01_绪论 《测控电路(第3版)》 教学课件
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第1章 绪论
为什么要学？ 学些什么？ 怎么学？
第1章 绪论
一. 为什么要学？
测控电路的功用
二. 学些什么？
对测控电路的主要要求 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
三. 怎么学？
课程的性质、内容与学习方法
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 机器高速运转靠精度，精度依赖于测控。 • 自动化是提高生产效率的主要手段。 • 现代的自动化是柔性自动化，越是柔性的
一、测控电路的功用
• 科技是第一生产力 • 门德列耶夫：科学是从测量开始的，
没有测量就没有科学。 • 测试是“新技术革命”的先导和基础 • 实践是检验真理的唯一标准。 • 没有仪器仪表难以进行科学研究。 • 许多重大发现和发明从测试和仪器仪表
进步开始。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
•
祖冲之圆周率 π 3553.14159是2测9
L
4
2L
1
N
2
5
输出反映变化量
6
2020/9/29
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号
（1）增量码信号
L
亮
N L
暗
W
亮 输出反映变化量
W
2020/9/29
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
4
A -A
5
2、数字式信号
3
（3）开关信号
输出只有开关、通断 A 2
、亮暗、01两种状 B
体设计师，而不是电路工程师。
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
三、精、快、灵、可靠 • 精、快、灵、可靠是设计与选用电路的
基础，是指导思想。 • 在选用基础上设计电路。 • 将基础科学上的发现与其它领域中的技
术成果用来解决我们的问题，这就是工 程师的创新。当然不排除原始创新。
2020/9/29
态
1
6 指示灯
7
A8
B -B
9
B
10
r
11 l
2020/9/29
12 F
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 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。测控技术已经成为现代生产和 高科技中的一项必不可少的基础技术。为适应 这一发展需要，培养宽基础、具有创造性的人 才，将整个仪器仪表类专业集中为“测控技术 及仪器”一个专业，《测控电路》是它的一门 重要课程。
1.6 课程的性质、内容与学习方法
一、桥梁（工程与电路之间） 工程问题如何用电路解决？
高共模抑制比 1. 多数干扰是共模干扰； 2. 许多测控任务需要的就是差值、变化量
如形状误差 温度变化、梯度 跟踪误差（实际值与理想值之差）
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
滤波 • 测量信号 • 表面轮廓 • 形状误差（准直流） • 波度（低频） • 表面粗糙度（中频） • 噪声（高频）
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 各种电子器件的工作原理和构成，在模 拟和数字电子技术中讲述，本课程注重 它们的外特性，讲述其应用，构成所需 的功能电路。为了加深对课程内容的理 解，本书有适量的习题和思考题。在编 写中注意了与《传感器》、《微机原理 及应用》、《计算机软件基础》和《控 制技术与系统》等课程的衔接与分工。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 航空、航天离不开测量。 • 神洲号发射成功依靠测控。 • 宇宙飞船的轨迹需要按测量数据不断修正。 • 科学实验数据要靠测控船等收集。 • 载人航天、登月等前期工作主要收集数据。 • 运载火箭的试制费一半用于仪器与测控手段
。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
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
2020/9/29
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
1.1 测控电路的功用
计算机的 发展建立 在测控技 术进步的 基础上
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 国防事业离不开测试 • 现代战争是信息战 • 仪器仪表的测量控制精度决定了武器系
统的打击精度（激光制导） • 定点杀伤，反导弹计划-火箭拦截 • 仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制
快速性决定了武器系统的反应能力 • 振兴中国要发展测控
2020/9/29
1.1 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，最后落实到控制。 • 信息时代的标志——高性能计算机的发展，速
度和容量为其主要指标。 • 关键是重复定位和曝光技术精度，在于测控
。
2020/9/29
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
（四）可靠性与经济性 • 测控电路越来越多地实时地用在各种系
统中； • 测控电路越来越多地国防和高科技中； • 测控电路越来越多地用在医疗和其它与
生命有关的系统中； • 电路的集成度越来越大。
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
• 应用领域更广泛，天上、地下、水中、 人体内
2020/9/29
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
2020/9/29
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20求20/9/2来9 选用电路、设计电路。
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）
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
• 课程内容首先围绕精度来讲 • 放大器：低漂、自动稳零、高共模抑制
比、高输入阻抗、非线性补偿 • 信号的调制解调 • 滤波 • 运算处理，选取有效成分 • 抗干扰技术
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 原理为主，适当介绍集成块。 • 注意与其它相关课程的配合。 • 讲课、习题（思考题）、实验并重。 • 跨课程的设计性、解决问题性实验，联
课实验。 • 鼓励参加科研活动。
2020/9/29
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
（二）响应快 • 生产节奏加快 • 科学研究要了解快速变化过程 • 高技术与国防的要求 • 仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制
快速性决定了武器系统的反应能力 • 落后就要挨打，慢了就要挨打
2020/9/2总的来说比软件有更高的反应速度。 • 快速响应是衡量电路性能的重要指标（低输出
阻抗、转换速度、同步采样等）。 • PID控制、前馈与反馈。
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
