测控电路及装置
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
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(第7版)课件：测控电路设计实例
压控电压源性滤波电路因为引入正 反馈，所以增益不能选的太大，否则容 易引起自激振荡。同时，系统的品质因 数Q也不能选的太大，否则陷波网络不 能起到陷波效果。
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校正电路
串联校正主要有三种形式，超前校正、滞后校正、超前滞后校正。相较于滞 后校正，超前校正能够提高系统的带宽，比较适合于带宽较小的系统。
模拟乘法器
1 2
kkmU
mU
c
r
(t
)
低频信号
1 2
kkmUmUcr(t) cos 2t
载波频率二倍频信号
陷波器
输出信号：uo (t) kkmUmUcr(t) / 2
相敏解调
mt
U jz
激磁信号
R1 R3
R2
C 移相电路
选取R1=R2，移相电路的传递函数为：
A(s) 1 R3Cs 1 R3Cs
1
0
0 1
(
1 s
)
x y
(s) (s)
测控电路设计实例
13
11.2.3 校正网络设计及系统仿真
频域特性分析
校正前Bode图
校正后Bode图
测控电路设计实例
14
11.2.3 校正网络设计及系统仿真
时域特性分析
单位阶跃响应
测控电路设计实例
斜坡响应
15
11.3 电路设计
11.3.1 预处理电路 11.3.2 校正电路 11.3.3 控制解耦网络 11.3.4 功率放大电路
Φy(s)
Vx(s) Vy(s)
测控电路设计实例
11
11.2.3 校正网络设计及系统仿真
对再平衡回路的基本要求可以归纳为： 1）闭环稳定，并具有一定的幅值和相角稳定裕度。 2）满足规定的动、静态指标。静态指标是指系统在角度常值、速率和角 加速度输入信号下的稳态偏差；良好的动态指标是指系统及时跟踪角速率 变化的能力，具有足够的带宽。 3）能提供足够的加矩电流，平衡最大的输入角速度，在承受最大角加速 度时转子偏角不超过规定的范围。
总结版测控电路
总版测控电路纟/ //\ / y Company number： [ WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 ]何谓测量放大电路对其基本要求是什么在测量控制系统中，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。
对其基本要求是：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； 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（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如达儿白•伏）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。
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lOOdB 的场合，例如人体心电测量。
图2・8b 所示电路，Nl 、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 iiOl =uil （1+R2 /Rl ） = 2uil , u0=ui2 （1+R4/R3 ） - 2uil R4/R3 =2ui2 - 2 uil=2（ui2-uil ）,所以其闭环电压放大倍数Kf=2。
图2・9所示电路，Nl 、N2、N3工作在理想状态，Rl=R2=100k, RP=10k,R3=R4=20k, R5=R6=60k, N2同相输入端接地，试求电路的差模增益电路的共 模抑制能力是否降低为什么由图 2-9 和题设可得 uo = （uo2 - uol ） R5 / R3 =3（uo2 - uol ）, iiol = uil （1 + R1 /Rp ） - ui2 Rl/Rp=l luil, uo2= ui2（l+R2/Rp ） 一 uil R2/Rp= 一 lOuil,即 uo=3 （ - lOuil - lluil ） =-63uil,因此，电路的差模增益为63。
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。
测控电路基础概念总结
第一章绪论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）、执行机构组成2、测控电路的主要要求：精、快、灵、可靠3、测控电路的特点：精度高、动态性能好、高的识别和分析能力、可靠性高、经济性好4、为了提高信号的抗干扰能力，往往需要对信号进行调制。
在紧密测量中希望从信号一形成就成为已调制信号，因此常在传感器中进行调制。
