测控电路的起源和发展
- 格式:pdf
- 大小:227.48 KB
- 文档页数:2
测控技术与仪器的发展及特点分析测控技术是一门现代高科技技术,随着物联网、人工智能和大数据技术的发展和普及,其应用领域不断扩大。
测控技术可应用于各领域的自动化、智能化和信息化,实现全过程的监测、控制、检测、调节和反馈,为工业制造、医疗保健、航空航天、环境监测、军事防卫等领域提供全方位支持。
测控技术的发展经历了几个阶段。
最初的测量技术主要是机械式的、手工式的,如手工测量仪器、游标卡尺、千分尺等。
20世纪60年代,电子技术的发展,仪器和测控系统开始电气化。
数字技术和微处理器技术的应用,使得仪器和测量系统变得更加智能化和高效化,例如:智能测距仪、数字多用表。
21世纪,物联网技术的出现,为测控技术带来了新的发展机遇。
现在,测控技术已经可以融合多种技术,如传感器技术、无线通信技术和云计算技术,形成新的智能传感测控系统。
测控技术的特点有以下几个方面:一、自动化特点。
随着自动化水平的不断提高,测控技术已经可以实现自动化控制、自动化调节、自动化检测和自动化反馈。
通过智能化传感器、智能化测量仪器和智能化监测系统,可以实现工业生产的自动化管理和控制。
二、多功能特点。
现代测控技术已经可以实现多种功能,不仅可以进行测量、监测、调节,同时还能实现多种检测方法和数据分析技术,如模糊控制技术、神经网络技术和图像处理技术等,可应对复杂的工艺、环境和设备状态要求。
三、高精度特点。
随着技术的不断进步,测控技术的精度和准确性不断提高,现代测量设备的测量精度已经可以达到亚微米级别。
高精度仪器的出现和使用,为实现高质量和高可靠性的生产提供了坚实的保障,且在新材料、生物医学等领域有重要应用。
四、信息化特点。
现代测控技术可以与计算机网络相连接,实现信息共享和远程监测,通过各种传感器对物体环境进行采集和处理,生成海量数据,利用大数据技术进行分析和研究,在科学研究、资源管理、环保监测等方面具有重要作用。
总之,测控技术的发展和应用为工业制造、医疗保健、环境监测、国土安全、军事防卫等领域带来了新的机遇和挑战,同时推动着精确度、稳定性、多样性、高效性和智能化的综合提升,加速了技术创新和产业升级的进程。
测控电路介绍测控系统主要由传感器、测量控制电路(简称测控电路)和执行机构三部分组成。
在测控系统中电路是最灵活的部分,它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。
测控系统乃至整个机器和生成系统的性能在很大程度上取决于测控电路。
测控电路主要包括信号放大电路、信号调制解调电路、信号分离电路、信号运算电路、信号转换电路、信号细分与辨向电路、电量测量电路、连续信号控制电路、逻辑与数字控制电路等。
实际上,测控电路是模拟电子技术和数字电子技术的进一步延伸与扩展,主要讨论一些典型常见的电路。
因此学好模电和数电是基础,其中运算放大器是测控电路的一个核心部件。
网址:从50年代的“尺寸自动检测仪器”,到80年代的“精密仪器电路”,再到今天的“测控电路”,“测控电路”课程经历了半个世纪的发展历程。
测控技术是现代生产和高科技中的一项必不可少的基础技术。
“测控电路”课程主要介绍工业生产和科学研究中常用的测量与控制电路。
包括测控电路的功用和对它的主要要求、测控电路的类型与组成、信号放大电路、信号调制解调电路、信号分离电路、信号运算电路、信号转换电路、信号细分与辨向电路、逻辑控制与连续信号控制电路、测控电路中的抗干扰技术,最后通过若干典型测控电路对电路进行分析。
本课程不是一般意义上电子技术课程的深化与提高,而要着重讲清如何在电子技术与测量、控制之间架起一座桥梁,使学员熟悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的任务,实现测控的总体思想,围绕精、快、灵和测控任务的其它要求来选用和设计电路。
本课程选用的教材是由天津大学精仪学院张国雄教授主编的《测控电路》。
该书是根据1996年10月全国高等学校仪器仪表类教学指导委员会第一次会议的决定,作为测控技术及仪器专业的规划教材,并根据随后拟定的教学大纲编写的。
该教材可供测控技术及仪器专业各专业方向和机械工程类其它专业选用。
2002年,该书获全国优秀教材二等奖,并被列为国家“十五”规划教材。
电路发展历程电路发展的历程可以追溯到古代,人们开始认识和探索电的基本概念。
然而,电路的发展真正取得突破是在18世纪末和19世纪初,当时科学家们做出了许多重要的发现。
