数字化测量仪 预备知识精品文稿.ppt

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1、数字化测量仪 预备知识第1页，本讲稿共68页什么是数字化测量？将连续的被测物理量转化成相应的量子化断续量。然后予以数字化编码，传输、存储，并进行数据处理，显示打印等测量量包括（电压V，电流I，频率f，压力P，流量q，电阻R，电感L，电容C,）第2页，本讲稿共68页为什么要数字化测量？传统的方法是模拟测量（缺点是：灵敏度低，读数不直观，误差大，不便于保存）数字化测量优点 精确度高，灵敏度高，测量速度快，读数客观，测量自动化，便于存储，处理，打印等一系列操作第3页，本讲稿共68页数字化测量主要内容基本理论，特点，性能D/A转换A/D转换干扰以及防护技术数据采集技术第4页，本讲稿共68页课程安排：总

2、学时：24 (7-12周/周学时4)内容划分：1.电路与电子学基础（4）2.数字化测量的一般概念（2）3.D/A转换的原理与应用（6）4.A/D转换的原理与应用（8）5.干扰以及防护技术（2）6.数据采集技术（2）第5页，本讲稿共68页预备知识：电路与电子学基础1电路基本元件2电路基本定律3半导体的基础知识4理想运算放大器及应用5门电路，触发器和时序逻辑电路第6页，本讲稿共68页电路模型一、电路基本元件RLRSK+_ _图1（a）无分支电路RLRS+_ _图1（b）分支电路+_ _c cd da ab b节点支路分析基本量（电流，电压，功率，电量等）第7页，本讲稿共68页1。电阻 普通电阻可变

3、电阻满足定律：第8页，本讲稿共68页2.电感元件满足定律：第9页，本讲稿共68页3.电容元件普通电容电解电容可调电容极性电容满足定律：第10页，本讲稿共68页4.电源（理想电源和实际电源）4.1 电压源理想电压源实际电压源第11页，本讲稿共68页电流源理想电流源实际电流源第12页，本讲稿共68页KL（基尔霍夫定律）电流定律（KCL）在任一参数电路中，在任意时刻，通过任一节点的电流的代数和恒等于零。二、电路基本定律第13页，本讲稿共68页电压定律（KVL）对于任一集中参数电路中的任一回路，在任一时刻，沿着回路的所有支路电压的代数和为零。电位升之和等于电位降之和。a ac cb bd d-+-+R

4、 R1 1R R2 2R R4 4R R3 3U U1 1U U2 2U U4 4U U3 3-u-u1 1+u+u2 2-u-u3 3+u+u4 4=0=0第14页，本讲稿共68页等效电压源定理（戴维南定理）任何一个线性有源二端网络N，对外电路来说，可以用一个理想的电压源和一个电阻的串联组合来等效代替。其中电压源的电压等于线性有源二端网络N的开路电压Uoc，电阻等于该网络除源(独立源置零)后所得无源二端网络N0的等效电阻。第15页，本讲稿共68页戴维南定理（图示）计算Uoc和Ro 的办法：开路短路法：将N的引出端分别开路和短路，计算或测量出开路电压Uoc和短路电流Isc，则RoUoc/Isc

5、第16页，本讲稿共68页等效电流定理（诺顿定理）任何一个线性有源二端网络N，对外电路来说，可以用一个理想的电流源和一个电阻的并联组合来等效代替。其中电流源的电流等于网络N的短路电流Isc，电阻等于该网络所有独立源置零后后所得无源二端网络N0的等效电阻。第17页，本讲稿共68页举例Edacb+-R1R2R3R4在桥式电路中，E12v，R1=R2=5欧，R3=10欧，R45欧，RG=10欧,求检流计的电流IG？图1第18页，本讲稿共68页Edacb+-R1R2R3R4解：按戴维南定理，图1可以等效为图2.由图3，得 I=E/(R1+R2)=12/(5+5)=1.2A I”=E/(R3+R4)=12

6、/(10+5)=0.8A则 E=R2I-R4I”5x1.2-5x0.8=2Vab+-R0RG图1图2E=12Vdacb+-R1R2R3R4IIab图3第19页，本讲稿共68页dacR1R2R3R4abR0图4等效电源的内阻R0，可由图4求得 R0=R1 R2/(R1+R2)+R3 R4/(R3+R4)=2.5+3.3=5.8所以IG=E/(R0+RG)=2/(5.8+10)=0.126A第20页，本讲稿共68页三、半导体器件基础半导体二极管半导体三极管第21页，本讲稿共68页二极管1。正向特性：当UD=Uth二极管导通 导通电压降UD0.7V Uth为二极管的门限电压2。反向特性：反向电流很小

7、，认为不通 电阻很大3.反向击穿 当反向电压UD=UBR时，反向电流急剧增加，UBR为击穿电压 二极管符号UDPN第22页，本讲稿共68页伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压UBR第23页，本讲稿共68页发光二极管发光二极管有正向电流流过时，有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极它的电特性与一般二极管类似。管类似。第24页，本讲稿共68页三极

