现代测试技术ppt课件.ppt
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1、现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 现代测试技术现代测试技术Modern testing and measurement technology 现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在
2、整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确第第2 2章章 测试信号转换处理电路测试信号转换处理电路 本章学习要求:本章学习要求:理解信号放大、信号滤波、信号运算、信号理解信号放大、信号滤波、信号运算、信号调制解调以及电桥等各种测试信号转换处理电路调制解调以及电桥等各种测试信号转换处理电路的基本原理,掌握其参数设计方法。的基本原理,掌握其参数设计方法。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也
3、很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确2.1 2.1 概述概述2.1.12.1.1对测试信号进行转换处理的目的:对测试信号进行转换处理的目的:1.1.传传感感器器输输出出的的信信号号很很微微弱弱,大大多多数数不不能能直直接接输输送送到到显显示示、记记录录或或分分析析仪仪器器中中去去,需需要要进进一一步步放放大大,有有的的还还要要进进行行阻阻抗变换。抗变换。2.2.有些传感器输出的是电参量,需要转换成电信号才能进行有些传感器输出的是电参量,需要转换成电信号才能进行处理。处理。3.3.有些传感器输出的是电信号,但信号中混杂
4、有干扰噪声,有些传感器输出的是电信号,但信号中混杂有干扰噪声,需要去掉噪声,提高信噪比。需要去掉噪声,提高信噪比。4.4.某些场合,为便于信号的远距离传输等原因,需要对传感某些场合,为便于信号的远距离传输等原因,需要对传感器测量信号进行调制解调处理。器测量信号进行调制解调处理。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 2.1.2 2.1.2
5、传感器接口电路形式传感器接口电路形式 传感器按集成程度分为传统传感器和智能传感器。传感器按集成程度分为传统传感器和智能传感器。按有无能量输出分为无源传感器和有源传感器(智能传按有无能量输出分为无源传感器和有源传感器(智能传感器一般都是有源传感器)。感器一般都是有源传感器)。按输出信号性质分为模拟传感器和数字传感器。按输出信号性质分为模拟传感器和数字传感器。传感器主要变化参数有:电阻、电感与电容。传感器主要变化参数有:电阻、电感与电容。传感器输出信号主要形式有:电压、电流(或电荷)与传感器输出信号主要形式有:电压、电流(或电荷)与频率;交流与直流。频率;交流与直流。传感器输出结构形式有:直接、电
6、桥、差分等;传感器输出结构形式有:直接、电桥、差分等;现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 2.2 2.2 信号放大信号放大 2.2.1 2.2.1 概述概述 一、什么是测量放大电路?一、什么是测量放大电路?在测量控制系统中,用来放大传感器输出的在测量控制系统中,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微弱电压、电流或
7、电荷信号的放大电路称为测量测量放大电路放大电路,亦称,亦称仪用放大电路仪用放大电路。工程测试中所遇到的信号,多为工程测试中所遇到的信号,多为100kHz100kHz以下以下的低频信号,在大多数的情况下,都可以用放大的低频信号,在大多数的情况下,都可以用放大器集成芯片来设计放大电路。器集成芯片来设计放大电路。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也
8、很明确 二、对测量放大电路的二、对测量放大电路的基本要求基本要求:输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配;输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配;一定的放大倍数和稳定的增益;一定的放大倍数和稳定的增益;低噪声;低噪声;低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移;移;足够的带宽和转换速率;足够的带宽和转换速率;高共模输入范围和高共模抑制比高共模输入范围和高共模抑制比 可调的闭环增益;可调的闭环增益;线性好、精度高;线性好、精度高;成本低。成本低。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题
9、来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确三、集成运算放大器的最主要参数:开环增益开环增益A A闭环增益闭环增益A Af f差模开环直流电压增益(差模增益)差模开环直流电压增益(差模增益)A AVDVD共模开环直流电压增益(共模增益)共模开环直流电压增益(共模增益)A AVCVC输入失调电压输入失调电压V VI0I0输入失调电流输入失调电流I II I0 0共模抑制比共模抑制比K KCMR CMR=差模增益差模增益A AVDVD/共模增益共模增益A AVCVC现代
10、测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 四、四、应用集成运放应注意的事项应用集成运放应注意的事项 (1)(1)调零消除失调误差调零消除失调误差 “调零调零”技术是使用运放时必须掌握的。调技术是使用运放时必须掌握的。调零的原理是,在运放的输入端外加一个补偿电压,零的原理是,在运放的输入端外加一个补偿电压,以抵消运放本身的失调电压,达到调零的目的
11、。以抵消运放本身的失调电压,达到调零的目的。有些运放已经引出调零端,只需要按照器件的规有些运放已经引出调零端,只需要按照器件的规定,接入调零电路进行调零即可。定,接入调零电路进行调零即可。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 (2)(2)相位补偿消除高频自激相位补偿消除高频自激 由于运算放大器是一个高增益的多级放大器组件,由于运算放大器
