测控电路课件第1章
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整套课件：测控电路
➢典型测量放大电路 同相放大电路
R2
Kf
uo ui
1 R2 R1
Zi
KZ
' i
1 R2 /
R1
R3
注意：R3 R1 // R2
R1
-∞ +
uo
+ N1
R3 ui
常用芯片：MAX4074,MAX4075,OPA2682,OPA3682
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1.5 测控电路的发展趋势
➢优质化 ➢集成化 ➢数字化 ➢通用化、模块化 ➢测控一体化 ➢自动化与智能化
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1.6 课程的性质、内容与学习方法
目的：应用电子技术来解决测量与控制中的问题 基础：《电路》、《模拟电子技术》、《数字电路》等等 方法： 多分析、多思考 理论推导 仿真验证(再分析、思考)
合适的输入与输出阻抗
动态性能好
响应快 (实时动态测量) 动态失真小
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转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ灵活
模数与数模转换 电量参数转换 量程转换 信号选取 信号运算
可靠性
经济性
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影响因素：
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
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ud
u1 u2 , uc
u1 u2 2
ud 100V ,uc 0V
uo Adud Acuc 100Ad
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ud 100V ,uc 10000V
测控电路(第7版)课件：执行器控制与驱动电路
执行器控制与驱动电路
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2、细分环形分配电路
在环形分配电路的基础上，将译码器替换成了存储器、DA转换器和PWM电 路。根据二进制可逆计数器的技术结果，在存储器中查表，输出对应的数字 电压信号，并通过DA转换器输出为模拟电压信号。然后，通过PWM电路和 栅极驱动电路，转换成控制逆变电路的PWM信号。
执行器控制与驱动电路
6
9.2 功率放大电路
9.2.1 直流负载功率放大电路 9.2.2 互补功率放大电路 9.2.3 桥式推挽功率放大电路
9.2.1 直流负载功率放大电路
执行器负载为单极性时，可采用直流负载功率放大电路，包括电压输出型和 电流输出型两种形式。
执行器控制与驱动电路
8
9.2.2 互补功率放大电路
执行器控制与驱动电路
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➢ DRV8825芯片
»该芯片其内部集成了两组PWM发生 器、栅极驱动器、DA转换器和全桥 逆变电路，只需要简单的配置外围电 路，即可用于两相单4拍步进电机的 控制和驱动。
第1章 绪论
32
本章结束
* 感谢聆听*
26
9.5.2 直流电动机的控制与驱动电路
直流电动机控制与驱动电路由PWM 控制电路和逆变电路两部分组成
执行器控制与驱动电路
27
9.5.3 步进电机的控制与驱动电路
步进电机的控制与驱动电路 由环形分配电路和多路逆变 电路组成
执行器控制与驱动电路
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1、环形分配电路
环形分配电路主要由二进制可逆 计数器和译码器构成
执行器控制与驱动电路
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3、单片集成的步进电机控制与驱动器
单片集成的步进电机控制与驱动器芯片集成了细分环形分配电路、驱动电路、 逆变电路、保护及诊断电路等。常见的步进电机控制与驱动器芯片包括 Allegro公司的A39XX系列和A49XX系列、德州仪器（TI）公司的DRV88XX 系列、意法半导体（ST）公司的L62XX系列和L64XX系列、东芝公司的 TB67S109AFTG等。
第1章 绪论-《测控电路(第4版)》张国雄
1.2 对测控电路的主要要求
要掌握设计、选用电路的要领，必须了解对测控电路的要求
一、精度高
二、响应快
三、转换灵活
四、可靠性与经济性
测控电路
2013-8-19
6
1.2 对测控电路的主要要求
（一）精度高 离开精度，测控就失去意义 生产、科研、国防、高科技都离不开精度 产品的质量在很大程度上取决于测控精度 仪器仪表的测控精度决定了武器系统的打 击精度
1.6 课程的性质、内容与学习方法
宽基础 重点放在基本功能块 创造性 怎样运用电路解决工程技术问题
1.6 课程的性质、内容与学习方法
主要介绍工业生产和科学研究中常用的测量与 控制电路的各种功能块和总体连接，使学生熟 悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任 务。它不是一般意义上电子技术课的深化与提 高，而要着重讲清，如何在电子技术与测量、 控制间架起一座桥梁，实现二者之间的沟通， 学会如何在测量和控制中运用电子技术，并与 光、机、计算机紧密配合，实现测控的总体思 想，围绕精、快、灵、可靠和测控任务的其它 要求来选用电路、设计电路。
1.2 对测控电路的主要要求
精度----测控永恒主题 长度：纳米（单一尺寸到坐标测量，分 子测量机-亚原子测量机） 时间：飞秒 引力波对光速影响10-17 光钟10-19（3000亿年差1秒） 单个电子电量（1.59×10-19C）
1.2 对测控电路的主要要求
影响测控电路精度的主要因素有哪些？其 中那几个因素是最基本的？
测控电路
2013-8-19
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1.4 测控电路的类型与组成
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
测控电路
