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一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、 信息时代的标志一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u=-RI+（1+R/R）RI、若取R=R//R,则Um=RJL-L）=RJc I称为输入失调电流312, 022b2b120s 0s5、 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。7、 在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号的电路称为测量放大电路，亦称为仪用放大电路。8、 测量放大电路的基本要求：（1）输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配（2）稳定的放大倍数（3）低噪声，低漂移（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（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、工艺性9、 反相放大电路的特点：输入阻抗低、共模误差小设计公式Kf=uo/u.=-R2/R「-R2/R（1+R4/R5）Zin=R1R3=R1//R10、 同相放大电路的特点：高输入阻抗、共模误差大（常用于前置放大，和阻抗变换TOC\o"1-5"\h\z或隔离） R.设计公式[>□0+[>□0+-—0十N]Kf=uo/u.=1+R2/R1 LZin=ZiEAF）+R3-8 —与反相放大电路相比，通向放大电路具有高输入阻抗，但易受干扰。放大器都采用电压负反馈，电路的闭环输出阻抗都非常小，接近与零。.

11、 为了避免放大器的输入阻抗对高通滤波器的截止频率的影响，采用同相放大器。为了得到较低的低端截止频率和避免使用过大的电容，电路R1选用较大的阻止。为了消除运算放大器的输入偏置电流的影响，反馈网络采用“Y”形网络，目的是是运算放两输入端的电阻尽可能相等。12、 差动放大电路是把两个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相输入端，然后在输出端取出两个信号的差模成分，而尽量抑制两个信号的共模成分的电力路。13、 采用差动放大电路是为了抑制共模干扰（提高电路的共模抑制比）和减小温漂。14、 对差动放大电路的基本要求：高共模抑制比、高输入阻抗15、 为了减少器件品种和提高工艺性，电路只对差模信号进行放大（输出无共模信号成分）。一般来说电阻的误差越小、差动增益越大，共模抑制比越高。16，什么是高共模抑制比放大电路？用来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。17、 应用于何种场合？应用于要求共模抑制比大于100dB的场合18、 双运放高共模抑制比放大电路：①反向串联结构型②通向串联结构型①②③④⑤⑥19、 三运放高共模抑制比放大电路具有增益调节能力，调节RO可以改变增益而不影响电路的对称性。RP的作用：共模补偿，调节补偿电阻的不平衡性RO的作用：调整放大倍数这种电路具有增益调节能力，调节R0可以改变增益而不影响电路的对称性。通过调节RP，可补偿电阻的不对称，获得更高的共模抑制比。20、 有源屏蔽驱动电路电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零 RS1消除了屏蔽电缆电容的影响。ab差动放大器0Ou0U消除了屏蔽电缆电容的影响。ab差动放大器0Ou0U差动放大器“S221、 输入失调电压随时间和温度而变化，说明集成运算放大器的零点在变动，常称为零点漂移或温度漂移。22、 为了减小集成运算放大器的失调和低频干扰引起的零点漂移，可采用有通用集成运算放大器组成的斩波稳零放大嗲路或自动调零放大嗲路，或低漂移单片集成运算放大器。23、 高输入阻抗易受干扰所以设计高输入阻抗电路时，注意屏蔽——接地。24、 自举式高输入阻抗放大电路——分析线性电桥放大电路一■传递关系，分析，推到25、 增益调整放大电路是既能方便的调整放大电路的增益，又不降低放大电路共模抑制比的专门电路。增益调整分类：手动、自动和程控。只要改变R就能改变电路增益，且不破坏原有的共模抑制比。26、 可编程增益放大电路分为：①通用运放可编程增益放大电路②数字式可编程增益放大电路③集成可编程增益放大电路27、 隔离放大电路是一种特殊的测量放大电路其输入、输出和电源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。隔离放大电路：用于便携式测量仪器和某些测控系统中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。隔离放大电路的组成：输入放大器、输出放大器、隔离器以及隔离电源第三章信号调制解调电路1、 采用信号调制的原因：在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声（含外界干扰）。而传感器的输出信号一般有很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。2、 解调：在将测量信号调制，再经放大，并于噪声分离等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映北侧两只的测量信号，这一过程称解调。3、 调制：就是用一个信号（调制信号）去控制另一作为载体的信号（载波信号），让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度）按前者的值变化。4、 常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。5、 调制方法：在信号调制中常以一个高频正线信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以用所需要传递的信号对这三个参数之一进行调制，分别称为调幅、调频、调相。也可以用脉冲信号作载波信号，并对脉冲信号的某一特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称脉冲调宽.

