机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠多媒体课件第5章_信号调理电路.ppt

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1、第5章信号调理电路第5章信号调理电路学习目标学习重点学习测量电桥、信号放大电路、调制解调电路、滤波器等信号调理电路的工作原理、基本特性等内容。学完本章后，应对各种信号调理电路的功能特点有较清楚的了解，掌握一些常用信号调理电路的工作原理、特性分析计算，初步具备分析、设计常用信号调理电路的能力。1.各种电桥的工作原理，电桥的平衡条件及参数计算。2.调幅原理及相敏检波电路、精密整流电路。3.滤波器的主要特性指标及典型滤波器电路。第5章信号调理电路5.1测量电桥测量电桥是将电阻、电感、电容等参数的变化转换成输出电压或电流变化的一种电子装置。测量装置中最常用的是惠斯登电桥。■惠斯登电桥电桥的输出为电

2、桥的输出为第5章信号调理电路■电桥的分类●按电桥供电电源的性质分直流电桥——采用直流电源供电交流电桥——采用高频稳幅交流电源供电●按电桥输出的测量方式分平衡电桥——使电桥处于平衡状态后读数不平衡电桥——读数时电桥一般处于不平衡状态●按桥臂元件的阻抗性质分纯电阻电桥纯电容电桥、容性电桥纯电感电桥、感性电桥第5章信号调理电路5.1.1直流电桥采用直流电源供电，四个桥臂元件均为纯电阻。电桥输出直流电桥的平衡条件为简化设计和分析，一般将四臂电阻设计成相等，即第5章信号调理电路将传感器（如电阻应变片）接入电桥的某些桥臂上，则电桥的输出就与被测量的变化有一一对应关系。传感器可以三种形式接入电桥。■半桥

3、单臂连接当时，电桥的输出电压为第5章信号调理电路■半桥双臂连接工作桥臂相邻连接时，两电阻变化的极性应相反；工作桥臂相对连接时，两电阻变化的极性应相同。电桥的输出电压为第5章信号调理电路■全桥连接相对桥臂的电阻按相同极性变化；相邻桥臂的电阻按相反极性变化。电桥的输出电压为第5章信号调理电路半桥双臂接法的灵敏度比半桥单臂接法高一倍；全桥接法的灵敏度又比半桥双臂接法高一倍。半桥双臂接法和全桥接法也称为电桥的差动连接。差动连接的优点：●提高了电桥的灵敏度；●极大地改善了电桥固有的非线性；●可对由温度等因素变化所造成的同极性影响进行补偿（抵消）。第5章信号调理电路差动连接应变片的贴法●所需的高稳定度

4、直流电源容易获得；●输出可用直流仪表直接测量显示；●易于实现电桥的平衡调节；●输出需接直流放大器，易受零漂和接地电位的影响。直流电桥的特点：第5章信号调理电路5.1.2交流电桥采用高频稳幅交流电源供电，四个桥臂元件可以是电阻、电容、电感或它们的复合。电桥的输出为第5章信号调理电路各桥臂元件的电抗用复数表示：或或——阻抗的模；——阻抗角。各种元件的复数阻抗为：电阻R——R电容C——电感L——第5章信号调理电路交流电桥的平衡条件即——模平衡条件——相位平衡条件●输出为高频调幅波，不易受外界工频干扰；●转换精度较高；●后接的交流放大器结构简单、零漂小；●易于实现不失真测试；●输出调幅波需经相敏检

5、波器进行解调；●供桥电源要具有较高的幅值、频率稳定性和良好的波形。交流电桥的特点第5章信号调理电路5.1.3带感应耦合臂的电桥电桥的两个桥臂由传感器或变压器的两个感应耦合线圈所构成，另两个桥臂则是固定的电抗元件或差动传感器的电感、电容。差动电感传感器电桥第5章信号调理电路差动变压器电桥第5章信号调理电路差动电容传感器电桥带感应耦合臂电桥的特点：●克服了寄生参数（寄生电容、电感等）的影响；●使用变压器可隔离直流干扰；●频率范围较宽，性能稳定、灵敏度及转换精度较高。第5章信号调理电路5.2信号放大电路■信号放大电路的基本特点通用放大电路、测量放大器、运算放大电路、功率放大电路、隔离放大电路、增

6、益调整电路、线性化电路等。■信号放大电路的种类●广泛使用各种集成放大器，其中以集成运算放大器和专用测量放大器应用最多；●广泛采用各种负反馈技术来改善放大电路的性能。第5章信号调理电路5.2.1通用集成运算放大电路1.理想运算放大器与实际运算放大器开环放大倍数A失调电压偏流输入阻抗输出阻抗特性理想运放实际运放或更高∞∞000±1mV（25℃）或更高第5章信号调理电路2.运算放大器的基本放大电路■反相比例运算电路反相比例运算电路第5章信号调理电路反相比例加法器第5章信号调理电路■同相比例运算电路同相比例运算电路第5章信号调理电路电压跟随器第5章信号调理电路■求差运算电路差动放大电路第5章信号调

7、理电路■微分运算电路微分运算电路第5章信号调理电路■积分运算电路积分运算电路第5章信号调理电路■对数运算电路对数运算电路第5章信号调理电路3.运算放大器构成的其他电路■电压比较电路第5章信号调理电路第5章信号调理电路■精密整流电路第5章信号调理电路当满足时,电路就能够输出非常精确的全波整流波形。第5章信号调理电路5.2.2测量放大器1.高输入阻抗放大器●用电压跟随器做前置输入缓冲级;●使用高阻型集成运算放大器;●采用由通