12、是一个高增益的多级放大器组件,应用时一般接成闭环负反馈电路。当工作频率升高时,应用时一般接成闭环负反馈电路。当工作频率升高时,放大器会产生附加相移,可能使负反馈变成正反馈而放大器会产生附加相移,可能使负反馈变成正反馈而引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补引起自激。进行相位补偿可以消除高频自激。相位补偿的原理是,在具有高放大倍数的中间级,利用一小偿的原理是,在具有高放大倍数的中间级,利用一小电容电容C C(几十几百微微法)构成电压并联负反馈电路。(几十几百微微法)构成电压并联负反馈电路。有些运放已经在内部进行了补偿,如有些运放已经在内部进行了补偿,如A741A741。有些运。有些运放引
13、出了补偿端,只需要按照器件手册的规定,外接放引出了补偿端,只需要按照器件手册的规定,外接补偿电路即可,如国产补偿电路即可,如国产5G245G24运算放大器。运算放大器。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 (3)(3)过载保护过载保护 使用运放时要注意,不能超过其性能参数的使用运放时要注意,不能超过其性能参数的极限值,如最大输入电压范围
14、等。特别是在有强极限值,如最大输入电压范围等。特别是在有强干扰源的场合更要注意。干扰源的场合更要注意。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 2.2.2 2.2.2 同相放大器同相放大器 闭环增益:闭环增益:现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,
15、而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 集成运算放大器可以作为一个器件构成各种集成运算放大器可以作为一个器件构成各种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元电路组成电子应用电路。电路组成电子应用电路。同相放大器具有输入阻抗非常高,输出阻抗同相放大器具有输入阻抗非常高,输出阻抗很低的特点,广泛用于前置放大级。很低的特点,广泛用于前置放大级。高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗高输入阻抗电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放
16、大电路中。如很高的测量放大电路中。如电容式、压电式传感电容式、压电式传感器器的测量放大电路。的测量放大电路。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确同相放大器输入阻抗同相放大器输入阻抗r ri+i+r ri+i+=r=ri i(1+AF)(1+AF)同相放大器输出阻抗同相放大器输出阻抗r ro+o+r ro+o+=r=ro o/(1+AF)
17、/(1+AF)教材约定:在涉及同相放大器的输入阻抗时,均教材约定:在涉及同相放大器的输入阻抗时,均以以r ri+i+来表示,即指同相放大器所具有的最低在来表示,即指同相放大器所具有的最低在10107 7以上的输入电阻,而不器刻意指明其具体的以上的输入电阻,而不器刻意指明其具体的数值。数值。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确2.2.3
18、2.2.3 反相放大器反相放大器闭环增益:闭环增益:反馈电阻反馈电阻R R2 2值不能太大,否则会产生较大的噪声及漂移,值不能太大,否则会产生较大的噪声及漂移,一般为几十千欧至几百千欧。一般为几十千欧至几百千欧。R R1 1的取值应远大于信号源的取值应远大于信号源U Ui i的内阻。的内阻。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确交流反相放
19、大电路交流反相放大电路Af=R2/R1R3=R2 C1:隔直电容:隔直电容C3:旁路电容,防止振荡:旁路电容,防止振荡现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确2.2.4 2.2.4 基本差动(差分)放大器基本差动(差分)放大器 什么是差动放大器?什么是差动放大器?差动放大器差动放大器是把二个输入信号分别输入到是把二个输入信号分别输入到运算放
20、大器的同相和反相二个输入端,然后在运算放大器的同相和反相二个输入端,然后在输出端取出二个信号的差模成分,而尽量抑制输出端取出二个信号的差模成分,而尽量抑制二个信号的共模成分。二个信号的共模成分。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确2.2.4 基本差动放大器基本差动放大器为分析电路的共模抑制性能,我们做如下变换为分析电路的共模抑制性能,我
21、们做如下变换 现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确式中 现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提
22、出的问题也很明确现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确假设电阻的误差为假设电阻的误差为,也就是说,电阻的实际值分,也就是说,电阻的实际值分别为别为 ,则可得,则可得 在最坏的情况下,即所有的电阻都取最大的误差值在最坏的情况下,即所有的电阻都取最大的误差值,并且取最不利的方向,可得最大的共模电压增益并且取最不利的方向,可得最大的共模电压增益
23、(忽略忽略高阶小量高阶小量)现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确共模抑制比KCMR为 上式表明,电阻的误差越小,差动增益越大共模抑制比越高。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课
24、的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确输入电阻:难以避免的缺点:难以避免的缺点:1.输入阻抗低输入阻抗低3.工艺性差工艺性差 2.共模抑制比低共模抑制比低现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确2.2.5 2.2.5 仪用放大器仪用放大器 什么是仪用放大器?什么是仪用放大器?是一
25、类高输入阻抗,高共模抑制比的差分放是一类高输入阻抗,高共模抑制比的差分放大器。具有精度高,稳定性好等特点,经常用于大器。具有精度高,稳定性好等特点,经常用于精密仪器电路和测控电路中,故称为仪用放大器,精密仪器电路和测控电路中,故称为仪用放大器,也称为仪器放大器。也称为仪器放大器。现代测试技术第现代测试技术第2章章 测试信号转换与处理电路测试信号转换与处理电路 在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确2.2.5 仪器(仪用
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