【学习课件】第五章信号调理电路

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3.全桥实现温度补偿和提高测量灵敏度
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§2 交流电桥
采用交流激励电压。
四个桥臂可以是电感L、电容C或者电阻R，均用阻抗符号Z表
示。
Z| Z| ej
根据对直流电桥的讨论可以写出
Uy Z1Z3Z2Z4 Uo (Z1Z2)(Z3Z4)
电桥达到平衡时 Z1Z3＝ Z2Z4
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按激励电压性质
按输出方式
桥直 桥交 流流 电电
桥平 桥非 衡平 电衡 电
桥式测量电路简单，具有较高的精确度和灵敏度，易于消除温度和环境的影响。
随着集成电源电路的发展，直流电桥应用日益广泛。
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§1 直流电桥
U y U ba U ad
R1 R1Байду номын сангаас R2
U0
R4 R3 R4
U0
R1R3 R2 R4
桥 桥的平衡条件与直流电桥是完全一样的。
特 但在交流电桥的实际使用过程中，影响交
流电桥测量精度及误差的因素较之直流电
桥要多得多。
由于交流电桥的平衡必须同时满足幅值与 阻抗两个条件，因此较之直流电桥的平衡 调节要复杂得多。
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一般情况下，交流电桥的供桥电源必须具有良好的电压 波形和频率稳定度。若电源电压波形畸变（包含高次谐 波），则对于基波而言电桥平衡时，对于高次谐波，电 桥不一定平衡，因而会有高次谐波电压输出。
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
R1 R2 R3 R4
U
0
b
R1
R2
a
I1
I2
c
Uy
R4
R3
d
若R1R3=R2R4，则输出电压必为零，
此时电桥处于平衡状态，称为平
U0
衡电桥。
为简化桥路设计，往往取四个桥臂初始阻值相等。
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当电桥四个臂电阻均相等时，即 R1R2R3R4R时，称为等臂电桥。 当四个桥臂均感受到不同程度的微小变化时，
的灵敏度分别为
c
单臂： U y
1 R U y 4 R0 U0
1 S1 4 U 0
半桥：
Uy
1 2
R R0
U
0
S2
1 2
U
0
全桥：
Uy
R R0
U
0
S4 U0
显然，电桥的接法不同，其灵敏度也不同。
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直流电桥的加减特性与应用
1. 桥路温度补偿
2.在半桥测量中利用加减特性提高测量灵敏度、实现温度补偿
为了解决信号与传输通路之间的不匹配的问题，一般利用调 制技术。
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调制与解调
借助于无线电通信的原理
概念是把调制信号（如讲话、音乐最高频率达20kHz） 调制到一个无线电台发射的简单载波信号（如104.3MHz） 上，
这种调制的优点之一是无线电台可以利用不同的发射频 率
选择想得到的电台后，接收器通过解调过程恢复基带信 号并传给扬声器。
R1
R2
Uy
U0 4
(R1 R
R2 R
R3 R
R4 ) R
a
I1 I2
c
Uy
R4
R3
利用上式特点，可进行温度补偿和提高测量
d
的灵敏度。
U0
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根据工作中电阻值参与变化的桥臂的个数，
将电桥分为： 单臂电桥、差动半桥、差动全桥
b
a
I1
I2
d
U0
U0
R
将输入R）0 ，作由为此输可入以（求有得的上仅述把各 种R 电当桥作
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调制与解调的实质：通过某种方式将信号频率较低
的信号（即缓变信号）调制为适当频率的信号，便于放大传 输。然后从调制后信号中再恢复缓变信号。
制调
缓变信号变成高频交变信号的过程
调解
从高频信号中恢复出原缓变信号的过程。
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调制种类：
工程测试技术中常用以正余弦波为载波信号，用待传输处理 的信号对其进行幅值、频率、相位调制。
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3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感
器测量信号进行调制解调处理。（调制解调电路）
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本章内容
➢ 电桥电路 ➢ 调制与解调电路 ➢ 滤波器电路
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第一节 电 桥
电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输 出的一种测量电路。兼顾放大器的功能。
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交流电桥的平衡条件：
|Z1||Z3|ej（φ1+φ3）=|Z2||Z4|ej（φ2+φ4） 即： |Z1||Z3|=|Z2||Z4| ， φ1+φ3 = φ2 +φ4
交流电桥平衡要满足两个条件，即：两相对桥臂的阻抗 模的乘积相等（模值平衡条件）；其阻抗角的和相等 （相角平衡条件）。
常用的交流电桥有：电容电桥、电感电桥。
Uy U0((R R 11 R R 11 ) (R R 32 RR 3)2 )((R R 32 R R 32 )R (R 44 R R 44)) U0 R(R1 (2 R R2 R1 R3 R2 )R (2 4)R R R 1 3 R3 R 4)R2bR4
一般情况下，RRi ，化简得到：
第五章 信号调理电路
被测对象
传感器
信息调理 与提取
信号调理 和处理
显示记录 装置
信号调理的意义何在？
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信号调理的目的是便于信号的传输与处理
1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送 到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有 的还要进行阻抗变换。 （放大电路）
2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。（滤波电路）
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点 交 若电桥中有一对相邻桥臂为电阻，根据平衡
流
条件，其余二桥臂一定为（？）类的阻抗；
电 若电桥中有二对边桥臂为电阻，根据平衡条
桥
件，其余二桥臂一定具有（？）类的阻抗。
特
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点交 流
如果四个桥臂均为电阻时，φ1=φ3 = φ2
电
=φ4=0，如果忽略其它因素影响，交流电
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第二节 调制与解调
R1
R3
E
V
R2
x(t)
R4 0
t
一般说来，需要进行远程传输的信号都只占据有限的频带， 且都位于低频或较低的频段内。
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而在远程传输中，作为传输的通道（架空明线、电缆、光缆 和自由空间等）都有最适合用于传输信号的频率范围，并与 信号本身的频带相比，都位于高频范围内，且实际信道的有 用带宽范围通常要远宽于信号的带宽。