在18世纪末,意大利科学家亚历山德罗·伏打(Alessandro Volta)发现了第一个可控制电流的装置,称为伏打电池。
这一发现标志着电路技术的起点,人们开始研究电流的性质和如何利用它进行各种应用。
随着伏打电池的问世,人们开始研究电流的导体和绝缘体特性。
英国物理学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在19世纪初提出了电磁感应的概念,发现当磁场变化时,会在导线周围产生电流。
这一发现推动了电动机的发展,并为后来的电路技术打下了重要基础。
随着电力的应用越来越广泛,人们开始研究如何在远距离传输电力。
美国发明家托马斯·爱迪生(Thomas Edison)在19世纪末发明了直流发电机和电灯,为电力输送和照明铺平了道路。
然而,直流电力的传输距离有限,无法很好地满足远距离输电的需求。
为了解决这一问题,人们开始研究交流电的传输。
在19世纪末和20世纪初,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)和乔治·韦斯汀豪斯(George Westinghouse)等工程师和科学家做出了重要贡献,发明了交流发电机和变压器,解决了电力传输中的许多挑战。
随着电力输送和使用的不断完善,电路技术也得到了进一步发展。
20世纪初,真空管的发明使得电子器件的制造和使用变得更加可行。
随后,晶体管的发明进一步推动了电路技术的进步,并带来了计算机和通信技术的革命。
随着时间的推移,集成电路的发明使得电路变得更小、更强大。
现代社会中,电路无处不在,从家庭电器到通信设备,从工业控制系统到医疗设备,都离不开电路的支持。
总之,电路发展的历程是一个不断探索和创新的过程,从最早的电池到集成电路的发明,电路技术在现代科技中扮演着至关重要的角色。
测控技术导论报告测控技术导论报告一、引言测控技术,顾名思义,是测量与控制的结合。
它涵盖了广泛的领域,包括工业自动化、航空航天、医疗诊断、环境监控等。
随着科技的飞速发展,测控技术已成为现代社会的重要支柱之一。
本报告将介绍测控技术的发展历程、基本概念、主要应用和发展趋势。
二、测控技术的发展历程自工业革命以来,随着生产力的提高和科技的进步,测控技术得到了迅速发展。
早期的测控技术主要依赖于人工观测和记录,精度低、效率慢。
随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展,现代测控技术应运而生。
20世纪中叶,随着模拟电路和数字电路的发明,测控技术得到了极大的推动。
集成电路和微型计算机的发明更是推动了测控技术的进步。
进入21世纪,随着互联网和物联网技术的发展,测控技术进入了全新的时代。
三、测控的基本概念测控技术主要包括测量和控制两个方面。
测量是指通过传感器等设备获取被控对象的各种参数,如温度、压力、位移等。
控制则是根据测量结果,通过执行器等设备对被控对象进行调节,使其达到预设的目标。
四、测控的主要应用1.工业自动化:在工业生产中,测控技术广泛应用于各种设备上。
例如,温度控制器可以监测熔炼金属的温度,一旦超过预设范围,就会自动调整火力。
压力传感器可以监测容器的压力,防止因压力过高导致容器破裂。
2.航空航天:在航空航天领域,测控技术对飞行器的控制至关重要。
通过GPS等设备,可以精确地测量飞行器的位置和速度。
通过惯性导航系统,可以监测飞行器的姿态和方向。
这些信息被用来控制飞行器的轨迹和速度。
3.医疗诊断:在医疗领域,测控技术也发挥了重要作用。
例如,心电图机可以监测心脏的电活动,血糖仪可以测量血糖水平。
这些设备将测量数据传输给医生进行分析,以便进行诊断和治疗。
4.环境监控:在环境保护方面,测控技术也发挥了重要作用。
例如,气象站可以监测气温、湿度、风速等环境参数。
通过这些数据,可以预测天气变化和空气质量。
这些数据被用来控制污染源和优化环境管理。
测控技术与仪器的发展及特点分析一、测控技术的发展历程随着科学技术的不断进步,测量和控制技术在各个领域中发挥着越来越重要的作用,成为推动社会进步和经济发展的重要力量。
测控技术是指利用各种仪器和设备进行数据采集、信号处理、控制和监测的技术手段。
它在工业生产、环境监测、航空航天、军事应用等领域中起着至关重要的作用。
在测控技术的发展历程中,可以分为以下几个阶段:1. 传统测控技术时期:在早期,测控技术主要依靠手工操作和简单的机械仪器进行数据采集和控制。
人们通过手工编制数据表格、绘制曲线图表等方式进行数据处理和分析。
