测控电路复习重点

பைடு நூலகம்
R5
∞ +
- N1
+ N3 R6
uo
ui2
∞
+
+ N2
uo2
R4 u'o2
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。
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2.2.5.2 三运放高共模抑制比放大电路
uo1 (1 R1 R )ui1 1 ui2 R0 R0
Ui
Sb1
R1
Sa2 C1
K - 1 + + N1
K2 + + N2
Sa1 Sb2
Uo
N2：误差保持电路 N3：驱动开关Sa1、Sa2 N4：驱动开关Sb1、Sb2
∞ N+ + 3
∞ + + N4
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2.2.7.1 自动调零放大电路 1．误差保持
当N3输出高电平，N4输出低电平时，Sa1Sa2闭合， Sb1Sb2断开，电路处于自动调零状态，其误差保持电路如下：
uo2 2 R1 uo1 2ui R3
ui i R2 R1 i1 R3 ∞ + uo1
-
u ui R2 R1 u i i o2 ui R1 R2 R1 R2
i2
+ N1
2R 1
输入电阻为：Ri ui R1 R2 i R2 R1 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。
■
方法：（1）在放大电路输入端加接电压跟随器，但会 引入共模误差；
（2）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。
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2.2.8 高输入阻抗放大电路
2.2.8.2 自举式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。
ua ub
i4
R1
R3 R, R2 R(1 )
R3 R2 R uo u u R1 R3 R1 R
∞ + + N R3
uo
u
i3
特点：传感器接在反馈回路，线性好，量程大，但灵敏度低。
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2.2.7 低漂移放大电路
* 2.2.7.1 自动调零放大电路
R2
由一块四运放 和一块四位模 拟开关组成。 N1：主运放
9
10
2.2.6 电桥放大电路
2.2.6.1 单端输入电桥放大电路 1．反相输入型
电桥电源浮置，电源在 R1和R2不产生电流，a点 为虚地：
R2
uab (
Z3 Z4 )u Z 2 Z 4 Z1 Z 3
R1
Z3 b Z1
ua 0 (虚地)
ub R1 uo uab (虚断) R1 R2
R2
a)同相交流放大电路
b)交流电压跟随电路
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 R1 。
要求：R3=R1+R2 —— 减小输入失调电压和输入偏置电流。 20
2.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路
R3 uo1 ui R1
uo2
R2 R2 (1 )ui2 ui1 R0 R0
R5 R R R6 R 5 uo1 (1 5 ) )uo2 uo2 5 uo1 R3 R3 R3 R4 R6 R3 R5 uo ( uo2 uo1 ) K d2 ( uo2 uo1 ) 取 R3=R4，R5=R6， R3 uo (1
特点：输出与反相输入型符号相反，特点相同，输入阻抗高。
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2.2.6 电桥放大电路
2.2.6.2 差动输入电桥放大电路
R1 R2 R
R 1 ua uo u R 2 R1 2
ua R u R R (1+δ ) ub R
R1 ∞ + + N R 2= R 1
ub u(1 ) / (2 )
R1 R2 uo2 uo1 (1 )( ui2 ui1 ) K d1 ( ui2 ui1 ) R0
差模增益：K d K d1 K d2
R1 R2 R5 (1 ) R0 R3
通常取：R1=R2，R3=R4，R5=R6 —— 外接电阻平衡对称。
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。
Ui
R2 Uo Ui R1
U0s1
C1
-
+
N1 +
Uo
实现了对失调电压的校正，达到了自动调零的目的，也 起到了放大作用。输出稳定，U0s和Uc降低，电路成本低。 17
2.2 典型测量放大电路
2.2.8 高输入阻抗放大电路
■
作用：提高反相(或差动)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。
高共模抑制比放大电路
自动调零放大电路 高输入阻抗放大电路
隔离放大电路.
电桥放大电路
线性化电路
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2.2 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，而干扰很大。
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第3章 信号调制解调电路
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 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★ 3.2 调频式测量电路
■
■
3.3 调相式电路
3.4 脉冲调宽制式测量电路
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■
第3章 信号调制解调电路
1、调制解调的概念、功用，采用调制解调的目的。 2、调频，调幅，调相，脉冲调制的数学表达式，并画出它们 的波形。 3、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形 4、什么是包络检波？什么是相敏检波包络检波和相敏检波的 电路原理及分析、 区别； 5、相敏检波电路的主要作用：鉴相和选频 6、鉴相电路的原理。 7、脉冲调宽信号的解调方式。
uo2
∞
+
R3 -
N2 +
c)自举组合电路
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自举组合电路
22
第2章 信号放大电路 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。
作用：放大传感器输出的电压、电流或电荷信号。 类型：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。
■
2.1 运算放大器的误差及其补偿
■
2.2 典型测量放大电路★
2.3 隔离放大电路★
■
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第2章 信号放大电路
要掌握的主要内容： 典型测量放大电路:
反相放大电路 同相放大电路 差动放大电路
第三节
第四节
测控电路的输入信号与输出信号
测控电路的类型与组成
第五节
测控电路的发展趋势
2
第一章 绪论
本章基本概念
1.
2.
3.
对测控电路的主要要求（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）； 影响测控电路精度的主要因素（噪声与干扰★；失调与 漂移，主要是温漂★；线性度与保真度；输入与输出阻 抗的影响）； 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？（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）；
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■ ■
2.3 隔离放大电路
2.3.1 基本原理
1. 组成及符号
ud
－ ＋ uiso R1 R2 隔离器 uo 输 出 放大器
uc
R1
－ 输 入 放大器 ＋ R Ris
2 o
Cis
o
Riso —— 隔离电阻(很大1012 ) Ciso —— 隔离电容(典型值20pF)
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。
■ ■
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。
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2.2.8.2 自举式高输入阻抗放大电路
R3 ∞ uo C1 ui R1 R2 R3 ∞ uo
ui
C1 C 2
R1
+ +N
-
+ +N C2
-
■
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。
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2.2.5 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
ui1 ui1 ui2
+
∞ +
uo1
R3
R1 IR R0 R2 R7 RP R8 -
u +
Z4 a Z2
∞ + + N
uo
uo (1
Z 2 Z 3 Z1 Z 4 R2 R u ) u (1 2 ) R1 ( Z1 Z 3 )( Z 2 Z 4 ) R1 4 1 / 2