6、 调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号x的线性函数变化。7、 为了提高测量信号抗干扰能力，常要求从信号一形成就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。8、 通过交流供电实现调制——电感、电容、电阻式传感器采用用机械或光学的方法实现调制——光电等9、 在测控系统中被测信号的变化频率为0~100Hz，应怎样选取载波信号的频率？应怎样选取调幅信号放大器的通频带？信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？为了正确进行信号调制必须要求3c>>Q，通常至少要求性>10Q。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0~100Hz，则载波信号的频率«c>1000Hz。调幅信号放大器的通频带应为900~1100Hz。信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，即让0~100Hz的信号顺利通过，而将900Hz以上的信号抑制，可选通频带为200Hz。10、 从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。11、 为什么要采用精密检波电路？二极管VD和晶体管V都有一定死区电压，即二极管的正向压降、晶体管的发射结电压超过一定值时才导通，它们的特性也是一根曲线。二极管VD和晶体管V的特性偏离理想特性会给检波带来误差。为了提高检波精度，常需采用精密检波电路，它又称为线性检波电路。(2)全波精密检波电路:+■U\低通滤波器" 「聿波整流器(2)全波精密检波电路:+■U\低通滤波器" 「聿波整流器 J浦蔽柬13、 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。14、 包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。15、区别：相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。电路结构的主要特点：需要一个与调幅信号同频的参考信号。（可用载波信号）16、相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。相敏检波电路具有一直各种高次谐波的能力17、 当输入信号us与参考信号uc同频，但有一定相位差①时，输出与Usm和①有关，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。18、 相敏检波电路的鉴相特性有抑制零点残余电压影响的作用。19、振弦式传感器 输出为调频信号多普勒测速——利用传感器实现调频测量离面运动——运动过程中反射面的位置发生变化20、 电路调制——分析通过改变LC振荡器的C或L实现调频电路（80页）窄脉冲鉴频电路（82页）单稳触发器数字式频率计（83页）原理：直接测出调频信号的瞬时频率，即实现解调。脉冲调宽中PWM的含义21、 鉴相就是从调相信号中将反映被测量变化的调制信号检出来，实现调相信号的解调，又称为相位检波。22、 脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。脉冲调幅（PAM）:开关式相乘调幅电路脉冲调频（PFM）:RC多谐振荡器调频电路脉冲调相（PPM）:脉冲采样式调相电路脉冲调宽（PWM）:PWM（PulseWidthModulation）控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。第四章信号分离电路1、 信号分离电路：利用滤波器从频域中实现对噪声的抑制，提取所需的测量信号，是各种测量系统必不可少的组成部分。2、 滤波器:具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。3、 滤波器可以分为模拟和数字两大类。粉丝中基本类型：①低通滤波器②高通滤波器③带通滤波器④带阻滤波器4、滤波器的主要特性指标：①特征频率②增益与衰耗③阻尼系数与品质因数④灵敏度⑤群时延函数5、特征频率：①通带截频fp=3p/（2兀）为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。②阻带截频fr=3/（2兀）为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗（增益的倒数）下降到一人为规定的下限。③转折频率fc=3c/（2兀）为信号功率衰减到1/2（约3dB）时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。有频率f0=30/（2兀）为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。6、根据滤波器的电驴组成分为：①LC无源滤波电路②RC无源滤波电路③由特殊元件构成的滤波电路④RC有源滤波电路7、阻尼系数是表征滤波器对角频率为3。信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q=30/^。式中的质为带通或带阻滤波器的3dB带宽，3。为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。8、任何复杂的滤波网络，可由若干个一阶与二阶滤波电路级联构成9、增益与衰耗：对于低通滤波器通带增益一般指3=0时的增益;高通滤波器指3-8时的增益；带通滤波器则指中心频率处的增益。10、 该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。11、 群延时函数 d§（3）/d3越接近常数，信号相位失真越小。12、 当a.取不同值时（即a取不同值），得到不同逼近特性的滤波器：最大平坦型（巴特沃思逼近）对于二阶，a二寸2逼近原则：使幅频特性在通带内最平坦，且单调变化；但会造成在阻带内的衰减缓慢，频选性差。波纹型（切比雪夫逼近） 对于二阶,a<V2逼近原则：允许通带内有一定波动量，在阻带有较陡的衰减，频选性好；且波纹越大，选择性就越好恒延时型（贝塞尔逼近） 对于二阶,a=V3逼近原则：使相频特性在通带内有最高的线性度，即T（3）最接近常量，失真最小。（*n«nf相^特性就越好）13、无源滤波电路存在的问题：（1）电路的增益小，最大为1；（2）带负载能力差14、有源滤波电路特点:⑶带负载能力强⑷运放工作在线性区(1)电路的增益得到提高(2)运放本身对RC网络影响小网15、 关于低通滤波器的结论：①改变电阻Rf和Rj的阻值可调节通带电压放大倍数②改变截止频率，应调整RC16、 带通滤波器电路图带通滤波器只让某一频段的信号通过，而将此频段外的信号加以抑制或衰减Q值越大，带通滤波器通带宽度越窄，选择性越好17、 带阻滤波器用来专门抑制某一频段的信号，而让此频段以外的所有信号通过18、 带阻滤波器可由一个高通滤波器和一个低通滤波器并联而成。或由带通滤波器与一减法器相连而成。19、 无限增益多路反馈型电路不存在不稳定的情况20、有源滤波器设计：确定传递函数、选择电路结构、选择