这个时期的测控技术主要应用于工业生产领域,主要用于产品质量控制和生产过程监测。
2. 电子测控技术时期:20世纪初,随着电子技术的发展,出现了各种电子仪器和设备,如示波器、频率计、数字万用表等。
这些设备的出现使得数据采集和处理更加方便和准确,提高了测控技术的精度和效率。
电子测控技术开始逐渐应用于航空航天、军事和科研领域,推动了这些领域的快速发展。
3. 计算机测控技术时期:20世纪60年代,计算机技术的发展使得测控技术迈上了一个新的台阶。
计算机以其强大的数据处理和控制能力,使得测控技术的应用范围得到了大幅度扩展,同时也提高了测控系统的智能化和自动化水平。
计算机测控技术的出现为工业控制、环境监测、医疗诊断等领域带来了革命性的变化。
4. 智能化测控技术时期:近年来,随着人工智能、大数据和云计算等新技术的兴起,测控技术正朝着智能化、网络化和集成化方向发展。
通过引入先进的传感器、智能控制算法和互联网技术,实现了测控系统的智能化和自适应控制,为各行各业的发展注入了新的动力。
二、测控仪器的发展变化测控仪器是测控技术的核心载体,是实现测控功能的重要工具。
随着测控技术的不断发展,测控仪器也经历了从传统仪器到现代智能化仪器的演变。
1. 传统测控仪器时期:在早期,测控仪器主要是一些简单的机械测量仪器,如卡尺、千分尺、游标卡尺等。
测控电路1. 引言测控电路是一种应用广泛的电子电路,用于测量和控制各种物理量。
在现代工业、科研和仪器仪表中,测控电路扮演着重要的角色。
本文将介绍测控电路的基本原理、常见元件和设计考虑因素。
2. 测量电路测量电路是测控电路中的核心部分,它用于测量各种物理量,如电压、电流、温度、压力等。
常见的测量电路包括电压分压电路、电流测量电路、电桥电路等。
2.1 电压分压电路电压分压电路是一种常见的测量电路,它通过使用电阻器将被测电压降低到适合测量范围内。
电压分压电路可以使用电阻分压原理或者电容分压原理实现。
电阻分压原理是使用串联电阻来实现电压分压,根据欧姆定律,电阻与电压成正比关系。
电阻分压电路可以灵活调整分压比例,适用于各种电压范围的测量。
电容分压原理是利用电容器的电压分压特性实现电压分压。
通过选择合适的电容比例,可以实现不同范围的电压测量。
电容分压电路对输入阻抗要求较高,适用于高阻抗源测量。
2.2 电流测量电路电流测量电路用于测量电路中的电流大小。
电流测量电路采用电阻器、电流互感器等元件来实现电流的测量。
电阻器法是最常见的电流测量方法之一。
通过串联电阻器,将待测电流转化为电压信号进行测量。
根据欧姆定律,电流与电压成反比关系,因此可以根据电压信号求出电流大小。
电流互感器是一种特殊的电流测量元件,通过互感原理实现电流的测量。
电流互感器主要由铁芯和线圈组成,当被测电流通过线圈时,会在铁芯中产生磁感应强度变化,通过测量磁感应强度的变化来求解电流大小。
2.3 电桥电路电桥电路是一种精密测量电路,常用于测量阻抗、电容和电感等物理量。
电桥电路的核心是利用电阻和电压的平衡关系来实现测量。
常见的电桥电路包括维尔斯顿电桥、韦斯通电桥和麦克斯韦电桥等。
电桥电路通过调整电桥上的元件值,使得电桥平衡,从而测量待测物理量。
3. 控制电路控制电路是测控电路中的另一个重要组成部分,它用于控制各种设备和系统的操作。
常见的控制电路包括开关电路、比较器电路和放大器电路等。
测控技术的发展与趋势测控技术的发展趋势测控技术是一门以电路和计算机为基础的新技术。
21世纪的测量和控制将是一个发达的系统概念。
信息交流与共享的主题也是测控系统的发展方向。
因此,通过建立网络来形成和使用测控系统已成为现代测控技术的发展趋势。
1.现代测控技术现状20世纪70年代以来,测量技术不断进步,出现了很多智能仪表,这些仪表在微电子的基础上,与计算机相结合,使得基于仪表的测量技术渐渐演变,成为一门包含机械、电子、计算机的独立的学科。
2、测控技术的发展在追求仪表智能化的同时,现代测控技术也在不断提高其稳定性、可靠性和适应性。
相应地,随着技术的发展,大量高新技术科研成果被应用于测控技术领域,测控技术的技术指标和功能不断提高。
作为代表,测控仪器单元的小型化、智能化越来越明显。
测控技术的两个方面,一个是测一个是控。
“测”是依靠传感器和信号传输电路,即测控电路;“控”则是依靠现代计算机的计算处理能力,根据数据得出相应结果,通过反馈等方式控制整个系统。
计算机已成为测控技术的支柱。
因此,网络技术自然成为测控技术满足实际需求的关键支撑。
