电工量计及检测技术+第六章

可同时获得高输入阻抗和高闭环增益
闭环增益:
Ac
( R2 R3 R1
R2 R3 ) R1 R4
R1=R2=R3=100k， R4=1.02k AC = -100
22
基本应用2—电压跟随器
+
-
图6.16 电压跟随器 特 点:
● 是一种单位增益的同相放大器； ● Zi很大，Z0很小(对信号源影响小，输出受负载影响小). 用 途: ● 常作为缓冲隔离器（级）串接在输入信号与负载（电路）之间，
（3）等效电路
Z = （R0+ZL）//ZC ZL= jωL ， ZC =1/jωC
R0
L
C
（4）应 用
图 6.1 电阻的等效电路
① 分压； ② 取样；③ 限流；④ 均压、均流；⑤ 泄放；⑥ 吸收
（5）注意事项
● 应根据具体应用场合，选择合适的电阻，注意分布参数的影响. ●“热噪声”对微弱信号检测的影响. ● 电阻上实际消耗的平均功率，应小于其额定功率的确1/2. 4
用 途:
●检出运放的直流输出成分，补偿前置放大器的直流失调电压，
使其直流输出成分为0。
24
R1 VAC
R3 R4
R2
-
OP +
R5
C1 -
OP +
积分器应用—消除运放直流失调电压
25
1.4 光电耦合器及其在检测电路中的应用
光电耦合器 是发光器件和光敏器件的结合体. 实现以“光”为媒介的电信号传输: “电→光→电”
⑦ 高压型、功率型 …
（2）主要参数
① 电源指标（单、双，范围，静态功耗） ② 转换速率（V/μs）、频带宽度 ③ 电压增益、CMRR ④ 输入失调电流、输入失调电压
⑤ 工作环境
17
（3）理想运算放大器基本特性
① 开环电压增益A0无穷大 ② →“虚短” ③ 输入阻抗无穷大：“虚断” ④ 输出阻抗为零 → 输出电压与输出端连接的电阻阻值大小无关
（1）类 型
空芯电感、铁芯电感 、可调电感 、固定电感、滤波电感、调谐电感.
（2）主要参数
电感量，直流电阻，额定电流，分布参数等.
（3）等效电路
RW
RT CP L
RT 磁芯损耗引起的等效并联电阻
图 6.5 电感的等效电路
（4）应 用
① 滤波；② 限流；③ 储能；④ 调谐等.
（5）注意事项
● 防止饱和.
③ 根据不同应用场合，选择合适的运放
④ 通常只能作为信号放大或变换，不能用于功率驱动
⑤ 要求对信号放大倍数较大时，通常采用多级放大的方案
⑥ 输入信号范围不应超出电源电压
20
基本应用1— 反相电压放大器
电阻元件的选择: R1: 1 kΩ～几十kΩ R f: 1 kΩ～1000 kΩ R2=R1 // R f
31
（5）应用
VIN
VCC
R1
R2
-
OP
+
VCC
J R3
T1
VREF 图6.22 光耦在保护电路中的应用
32
电 压 窃 电 方 式 判 断
33
（6）注意事项— ● 隔离电压 ● 工作速度 ● 使用方法 ●光耦的“线性”与“非线性”
34
光电二极管、光电三极管
D1 G1
R1
D2 R2
5V J T1
ESR L
R
C RL
图 6.3 电容的等效电路
Z
0 图 6.4
f
ESR—极板、引线及它们之间的接触电阻
（4）应 用
① 储能；② 滤波；③ 隔直；④ 耦合；⑤吸收；⑥ 定时
（5）注意事项
● 连接时注意极性； ●使用时不能超过额定电压； ● 电解电容一般不能用于快充快放，只能在额定纹波下使用；
6
● 温度、频率对电容特性的影响.
ZS VS
~
传感器
VS′
ZIN VS'×A
~
Z0
V0
电压输出型传感器与前置放大器的连接
为了提高传感器输入到前置放大器的效率，必须使ZIN比ZS大很多.