2.常用的调制方法：传感器调制和电路调制。传感器调制包括1交流供电2机械或光学方法。电路调制包括 乘法器调制，开关电路调制，信号相加调制。常用的解调方法：用非线性原件（二极管或者晶体三极 管）；用低通滤波器。 3.相敏检波电路和包络检波的区别在于：相敏检波电路具有鉴别相位的能力，具有选频的功能，还必须有参 考信号。（乘法器，开关式，相加式） 4.将调制信号乘以幅值为1的余弦信号就可以得到双边带调幅信号，将双边带调幅信号再乘以载波信号，经 低通滤波后就可以得到原先的调制信号。 5.相敏检波电路具有抑制各种高次谐波的能力，这就是他的选频功能。相敏检波电路的鉴相特性指：当输入 信号和参考信号同频率时，输出信号随相位差的余弦而变化。 第四章 信号分离电路 1.滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，可以从频率域中实现对噪声的抑制，提取所需的测量 信号。工作原理是当信号与噪声分布在不同频域带中时，利用滤波器对不同频率信号具有不同的衰减作用 的特点从频域实现信号分离。 2.几个特征频率：转折频率fc，固有频率（谐振频率或中心频率）f0； *群时延函数：t=df(w)/dw,用来评价相位失真程度。越接近常数，相位失真越小。 3.滤波器按照电路组成可以分为：1.LC无源滤波器，2.RC无源滤波器，3.RC有源滤波器 4.由特殊元件构成 的无源滤波器。 4.压控电压源型滤波器：闭环增益（1+R0/R）增益过大容易导致自己振荡，这是因为电路中存在正反馈。 高通低通和带通 *5.无源元件参数计算。 第五章 加法减法运算电路（设计） 第六章 常用的模拟开关元件包括二极管开关.，双极型晶体管开关，结型场效应管开关，MOS型场效应管开关等。
测控电路
第一章 1.测控系统主要由传感器（测量装置），测量控制电路（测控电路）和执行机构三部分组成。传感器的输出 信号一般都很微弱，还可能伴随着各种噪声，还需要测控电路将它放大，剔除噪声，选取有用信号。在测 控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大，便于变换，便于传输，适应于各种使用要求的特点。 *2.测控电路的特点:精度高；响应快；转换灵活。 *3.影响测控电路的主要因素： 1噪声与干扰；2失调与漂移，主要是温漂；3线性度与保真度；4输入与输出阻抗的影响。其中噪声与干 扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。 4.测控电路的输入信号和输出信号： 模拟：1非调制信号2已调制信号（调制信号，载波信号，调幅信号） 数字：增量码信号；绝对码信号；开关信号 第二章 信号放大电路 1.信号放大电路是为了将微弱的传感器信号放大到足以进行的各种转换处理或驱动指示器，记录器以及各种 控制机构。 2.输入失调电压（实际中的差分放大器不一定完全对称，必须在输入端加上某一直流电压后才能使输出为 零，这一电压便成为输入失调电压）；这种失调电压随时间和温度而变化，称为零点漂移； 3.为了减小零点漂移可以采取以下几个措施:1.引入直流负反馈2.引入温度补偿电路3.差分放大电路的自稳零 和采用调制的方法把直流变交流。 4.相位补偿 5.噪声分为白噪声和色噪声两种。电子电路中的固有噪声有热噪声,低频噪声和散弹噪声三种。 6.测量放大电路是指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者电荷信号的电路。在结构原 理上可以分为1.差动直接耦合式（单端输入，电桥放大，电荷放大），2调制式（斩波稳零）3自动稳定式 （自动调零放大电路）。测量放大电路的基本要求是：1其输入阻抗要与传感器的输出阻抗相匹配2稳定的 放大倍数3低噪声4低的输入失调电压和输入失调电流以及低漂移，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。 7.反向放大器的闭环增益为-R2/R1;优点：性能稳定,缺点是输入阻抗低容易对传感器新城敷在作用。 同相放大器的闭环增益是1+(R2/R1);优点输入阻抗高，输出阻抗几乎为零，缺点容易受干扰99。 差动放大电路有益于抑制共模干扰（提高电路的共模抑制比）和减小温漂。 *8.三运放高共模抑制比放大电路 9.自动调零放大电路 10.高输入阻抗集成运放的屏蔽将高输入阻抗的输入端周围用导体围住，并将屏蔽层接到低输入阻抗处。 11.自举式高输入阻抗放大电路利用反馈使输入阻抗两端电位近似相等，减少想输入阻抗索取电流从而提高 输入阻抗。 12.差动输入电桥放大电路 *13.隔离放大电路的输入输出和电源的电路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。由输入放大器和输出放大器，隔离器和隔离电源等几部分组成。常用的隔离方法：光电隔离，变压器 隔离和电容隔离。 14.调制信号---->调制器——>放大器——》解调器——》低通滤波 振荡器 第三章 信号调制解调电路 1.在信号调制中，通常以高频的正弦信号做载波信号。调幅，调频和调相。调制就是利用调制信号去控制另 一个作为载体的信号（载波信号），让载波信号的（幅值，频率，相位和脉冲宽度）按照调制信号的值变 化。 可以克服干扰，便于放大和远距离传输。
测控电路
1-2 试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、生活与各种工作中的广 泛应用。 为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按
所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外， 还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器 的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时， 控制它，使它按规定的要求运行。
产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。 特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动 化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。越是 柔性的系统就越需要检测。没有检测，机器和生产系统就不可能按正确的规程自 动运行。自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与 条件，按最佳的方案运行，这里首先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控 制的基础。智能化是能在复杂的、变化的环境条件下自行决策的自动化，决策的 基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。
扰动
给定 机构
定 电路
比较 电路
正 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对
输出
图 X1-3 闭环控制系统的基本组成
传感器
4
号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由 测控电路完成。它包括：
（1）模数转换与数模转换； （2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信