然而,不可否认的是,测控电路仍然是测控技术发展的基础和另一个重要的发展方向。
3.测控技术发展趋势现代科学技术的融入不但使现代测控技术在各方面得到广泛应用,而且加快了现代测控技术的发展,形成了现代测控技术朝微型化、集成化、远程化、网络化、虚拟化等方向发展。
同时,现代测控技术是一门实践性非常强的技术,既包括硬件、软件的设计,又包括系统的集成,随着其在国防、工业、农业等领域应用的深度和广度的扩大,它将为提高生产效率、改进技术水平做出巨大的贡献。
新型传感器技术、现代测控总线技术、虚拟仪器技术、远程测控技术、测控系统集成技术等,都是这门涉及广泛的学科的发展趋势和方向。
新型传感器技术正朝着小型化、数字化、集成化、智能化、网络化、光纤传感器和生物传感器方向发展。
传感器是信息时代的三大支柱之一,目前新的智能化传感器层出不穷,微处理器和网络与传感器的融合技术快速发展,新型传感器在测量仪器仪表、测控系统中的应用日益广泛和深入,可以说,新型传感器技术的发展对现代测控技术的发展起到了很好的推动作用,新型传感器技术是现代测控技术的一个重要组成部分。
测控电路1. 引言测控电路是指用于测量和控制系统中的信号调理、数据采集、信号传输和控制执行等功能的电路。
在现代工业控制、仪器仪表和自动化等领域中,测控电路发挥着重要的作用。
本文将介绍测控电路的基本原理、常见组成部分和设计要点等内容。
2. 测控电路的基本原理测控电路的基本原理包括信号调理、数据采集、信号传输和控制执行等方面。
信号调理是指将传感器、信号源等产生的信号进行放大、滤波、线性化等处理,以便更好地适应后续的数据采集和控制操作。
数据采集是指将经过信号调理的信号转换为数字信号,并进行采样、量化等操作。
信号传输是指将采集到的数字信号进行传输,常用的方式包括串行通信、并行通信、以太网等。
控制执行是指根据传输的数字信号控制执行器进行动作控制,例如电机的启动、停止等操作。
3. 测控电路的组成部分测控电路的组成部分主要包括传感器、信号调理电路、数据采集器、数据传输模块和执行控制器等。
3.1 传感器传感器是将被测量的物理量转换为电信号的装置,常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量和测量要求进行,例如在温度测量中可以选择热电偶传感器或者热敏电阻传感器。
3.2 信号调理电路信号调理电路用于对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理,以适应后续的数据采集和控制操作。
常见的信号调理电路包括放大电路、滤波电路和线性化电路等。
放大电路可以根据传感器输出的信号进行放大,以增加测量的精度。
滤波电路可以通过滤除高频噪声和杂散信号,提高测量的稳定性。
线性化电路可以将非线性的传感器输出信号转换为线性信号,以便后续的处理和分析。
3.3 数据采集器数据采集器用于将经过信号调理的信号转换为数字信号,并进行采样和量化等操作。
数据采集器可以根据采集的信号类型选择合适的转换方式,常见的转换方式包括模数转换和频率转换等。
模数转换器可以将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号,频率转换器可以将频率变化的信号转换为数字信号。
测控电路课程设计论文一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握测控电路的基本原理、基本知识和基本技能,能够运用测控电路解决实际问题。
具体来说,知识目标包括:掌握测控电路的基本概念、基本原理和基本方法;了解测控电路在工程中的应用和前景。
技能目标包括:能够使用常见的测控电路仪器和设备,具备分析和解决测控电路问题的能力。
情感态度价值观目标包括:培养学生对测控电路的兴趣和热情,提高学生的问题解决能力和创新意识。
二、教学内容根据课程目标,本课程的教学内容主要包括测控电路的基本原理、基本知识和基本技能。
具体来说,教学大纲如下:第一章:测控电路概述1.1 测控电路的定义和发展1.2 测控电路的基本原理1.3 测控电路的应用和前景第二章:测控电路的基本元件2.1 电阻元件2.2 电容元件2.3 电感元件2.4 运算放大器第三章:测控电路的基本电路3.1 测量电路3.2 控制电路3.3 信号处理电路第四章:测控电路的实验与调试4.1 测控电路的实验方法4.2 测控电路的调试技巧4.3 测控电路的实验案例三、教学方法为了实现课程目标,本课程将采用多种教学方法,如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
