測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、目 錄實(shí)驗(yàn)一 典型放大器的設(shè)計(jì) 1實(shí)驗(yàn)二 精密檢波和相敏檢波實(shí)驗(yàn) 10實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn) 20實(shí)驗(yàn)四 細(xì)分電路實(shí)驗(yàn) 24測(cè)控電路課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱一、制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的依據(jù)根據(jù)本校2011級(jí)本科指導(dǎo)性培養(yǎng)計(jì)劃和測(cè)控電路課程教學(xué)大綱制定。二、本實(shí)驗(yàn)課在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用測(cè)控電路是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)專業(yè)任選課。電路實(shí)驗(yàn)技能是從事測(cè)控行業(yè)工作者的一項(xiàng)基本功。本實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的就在于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)測(cè)控電路課程有關(guān)理論知識(shí)的掌握以及測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法的訓(xùn)練。三、本實(shí)驗(yàn)課講授的基本實(shí)驗(yàn)理論1、如何基于集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)模擬運(yùn)算電路、電橋放大器以及儀用放大電路。2、幅度調(diào)制與解調(diào)電路的原理。

2、3、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路原理。4、電阻鏈細(xì)分電路的原理。四、本實(shí)驗(yàn)課學(xué)生應(yīng)達(dá)到的能力1、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析電路的能力。2、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、搭接電路的動(dòng)手能力。3、培養(yǎng)學(xué)生使用典型電工電子學(xué)儀器的技能。4、培養(yǎng)學(xué)生處理測(cè)量數(shù)據(jù)和撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。五、學(xué)時(shí)、教學(xué)文件學(xué)時(shí)：本課程總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí),其中實(shí)驗(yàn)為8學(xué)時(shí),占總學(xué)時(shí)的25%。六、實(shí)驗(yàn)考核辦法與成績(jī)?cè)u(píng)定根據(jù)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由指導(dǎo)教師給出成績(jī)，成績(jī)按優(yōu)、良、中、及格、不及格五檔給分。以15%的比例計(jì)入課程總成績(jī)。七、儀器設(shè)備及注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)：注意人身安全，保護(hù)設(shè)備。八、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置及學(xué)時(shí)分配序號(hào)實(shí) 驗(yàn) 項(xiàng) 目學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型要求適用專業(yè)1集

3、成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)必做測(cè)控技術(shù)與儀器2幅度調(diào)制與解調(diào)電路實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)必做測(cè)控技術(shù)與儀器3信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2設(shè)計(jì)必做測(cè)控技術(shù)與儀器4細(xì)分電路2驗(yàn)證必做測(cè)控技術(shù)與儀器制 定 人：審 核 人：批 準(zhǔn) 人：注意事項(xiàng) 為了順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，確保人身、設(shè)備的安全，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)和愛(ài)護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的優(yōu)秀品質(zhì)。要求每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須注意如下事項(xiàng)： 一、實(shí)驗(yàn)前必須充分預(yù)習(xí)，認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求，弄清實(shí)驗(yàn)原理，擬定好實(shí)驗(yàn)方案，做好分工。 二、使用儀器設(shè)備前，必須熟悉其性能，預(yù)習(xí)操作方法及注意事項(xiàng)，并在使用時(shí)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。做到準(zhǔn)確操作。 三、實(shí)驗(yàn)接線要認(rèn)真檢查，確

4、定無(wú)誤方可接通電源。初學(xué)或沒(méi)有把握時(shí)，應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)教師審查同意后再接通電源。使用過(guò)程中需要改線時(shí)，需先斷開(kāi)電源，才可拆、接線。 四、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)、波形及其它現(xiàn)象）。實(shí)驗(yàn)記錄經(jīng)指導(dǎo)教師審閱簽字后，才可拆除實(shí)驗(yàn)線路。此記錄應(yīng)附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，作為原始記錄的依據(jù)。 五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生任何破壞性異?，F(xiàn)象，（例如元器件冒煙、發(fā)燙有氣味或儀器設(shè)備出現(xiàn)異常），應(yīng)立即切斷電源，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)教師，不得自行處理。等待查明原因、排除故障、教師同意后，才能繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如發(fā)生事故，應(yīng)自覺(jué)填寫(xiě)事故報(bào)告單，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。損壞儀器、器材，要服從實(shí)驗(yàn)室和指導(dǎo)教師對(duì)事故的處理。 六

5、、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)掉儀器設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)，再拉閘，并將工具、導(dǎo)線、儀器整理好，方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。 七、遵守實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律，注意保持實(shí)驗(yàn)室整潔、安靜。不做與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)關(guān)的事。 八、進(jìn)行指定內(nèi)容之外的實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)過(guò)指導(dǎo)教師的同意。不得亂動(dòng)其他組的儀器設(shè)備、器材和工具。借用器材如有損壞、丟失，要按實(shí)驗(yàn)室規(guī)定賠償。 九、實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)按要求認(rèn)真書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并按時(shí)交給教師。 十、每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生輪流協(xié)助實(shí)驗(yàn)室打掃衛(wèi)生和整理儀器。以增強(qiáng)參與管理意識(shí)。實(shí)驗(yàn)一 典型放大電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握儀用放大電路的構(gòu)成及特點(diǎn)。2. 掌握電橋工作原理，放大器性能。3. 掌握自舉式高輸入阻抗放大電路的構(gòu)成和特點(diǎn)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1