43
(1)电压输入型传感器的“前置放大器”
R2
Vi
R1 -
+ R3
输入阻抗Zi≈R1；增益A= R2 /R1
VO
为了提高输入阻抗，需要增大R1，但 R1大，其产生的噪声也大，这不利于
例：555定时器
充电时间：T1=0.693(R2+R3)C1 放电时间: T2=0.693R3•C1 定时周期: T=T1+T2=0.693(R2+2R3)C1
7
例：CD4060（14位二进制串行计数/分频器和振荡器）
14级分频器
11 10
9
RS
RT
CT
图 6.8
f 1 2.2 RT CT
8
电感
4N25 P521
VCC(V) 0 VO(V) 0
VCC(V) 0 VO(V) 0
1.1 1.5 2.0 2.5 0.51 5.80 11.60 11.75
1.1 1.5 2.0 4.0 0.05 0.63 3.20 11.2792
（5）应用
30
（5）应用
微机
VCC R1 A/D
VH R2
图6.21 光耦在隔离采样电路中的应用
● L与C往往共同存在，易在电路中形成振荡.
● 注意电感瞬变的危险.
9
10
过冲
振荡
11
C1
Vo
R1
R2
C2
Vi
示波器
高频电压的测量
12
1.2 二极管(D)三极管(T)及其在检测电路中的应用 二极管 （1）类型
功率二极管、检波二极管、整流二极管、稳压二极管 开关二极管、阻尼二极管、发光二极管、光电二极管 恒流二极管、热敏二极管、光敏二极管、磁敏二极管
提高S/N。
R2 R1
-
Vi
+
R3
（a）反相放大器
输入阻抗Zi =Zin(1+R1×A/(R1+R2))
VO
增益A=（R1+R2）/R1
Zin为运放输入阻抗，A为运放增益
（b）同相放大器
适宜作电压输入型前置放大器的电路——同相放大器
44
对电压输入型前置放大器基本性能要求
① 前置放大器的内部噪声小，也不受外部噪声的影响； ② 前置放大器的输入阻抗要比传感器的输出阻抗高得多； ③ 前置放大器的增益频率特性能够覆盖必要的频带； ④ 具有稳定的、必要的增益，而受温度等因素影响较小； ⑤ 具有良好的增益线性，失真小； ⑥ 前置放大器的输出阻抗要小，且不易受负载的影响，以
CMRR A0 / Ac CMRR(dB) 20 lg( A0 / Ac )
U0 A0 (U dif Ucom / CMRR )
U 0 A0U dif A0 (U i U i )
③ 输入失调电流、输入偏置电流、输入失调电压
输入失调电流
IOS=IB1-IB2
输入偏置电流
IOS=(IB1+IB2)/2
（4）注意事项
● 选择参数必须留有一定的余量
● 驱动条件
● 散热和保护
16
1.3 运算放大器及其在检测电路中的应用
（1）类型
① 通用型: LM741、LM358 ② 高精度型：μА725、TLE2141
③ 高速型：TL082 ⑤ 单电源型：LM358
④ 低功耗型：TLC2252、TLV2211 ⑥ 双电源型：LM741、OP07
◆ Z i= R1, Z0 =R f →输入阻抗较低， 输出阻抗不为零
◆ A = R f / R1 → 闭环放大倍数较低
U0
Rf R1
V1
◆ R1、R f的上限主要受运放输入失调电流的限制；
R1的下限受输入信号源的限制（闭环放大倍数有限）；
R f为运放的负载，受其允许负载的限制.
21
Baidu Nhomakorabea
T 形反馈网络比例电路
金属氧化膜电阻: 价格适中, 精度一般（±5% — ±10% ） 适用温度高( 200℃ )
线绕电阻: 价格较高，精度高(0.005%), 温度特性好。但频率特性差。
③ 按用途— 高压电阻、无感电阻、功率电阻、光敏电阻．．．
④ 按安装— 贴片电阻．．．
2
3
电阻
（2）主要参数
标称阻值，额定功率，分布参数，精度，温度系数等.
（4）基本概念
① 电压增益 “开环电压增益 A0 ”（差模开环电压增益）
“共模电压增益 AC ”
差模输入电压 U dif U i U i
共模输入电压 U com (U i U i ) / 2
运放输出电压 U 0 U 0d U 0c A0U dif AcU com
18
（4）基本概念
② 共模抑制比
输入失调电压
Vin (Vo=0)
19
（5）应用
① 信号放大、信号比较 ② 各种运算（加法器、减法器、乘法器、除法器) ③ 微分电路、积分电路 ④ 各种信号变换电路、检测电路 ⑤ 波形（信号）发生器 ⑥ 稳压源、稳流源
（6）注意事项
① 清楚理想运算放大器与实际运算放大器特性的区别
② 采取适当的保护措施
（4）注意事项
● 额定参数
● 频率特性
14
三极管 （1）类型
普通三极管、大功率三极管GTR、场效应管FET、 绝缘栅双极晶体管IGBT．．．．．．
15
三极管
（2）主要参数
① 额定电压、额定电流 ② 允许功耗、工作温度 ③ 放大倍数 ④ 驱动条件 ⑤ 饱和管压降
（3）应 用
① 电流放大（功率放大） ② 各种开关
电感 继电器 <0.60 <0.40
注: 电阻为功率降额，电容为电压降额，晶体管和集成电路为功率、电流、 电压降额，继电器为电流降额.