号等之间的转换； （3）量程的变换； （4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等； （5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、
所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外， 还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器 的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时， 控制它，使它按规定的要求运行。
产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。 特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动 化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。越是 柔性的系统就越需要检测。没有检测，机器和生产系统就不可能按正确的规程自 动运行。自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与 条件，按最佳的方案运行，这里首先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控 制的基础。智能化是能在复杂的、变化的环境条件下自行决策的自动化，决策的 基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。
扰动
给定 机构
定 电路
比较 电路
正 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对
输出
图 X1-3 闭环控制系统的基本组成
传感器
4
号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由 测控电路完成。它包括：
（1）模数转换与数模转换； （2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信
号等之间的转换； （3）量程的变换； （4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等； （5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、
测控电路课件
运放的电源：
＋ Vcc ＋ Vcc A － Vcc 单 电源 供电 对 称双 电源供 电 ＋ Vcc1 A － Vcc2 非 对称双电源 供电
电桥放 大电路 高输入 阻抗放 大电路 可调增 益放大电路 隔离放 大电路
A
输出电压与电源的关系？
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测控电路
返
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测控电路
二、放大电路的几个重要参数:
− u R2
a
+
o
a
= 0
由 节点电 流法知 ：I1+I2+Ia=0 由虚短知 ： ua=ub 由虚断知 ：Ia＝ 0, Ib=0 u0=ui
返 回 上一页 下一页
ui − ua uo − ua + + Ia = 0 R 2R
又 ua=0（ 虚短） ， 2、用 叠加原 理求 ：
uo = −(
R
R1
u1 +
返
回
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测控电路
测控电路
8 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第二章 信号放大电路
第 一节 第二节 第三节 第 四节 第 五节 第 六节 第 七节 思考题
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基本放 大电路 调零放 大电路 高共模 抑制比 放大电路
一、集成运放
返 回 上一页 下一页
测控电路
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测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
u2 u1
R2 R1
Rf
ua
－
＋ Vcc ＋ Vcc A － Vcc 单 电源 供电 对 称双 电源供 电 ＋ Vcc1 A － Vcc2 非 对称双电源 供电
电桥放 大电路 高输入 阻抗放 大电路 可调增 益放大电路 隔离放 大电路
A
输出电压与电源的关系？
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测控电路
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测控电路
二、放大电路的几个重要参数:
− u R2
a
+
o
a
= 0
由 节点电 流法知 ：I1+I2+Ia=0 由虚短知 ： ua=ub 由虚断知 ：Ia＝ 0, Ib=0 u0=ui
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ui − ua uo − ua + + Ia = 0 R 2R
又 ua=0（ 虚短） ， 2、用 叠加原 理求 ：
uo = −(
R
R1
u1 +
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测控电路
测控电路
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第二章 信号放大电路
第 一节 第二节 第三节 第 四节 第 五节 第 六节 第 七节 思考题
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基本放 大电路 调零放 大电路 高共模 抑制比 放大电路
一、集成运放
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测控电路
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测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
u2 u1
R2 R1
Rf
ua
－
测控电路内容：第一章绪论
第一章测控电路设计实用技术基础测量与控制是认识客观世界和顺应客观规律的必不可少的重要手段。
现代生产为了保证产品质量和提高生产效益，必须对生产过程进行严格控制，而要实现这种控制，就必须对生产过程的各种参数和状态进行实时有效的测量。