6、雙運(yùn)放高共模擬制比電路。2. 單臂電橋?qū)嶒?yàn)。3. 高輸入阻抗同相交流放大電路。11221121D、21三實(shí)驗(yàn)原理1. 電路模塊的功能（1）雙運(yùn)放高共模擬制比電路：傳感器輸出的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模電壓，一般采用差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來(lái)抑制它，抑制能力不僅與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)，也與運(yùn)算放大器本身的共模抑制能力有關(guān)。一般運(yùn)算放大器共模抑制比可達(dá)80dB，而采用由幾個(gè)集成運(yùn)算放大器組成的測(cè)量放大電路，共模抑制比可達(dá)100120dB。（2）電橋放大器：電橋電路不僅可精測(cè)電阻，而且可用于測(cè)量電感、電容、頻率、壓力、溫度、形變等許多物理量，并廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制之中。電參量式傳感器經(jīng)常通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換電

7、路輸出電壓或電流信號(hào)，并通過(guò)運(yùn)算放大器作進(jìn)一步的放大。（3）高輸入阻抗電路： 有些傳感器（如電容式、壓電式）的輸出阻抗很高，可達(dá)108以上，這就要求對(duì)測(cè)量放大電路具有很高的輸入阻抗。在要求較高的場(chǎng)合，可采用高輸入阻抗集成放大器或采用集成運(yùn)算放大器組成的自舉電路組成高輸入阻抗電路和傳感器進(jìn)行匹配。2. 電路實(shí)驗(yàn)原理（1）高共模抑制比電路的原理（本實(shí)驗(yàn)做雙運(yùn)放高共模抑制比放大電路）電路如圖1-1所示。對(duì)理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：其中R7=R1R2，R5=R3R4R6。當(dāng)，Ui1=Ui2時(shí)，輸出電壓為零，共模信號(hào)得到了抑制。Ui1Ui2UO圖1-1 高共模抑制比電路 （2）單

8、臂電橋放大電路的原理圖1-2 差動(dòng)電橋放大電路圖1-2所示，是把傳感器電橋兩輸出端分別與差動(dòng)運(yùn)算放大器的兩輸入端相連，構(gòu)成差動(dòng)輸入電橋放大電路。當(dāng)R5=R6 若運(yùn)算放大器為理想工作狀態(tài)，即，可得 由上式可知，電橋一個(gè)橋臂的電阻變化時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)不是常量，放大倍數(shù)和電位器的值有關(guān)。 圖1-3 高輸入阻抗電路（3）高輸入阻抗電路的原理交流電壓跟隨電路，由于它們的同相輸入端接有隔直電容C1的放電電阻R（R1+R2），因此電路的輸入電阻在沒(méi)有接入電容C2時(shí)將減為R。為了使同相交流放大電路仍具有高的輸入阻抗，可采用反饋的方法，通過(guò)電容C2將運(yùn)算放大器兩輸入端之間的交流電壓作用于電阻R1的兩端。由

9、于處于理想工作狀態(tài)的運(yùn)算放大器兩輸入端是虛短的（即近似等電位），因此R1的兩端等電位，沒(méi)有信號(hào)電流流過(guò)R1，R1可以看作是無(wú)窮大，為了減少失調(diào)電壓，反饋電阻R3應(yīng)與R（即R1+R2）相等。四實(shí)驗(yàn)裝置1.5V直流電源；2.測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)板；3.雙蹤示波器；4.直流電壓表；5.信號(hào)源。五實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)前熟悉相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)單元，認(rèn)清實(shí)驗(yàn)單元的信號(hào)輸入及輸出端口，把5V直流穩(wěn)壓電源接入“測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)板”5V的插孔。（注：切忌正負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否則將會(huì)損壞集成塊）。1. 電橋放大電路 電橋的電源U接2V，調(diào)節(jié)電位器RW，測(cè)量電橋放大電路的輸出電壓。表1-1（Ui端和R5端測(cè)滑阻）RW（

10、）53112171232283359420590670UO（V）1.91.81.71.61.51.41.31.11.03放大倍數(shù)2. 高共模抑制比電路 （1）在“測(cè)控電路”實(shí)驗(yàn)板上找到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)單元，信號(hào)輸入端接地，進(jìn)行調(diào)零。 （2）測(cè)量差模電壓放大倍數(shù)：?jiǎn)味溯斎耄琕1=5mV(1v)，f=1KHz的輸入信號(hào)，測(cè)量輸入電壓VO的值。1.25v (Ui1接信號(hào)發(fā)生器正，Ui2接地)（3）測(cè)量共模電壓放大倍數(shù)：雙端輸入，V1=5mV，f=1KHz的輸入信號(hào)，測(cè)量輸入電壓VO的值。36mv (Ui1，Ui2接信號(hào)發(fā)生器正)（4）在Ui1及Ui2的兩端輸入正弦波信號(hào)，測(cè)量相應(yīng)的U0，并用示波器觀測(cè)U0

