测控传感器第9章无源电路在信号调制与接口技术中的应用

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1、11测控传感器SensorsforMeasurementandControl第9章无源电路在信号调制与接口技术中的应用第9章无源电路在信号调制与接口技术中的应用绪论为实现远程读数，大多数传感器趋向于产生一个电子输出信号，为了将来可以再被利用，这些信号在输出形式上必须与适当的显示、记录或控制系统的输入要求协调一致。未经调制就直接达到一致的情况很少，一般需要以适当的方式转变信号并使系统中各元件之间互相匹配。转变信号的过程被称为信号调理，使系统中的各个电子装置协调一致称为接口匹配。从前面讨论过的传感器、显示和记录装置的

2、内容中，已经给出了对于信号调制和接口的各种要求。为了从显示和记录装置中获取最好的效果，时常需要使传感器传输最大功率或信号电压。在很多情况下，应用纯无源电路就足够了。无源电路从它们所连接的系统中获得所需要的功率。无源电路是一种仅使用各种无源元件，即电阻、电容或电感的电路。电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，这种器件叫做无源元件。从电路性质上看，无源元件有两个基本特点：(1)自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。(2)只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。9.1信号调制9.1.1无源分压电路－

3、电位差计电位差计是一种可从较高的电压得到较低电压的装置，输出可以(按显示或记录装置的输入要求)按比例减少或分压。如果传感器的输出电位比显示和记录装置所要求的电压高，我们就可以用电位差计相应地按比例降低(减小)其电压。如果信号按比例缩小的值是已知的，我们就可以用这个比例系数标定被显示或记录的各种量值。为此，需要一种计算输出电压Vo的方法。图示为一个基本的电位差计电路，其中，V表示输入电压，Vo表示输出电压，R表示可变电阻值。要计算比例系数，我们可以用输出电压除以输入电压得到，即Vo/Vi。为了更详细地反映滑动接触点

4、的位置，我们重画出电位差计电路，这样把电阻R分为两个电阻元件R0和R1，相应的电压为VR0和VR1，R0是电位差计中输出回路的电阻，R1为电位差计其余的电阻。改变电位差计滑动接触点的位置，电阻R0和R1值会相应变化，输出电压Vo也因此而变化。如果没有电流输出(即电流I的值不变)，那么，由输入电压Vi供给的电流I为：通过电阻R0和R1，的电压为由于Vo=VR0=IR0，因此可得根据基尔霍夫电压定律可知例9-1在图所示分压器电路中，输入电压为12V，滑动接触点被设定，并且此时输出电队为8kΩ，其余的电阻为2kΩ。试确

5、定输出电压和此位置时电位差计的分压比例系数。解：由题设可知Vi＝12V，R0＝8kΩ，R1＝2kΩ所以，输出电压为9.6V，比例系数为0.8。值得注意的是，假定在电路中连接输出电压Vo时没有电流损失。如果允许电位差计作为电流源，即电阻与它连接，那么关系：将不再是正确的。而且，测量的输出电压Vo将减小，减小量直接与Ri在电路参数中的电流变化量有关。实际上，任何显示和记录装置都可以引入一个与电位差计连接的电阻，因此，尽可能地减小该电阻对电位计分压比例系数的影响是必要的。图示为接有一个负载电阻的电位差计电路，电路中的一

6、部分电流将流经这个电阻，如果流经负载电阻的电流减少了，就能够减小其对比例系数的影响。为了计算负载电阻的影响，首先，需要确定等效电阻RE，即RL和R0并联的电阻为为了确定输出电压，我们用RE代替R0,并代入公式，可得含有负载电阻RL的电位差计电路的输出电压为负载电阻RL越大，通过它的电流将越少，因此它对输出电压的影响就越小，比例系数也越大。例9－2图示两个电路图中，两个电路的区别仅仅在于电路的负载电阻：图a中为3kΩ，图b中为200kΩ。对于两个电路，输入电压均为10V，电位差计的滑动接触点位置设置在与输出连接的电

7、阻为2kΩ，剩下的电阻为8kΩ。确定:(1)当电路中没有负载电阻时的输出电压；(2)当负载电胆为3kΩ时的输出电压；(3)当负载电阻为200kΩ时的输出电压。解：根据题意可知由上例的计算结果可以看出，当负载电阻增大时，负载引起的误差减少。当负载电阻较小为3kΩ时，电位差计电路输出电压为1.3V，比无负载电路减少0.7V，即减少35%。当负载电阻为200kΩ时，电位差计电路输出电压为1.98V，仅比无负载电路减少0.02V，此时差值仅为1%。在实际中，负载电阻至少应该取R0的100倍以上，以确保其误差不超过1%。数

8、字电压表拥有的输入电阻常高于10MΩ。输入电阻对信号的影响可能是微不足道的，因此得到的测量精确度非常高。9.1.2单臂电桥单臂电桥是以CharlesWheatstone(1802一1875)先生的名字命名的，因此又叫惠斯登电桥。它是一种通过未知电阻与已知电阻相比较从而确定未知电阻值的装置。是一种常用于对电压或电流以及电阻进行信号调制的电路。图示为一个单臂电桥电路。通常其中