讲授法用于传授基本原理和基本知识,讨论法用于探讨和解决实际问题,案例分析法用于分析和理解测控电路的应用,实验法用于锻炼学生的实践能力。
通过多样化的教学方法,激发学生的学习兴趣和主动性,提高学生的学习效果。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施,丰富学生的学习体验,我们将选择和准备适当的教学资源。
教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
教材将作为学生学习的基础,参考书提供更多的学习材料,多媒体资料用于辅助理解和记忆,实验设备用于实践和验证。
通过合理利用教学资源,提高学生的学习效果和问题解决能力。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化的评估方式,以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
1492022年2月下 第04期 总第376期学术研究China Science & Technology Overview20世纪中叶,由电子计算机技术、信息技术、新材料技术等技术为主导的第三次科技革命爆发,推动了现代测控技术的建立与发展,直至今日现代测控技术已经和生活的方方面面息息相关。
现代测控技术是一门以测量、控制等学科为核心的技术,一般还与计算机技术、传感器技术、自动化控制技术、信息处理技术与网络技术等高精尖技术密不可分[1]。
虽然现代测控技术的概念出现的时间较短,但是通过查阅到的相关资料和书籍记载,寻找测控技术的历史起源,发现“测量”与“控制”自古以来就是人类生产生活中最重要的2个需求,人类一直掌握着测控技术,伴随着科技文明的进步,才逐渐发展成为现在的现代测控技术。
1.测控技术简介测控技术主要由“测量”和“控制”两大部分组成,“测量”是通过用数量的概念来描述和认识客观事物,进而逐步掌握事物本质和揭示自然界规律的一种手段。
“控制”是通过自身的干涉或参与,使事物的发展在设定的范围内或按照设定的趋势发展。
测控是指对现实世界物理量进行测量获取信息,将信息处理计算后得到一个控制量,根据这个控制量对执行机构进行控制的过程,是人类认识世界、改造世界的一个过程。
测控技术主要研究物质世界中信息获取、处理、传输和利用的理论、方法和实现途径,运用物理、化学或生物学等方法,获取对象状态、属性及变化信息,并将其转换处理成易于表达和利用的形式,涉及计量学、物理学、化学、生物学、材料学、机械学、电学、光学、计算机、自动控制、通信等多学科知识,多学科交叉和技术集成特点明显[2]。
测控技术可以主要分为3个方向,分别是检测技术与自动化装置方向,测试计量技术及仪器方向以及工业自动化控制及过程控制方向。
测控技术人才的主要来源是当前多所高校培养的“测控技术与仪器”专业人才,我国主要从20世纪90年代开始设立专业并培养相关领域人才。
测控电路简介测控电路是一种用于测量和控制系统的电路设计。
它具有广泛的应用,常见于各类工业生产设备和科学研究实验中。
在测控电路中,通过使用传感器和执行器,可以对待测对象进行测量和控制操作,以实现对系统状态的监测和调节。
测控电路的组成一个典型的测控电路包含以下几个主要组成部分:1.传感器(Sensor):传感器是测控电路中的输入设备,用于将待测物理量转换为电信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
传感器的选择取决于需要测量的物理量类型和精度要求。
2.信号调理电路(Signal Conditioning Circuit):信号调理电路用于对传感器输出的电信号进行放大、滤波、线性化等处理。
这些处理可使信号满足控制系统输入端的要求,并提高测量的准确性。
3.AD转换器(Analog-to-Digital Converter):AD转换器将传感器输出的模拟电信号转换为数字信号,以便控制系统对信号进行处理和运算。
AD转换器的精度和采样率决定了对待测信号的准确度和响应速度。
4.控制算法(Control Algorithm):控制算法根据经过信号处理的数据,计算出控制器对待控制对象的控制命令。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制、自适应控制等。