5用电感传感器测量工件轮廓形状时—这是一个幅值按被测轮廓调制的已调制信号---称为调幅信号6、用应变片测量梁的变形，并将应变片接入交流电桥。
这时电桥的输出也是调幅信号，载波信号的频率为电桥供电频率，电桥输出信号的幅值为应变片的变形所调制。
7、采用光栅、激光干涉法等测量位移时时传感器的输出为增量码信号。
8、增量码信号是一种反映过程的信号，或者说是一种反映变化增量的信号。
它与被测对象的状态并无一一对应的关系。
9、绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
10、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。
开关信号只有0和1两个状态。
11、控制方式可分为开环控制与闭环控制。
12、闭环控制的特点：它的主要特点是用传感器直接测量输出量，将它反馈到输入端与设定电路的输出相比较，当发现他们之间有差异时，进行调节补充:1、信息时代的标志——高性能计算机的发展，速度和容量为其主要标志2、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？（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第二章信号放大电路1、输入失调电压u0s：对于理想运算放大器，输入电压为零，输出电压也必然为零。
然而，实际运算放大器中，前置级的差动放大器并不一定完全对称，必须在输入端加上某一直流电压后才能使输出为零，这一直流电压称之。
2、零点漂移：失调电压随时间和温度而变化，即零点在变动，称之3、输出失调电压u0=(1+R2/R1)u0s4、输出端产生的失调电压u02=-R2I b1+(1+R2/R1)R3I b2若取R3=R1//R2,则u02=R2(I b2-I b1)=R2I0s I0s称为输入失调电流5、绝大部分的运算放大器都是用于反馈状态6、由于运算放大器通常使用在负反馈状态，本来就有1800的相位差，再加上外接和内部电路的RC网络，有可能出现3600的相位差，使电路振荡。
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。
测控电路内容：第一章绪论
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。
测控电路与装置实验指导书(周令)
武汉理工大学华夏学院测控电路实验指导书信息工程系测控与电信教研室目录1 测控电路课程实验概述 (1)1.1 测控电路课程实验简介 (1)1.2 课程实验内容概述 (2)2. 实验一调制信号的整流检波 (3)(一)实验目的 (3)(二)实验原理 (3)(三)实验仪器设备列表 (7)(四)实验操作要求 (7)(五)实验报告要求 (7)3. 实验二有源滤波器的设计和调整 (8)（一）实验目的 (8)（二）实验原理 (8)（三）实验仪器设备列表 (11)（四）实验操作步骤及要求 (11)（五）实验报告要求 (11)4. 实验三可编程增益放大器的设计与调整 (18)(一)实验目的 (18)(二)实验原理 (18)(三)实验仪器设备列表 (22)(四)实验操作要求 (22)(五)实验报告要求 (23)5. 实验四集成锁相环的频率合成 (24)(一)实验目的 (24)(二)实验原理 (24)(三)实验仪器设备列表 (29)(四)实验操作要求 (29)(五)实验报告要求 (30)1 测控电路课程实验概述1.1 测控电路课程实验简介测控系统主要由传感器、测量控制电路（简称测控电路）和执行机构三部分组成。
在测控系统中电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。
测控系统乃至整个机器和生成系统的性能在很大程度上取决于测控电路。
测控电路主要包括信号放大电路、信号调制解调电路、信号分离电路、信号运算电路、信号转换电路、信号细分与辨向电路、电量测量电路、连续信号控制电路、逻辑与数字控制电路等。
实际上，测控电路是模拟电子技术和数字电子技术的进一步延伸与扩展，主要讨论一些典型常见的电路。
因此学好模电和数电是基础，其中运算放大器是测控电路的一个核心部件。
通过测控电路课程的学习，应当使学生在了解测控电路特点、功用、类型及发展趋势的基础上，掌握测量与控制电路中的基本电路类型，包括放大电路，调制与解调电路，信号分离、运算和转换电路，细分和辨向电路，逻辑控制和连续信号控制电路等，通过对一些典型测控系统工作原理的分析，使学生认识到测控电路在整个测控系统中的重要性。
测控电路
第一章绪论1-1为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术？为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。
例如，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。