因此，测量是控制的基础，控制离不开测量。
实际上，在科学技术高度发达的今天，测量与控制已经渗透到工业、农业、国防、科学研究和现代社会生活等各个领域。
由于目前电参量在信息转换、处理、传输、存储等方面具有较成熟的技术和手段，多数物理量的测量和控制以电参量的形式进行，故测量和控制电路在测控系统中具有不可替代的作用1.1测控电路的作用与基本组成现代测控系统常见的基本构成如图1-1所示。
测控系统的最前级为传感器，其作用是将各类被测量转换成与之具有一定函数关系的电量（通常为电压）；但是，传感器的输出信号一般都很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测量电路即信号调理及数字化等电路将它放大，剔除噪声，选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，形成为计算机能够识别及处理的信号；计算机系统的作用是对数字化了的被测信号进行计算、定标、误差校正或自校准等处理，一方面，经处理的测量结果由显示输出系统显示，由记录系统打印、绘图或由报警系统给出报警信息；另一方面，经算法运算过的控制信号经控制电路驱动执行机构，对测控对象进行控制。
通常我们将测量电路和控制电路统称为测控电路，它已融入测控系统的各个环节，并在其中发挥重要的作用，可以说离开测控电路，测控系统是无法实现的。
测量电路担负着信号二次变换的重任，其实质是电位或波形变换，其主要功能是放大有用信号，抑制传感器输出信号中的噪声，并将放大后的信号进行数字化；控制电路担负着实现控制功能的输出驱动信号的重任。
由于被测和被控物理量及其相应传感器和驱动器的多样性，与此相应的测量与控制电路必然具有多样性，因此测控电路在设计上灵活性很强。
从测量准确度的角度来说，测量电路位于系统获取信息的最前级，对测量的准确度起决定作用，控制电路处于系统对控制装置的前级，直接影响控制的准确性及精度，二者均为现代测控系统的关键点，也是设计测控系统的难点，在现代测控技术中占据极其重要的地位。
测控系统原理与设计 第1章 电源设计PPT课件
基射电压是由它自身的集射级电压获得，调整 管电压一般为1.8~2.5V，或者更高
2020/11/28
NPN调整管
电源设计
2020年11月28日 23
低电压差调整电源（LDO技术）
从输出电压取得基射电压，调整管电压差 较低，最小0.6V；
PNP调整管
2020/11/28
最低压差 小于0.6V
电源设计
电源共性：都有一个闭环负反馈， 用于稳定输出电压
串联Hale Waihona Puke 线性电源2020/11/28
电源设计
2020年11月28日 19
串联式线性电源特点：
电压调整单元与负载串联，电压调整单元 采用有源器件；
调整单元工作在线性模式，处于“部分导 通”状态（相当于可变电阻）；
负反馈的核心是高增益运算放大器；
比并联式线性电源效率高；
2020/11/28
电源设计
2020年11月28日 9
三种常用的电源技术
线性电源
脉宽调制
PWM 开关电源
谐振开关 电源
三种技术各有特点，采用何种方式需要综合考虑
2020/11/28
电源设计
三种电源技术的比较
2020年11月28日 10
2020/11/28
电源设计
2020年11月28日 11
1-1-4 电源系统的设计指标
2020/11/28
电源设计
2020年11月28日 15
2020/11/28
电源设计
2020年11月28日 16
1-1-5 模块化的电源设计方法
为产品选择一个合 适的技术和拓扑
实验，实验，再试验
根据设计指标和 要求完成黑箱估计
确认结构设计以及PCB板
2020/11/28
NPN调整管
电源设计
2020年11月28日 23
低电压差调整电源（LDO技术）
从输出电压取得基射电压，调整管电压差 较低，最小0.6V；
PNP调整管
2020/11/28
最低压差 小于0.6V
电源设计
电源共性：都有一个闭环负反馈， 用于稳定输出电压
串联Hale Waihona Puke 线性电源2020/11/28
电源设计
2020年11月28日 19
串联式线性电源特点：
电压调整单元与负载串联，电压调整单元 采用有源器件；
调整单元工作在线性模式，处于“部分导 通”状态（相当于可变电阻）；
负反馈的核心是高增益运算放大器；
比并联式线性电源效率高；
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电源设计
2020年11月28日 9
三种常用的电源技术
线性电源
脉宽调制
PWM 开关电源
谐振开关 电源
三种技术各有特点，采用何种方式需要综合考虑
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电源设计
三种电源技术的比较
2020年11月28日 10
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电源设计
2020年11月28日 11
1-1-4 电源系统的设计指标
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电源设计
2020年11月28日 15
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电源设计
2020年11月28日 16
1-1-5 模块化的电源设计方法
为产品选择一个合 适的技术和拓扑
实验，实验，再试验
根据设计指标和 要求完成黑箱估计
确认结构设计以及PCB板
电路课件第一章(第五版邱关源)
叠加定理
总结词
叠加定理是一种将复杂电路问题分解为多个简单电路问题的方法，通过分别求解 各个简单电路问题，最后得到复杂电路的总响应。
详细描述
叠加定理的基本思想是将原电路分解为多个独立电源的简单电路，分别求解各个 简单电路的响应，然后将各个响应叠加起来得到原电路的总响应。这种方法适用 于任何线性时不变电路，可以大大简化复杂电路的分析过程。
正弦稳态电路的分析方法
总结词
正弦稳态电路的分析方法主要包括相量法、阻抗法和导纳法等。
详细描述
相量法是一种将正弦波形的电压和电流表示为复数形式的方法，通过相量图可以直观地分析电路的相 位和幅度关系。阻抗法和导纳法则是将电路中的元件表示为阻抗或导纳的形式，通过代数运算来求解 电路的电压和电流。
正弦稳态电路的功率
过渡过程的特性
过渡过程的特性包括时间常数、最大值、 最小值、稳态值等，这些特性可以通过计
算或实验得到。
过渡过程的计算
过渡过程的计算需要使用动态电路的微分 方程，通过求解微分方程可以得到过渡过 程中电压和电流的变化情况。
过渡过程的应用
过渡过程的应用包括信号处理、控制系统、 通信系统等领域，通过研究过渡过程可以 更好地理解和控制系统的动态行为。0102Fra bibliotek0304
电阻器
限制电流流动，将电能转换为 热能。
电容器
储存电荷，具有隔直通交的特 性。
电感器
储存磁能，具有隔交通直的特 性。
二极管