对于灵活性的需求 • 参数类型更多 • 参数定义更加复杂 • 应用领域更广泛，天上、地下、水中、
人体内
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
• 测量范围更宽 • 尺寸----原子核到宇宙空间 • 电压----纳伏到百万伏 • 电阻----超导至1014欧 • 加速度----10-4~104g • 温度----接近绝对零度到1018度
出来的。
113
• 测试变“假说”、“学说”为科学
例：牛顿万有引力学说
只有在能测得地球与月亮的精确距 离情况下万有引力学说才成为科学。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 20世纪初到现在，诺贝尔奖金颁发给仪 器与测控手段的项目达27项之多。
• 哈勃望远镜对天体科学的作用。 • 扫描隧道显微镜对纳米科技的作用。
系统越需要测量。 • 宝钢建设仪器测控装备占总投资1/3。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 自动化的进一步发展就是智能化。 • 智能化：对环境、原材料、机器工具状
态的自适应，进行信息交换，优化决策 。 • 智能化更离不开测控。 • 智能机器、智能衣服、智能房屋、智能 能源。
2020/9/29
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
执行机构
测控系统的组成
测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？
电路是最灵活的，便于放大、传输、转换、 选取所需信号、适应不同测控任务要求。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
执行机构
原始信号微弱：高保真放大 带有噪声、外界干扰：调制解调（给信号赋予一定特 征）、共模抑制、滤波 复杂参数、分析：计算变换电路。 电路是“一传”和“二传”手，还有“拦网”作用， 是测控 系20统20/9/2中9 最灵活部分。
• 生命科学 • 环境、生态 • 核科技 • 纳米科技 • MEMS • 安全、社会争端 都离不开测控
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 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？ • 试举例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。 • 举例说明测量与控制技术在推动科技发展中的 作用？
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 不同类型的误差对功能有不同影响 • 不同类型的误差有不同形成根源 • 滤波技术还常用于机器故障诊断
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
二、从信息流总体来分析电路 • 光、机、电、计算机怎样配合、合理分配
任务要求。 • 调制、放大放在哪里？ • 计算、分析、数据处理由什么来完成？ • 我们的任务是培养有创造性的测控系统总
• 条件更加恶劣 高温、高速、高湿、高尘、振动、密闭 、遥测、高压、高电压、 深水、强场、 易爆
2020/9/29
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （1）增量码信号 （2）绝对码信号 （3）开关信号
2020/9/29
1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号
3
（1）增量码信号
为什么要学？ 学些什么？ 怎么学？
第1章 绪论
一. 为什么要学？
测控电路的功用
二. 学些什么？
对测控电路的主要要求 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
三. 怎么学？
课程的性质、内容与学习方法
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 机器高速运转靠精度，精度依赖于测控。 • 自动化是提高生产效率的主要手段。 • 现代的自动化是柔性自动化，越是柔性的
一、测控电路的功用
• 科技是第一生产力 • 门德列耶夫：科学是从测量开始的，
没有测量就没有科学。 • 测试是“新技术革命”的先导和基础 • 实践是检验真理的唯一标准。 • 没有仪器仪表难以进行科学研究。 • 许多重大发现和发明从测试和仪器仪表
进步开始。
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1.1 测控电路的功用
•
祖冲之圆周率 π 3553.14159是2测9
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5
输出反映变化量
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号
（1）增量码信号
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暗
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亮 输出反映变化量
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
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A -A
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2、数字式信号
3
（3）开关信号
输出只有开关、通断 A 2
、亮暗、01两种状 B
体设计师，而不是电路工程师。
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
三、精、快、灵、可靠 • 精、快、灵、可靠是设计与选用电路的
基础，是指导思想。 • 在选用基础上设计电路。 • 将基础科学上的发现与其它领域中的技
术成果用来解决我们的问题，这就是工 程师的创新。当然不排除原始创新。
2020/9/29
态
1
6 指示灯
7
A8
B -B
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B
10
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11 l
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12 F
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 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。测控技术已经成为现代生产和 高科技中的一项必不可少的基础技术。为适应 这一发展需要，培养宽基础、具有创造性的人 才，将整个仪器仪表类专业集中为“测控技术 及仪器”一个专业，《测控电路》是它的一门 重要课程。
1.6 课程的性质、内容与学习方法
一、桥梁（工程与电路之间） 工程问题如何用电路解决？
高共模抑制比 1. 多数干扰是共模干扰； 2. 许多测控任务需要的就是差值、变化量
如形状误差 温度变化、梯度 跟踪误差（实际值与理想值之差）
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
滤波 • 测量信号 • 表面轮廓 • 形状误差（准直流） • 波度（低频） • 表面粗糙度（中频） • 噪声（高频）
