测量放大电路的基本要求.doc

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一， 测量放大电路的基本要求与类型:
1模拟式测量电路的基本组成
显示执行机构

计算机
模数转换电路
运算电路
信号分离电路
解调器
放大器
量程切换电路
传感器

电路

电源
振荡器

增量码数字式测量电路的基本组成:
指令
传 感 器
显示执行机构
计 算 机
锁 存 器
计 数 器
变换电路
脉冲当量
放 大 器
整形电路
细分电路
辨向电路
指令传感器
电路
手动采样
锁 存
指 令

测量电路的要求：
1. 精度高:低噪声和高抗干扰能力，低漂移，高稳定性,线性与保证度好
2. 动态性能好:响应快，动态失真小
3. 高的识别和分辨能力
4. 转换灵活：信号的处理与运算量程变化，电量参数转换,模数与数模转换
5. 有合适的输入和输出阻抗
6. 可靠性高
7. 经济性好

隔离放大电路：1。抗干扰 2防止漏电,确保安全 3保护低电压测量电路
低漂移集成运算放大电路：1。输出稳定。两个放大器轮换工作，总有一个进行放大输出。优于由通用运放组成的电路 2。共模抑制能力不强 (减小运算放大器的失调和低频干扰引起的零点漂移)
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。 ）1来自传感器的信号通常伴有较大的共模电压2采用差动输入的方法可以抑制共模信号
3一般运放的共模抑制比为80db左右，4采用若干个运放可以构成具有更高的共模抑制比的放大电路

高输入阻抗电路：某些传感器的输出阻抗很高，如电容式、压电式,达到108Ω。
自举式组合高输入阻抗电路：Ri=(R1R)/(R - R1）（当R=R1时输入阻抗无穷大）
UO= — R2/R1（Ui）
电桥放大电路：由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路
应用场合：应用于电参量式传感器,如电感式、电阻应变式、电容式传感器等,经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号,并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号.
特点：1。增益与桥臂电阻无关2.增益比较稳定3，电源要浮置
4。只有当δ〈<1时，uo才与δ近似呈线形关系

线形电桥放大电路：
特点：1.输出电压uo与δ呈线形关系
2。共模抑止能力较强
3．量程大
4.灵敏度较低

四．什么是信号调制?
调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。
解调
在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。
调制的功用:在测控系统中，进入测控电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测控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。
测控系统中常用的信号调制的方法：在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制,分别称为调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制,称为脉冲调宽

调幅： 1。原理：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.
调幅信号的一般表达式可写为：Us=（Um+mx）cosωct Um-载波信号的幅值
ωc —载波信号的角频率 x —调制信号 m —调制度
2.实现方法：（1）传感器调制：原因：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.通过交流供电实现调制eg电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器。 还可以用机械或光学的方法实现调制
（2）电路调制：乘法器调制：原理：用乘法器实现双边带调制
开关电路调制，信号相加调制

包络检波： 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
原理:只要调幅信号中，截去它的下半部，即可获得半波检波后的信号 （经全波检波或截去它的上半部也可），再经低通滤波，滤除高频信号,即可获得所需调制信号，实现解调。包络检波就是建立在整流的原理基础上的。

相敏检波: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。 (相敏检波可以鉴别调制信号相位，从而判别被测量的变化方向，其次相敏检波的选频能力可以提高测控系统的抗干扰能力。 在电路方面，相敏检波电路除了需要解调的调幅信号外,还要输入一个参考信号,用于鉴别输入信号的相位和频率)

常用的相敏检波电路：乘法器式相敏检波电路，开关式，相加式，精密整流型，脉冲箝位式
鉴相特性：由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时,输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，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

调频：调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。
方法:1传感器调制2.电路调制（电容三点式LC振荡器调频电路，多谐振荡器调频电路）
鉴频;对调频信号实现解调，从调频信号中检出反映被测量变化的调制信号称为频率解调或鉴频。
1。微分鉴频：特点：调频调幅信号 结论：调频波→调频调幅信号→幅值检波→滤波
2。窄脉冲鉴频电路 组成：(1）放大与电平鉴别电路（2）单稳触发器（3）低通滤波器
原理：us的频率越高，单稳触发器输出的脉冲越密，平均电压越高
τ 〈1/fm=2π/(ωc+mxm）
3。斜率鉴频 原理：调谐电路输出的调频调幅信号uo1的幅值随输入信号的频率而改变
使用包络检波电路得到uo1幅值 （相同大小的频率引起的幅值变化越大，则灵敏度越高）