单向导电，用于整流、开关等 应用。
电路的基本物理量
电流
电压
功率
电阻
单位时间内流过导体的 电荷量，用符号I表示。
电场力将单位正电荷从 一点移动到另一点所做 的功，用符号U表示。
测控电路与器件课件
由于基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 绍的仪用放大器。 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， 如INAl05，INAl06，INAll7。
1.1.2 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 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， 经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。 图1-8所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。
1.2.2 电压/频率变换与频率/电压变换
电压/频率变换电路（VFC）：也称为频率调制 （FM）、压控振荡器（VCO）、准模/数转换电路。 频率/电压变换电路（FVC）：也称为鉴频器、准 数/模转换电路。
1. 电压/频率变换电路
绝大多数的电压／频率变换电路都可采用图1-26的原理 框图来说明。
图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到 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UR相比较，当积分器的输出达到时，比较器 翻转，其输出控制模拟开关切换到uF，是与uI相反的电 压,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。
1.1.3 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 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、安全性能和可靠 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 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 极管。 如图1-9给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。
若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，则有
1.1.2 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 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， 经常用于精密仪器电路和测控电路中，故称为仪用放大器。 图1-8所示为并联差分输入仪用放大器（三运放电路）。
1.2.2 电压/频率变换与频率/电压变换
电压/频率变换电路（VFC）：也称为频率调制 （FM）、压控振荡器（VCO）、准模/数转换电路。 频率/电压变换电路（FVC）：也称为鉴频器、准 数/模转换电路。
1. 电压/频率变换电路
绝大多数的电压／频率变换电路都可采用图1-26的原理 框图来说明。
图中模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号输入到 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UR相比较，当积分器的输出达到时，比较器 翻转，其输出控制模拟开关切换到uF，是与uI相反的电 压,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。
1.1.3 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 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、安全性能和可靠 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 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 极管。 如图1-9给出了常见的几种光电耦合器的内部电路。
若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，则有
测控电路01绪论.ppt
第二十四页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第二十五页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第二十六页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第二十七页，编辑于星期二：九点 五十三分。
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第二十九页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第三十页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第九页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第十页，编辑于星期二：九点 五十三分。
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第十二页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第十三页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第十四页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第十五页，编辑于星期二：九点 五十三分。
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第二页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第三页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第四页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第五页，编辑于星期二：九点 五十三分。