5.控制器(Controller):控制器通过接收控制算法计算出的控制命令,驱动执行器对待控制对象进行控制操作。
控制器可采用模拟电路或数字电路实现,常见的控制器有比例控制器、PID控制器、PLC控制器等。
6.执行器(Actuator):执行器是测控电路中的输出设备,通过接收控制器的控制信号,对待控制对象进行控制。
常见的执行器有电动阀门、电动马达、液压缸等。
测控电路的应用测控电路在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。
在工业上,测控电路常被应用于自动化生产线上。
通过对生产线上的关键参数进行实时监测和调节,可以提高生产效率和产品质量。
例如,在液体灌装生产线中,通过使用流量传感器测量液体的流量,控制阀门的开关,可以确保每个容器中的液体量精确达到设定值。
测控电路的起源和发展门捷列夫说过,没有测量就没有科学。
自从电子电工学诞生那天起,它就成为测量与控制方面应用的主要领域。
当今信息时代,计算机的广泛应用使得测控技术更上一层楼。
回顾测控电路的发展和预测其未来是一件让所有从事测控工作和学习测控技术的人们都异常兴奋的事情。
1.测控电路的起源1.1晶体管的诞生1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。
晶体管诞生之后,便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。
1953年,首批电池式的晶体管收音机一投放市场,就受到人们的热烈欢迎,人们争相购买这种收音机。
由于硅晶体管适合高温工作,可以抵抗大气影响,在电子工业领域是最受欢迎的产品之一。
人们用硅晶体管制造红外探测器。
晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径。
从1950年至1960年的十年间,世界主要工业国家投入了巨额资金,用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件。
真正引起半导体工业的变革的是在20世纪60年代中期发明的互补MOS(CMOS)器件。
CMOS技术以其无可比拟的优势迅速占领了数字市场,紧接着CMOS技术又应用于模拟电路的设计中。
较低的制造成本和在同一芯片上同时包含模拟和数字电路,以改善整体性能和降低封装成本使得CMOS技术极具吸引力。
在短短十余年的时间里,新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势,迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位,一跃成为电子技术领域的排头兵。
1.2运算放大器在模拟测控电路技术中,运放的应用举足轻重,是IC设计中应用最广泛的元件。
1960年代晚期,仙童半导体(Fairchild Semiconductor)推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器,型号为μA709,设计者则是鲍伯·韦勒(Bob Widlar)。
但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代,741有着更好的性能,更为稳定,也更容易使用。
测控电路的起源和发展
门捷列夫说过,没有测量就没有科学。
自从电子电工学诞生那天起,它就成为测量与控制方面应用的主要领域。
当今信息时代,计算机的广泛应用使得测控技术更上一层楼。
回顾测控电路的发展和预测其未来是一件让所有从事测控工作和学习测控技术的人们都异常兴奋的事情。
1.测控电路的起源
1.1晶体管的诞生
1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。
晶体管诞生之后,便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。
1953年,首批电池式的晶体管收音机一投放市场,就受到人们的热烈欢迎,人们争相购买这种收音机。
由于硅晶体管适合高温工作,可以抵抗大气影响,在电子工业领域是最受欢迎的产品之一。
人们用硅晶体管制造红外探测器。
晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径。
从1950年至1960年的十年间,世界主要工业国家投入了巨额资金,用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件。