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 各种电子器件的工作原理和构成，在模 拟和数字电子技术中讲述，本课程注重 它们的外特性，讲述其应用，构成所需 的功能电路。为了加深对课程内容的理 解，本书有适量的习题和思考题。在编 写中注意了与《传感器》、《微机原理 及应用》、《计算机软件基础》和《控 制技术与系统》等课程的衔接与分工。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 航空、航天离不开测量。 • 神洲号发射成功依靠测控。 • 宇宙飞船的轨迹需要按测量数据不断修正。 • 科学实验数据要靠测控船等收集。 • 载人航天、登月等前期工作主要收集数据。 • 运载火箭的试制费一半用于仪器与测控手段
。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
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
2020/9/29
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
1.1 测控电路的功用
计算机的 发展建立 在测控技 术进步的 基础上
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 国防事业离不开测试 • 现代战争是信息战 • 仪器仪表的测量控制精度决定了武器系
统的打击精度（激光制导） • 定点杀伤，反导弹计划-火箭拦截 • 仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制
快速性决定了武器系统的反应能力 • 振兴中国要发展测控
2020/9/29
1.1 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，最后落实到控制。 • 信息时代的标志——高性能计算机的发展，速
度和容量为其主要指标。 • 关键是重复定位和曝光技术精度，在于测控
。
2020/9/29
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
（四）可靠性与经济性 • 测控电路越来越多地实时地用在各种系
统中； • 测控电路越来越多地国防和高科技中； • 测控电路越来越多地用在医疗和其它与
生命有关的系统中； • 电路的集成度越来越大。
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
• 应用领域更广泛，天上、地下、水中、 人体内
2020/9/29
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
2020/9/29
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20求20/9/2来9 选用电路、设计电路。
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）
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
• 课程内容首先围绕精度来讲 • 放大器：低漂、自动稳零、高共模抑制
比、高输入阻抗、非线性补偿 • 信号的调制解调 • 滤波 • 运算处理，选取有效成分 • 抗干扰技术
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 原理为主，适当介绍集成块。 • 注意与其它相关课程的配合。 • 讲课、习题（思考题）、实验并重。 • 跨课程的设计性、解决问题性实验，联
课实验。 • 鼓励参加科研活动。
2020/9/29
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
（二）响应快 • 生产节奏加快 • 科学研究要了解快速变化过程 • 高技术与国防的要求 • 仪器仪表的测试速度、诊断能力与控制
快速性决定了武器系统的反应能力 • 落后就要挨打，慢了就要挨打
2020/9/2总的来说比软件有更高的反应速度。 • 快速响应是衡量电路性能的重要指标（低输出
阻抗、转换速度、同步采样等）。 • PID控制、前馈与反馈。
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
对于灵活性的需求 • 参数类型更多 • 参数定义更加复杂 • 应用领域更广泛，天上、地下、水中、
人体内
2020/9/29
1.2 对测控电路的主要要求
• 测量范围更宽 • 尺寸----原子核到宇宙空间 • 电压----纳伏到百万伏 • 电阻----超导至1014欧 • 加速度----10-4~104g • 温度----接近绝对零度到1018度
出来的。
113
• 测试变“假说”、“学说”为科学
例：牛顿万有引力学说
只有在能测得地球与月亮的精确距 离情况下万有引力学说才成为科学。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 20世纪初到现在，诺贝尔奖金颁发给仪 器与测控手段的项目达27项之多。
• 哈勃望远镜对天体科学的作用。 • 扫描隧道显微镜对纳米科技的作用。
系统越需要测量。 • 宝钢建设仪器测控装备占总投资1/3。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 自动化的进一步发展就是智能化。 • 智能化：对环境、原材料、机器工具状
态的自适应，进行信息交换，优化决策 。 • 智能化更离不开测控。 • 智能机器、智能衣服、智能房屋、智能 能源。
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1.1 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
执行机构
测控系统的组成
测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？
电路是最灵活的，便于放大、传输、转换、 选取所需信号、适应不同测控任务要求。
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
传感器
测量控 制电路
执行机构
原始信号微弱：高保真放大 带有噪声、外界干扰：调制解调（给信号赋予一定特 征）、共模抑制、滤波 复杂参数、分析：计算变换电路。 电路是“一传”和“二传”手，还有“拦网”作用， 是测控 系20统20/9/2中9 最灵活部分。
• 生命科学 • 环境、生态 • 核科技 • 纳米科技 • MEMS • 安全、社会争端 都离不开测控
2020/9/29
1.1 测控电路的功用
• 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？ • 试举例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。 • 举例说明测量与控制技术在推动科技发展中的 作用？
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
• 不同类型的误差对功能有不同影响 • 不同类型的误差有不同形成根源 • 滤波技术还常用于机器故障诊断
2020/9/29
1.6 课程的性质、内容与学习方法
二、从信息流总体来分析电路 • 光、机、电、计算机怎样配合、合理分配
任务要求。 • 调制、放大放在哪里？ • 计算、分析、数据处理由什么来完成？ • 我们的任务是培养有创造性的测控系统总
• 条件更加恶劣 高温、高速、高湿、高尘、振动、密闭 、遥测、高压、高电压、 深水、强场、 易爆
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号 （1）增量码信号 （2）绝对码信号 （3）开关信号
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1.3 测控电路的输入信号与输出信号
2、数字式信号
3
（1）增量码信号