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Байду номын сангаас
第三十一页，编辑于星期二：九点 五十三分。
第三十二页，编辑于星期二：九点 五十三分。
测控电路01_绪论
uo u R / R u S，
路，特别是低漂移、高抗干扰能力的高性能放大电路。
1.6 课程的性质、特点与内容
2. 传感器输出的微弱信号往往被淹没在干扰噪声中，故后 续调制解调和滤波电路，将微弱信号从干扰噪声中分离出来。
3. 传感器输出的电信号送给计算机、单片机等进行处理时， 必须后续A/D、D/A转换电路(0~5V) ；为了实现远距离传输， 后续V/I、I/V转换电路(4~20mA) 。 4. 为了提高仪器的分辨率，必须将光栅、磁栅、容栅、感 应同步器等传感器输出的周期信号进行细分与辨向。
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
电路的形式、结构首先与信号形式与使用要求有关
1、模拟式信号 (1) 非调制信号
x
测量信号 被测量
信号的大小、波形与被测量 之间具有一一对应的线性关系。 如：压电式传感器测量工件 的表面粗糙度，磁电式传感 0 器测量速度，热电偶测量温度
t
非调制模拟信号 送到电路的信号与被测量具有近似线性关系
W
亮
简述
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （2）绝对码信号
1111 1110 1101
0000 0001
信号大小与被测 对象的状态相对应。 如码盘测量角度时输 出信号，每一个角度 方位对应一组编码。
0010
1100
0011
1011
0100
1010 1001 1000 0111
0101
1 l Ra y dx l 0
1.1 测控电路的功用
细分与辨向电路：在光栅、磁栅、容栅等大位移以及 可以转换成位移的测量中，实现对信号的细分与辨 向，提高仪器的分辨能力，且能得到位移的方向。 电量测量电路：频率、相位、脉冲参数的测量。在数 字式电压或电流表中，需要将电压或电流转换成频 率后再测量；在研究系统特性时，也要研究相位特 性；脉冲参数应用日益广泛。故也要对频率、相位、 脉冲参数测量电路进行介绍。
路，特别是低漂移、高抗干扰能力的高性能放大电路。
1.6 课程的性质、特点与内容
2. 传感器输出的微弱信号往往被淹没在干扰噪声中，故后 续调制解调和滤波电路，将微弱信号从干扰噪声中分离出来。
3. 传感器输出的电信号送给计算机、单片机等进行处理时， 必须后续A/D、D/A转换电路(0~5V) ；为了实现远距离传输， 后续V/I、I/V转换电路(4~20mA) 。 4. 为了提高仪器的分辨率，必须将光栅、磁栅、容栅、感 应同步器等传感器输出的周期信号进行细分与辨向。
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
电路的形式、结构首先与信号形式与使用要求有关
1、模拟式信号 (1) 非调制信号
x
测量信号 被测量
信号的大小、波形与被测量 之间具有一一对应的线性关系。 如：压电式传感器测量工件 的表面粗糙度，磁电式传感 0 器测量速度，热电偶测量温度
t
非调制模拟信号 送到电路的信号与被测量具有近似线性关系
W
亮
简述
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （2）绝对码信号
1111 1110 1101
0000 0001
信号大小与被测 对象的状态相对应。 如码盘测量角度时输 出信号，每一个角度 方位对应一组编码。
0010
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0011
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1010 1001 1000 0111
0101
1 l Ra y dx l 0
1.1 测控电路的功用
细分与辨向电路：在光栅、磁栅、容栅等大位移以及 可以转换成位移的测量中，实现对信号的细分与辨 向，提高仪器的分辨能力，且能得到位移的方向。 电量测量电路：频率、相位、脉冲参数的测量。在数 字式电压或电流表中，需要将电压或电流转换成频 率后再测量；在研究系统特性时，也要研究相位特 性；脉冲参数应用日益广泛。故也要对频率、相位、 脉冲参数测量电路进行介绍。
测控电路
Dennis Gabor The Nobel Prize in Physics 1971 "for his invention and development of the holographic method"
9
部分因从事仪器科学与技术研究获得诺贝尔物理学奖 的科学家
Ernst Ruska The Nobel Prize in Physics 1986 "for his fundamental work in electron optics, and for the design of the first electron microscope"
Frits Zernike The Nobel Prize in Physics 1953 "for his demonstration of the phase contrast method, especially for his invention of the phase contrast microscope"
11
第一节 测控电路的功用
当今时代是信息时代。 信息技术包括：信息获取、处理、传输、 存储、执行（控制）。 测量是信息的源头。 信息时代的标志：高性能计算机，速度、 容量，大规模集成电路，离不开测控。
第一节 测控电路的功用
现代战争离不开测控。 仪器仪表的测量控制精度决定了武器的 打击精度，测试速度、控制反应速度决 定了武器的反应能力。 载人飞船成功发射，测控也有至关重要 作用。 生产、生活、科技、国防都离不开测控。
第一节 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
图1-1 测控系统的组成
测控电路课件(完整)
（三）、开关信号
开关信号可视为绝对码信号的特例，当绝 对码信号只有一位编码时，就成了开关信号。 只有0和1两个状态。
与行程开关、光电开关、触发式测头相连 接的测控电路，其输入信号为开关信号。
当执行机构只有两种状态时，如电磁铁、 开关等，要求测控电路输出开关信号。
第四节 测控电路的类型与组成
一、测量电路的基本组成 (一)模拟式测量电路的基本组成 (二)数字式测量电路的基本组成
二、控制电路的基本组成 (一)开环控制 (二)闭环控制
传 感 器
量 程 切 换
放 大 器
解 调 器
电
路
振荡器
信 号 分 离
运 算 电
模 数 转 换
计 算 机
电路 电
路
路
电源
显 示 执 行 机 构 电路
图1-6 模拟式测量电路的基本组成
传 感 器
细 脉转 分 冲换 电 当电 路 量路 辨向电路
（二）、绝对码信号
