测控电路复习重点张国雄第三版42页PPT

第三章信号调制解调电路3-1什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用的调制方法有哪几种？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。

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，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。

调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。

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。

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。

3-2什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？调制是给测量信号赋以一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。

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。

用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。

这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。

在测控系统中需传输的是测量信号，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。

3-3什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。

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 线性函数变化。

调幅信号s u 的一般表达式可写为：tmx U u c m s cos )(ω+=式中c ω──载波信号的角频率；m U ──调幅信号中载波信号的幅度；m ──调制度。

图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。

课后答案网 ww w.kh da w .c o m图X3-1双边带调幅信号a)调制信号b)载波信号c)双边带调幅信号3-4什么是调频？请写出调频信号的数学表达式，并画出它的波形。

式等
3、自动调零和低漂移集成运算放大电路的原理（ P31、
P32） 4、自举式高输入阻抗放大电路：自举原理。 5、隔离放大器的基本组成及符号
自举式高输入阻抗电路
自举组合电路
第三章 信号调制解调电路
1、调制解调的功用，采用调制解调的目的。
2、调频，调幅，调相，脉冲调制的数学表达式，并画出它们 的波形。 3、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形 4、(P62)信号相加调制原理，包络检波电路的基本工作原理。 5、什么是包络检波？
相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在电路构成 上最主要的区别是什么？
相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要的区别是 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。 在性能上最主要的区别是 相敏检波电路具有判别信号 相位和频率的能力，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。参考信号应与 所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考 信号就能满足这一条件。
++ u – u΄A –
半波整流器
半波精密检波电路
R2 R΄2 R1 + us – + ii u΄ s – i VD1 R’3
A
R4 C
∞
∞
+ + N2 低通滤波器 uo
VD2
+ + + u – + N1 u΄A – 半波整流器
+ uA R3 –
全波精密检波电路之一
VD1 R1 us R2 + + N1 VD3 ∞ R3 + ∞

精度高，动态性能好，转换灵活，可靠性与经济性
2. 影响测控电路精度的主要因素有哪些？其中哪几个因素是 最基本的？
噪声与干扰；失调与漂移，主要是温漂；线性度与保真度；输入与输 出阻抗的影响。
其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。
3. 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在 哪些方面？
电流，从而提高输入阻抗的电路。应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，
压电式传感器的输出阻抗可达108Ω以上）的测量放大电路中。
2020/11/17
7
第二章 信号放大电路
重点掌握：
双运放高共模抑制比放大电路（同相串联结构型）输入输 出关系推导
三运放高共模抑制比放大电路特点和输入输出关系推导 自动稳零放大电路特点和工作原理分析 轮换自动校零集成运算放大电路(CAZ)运算放大器的原理 斩波稳零集成运算放大器电路特点及其工作原理分析 自举式高输入阻抗放大电路工作原理分析 差动输入电桥放大电路和线性电桥放大电路的特点和分析 互补式光电耦合隔离放大电路工作原理分析
5. 模拟式测量电路的基本组成 6. 数字式测量电路的基本组成 7. 控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）
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第二章 信号放大电路
要掌握的主要内容： 运算放大器的误差及其补偿 典型测量放大电路：
反相放大器、交流放大电路、同相放大器、 基本差动放大器
高共模抑制比放大电路★ 低漂移放大电路★ 高输入阻抗放大电路★ 电桥放大
号。何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？ （P24）
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 放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。对其基本要求是：①输 由传入感阻器抗电应桥与和传运感算器放输大出器阻组抗成相的匹放配大；电②路一或定由的传放感大器倍和数运和算稳放定大的器增构益成；的③ 电桥低都噪称声为；电④桥低放的大输电入路失。调应电用压于和电输参入量失式调传电感流器以，及如低电的感漂式移、；电⑤阻足应够变的式带 、电宽容和式转传换感速器率等（，无经畸常变通的过放电大桥瞬转态换信电号路）输；出⑥电高压输或入电共流模信范号围，（并如用达运几算百 放大伏器）作和进高一共步模放抑大制，比或；由⑦传可感调器的和闭运环算增放益大；器⑧直线接性构好成、电精桥度放高大；电⑨路成，本输低。 出放大了的电压信号。