（4）选用经实践检验证明性能优良的定型元件； （5）在满足性能要求的前提下，尽量减少元件品种、型号； （6）尽量选用符合国家标准或部颁标准的器件；
（7）在满足性能和可靠性要求的条件下，尽量选用廉价的元器件。 40
（1）结 构
发光器件—输入部分
+
受光器件—输出部分
密封成一体
26
（2）类 型
① 光敏二极管型 ② 光敏三极管型 ③ 光敏达林顿型（光敏三极管 + NPN三极管） ④ 光敏可控硅型
27
（3）特点
① 输出与输入之间电绝缘 ② 体积小、寿命长，无触点、耐冲击 ③ 容易与逻辑电路连接 ④ 响应速度快 ⑤ 单向信号传输，抗干扰能力强
RP
35
a
fg b
e
c
d
DP
a b c d e f g DP
COM共 阳极
36
37
38
39
1.5 元器件的选用原则
（1）满足性能要求； （2）满足可靠性要求；
（3）降额使用元器件； 常用元器件的降额系数
器件种类
降额系数 Ｓ
分立半导体 器件
<0.50
集成电路 电 阻 电容 0.50～0.70 0.20～0.60 <0.70
以消除电路间的相互影响，提高驱动能力.
23
基本应用3—积分器
A （ dB ）
R
C
-
输入
+
输出
R
C
-
输出
R+
输入 C
（a）反转积分器
（b）非反转积分器
开环直流增益
f0dB=1/(2πRC) 0dB
f （c）增益-频率特性
特 点:
●对没有直流成分的AC信号进行无限积分时结果为0； ●直流成分被积分器放大.
（4）主要参数
① 隔离电压 ② 工作速度(ns～μs):
D 2 t 2 RC 2
28
（5）应用 利用其通断特性和可控阻抗变换特性，在各电路中可实现：
a. 开关电路 b. 逻辑电路 c. 组成隔离耦合电路 d. 稳压电路 e. 自动控制电路
VCC 12V 14
2 500
5 V0 3.9k
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种 设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择平头 类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留 0.05~0.1mm，以防按键死键。
13
二极管
（2）主要参数
① 额定电压、额定电流
② 截止频率 ③ 结压降 ④ 正向直流电阻 RD
fc
1
2RS Cb
（3）应 用
⑤ 反向击穿电压 VBR ⑥ 最高反向工作电压 VRM ⑦ 最大反向电流 IBR ⑧ 最大整流电流 IM
C b—PN结的结电容 RS— PN结的体电阻
① 整流；② 隔离；③ 箝位、限幅；④ 构成门电路；⑤ 其它
第六章 检测技术
1
1. 检测电路中常用元器件基础
1.1 电阻（R）电容(C)电感(L)及其在检测电路中的应用 电阻
（1）类 型
① 按阻值— 固定电阻、 可变电阻 ② 按材料—
碳膜电阻: 价格便宜, 精度低（±5% ~±20% ）, 适用温度低（40℃）
金属膜电阻: 价格适中, 精度一般（±5% ~±10% ） 适用温度较高（70℃）
电容
（1）类 型
① 按使用材料 瓷片、云母、玻璃膜、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、涤纶、聚碳酸脂、 漆膜、纸介、混合纸介、铝、钽、铌、钛
② 按结构 电解电容 非电解电容 可变电容
③ 按用途 高压电容 脉冲电容 储能电容
④ 按安装
5
电容
（2）主要参数
电容量，额定电压，工作温度，分布参数，精度等.
（3）等效电路
3.要考虑成型工艺，合理计算累积公差， 以防按键手感不良。
2. 典型电路及实例分析
2.1 传感器的“前置放大器” 2.2 电路端子 2.3 电桥（应变电桥） 2.4 迟滞比较器 2.5 窗口比较器 2.6 差动电压放大器
42
2.1 传感器的“前置放大器”
(1)电压输入型传感器的“前置放大器”
VS′=VS×ZIN/(ZS+ZIN) ZS<<ZIN时，VS′≈VS