真正引起半导体工业的变革的是在20世纪60年代中期发明的互补MOS(CMOS)器件。
CMOS技术以其无可比拟的优势迅速占领了数字市场,紧接着CMOS技术又应用于模拟电路的设计中。
较低的制造成本和在同一芯片上同时包含模拟和数字电路,以改善整体性能和降低封装成本使得CMOS技术极具吸引力。
在短短十余年的时间里,新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势,迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位,一跃成为电子技术领域的排头兵。
1.2运算放大器
在模拟测控电路技术中,运放的应用举足轻重,是IC设计中应用最广泛的元件。
1960年代晚期,仙童半导体(Fairchild Semiconductor)推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器,型号为μA709,设计者则是鲍伯·韦勒(Bob Widlar)。
但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代,741有着更好的性能,更为稳定,也更容易使用。
741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征,历经了数十年的演进仍然没有被取代,很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。
直到今天μA741我们上测控电路课仍然学习μA741。
集成运放的发展大概可分为四个阶段。
第一阶段基本上是按分立元件电路的设计思想制造的,但在改善输入电阻、开环增益、失调电压及温漂等项指标方面都有所提高);第二阶段的产品特点主要是普遍采用了有源负载,而且与第一阶段产品相比,其产品的开环增益有所提高,又由于电路比较简单、性能指标比较符合要求,这一类产品得到了广泛的应用(如F007、BG305);第三阶段的产品主要特点是采用了超口管作为输入级,并在版图设计中考虑热效应的影响,所以其失调电压、失调电流、开环增益、共模抑制比和温漂等方面都有所改善(如AD508);第四阶段
产品的主要特点是电路中包含了斩波自动稳零放大电路,并开始在大规模线性集成电路中投产。
前三阶段运放通称为参数补偿式运放,而第四阶段则称为斩波稳零式运放。
它们的工作原理不一样,但具体使用却没有多大的区别。
1.3电路板印刷
制电路板是随着电子工业的发展而发展.随着装配技术的进步而进步,反过来印制电路板技术的发展和进步,又支撑了测控电路的发展。
印制电路板的发明者是奥地利人保罗·爱斯勒(PaulEisler),他于1936年在一个收音机装置内采用了印刷电路板。
1943年,美国人将该技术大量使用于军用收音机内。
1948年,美国正式认可这个发明用于商业用途。
自20世纪50年代中期起,印刷电路版技术才开始被广泛采用。
在印制电路板出现之前,电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的。
而现在,电路面板只是作为有效的实验工具而存在;印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。
2.测控电路的发展方向
1.1让人兴奋的摩尔定律
摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。
其内容为:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,当价格不变时;或者说,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两倍以上。
这一定律揭示了信息技术进步的速度。
在测控电路方面,摩尔定律同样起着惊人的作用。
这主要表现在测控电路的复杂化,集成化和多功能智能化上。
1.2更高,更快,更强
从上世纪60年代中期以来,集成电路技术得到了极大发展。
随着测量控制理论的完善和工艺的提高,测控电路种类更加繁多,性能更加强大,精度更高,应用更智能。
其主要的发展趋势有:
优质化:各种指标的提升与成本的降低。
微型化和集成化:测控电路更微小,功耗更低。
数字化:与计算机连接,共同完成测量与控制任务。
智能化:自学习,自适应的新型测控电路。
有自我学习,自我调整,在无人工干预下完成测量控制任务的测控器。