运放的电源：
＋ Vcc ＋ Vcc A － Vcc 单 电源 供电 对 称双 电源供 电 ＋ Vcc1 A － Vcc2 非 对称双电源 供电
电桥放 大电路 高输入 阻抗放 大电路 可调增 益放大电路 隔离放 大电路
A
输出电压与电源的关系？
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测控电路
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测控电路
二、放大电路的几个重要参数:
− u R2
a
+
o
a
= 0
由 节点电 流法知 ：I1+I2+Ia=0 由虚短知 ： ua=ub 由虚断知 ：Ia＝ 0, Ib=0 u0=ui
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ui − ua uo − ua + + Ia = 0 R 2R
又 ua=0（ 虚短） ， 2、用 叠加原 理求 ：
uo = −(
R
R1
u1 +
返
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测控电路
测控电路
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第二章 信号放大电路
第 一节 第二节 第三节 第 四节 第 五节 第 六节 第 七节 思考题
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基本放 大电路 调零放 大电路 高共模 抑制比 放大电路
一、集成运放
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测控电路
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测控电路
例题2、求出下图电路中输出与输入的关系
例题1、求出下图电路中输出与输入的关系
2R R
I1 I2
u2 u1
R2 R1
Rf
ua
－

PWM输出
10
14
14
7
1
13
Ec B
2
9
12
16
15
11
56
比较器
11
2
CD4520
计数器
12 3
10
10
14
6
7
1
5
7
2
9
4
9
15
11
3
15
CD4585
8
CP
564
Ec
&
频率变换
9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.3 PWM功率转换电路
• 功用 （1）电机驱动； （2）调速
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R1 C3 +
4
8
R2
R
7
R4
CT
NE555
TH 6 1 V TR
52 C1
R3 C2
u0 uc
R10
R6 V
R7 R5
∞
-
+
+N
ub
R8
R9
一定电压放电，
锯齿波发生器 形成锯齿波 电压比较器
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9.2 脉宽调制(PWM)控制电路
9.2.2 典型脉宽调制电形路成一定死区
（二）三角波脉宽调制器
电极 MT2
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门极 G 阴极 K 单向晶闸管
门极 G 电极 MT1
双向晶闸管
9.1 导电角控制逆变器 120°导电角控制逆变器
V1 VD1
V3 VD3
V5 VD5
E
C1
A
B
～M

Q2n 1
Q0n+1的卡诺图
Q2n 1
Q2n+1的卡诺图
Q 0 n 1 D Q 0 n Q 2 n D Q 0 n Q 2 n D Q 0 n Q 2 n D 0 n Q 2 n D Q Q 2 n D Q 2 n Q 2 n 1 D Q 0 n Q 2 n D Q 0 n Q 2 n D 0 n Q 2 n Q D 0 n Q 2 n Q D Q 0 n D 0 n
输出
2020/7/2
10. 2 可编程逻辑组件
10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL) 输 入 I 3 I 2 I 1 I 0
不可编程的 “或 ”阵 列
可编程，可以通过编程连接； 不可编程，需要通过跨线连接
还有带反馈、带寄存器和异或 门型可编程阵列逻辑 (PAL)
可编程的 “与 ”阵 列
& & & & & & & & & & & & & & & &
10.2.2 可编程阵列逻辑 (PAL)
应用举例：步进电动机的控制
n=1
Q0n 1
n=2
Q0n 1
D 1
n=3
1
D 1
0
Q2n 1 Q0n 1
Q2n 1
n=4
Q0n 1
D=0
步进步序 Q0
Q2
1
1
1
2
1
0
3
0
0
4
0
1
1
1
1
D=1
Q0
Q2
1
1
0
1
0
0