为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。
这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。
生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。
为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。
要做到这两点，还是离不开测量与控制。
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。
1-2测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，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，输出能控制执行机构动作的信号。
测控电路
课程名称：电子测量线路授课专业：测控技术与仪器课程性质：专业技术基础主干课程（必修课，3学分）教学进程：总计56学时（讲课48学时，8学时实验）14周绪论当今的时代是信息时代，在工业和科技领域信息主要是通过测量获取。
在现代生产中，物质流和能量流在信息流指挥和控制下运动。
测控技术已成为现代生产和高科技中的一项必不可少的基础技术。
为了适应这一发展需要，设立此课程，主要介绍工业生产和科学研究中常用的测量与控制电路。
着重讲清如何在电子技术与测量控制之间架起一座桥梁，使同学们理解怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任务，实现测控的总体思想，围绕精、快、灵和测控任务的其他要求来选用和设计电路。
测控技术包括硬件和软件两方面。
从“硬件”方面来看，如果把各类仪器仪表和测控系统“化整为零”地解剖开来、会发现它们纳内部组成模块大多是相同的。
从“软件”方面来看。
如果把各个模块“化零为整”地组装起来，会发现它们的整机原理、总体设计思想以及主要的算法和程序也是大体相近的，这就是说，不同应用领域常见的测控仪器或系统，虽然名称、型号、性能各不相同，仅它们在硬件、软件两方面的共性还是主要的。
它们的共同的理论基础和技术基础实质就是测技技术。
各种不同的仪器仪表产品只不过是“共同基础”（即测控技术）与各应用领域的“特殊要求”相结合的产物。
因此，只要掌握了通用的测控技术，今后遇到具体的仪器仪表时，再了解一下该仪器仪表应用领域的特殊要求和某些专用电路，就能很快适应所从事仪器仪表或测控系统的具体工作。
本课程的先修深为：模拟电路、数字电路、感测技术、微机原理。
为了避免与先修课的重复，有些电路虽然也是测控仪器和系统常用的，但由于先修课已讲过，因此，在本课程中就被删略了。
本课程介绍的电路模块，只注重它们的外部特性和应用，而不强调其内部电路的分析和计算。
可以说本课程是先修课程的补充、深化和提高。
1．1 测控电路的功用“测量”和“控制”是人类认识世界和改造世界的两个必不可少的重要手段。
测控电路绪论实验报告
一、实验目的1. 理解测控电路的基本概念和组成。
2. 掌握测控电路的基本原理和常用测量方法。
3. 学习使用测控仪器和设备。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理测控电路是一种用于测量和控制的电子电路，其主要功能是对各种物理量进行精确测量，并将其转换为电信号输出。
测控电路通常由传感器、信号调理电路、显示电路和执行电路等组成。
传感器将各种物理量（如温度、压力、流量等）转换为电信号；信号调理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理；显示电路将处理后的信号以图形、数字等形式显示出来；执行电路根据显示的信号控制相应的执行机构，实现对物理量的调节。
三、实验仪器与设备1. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
2. 信号调理电路：放大器、滤波器、转换器等。
3. 显示电路：示波器、数字万用表、记录仪等。
4. 执行电路：继电器、电机、电磁阀等。
5. 实验平台：测控实验台。
四、实验内容1. 传感器性能测试- 测试传感器的灵敏度、线性度、稳定性等参数。
- 分析传感器在不同工作条件下的性能变化。
2. 信号调理电路设计- 设计放大器、滤波器、转换器等信号调理电路。
- 测试电路的性能指标，如增益、带宽、失真等。
3. 测控系统搭建- 搭建测控系统，将传感器、信号调理电路、显示电路和执行电路连接起来。
- 调整系统参数，使系统达到最佳工作状态。
4. 测控系统性能测试- 测试测控系统的精度、响应速度、稳定性等性能指标。
- 分析系统在不同工作条件下的性能变化。
5. 数据分析与处理- 对实验数据进行采集、处理和分析。
- 根据实验结果，优化测控系统设计和参数。
五、实验步骤1. 准备工作- 熟悉实验原理和实验仪器。
- 检查实验设备是否完好。
2. 传感器性能测试- 根据实验要求，选择合适的传感器。