1111 0000
1110
0001
1101
0010
1100
0011
1011
0100
1010
0101
1001
0110
1000 0111
绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
绝对码信号在显示与打印机机构中有广泛的 应用。显示与打印机构根据测控电路的译码器输 出的编码，显示或打印相应的数字或符号。在一 些随动系统中，执行机构根据测控电路输出的编 码，使受控对象进入相应状态。
以磁电式电表、示波器、笔式记录器作为显示 机构，以直流电动机为执行机构时，要求测控电路 的输出信号为非调制模拟信号。
第三节 测控电路的输入信号与输出信号
《测控电路》课件
频率和周期测量电路
总结词
实现频率和周期测量的电路
详细描述
频率和周期测量电路是用来测量电路中信号的频率和周期的电路，通常由示波器和频率计组成。通过测量信号的 波形和周期，可以计算出信号的频率和周期。
电阻、电容、电感测量电路
总结词
实现电阻、电容、电感测量的电路
详细描述
电阻、电容、电感测量电路是用来测量电子元件的电阻、电容和电感值的电路，通常由测试信号源和 测量仪表组成。通过测量电子元件的阻抗值和频率响应，可以计算出其电阻、电容和电感值。
了更多可能性。
医疗物联网
测控电路在医疗仪器中还起到校准作用，确保仪器测 量结果的准确性。同时，通过对仪器运行状态的监测 ，可及时发现潜在故障，便于维护保养。
07
总结与展望
本课程的主要内容总结
01
02
03
04
信号的测量与处理
介绍了信号的采集、调理和变 换技术，以及信号的频域和时
域分析方法。
控制系统基础
提高测控电路精度的措施
选择高精度元件和设备
使用高质量的元件和设备是提高测控 电路精度的基本措施。
优化电路设计
通过合理的电路设计和布局，减小信 号传输过程中的损失和干扰，从而提 高测量精度。
实施温度补偿
对于受温度影响较大的元件，采取温 度补偿措施可以减小温度变化对测量 结果的影响。
加强数据处理和校准
对测量数据进行合理的数据处理和校 准，可以减小随机误差和系统误差的 影响。
06
实际应用案例分析
工业自动化生产线控制系统
自动化生产线控制
测控电路在工业自动化生产线控制系统中发挥着关键作用 。通过测控电路，可以实时监测生产线上各设备的状态， 确保生产流程的顺利进行。
测控电路
1、开环控制
2、闭环控制
测量电路
传感器
扰动量
给定 机构
设定 电路
放大 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对象
输 出
控制电路
开环控制系统的基本组成
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
放大 电路
校正 转换 电路 电路
执行 机构
被控 对象
输出
控制电路 传感器
闭环控制系统的基本组成
第五节 测控电路的发展趋势
3 2 uc
x
O
t
a)
x uc
O
x us 1 x 4 us
O
t
b)
t
c)
图 用电感传感器测量 工件轮廓形状
图 调幅信号
第三节 测控电路的输入信号与输出信号
1、载波频率（carrying frequency)
信号的频率由传感器供电频率确定，这一频率 称为载波频率
2、载波信号（carrying signal)
为了适应在各种情况下测量与控制的需要， 要求测控电路有灵活地进行各种转换的能力。 它包括：
第二节 对测控电路的主要要求
1、模数转换与数模转换 2、信号形式的转换 3、量程的变换 4、信号的选取 5、信号处理与运算
第二节 对测控电路的主要要求
1、模数转换与数模转换
自然界客观存在的物理量多为模拟量 计算机:数字信号 控制执行机构动作:多模拟信号
第一节 测控电路的功用
生产自动化也离不开测量与控制 产品的质量离不开测量与控制 现代的生活、办公器械
微波炉、照相机、复印机等也都装有不同数 量的传感器，
第一节 测控电路的功器， 对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、 防滑、防碰撞等进行控制。 航天发射与飞行，都需要靠精密测量与 控制保证它们轨道准确性。
2、闭环控制
测量电路
传感器
扰动量
给定 机构
设定 电路
放大 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对象
输 出
控制电路
开环控制系统的基本组成
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
放大 电路
校正 转换 电路 电路
执行 机构
被控 对象
输出
控制电路 传感器
闭环控制系统的基本组成
第五节 测控电路的发展趋势
3 2 uc
x
O
t
a)
x uc
O
x us 1 x 4 us
O
t
b)
t
c)
图 用电感传感器测量 工件轮廓形状
图 调幅信号
第三节 测控电路的输入信号与输出信号
1、载波频率（carrying frequency)
信号的频率由传感器供电频率确定，这一频率 称为载波频率
2、载波信号（carrying signal)
为了适应在各种情况下测量与控制的需要， 要求测控电路有灵活地进行各种转换的能力。 它包括：
第二节 对测控电路的主要要求
1、模数转换与数模转换 2、信号形式的转换 3、量程的变换 4、信号的选取 5、信号处理与运算
第二节 对测控电路的主要要求
1、模数转换与数模转换
自然界客观存在的物理量多为模拟量 计算机:数字信号 控制执行机构动作:多模拟信号
第一节 测控电路的功用
生产自动化也离不开测量与控制 产品的质量离不开测量与控制 现代的生活、办公器械
微波炉、照相机、复印机等也都装有不同数 量的传感器，
第一节 测控电路的功器， 对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、 防滑、防碰撞等进行控制。 航天发射与飞行，都需要靠精密测量与 控制保证它们轨道准确性。
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信 号 分 离 电 路
运 算 电 路
模 数 转 换 电 路
计 算 机
显 示 执 行 机 构 电路
振 荡
图1-7 模拟式测量电路的基本组成
授课教师：王翥
18
1 绪论
ξ1.4 测控电路的类型与组成
传 感 器 放 大 器 整 形 电 路 细 分 电 路 脉转 冲换 当电 量路 计 数 器 锁 存 器 锁 存 指 令 计 算 机 显 示 执 行 机 构
1111 0000 1110 1101 1100 1011 1010 0001 0010
0011
0100 0101 1001 1000 0111 0110
特点：输出与状态一一对应
图1-6 码盘
授课教师：王翥
15
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号 二、数字式信号 （三）开关信号
输出只有两种状态: 开 /关 通 /断