8 选 1 译 码 电 路
7
-E2
S1
S2
S3
S4
S5
输出/输入
S6
S7
S8
图 6-7 CD4051 原理图
CD4051多路模拟开关
元件性能的影响和要求
存储电容
选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯，钽电容和聚碳酸脂 电容器等。
原因：
当电路从采样转到保持，介质的吸附效应会使电容器上的电压下降，被保 持的电压低于采样转保持瞬间的输入电压，峰值检波器复位时，电容放电， 介质吸附效应会使放电后的电容电压回升，引起小信号峰值的检波误差。
➢ 为了使所采集的信号能够正确反映输入模拟信号，除保证采 样/保持器精度要求外，还必须符合采样定理。
➢ 采样过程：当模拟信号ui=f(t)通过一个受采样脉冲信号 fs(t)控制的开关电路时，开关输出端的信号是时间离散信 号。不难看出，采样脉冲的重复周期Ts愈小，采样时间间隔 愈短，获得的离散信号亦愈多。
（3）高速S/H电路
用开环式采样/保持电路方案，选用高速元件，并通过扩增驱动电流来减小存储 电容的充电时间。
Uc
VD1
VD2 V2
V1
∞
-
ui
+
+ N1
R1
R2
V
∞
-
uo
+
+ N2
C
（3）高速S/H电路
在采样期间，Uc为正，V与V2导通，V1截止。
V1的导通将使V和C置于N1的闭环回路中，C上的电压将等于 输入电压而不受V的导通电阻的影响，另外，由于N1反相端 的偏置电流和V1的漏电流都很小，
由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的。

第一章绪论1-1 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？为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。

例如，为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。

为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。

为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。

为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。

这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。

生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。

为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。

要做到这两点，还是离不开测量与控制。

产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。

特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。

越是柔性的系统就越需要检测。

没有检测，机器和生产系统就不可能按正确的规程自动运行。

自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与条件，按最佳的方案运行，这里首先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控制的基础。

智能化是能在复杂的、变化的环境条件下自行决策的自动化，决策的基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。

1-3试从你熟悉的几个例子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。

为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。

为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。

uo
R2
+ N
w.
VD1 ∞ + VD2
R3
网
案
R
b)
答
a)
图 6-36 题 6-5 图
运算放大器同相端两个门限电压为：
课 后
此电路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值 UZ、-UZ，因此
U1 =
R3 R2 UZ + UR R2 + R3 R2 + R3
,
U2 = −
R2 R3 UZ + UR R2 + R3 R2 + R3
当 ui< UR 时，VD1 截止，uo 输出为稳压管稳压值 UZ ；当 ui> UR 时，VD1 导通，运算放大器 输出负向饱和电压-E，VD2 截止，uo=0，此时运算放大器同相端门限电压为： 当 ui 由大变小并小于 UT 时，uo = UZ。
UT = −
R2 R UZ + UR R2 + R R2 + R
课 后
R3 Ub =1 , R2
(1 +
UF = 5mV , 2n
取 n=11，即输入端数字量要 11 位。
6-8 图 6-25 所示为加权电阻网络 D/A 转换器， 若取 n=8， UR=10V， R=2R1， 试求 Din=00110011 时的值。 根据公式
3
kh da
∞ +
R3
R3 ) × 5 = 11 R2
1
课 后
在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中，必须将传感器输出的模拟信号
答
案
网
ww w.
kh da
w.
co