- 测试传感器的各项参数，记录实验数据。
3. 信号调理电路设计- 设计信号调理电路，确定电路参数。
- 搭建电路，测试电路性能。
测控电路测控电路
能、形成续流回路
R2 RP
R1
∞ -
+ +N
R3
EC
ub
V
uL
RL
电压-脉宽 功率放大
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理
N的反相端输入三个信号
EC
->锯齿波或三角波调 uP R2
制信号up ->控制电压uc ->负偏置电压u0，其 作用是在uc=0时通过
(3) 让电机通电时始终处在全功率状态,对于电机动态特性 有利
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理
脉宽调制控制电路包括电 压-脉宽变换器和开关式 uP 功率放大器两部分
u0
运算放大器N工作在开环或 uc 正反馈状态，实现把连 续电压信号变成脉冲电 压信号
二极管VD在V关断时为感性
9
9. 连续信号控制电路
在数控技术高度发展的今天，为什么还要进行连续信号 控制？
许多驱动机构还需要连续信号控制，以获得平稳运动
位置指令
位置控制
位置检测
9. 连续信号控制电路
速度调节是控制中的一个重要问题 本章首先研究直流电机的速度调节与控制 然后研究交流电机的驱动、速度调节与控制
9. 连续信号控制电路
脉宽调制控制电路 导电角控制逆变器 变频控制电路
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制电路
通常称为PWM控制电路 利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关
断，把直流电压变成一系列幅值相等的电压脉冲
通过控制电压脉冲的宽度以达到变压目的 或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的
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
测控电路文档
测控电路简介测控电路是一种用于测量和控制系统的电路设计。
它具有广泛的应用，常见于各类工业生产设备和科学研究实验中。
在测控电路中，通过使用传感器和执行器，可以对待测对象进行测量和控制操作，以实现对系统状态的监测和调节。
测控电路的组成一个典型的测控电路包含以下几个主要组成部分：1.传感器（Sensor）：传感器是测控电路中的输入设备，用于将待测物理量转换为电信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
传感器的选择取决于需要测量的物理量类型和精度要求。
2.信号调理电路（Signal Conditioning Circuit）：信号调理电路用于对传感器输出的电信号进行放大、滤波、线性化等处理。
这些处理可使信号满足控制系统输入端的要求，并提高测量的准确性。
3.AD转换器（Analog-to-Digital Converter）：AD转换器将传感器输出的模拟电信号转换为数字信号，以便控制系统对信号进行处理和运算。
AD转换器的精度和采样率决定了对待测信号的准确度和响应速度。
4.控制算法（Control Algorithm）：控制算法根据经过信号处理的数据，计算出控制器对待控制对象的控制命令。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制、自适应控制等。
5.控制器（Controller）：控制器通过接收控制算法计算出的控制命令，驱动执行器对待控制对象进行控制操作。
控制器可采用模拟电路或数字电路实现，常见的控制器有比例控制器、PID控制器、PLC控制器等。
6.执行器（Actuator）：执行器是测控电路中的输出设备，通过接收控制器的控制信号，对待控制对象进行控制。
常见的执行器有电动阀门、电动马达、液压缸等。
测控电路的应用测控电路在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。
在工业上，测控电路常被应用于自动化生产线上。
通过对生产线上的关键参数进行实时监测和调节，可以提高生产效率和产品质量。
例如，在液体灌装生产线中，通过使用流量传感器测量液体的流量，控制阀门的开关，可以确保每个容器中的液体量精确达到设定值。
测控电路
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。
测控电路及装置
1.动态校零放大器工作原理：将放大器的失调电压记忆在记忆电容上，然后将它回送到放大器输入端，以抵消掉放大器本身的失调电压。
2.隔离放大器分两种形式：变压器式和充电式。
3.滤波电路，按阶次分：一二三.... N阶滤波器。
按选频特性分：低通、高通、带通、带阻、全通。
按逼近方式分：巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫、考尔。