8、管（晶体管）BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管符号符号第25页，本讲稿共68页输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1)(1)放大区：放大区：发射结正偏发射结正偏U UBEBE00，集电结反偏，集电结反偏U UBCBC00，集电结正偏，集电结正偏UBC0。即：即：U UCECE U UBEBE ，I IB B I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3)(3)截止区：截止区：U UBEBE 死区电压，死区电压，I IB B=0=0，I IC C=I ICEOCEO 0 0 第26页，本讲稿共68页例1：在电路中测得三极管对地电位

9、如下图，判断其状态0V0.2V9V图图12V2.6V7V图图20V0.7V0.3V图图3第27页，本讲稿共68页例2：RCUCCU1+_第28页，本讲稿共68页四、理想运算放大器理想运放的符号理想运放的符号_+u+u-u0第29页，本讲稿共68页 ri 大大:几十几十k 几百几百 k 运放的特点运放的特点KCMRR 很大很大(共模抑制比共模抑制比)ro 小：几十小：几十 几百几百 A uo很大很大:104 107（开环放大开环放大倍数）倍数）理想运放：理想运放：ri KCMRR ro 0 0Auouo 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uoAuo 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器

10、及其分析依据第30页，本讲稿共68页uiuo+UOM-UOMAuo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之间输出与输入之间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_+Auo例：若例：若UOM=12V，Auo=106，则则|ui|UR时时,uo=+Uom当当ui UR时时,uo=-Uom 1、ui从同相端输入从同相端输入第50页，本讲稿共68页+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时,uo=-Uom 2、ui从反相端输入从反相端输入第51页，本讲稿共68页uoui0+UOM-UOM+uoui

11、3、过零比较器、过零比较器:(UR=0时时)+uouiuoui0+UOM-UOM第52页，本讲稿共68页+uouitui例：例：利用电压比较器将正弦利用电压比较器将正弦波变为方波。波变为方波。uot+Uom-Uom第53页，本讲稿共68页+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：电路改进：用稳压管稳定输出电压。用稳压管稳定输出电压。+uiuo UZRRuo UZ电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在将双向稳压管接在负反馈回路上负反馈回路上第54页，本讲稿共68页举例求下图中电压Uo，电阻的单位为欧姆-10k+uo1.1K-+ui1+10k10k2k5k解：ui1=10ui1

12、 u0=ui12ui25ui3=10ui12ui25ui31k910ui2ui3第55页，本讲稿共68页五、门电路，触发器和时序逻辑电路(一)门电路1.“与”门ABC&ABCF00000010011010001000101011001111图形符号“与”逻辑状态表Y第56页，本讲稿共68页2.“或”门ABC1ABCY00000011011110011001101111011111图形符号“或”逻辑状态表Y第57页，本讲稿共68页3.“非”门AAY0001图形符号“非”逻辑状态表Y第58页，本讲稿共68页4.复合门电路“与非”门A&YCA1YC“或非”门ACY“同或”门AC1Y“异或”门第59页

13、，本讲稿共68页(二)触发器1.基本RS触发器10001111不变00不定第60页，本讲稿共68页2.JK触发器JK0001 010 111JK触发器具有在时钟脉冲下降沿触发的特点触发器具有在时钟脉冲下降沿触发的特点J=k=0 保持原态保持原态J=k=1 翻转翻转J！k 输出输出J态态第61页，本讲稿共68页2.D触发器0011D触发器具有在时钟脉冲上升沿触发的特点触发器具有在时钟脉冲上升沿触发的特点输出端输出端Q的状态随的状态随D的状态变化的状态变化但但Q的状态比的状态比D状态完一步状态完一步第62页，本讲稿共68页CDQ已知，已知，C，D波形，波形，根据根据D触发器的原理触发器的原理画出画

14、出Q的输出波形的输出波形举例：举例：第63页，本讲稿共68页(三)寄存器有存数和取数功能（串行，并行）分类 1 数码寄存器（寄存和清除功能）2 移位寄存器（还有移位功能）第64页，本讲稿共68页1 数码寄存器（D触发器组成）寄存Q3F3QDQ2F2QDQ1F1QDQ0F0QDCd3d2d1d0清零存取第65页，本讲稿共68页1 移位寄存器（JK触发器组成）寄存Q3CJKF0QJKF0QJKF0QJKF0QQ2Q1Q01D串行输入清零移位脉冲Q3Q2Q1Q0移位过程00000清零10001左移1位20010左移2位30101左移3位41011左移4位第66页，本讲稿共68页（四）计数器计数器累计脉冲输入的数目分类 1（加法/减法/可逆）2 （二进制/十进制等）第67页，本讲稿共68页由JK触发器组成的二进制加法计数器C计数脉冲清零JF0QQ0KJF1QQ1KJF2QQ2KJF3QQ3KCQ0Q1Q2Q3第68页，本讲稿共68页