干扰参数 Z
+ Y+ Z
对象 AS
被调参数 X
调节参数 Y
调节器 AR
W -X
+
+
额定值
调节偏差
W
引入积分运算后才能消除静差
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5.5 微分积分运算电路
5.5.1 积分运算电路
R
ui
i1
R1
C iC
∞ -
+
+ N
uoQ CC 10 tiC(t)dtQ0
uo uoQ CR 1 C0 tui(t)dtQ 0
R1 u2
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V1
∞ -
+
+ N1
R2 uo1
V2
∞ -
+ + N2
对数
uo2 R2
uo1
UT
ln u1 Is 1R1
uo2
UT
ln u2 Is 2R1
uoR3 2 uo2uo1UTlnuu1 2
R3
指数
∞
+
uo3
∞ -
+ N3
V3
R2 相减
+
+ N4
uo
uo
uo3
R3IseUT
IsR3
2020/9/29
5.5 微分积分运算电路
5.5.3 PID电路
干扰参数 Z
+ Y+ Z
对象 AS
被调参数 X
调节参数 Y
调节器 AR
W -X
+
+
额定值
调节偏差
W
积分：消除静差、抑制干扰 比例：提高调节灵敏度、减小静差、减小滞后 微分：进一步减小滞后、加快调节速度

（三）、开关信号
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。 只有0和1两个状态。
与行程开关、光电开关、触发式测头相连 接的测控电路，其输入信号为开关信号。
当执行机构只有两种状态时，如电磁铁、 开关等，要求测控电路输出开关信号。
第四节 测控电路的类型与组成
一、测量电路的基本组成 (一)模拟式测量电路的基本组成 (二)数字式测量电路的基本组成
二、控制电路的基本组成 (一)开环控制 (二)闭环控制
传 感 器
量 程 切 换
放 大 器
解 调 器
电
路
振荡器
信 号 分 离
运 算 电
模 数 转 换
计 算 机
电路 电
路
路
电源
显 示 执 行 机 构 电路
图1-6 模拟式测量电路的基本组成
传 感 器
细 脉转 分 冲换 电 当电 路 量路 辨向电路
（二）、绝对码信号
1111 0000
1110
0001
1101
0010
1100
0011
1011
0100
1010
0101
1001
0110
1000 0111
绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
绝对码信号在显示与打印机机构中有广泛的 应用。显示与打印机构根据测控电路的译码器输 出的编码，显示或打印相应的数字或符号。在一 些随动系统中，执行机构根据测控电路输出的编 码，使受控对象进入相应状态。
以磁电式电表、示波器、笔式记录器作为显示 机构，以直流电动机为执行机构时，要求测控电路 的输出信号为非调制模拟信号。
第三节 测控电路的输入信号与输出信号

vo2＝K2v0s2+Kc2vc-K2’vo2
即 vc2＝vo2≈(K2v0s2+Kc2vc)/K2＇
2.3 典型测量放大电路
校零和放大阶段：
时钟为低电平，Sb1、Sb2闭合， 输入信号vi 同时作用到N1、N2 的输入端；N2除输入vi、v0s2 和vc外，在侧向端A2还作用着 vc2，此时N2的输出：
什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？ 有抑制何传感谓器电输桥出放共模大电电压路（？包应括干用扰于电何压种）场的放合大？电路称为高共模抑制比 放大电何路。谓应自用举于电要求路共？模应抑用制于比大何于种1场00d合B的？场合，例如人体心电测量。 自举电什路么是是利用隔反离馈放使大输电入电路阻？的应两用端于近似何为种等场电合位，？减小向输入回路索取
电流，从而提高输入阻抗的电路。应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式， 压电式传感器的输出阻抗可达108Ω以上）的测量放大电路中。
第二章 信号放大电路
重点掌握：
双运放高共模抑制比放大电路（同相串联结构型）输入输 出关系推导
三运放高共模抑制比放大电路特点和输入输出关系推导 自动稳零放大电路特点和工作原理分析 轮换自动校零集成运算放大电路(CAZ)运算放大器的原理 斩波稳零集成运算放大器电路特点及其工作原理分析 自举式高输入阻抗放大电路工作原理分析 差动输入电桥放大电路和线性电桥放大电路的特点和分析 互补式光电耦合隔离放大电路工作原理分析
第三章 信号调制解调电路
第一章 绪论
4. 测控电路的输入信号与输出信号类型 模拟信号（非调制信号，已调制信号） 数字信号（增量码信号；绝对码信号；开关信号）
5. 模拟式测量电路的基本组成 6. 数字式测量电路的基本组成 7. 控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）