4.衡量滤波器性能的常用参数：截至频率和陡度。
5.模拟乘法器、双相晶闸管、单结晶体管、可关断晶闸管（符号）6.调制：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考量的过程。
调制信号：带有信息的低频信号。
载波：等幅高频振荡。
已调波：调制后的高频振荡。
7.按高频振荡受控量的不同调制方式分为调幅、调频、调相、脉冲调制。
8.相敏检波电路：既能检出被测信号的幅值大小又能检出被测信号极性的解调电路。
9.电压与电流的相互转换实质上是（恒压源与恒流源）的相互转换。
电压转换为电流必须采用输出阻抗高的电流负反馈。
电流转换为电压则采用输出阻抗高的电流负反馈电路。
10.AD693三种输出范围：4~20Ma 12脚接13脚0~20mA 12脚接14脚12~±8mA 12脚接11脚11.电压/频率转换的方法：积分复原型、电荷平衡型12.根据开关元件的切换对象分：电压开关、电流开关。
根据实现切换功能所使用的元件分：机械触点式、电子式。
13.晶体管三个工作区域：截止区、放大区、饱和区。
模拟开关工作在：饱和区、截止区。
21. 继电器组成：触点、线圈、磁路系统、反作用弹簧。
14. 金属氧化物半导体场效应晶体管称MOS-FET，又称绝缘栅场效应晶体管。
它与JFET一样都是（电压控制性器件）。
15. 采样/保持器（S/H）具有：模拟电压的输入端和输出端，状态控制指令输入端。
（S/H）构成：一个开关、一个电容、电阻17.（S/H）基本类型：串联型、反馈型、集成采样/保持器。
18.模拟电路与数字电路的区别：模拟电路处理的是模拟量，而数字电路处理的是数字量，数字电路只有两种状态，0和1，而模拟电路状态有无穷多种。
NS901线路保护测控装置
NS901线路保护测控装置NS901装置适用于10/35kV的线路保护，对馈电线，一般设置三段式电流保护、低周减载、三相一次重合闸和后加速保护以及过负荷保护，每个保护通过控制字可投入和退出。
为了增大电流速断保护区，可引入电压元件，构成电流电压连锁速断保护。
在双电源线路上，为提高保护性能，电流保护中引入方向元件控制，构成方向电流保护。
其中各段电流保护的电压元件和方向元件通过控制字可投入和退出。
（一）电流速断保护（Ⅰ段）作为电流速断保护，电流整定值I dzⅠ按躲过线路末端短路故障时流过保护的最大短路电流整定，时限一般取0～0.1秒，写成表达式为：I dzⅠ=KI maxI max =E P/(Z P min+Z1L)式中:K为可靠系数，一般取1.2～1.3;I max为线路末端故障时的最大短路电流;E P 为系统电压；Z P min为最大运行方式下的系统等效阻抗；Z1为线路单位长度的正序阻抗；L为线路长度（二）带时限电流速断保护（Ⅱ段）带时限电流速断保护的电流定值I dzⅡ应对本线路末端故障时有不小于1.3～1.5的灵敏度整定，并与相邻线路的电流速断保护配合，时限一般取0.5秒，写成表达式为：I dz.Ⅱ=KI dzⅠ.2式中:K为可靠系数，一般取1.1～1.2;I dzⅠ.2为相邻线路速断保护的电流定值（三）过电流保护（Ⅲ段）过电流保护定值应与相邻线路的延时段保护或过电流保护配合整定，其电流定值还应躲过最大负荷电流，动作时限按阶梯形时限特性整定，写成表达式为：I dz.Ⅲ=K max｛I dzⅡ.2 ,I L｝式中:K为可靠系数，一般取1.1～1.2;I dzⅡ.2为相邻线路延时段保护的电流定值;I L 为最大负荷电流（四）反时限过流保护由于定时限过流保护（Ⅲ段）愈靠近电源，保护动作时限愈长，对切除故障是不利的。
为能使Ⅲ段电流保护缩短动作时限，第Ⅲ段可采用反时限特性。
反时限过电流保护的电流定值按躲过线路最大负荷电流条件整定，本线末端短路时有不小于1.5的灵敏系数，相邻线路末端短路时,灵敏系数不小于1.2,同时还要校核与相邻上下一级保护的配合情况。
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四阶低通滤波器设计
摘要：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算系统，其中则是针对于连续的模拟信号。
低通滤波器是模拟滤波器的一种，其通频带是从零延伸到某一上限的频率，而设计滤波器的方法根据要求的不同主要有巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝塞尔逼近。
本电路是巴特沃斯逼近通带增益为4，截止频率1KHz的四阶低通滤波器。
关键词：巴特沃斯逼近，四阶低通滤波器，压控电压源
一、原理与总体方案
1.1原理
常见的高阶滤波器的设计常常是由一阶和二阶的低通滤波器串联得来，此次设计的四阶低通滤波器，则是由两个二阶低通滤波器串联得来。
而滤波器的设计由于对相频和幅频的要求不同主要有三种设计方式巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝塞尔逼近。
这次的设计选择了保持幅频特性单调变化的前提下，通带内特性最为平坦的巴特沃斯逼近。