调相：调相就是用调制信号x去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号x的线性函数变化。
方法：传感器调制，电路调制，脉冲采样式调相电路
鉴相电路：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。
方法：乘法器鉴相 开关式相敏检波电路鉴相 相加式相敏检波电路鉴相
RS触发器鉴相 脉冲采样式鉴相
各种鉴相方法比较(精度、误差因素、鉴相范围）
1影响鉴相误差的主要因素有：非线性、信号幅值、占空比、门电路与时钟脉冲频率等。
2RS触发器鉴相精度最高，线性好，对Us和Uc的占空比没有要求。鉴相范围接近2p。
3相敏检波器或乘法器鉴相原理上有非线性，信号幅值影响鉴相误差.鉴相范围为±p/2 .
4脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。鉴相范围接近2p。
5异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。鉴相范围为0--p.
6通过相位—脉宽变换鉴相时门电路的动作时间与时钟脉冲频率误差对精度有影响，但一般误差较小。
什么是脉冲调宽：脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。在脉冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽

脉冲调宽信号的解调主要有哪些方式？
脉冲调宽信号的解调主要有两种方式。一种是将脉宽信号Uo 送入一个低通滤波器,滤波后的输出uo 与脉宽B成正比。另一种方法是Uo 用作门控信号，只有当Uo 为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B 成正比。两种方法均具有线性特性

五．滤波器的类型，1）信号形式(2）信号频率的选择3）电路组成
4)传递函数的微分方程的阶数

频率特性:

滤波器的主要性能指标：
(1）特征频率：-——-通带截频 通带与过渡带的分界点频率 fp=ωp/2π
-—阻带截频 阻带与过渡带的分界点频率 fr=ωr/2π
—转折频率 信号功率衰减到1/2（幅值下降3dB)时的频率 fc=ωc/2π
—固有频率（谐振频率）f0=ω0/2π aj1=0时,极点所对应的频率
（2)增益与衰耗 衰耗:增益的倒数
通带增益变化量⊿Kp：通带增益内增益的最大变化量
（3)阻尼系数与品质因数 阻尼系数α: 表征滤波器对角频率为ω0的信号的阻尼作用
品质因数Q=1/α=ω0/⊿ω(评价滤波器的选频特性的重要指标_
（4）灵敏度—-表示滤波器的某一性能参数指标y对某一元件参数x变化的敏感程度
用途：分析当电路元件实际值偏离设计值时电路实际性能与设计性能的偏差>估计使用过程中电路元件参数变化时,电路性能的变化情况灵敏度越小,滤波器的稳定性越好
(5）群时延函数τ（ω)=dφ(ω)/dω 用于评价信号经滤波后的相位失真情况
τ（ω）越接近常数，信号的相位失真越小

6滤波器的逼近
（1）巴特沃斯逼近
(2)切比雪夫逼近
使幅频特性更接近矩形 允许有一定的波动 传递函数与幅频特性
（3） 贝赛尔逼近:使通带内相频特性线性度最高,相位失真最小 对于2阶低通滤波器

有源滤波器的设计：1传递函数的确定2电路结构选择3有源器件的选择
4无源元件的选择:参数计算（图表法（查工具书).计算机辅助设计)
元件的选择—-按照精度要求选择合适的电阻
--—低阶电路，相对误差≤5％,高阶电路相对误差≤2％
参数计算:1.图表法（查工具书) fc( 或ωc)查表确定C1>〉>计算电阻的换标系数K=100/ fcC1根据Kp查表确定C2,r1 ， r2 ， r3。 Ri=Kri （i=1，2,3)
电阻值电容值转换为标称值
2计算机辅助设计
元件的选择：按照精度要求选择合适的电阻
低阶电路，相对误差≤5％，高阶电路相对误差≤2％

六，对数运算电路 有温度补偿的对数运算电路：

Uo= — UT ln Ui /（ R1IS ） U0=—lg(R2Ui/URR1)）

反相积分电路：

采样保持电路:组成：模拟开关。模拟信号存储电容。缓冲放大器。

电压比较电路的功能与用途
比较两个输入电压的大小，输出数字量
模拟与数字电路间的接口
种类:单阈值比较器，求和比较电路，迟滞比较器