扰动
给定 机构
设定 电路
比较 电路
放大 电路 控制电路
校正 转换 电路 电路
执行 机构
被控 对象
输出
传感器
图1-10 闭环控制系统的基本组成
授课教师：王翥
21
1 绪论
ξ1.5 测控电路的发展趋势
• • • • • •
优质化(精、快、可靠） 集成化 数字化 通用化、模块化 测控一体化 自动化与智能化
授课教师：王翥
11
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号 3 x 2 uc 1
O uc O us t a)调制信号 t b)载波信号
x 4
us
O
t c)调幅信号
图1-3 用电感传感器测量 工件轮廓形状
授课教师：王翥
图1-4 调幅信号
12
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号
3：参考反射镜
L
电路
辨向电路
指令传感器 手动采样
图1-8 增量码数字式测量电路的基本组成
授课教师：王翥
19
1 绪论
ξ1.4 测控电路的类型与组成
测量电路 传感器 扰动量
给定 机构
设定 电路
放大 电路
转换 电路
执行 机构
被控 对象
输 出
控制电路
图1-9 开环控制系统的基本组成
授课教师：王翥
20
1 绪论
ξ1.4 测控电路的类型与组成
1 绪论
课程名称：测控电路
使用教材： 张国雄主编，测控电路，第4版 机械工业出版社，2012年3月 参考教材： 李刚、林凌主编，现代测控电路 高等教育出版社，2011年5月 孙传友等编著，测控电路及装置 北京航空航天大学出版社，2002年5月
授课教师：王翥
1
1 绪论
系统的构成及测控电路在系统中的位置
• 系统观念：作为研究人员，要培养系统观念很重要。
授课教师：王翥
22
1 绪论
ξ1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 课程的性质——专业课 • 与其他课程的关系 传感器、模拟电路、数字电路 • 课程内容 信号的放大、调制、转换、控制、传输 • 学习方法 理论学习； 仿真试验； 动手实践。
授课教师：王翥
13
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号 二、数字式信号 （一）增量码信号 不具有记忆功能 特点：被测量的增量 与传感器输出信号的 变化周期数成正比。 问题：信号一旦中断， 就无法判断物体的状 态。
授课教师：王翥
L N W
L
输出反映变化量
亮 暗 亮
W
14
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号 二、数字式信号 （二）绝对码信号 具有记忆功能
授课教师：王翥
7
1 绪论
ξ1.2 对测控电路的要求 四、可靠性高 （产品的型式实验）
五、经济性好（性价比要高）
授课教师：王翥
8
1 绪论
ξ1.2 对测控电路的要求 型式试验 型式试验即是为了验证产品能否满足技术规范的全部要 求所进行的试验。 新产品只有通过型式试验，该产品才能正式投入生产。 型式试验的依据是产品标准。 试验所需样品的数量由论证机构确定，试验样品从制 造厂的最终产品中随机抽取。 试验在被认可的独立检验机构进行，对个别特殊的检 验项目，如果检验机构缺少所需的检验设备，可在独立检 验机构或认证机构的监督下使用制造厂的检验设备进行。
23
1 绪论
授课教师：王翥
24
4：靶标 反射镜
二、数字式信号 （一）增量码信号 特点：不具有记忆功能 例如：采用激光干涉法 测量位移时传感器的输 出为增量码信号。
信号周期数：N
1：激光器
2：分光镜
5：工作台
2L
6：光电元件
图1-5 迈克尔逊激光干涉仪光路
授课教师：王翥
工作台每移动半个周期，干涉条纹就变化一个周期。 输出反映变化量
传感器
测量控 制电路
图1-1 测控系统的组成
执行机构
门德列耶夫说过：科学是从测量开始的，没有测 量就没有科学，至少没有真正的、精确的科学。
授课教师：王翥
4
1 绪论
ξ1.1 测控电路的作用
传感器
测量控 制电路
执行机构
测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？
信息技术包括：信息获取、处理、传输、存储、执行 （控制）。 测与控占据了两头：信息获取—测量；执行—控制。
亮 /暗
0/1
授课教师：王翥
16
1 绪论
ξ1.4 测控电路的类型与组成 一、测量电路的基本组成 (一)模拟式测量电路的基本组成 (二)数字式测量电路的基本组成 二、控制电路的基本组成 (一)开环控制 (二)闭环控制
授课教师：王翥
17
1 绪论
ξ1.4 测控电路的类型与组成
传 感 器 量 程 切 换 电 路 放 大 器 器 电 源 解 调 器
电源
光电隔离
授课教师：王翥
2
1 绪论
ξ1.1 ξ1.2 ξ1.3 ξ1.4 ξ1.5 ξ1.6
测控电路的作用 对测控电路的要求 测控电路的输入输出信号 测控电路的类型与组成 测控电路的发展趋势 课程的性质、内容与学习方法
授课教师：王翥
3
1 绪论
ξ1.1 测控电路的作用
1、为保证产品质量——离不开测控技术 2、为提高生产效率——离不开测控技术 3、为进行科学研究——离不开测控技术 4、测控系统的组成
ξ1.2 对测控电路的要求 三、具有灵活的信号转换能力 1、模数转换与数模转换。 2、电量参数的转换——交直流转换、电压电流转换。 以及幅值、相位、频率、脉宽的转换。 3、量程的变换——避免灵敏度与分辨能力不足，和信 号饱和两种极端现象的出现。 4、信号的处理与运算——平均值、差值、峰值、绝对 值、导数、积分等。
授课教师：王翥
5
1 绪论
ξ1.2 对测控电路的要求 一、精确度高 影响精确度的几个因素： 1、噪声与干扰——低噪声、高抗干扰能力 2、失调与漂移——低温漂、高稳定性 3、较好的线性度与保真度 4、输入与输出阻抗的影响——输入输出阻抗要适当 二、动态特性要好——响应快、动态失真小
授课教师：王翥
6
1 绪论
授课教师：王翥
9
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号 一、模拟信号 (一)非调制信号——大部分信号所采用的形式
x
特点： 送到电路的 信号与被测量 具有近似线性 关系。
0
测量信号
被测量
t
图1-2 非调制模拟信号
授课教师：王翥
10
1 绪论
ξ1.3 测控电路的输入输出信号 (二)已调制信号——调制的目的是抗干扰、便于远传 例：用电感传感器测量工件轮廓形状 几个重要概念： 1、载波信号 2、载波频率 3、调制信号 4、已调信号 5、调幅信号（调频信号、调相信号、脉宽调制信号）
传感器1 传感器n 执行机构1 信号调理1
信号调理/A 转 换
光 电 隔 离 光 电 隔 离
显示单元 打印单元
驱动电路1
驱动电路n
测 控 对 象
执行机构n
开关量检测1 开关量检测n 开关量控制1 开关量控制n
光电隔离 光电隔离 光电隔离
微 处 理 器
报警单元 键盘 存储单元