其幅频特性为
公式1
其中n为网络阶数，Wc为转折频率。
n阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数可由下式确定：
本电路图为一个增益为四的四阶低通滤波器，则由上式可知有两个增益为二阶的低通滤波器串联构成。
为了更为明确地看到低通滤波的效果，现在四阶低通滤波器的前面加一个加法器的输入。
1.2总体方案
四阶低通滤波器的设计：由公式1、2可得的用巴特沃斯逼近法设计电路的幅频特性及传递函数
计算可得两级的二阶滤波的阻尼一个环节具有较小的阻尼α1=0.765，另一个环节具有较大的阻尼α2=1.848采用压控电压源型低通滤波电路则可先根据二阶有源滤波器设计电容选择用表查得所用的电容C1=C2=C3=C4=0.01uf再根据：
求得两级电路的电阻大小:R1=20.82 KΩ R2=12.12 KΩ R3=8.612 KΩ R4=29.412 KΩ R=R0=10 KΩ
二、仿真设计
2.1 仿真电路图
如图1.所示按照总体方案中1.2.1、1.2.2中计算出来的参数，和电路图形，选择运放AD517SH和相应个数的电阻和电容，按照计算值更改相应的参数大小。
找出信号发生器和示波器按照信号的输入输出接线。
调整信号发生器、示波器、波特图示仪已达到相应的输出结果。
图1
2.2仿真幅值谱
调节输入输出的大小，和衰减的大小，得到如图2的通频带内的仿真幅值图，由图可以看到巴特沃斯逼近的基本原则是在保持幅频特性单调变化的前提下，通带内特性最为平坦。
在通频带内为12.041dB，调整到衰减3dB的地方，得到其截止频率为1KHz，如图3所
示。
图2
图3
2.3仿真相位谱
如图4所示为仿真相位谱，可以看出由巴特沃斯逼近设计出来的电路图的相频特性不是最好的，存在一定的失真和过冲的情况。
图4
2.4 仿真波形图
图5所示为四阶低通滤波器的输入输出波形图，输入信号是有一个高频信号和一个低频信号相加得到，图5中的通道A则是输入低频信号。
由于信号通过了四阶低通滤波器，所以滤除了高频的信号只剩下低频信号并且进行四倍放大图5中的通道B则是输出信号。
由仿真
仪器显示可得输入信号的幅值为4.373V输出信号的幅值为20.765V。
由此可得放大倍数为四倍，但是由图可知，输入输出信号存在一定量的相位差，但由于期间的原因相位差不可以避免。
图5
三、硬件设计
3.1 电路板的设计制作
如图6所示为电路板的实物图，由于在实物器件中不能找到与计算值完全相同的电阻。
所以制作出来的电路图不能像仿真那样的标准结果，所以制作电路板时需要队电阻的大小进行调整，已达到最为接近的结果。
由实物调整最终电阻的大小为R1由两个10KΩ的电阻串联和一个5KΩ的电位器串联，R2由一个10KΩ的电阻和一个5KΩ的电位器串联，R3由一个的大小为10 KΩ的电位器代替，R4则由两个10 KΩ的电阻和一个10 KΩ的电位器串联得来。
R5,R6,R7,R8保持与仿真相同大小。
在测试的过程中调节电阻和电容的大小使得其达到所需的效果.
图6
3.2示波器调试
图7 （通频带内）
图8（衰减3dB）
由图可以得到，放大倍数为四倍，截止频率接近1KHz，同向，具有一定的相位差。
四、调试
4.1设计中遇到的问题
试验中没有合适的电阻大小与计算出来的电阻相匹配，采取的解决方式是根据所有电阻和所需电阻的大小，使用串联和并联以及电位器的接入使得其中的误差最小；放大倍数过大（过小），解决方法是调整电路中的电阻阻值大小，使输出达到要求的四倍增益；截止频率过大（过小），解决方法是调整电路中电容的容值大小，过大串联，过小并联，是电路的截止频率在1KHz。
4.2调试中遇到的问题
调试中的输出波形失真，解决办法是调小输入的幅值大小，使幅值不超过1V，调试中无输出波形，则是输入频率过高，高于1KHz的截止频率，调整输入信号的两个频率，调为其中一个频率大于截止频率一个频率小于截止频率。
五、测试与分析
测试所得增益为4，截止频率f=1KHz。
增益Kp=4，是由两阶增益为二的二阶低通滤波放大得来，输入的幅值为1V，输出的幅值为4V，刚好四倍。
截止频率是在输出初值不变的情况下调整输入频率而输入幅值不变的情况下，调得输出幅值为原幅值的0.707倍，也就是衰减3dB后频率为1KHz。
六、结束语
通过这次设计，把原来局限于书本上的单一计算设计与实验时的单一测量过结果联系起来，让基础的计算到设计初步电路到仿真修改再到电路的实物制作，最后的硬件调试及测量
几个过程连贯起来。
进一步熟悉了巴特沃斯逼近的设计方法，仿真软件Multisim的使用及
仿真调试，电路板的制作中的一些接线、节点、焊接问题的解决，实物调试时示波器的使用以及出现的各种问题的处理。
更加深刻且深入的了解认识高阶低通滤波器的设计流程及其功能特性。
五参考文献：
[1]张国雄主编.测控电路.北京：机械工业出版社，2008.1（2010.9重印）。
[2]江晓安、杨有瑾、陈生潭主编.计算机电子电路技术——电路与模拟电路部分.西安：西安电子科技大学出版社，1999.12。