 出两个信号的差模成分，而尽量抑制两个信号的 共模成分。
第二章 信号放大电路
④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的 漂移； ⑤足够的带宽和转换速率； ⑥高共模输入范围和高共模抑制比； ⑦可调的闭环增益； ⑧线性好、精度高；
⑨成本低。
第二章 信号放大电路
二、典型放大器的设计
主要应用理论：理想运放的“虚短”；“虚断”
（一）反相放大器 Kf= uo / ui = –R2 / R1 ri=R1 R3= R1 // R2 uo = –（R2 / R1）ui ＝ －Kf ui
第二章 信号放大电路
（五）高共模抑制比放大电路
什么是高共模抑制比放大电路？ 用来抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压） 的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于何种场合？ 应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如 人体心电测量。
高共模抑制比放大电路