11、與Ui的幅值及相位關(guān)系，將結(jié)果記入下表中。表1-2Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO與Ui的關(guān)系 （5）設(shè)計(jì)合適的高共模抑制比測(cè)量電路，測(cè)量該實(shí)驗(yàn)電路的共模抑制比。 3. 自舉組合電路（1）在“測(cè)控電路”實(shí)驗(yàn)板找到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)單元，在Ui1輸入正弦波信號(hào)，測(cè)量相應(yīng)的U0，并用示波器觀測(cè)U0與Ui的幅值及相位關(guān)系。（2）將結(jié)果記入表下表中。 表1-3Ui(V)UO(V)Ui波形UO波形UO與Ui的關(guān)系1.161.04（3）設(shè)計(jì)合適的測(cè)量方法，測(cè)量該電路的輸入阻抗。（4）引起該電路高輸入阻抗的元件是電容C2，分析有它和無(wú)它對(duì)電路輸入輸出關(guān)系的影響。接電容0.01MA，不接電容0.032六 實(shí)驗(yàn)

12、報(bào)告1. 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2. 分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問(wèn)題。3. 回答思考題4. 總結(jié)與體會(huì)七 思考題1. 考慮有無(wú)自舉模塊的差異？2. 計(jì)算高輸入阻抗放大器輸入阻抗并與理論值比較。3. 測(cè)量?jī)x用放大電路的共模抑制比并與理論值進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)二 精密檢波和相敏檢波實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握差動(dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性。2. 了解信號(hào)調(diào)制/解調(diào)的基本工作原理。3. 掌握精密全波整流電路的構(gòu)成及工作原理。4. 掌握相敏檢波電路的構(gòu)成及工作原理。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 精密線性檢波電路的實(shí)驗(yàn)2. 相敏檢波電路的實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理在精密

13、測(cè)量中，進(jìn)入測(cè)量電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外，往往還有各種噪音。而傳感器的輸出信號(hào)一般很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來(lái)是測(cè)量電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪音，往往給測(cè)量信號(hào)賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測(cè)量的測(cè)量信號(hào)，這一過(guò)程稱為解調(diào)。圖2-1 精密全波整流電路1. 精密全波整流電路實(shí)驗(yàn)工作原理高輸入阻抗全波精密檢波電路如圖2-1所示，它采用同相端輸入。當(dāng)us0時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，則電路輸入輸出關(guān)系：uo=us。當(dāng)us1的差頻項(xiàng)及所有的和頻項(xiàng)均被濾除，只剩n=1的差頻項(xiàng)為 ,當(dāng)方波幅度Vr=1時(shí)可以利用電子開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)與被測(cè)信

14、號(hào)的相乘過(guò)程，這時(shí)LPF的輸出為 ,如果在相敏檢波電路中接入移相電路，使參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的相位差=0,則LPF的輸出為 。電子開(kāi)關(guān)要比模擬乘法器成本低，速度快, 工作也更為穩(wěn)定可靠。 將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us，將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us再乘以載波信號(hào)，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。圖2-2是開(kāi)關(guān)式全波相敏檢波電路。圖a中，在UC=1的半周期，同相輸入端被接地，US只從反相輸入端接地，放大器的放大倍數(shù)為-1，輸出信號(hào)Uo如圖b和圖c中實(shí)線所示。在UC的負(fù)半周期，V截止，US同時(shí)從同相輸入端和反相輸入端輸入，

15、放大器的放大倍數(shù)為+1，輸出信號(hào)為us。四實(shí)驗(yàn)所需部件及注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)所需部件傳感器實(shí)驗(yàn)箱、差動(dòng)變壓器、電感傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、音頻信號(hào)源、螺旋測(cè)微儀、示波器、直流穩(wěn)壓電源（ 5V ）、萬(wàn)用表、電路實(shí)驗(yàn)板。2、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（1）在做實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先用示波器監(jiān)測(cè)差動(dòng)變壓器激勵(lì)信號(hào)的幅度，使之為Vp-p值為2V，不能太大，否則差動(dòng)變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，影響其性能，甚至燒毀線圈。（2）模塊上L2、L3線圈旁邊的“*”表示兩線圈的同名端。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，外加調(diào)制信號(hào)幅度不要過(guò)大，請(qǐng)按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟說(shuō)明部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便得到更好的實(shí)驗(yàn)效果。五實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1. 精密全波整流電路實(shí)驗(yàn)（1）從函數(shù)發(fā)生器向

16、測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)板線性精密檢波模塊提供正弦信號(hào)，使用示波器觀察精密全波整流電路輸入/輸出信號(hào)，并記錄分析。表2-1波形UO與Ui的關(guān)系Ui600mv正弦波（半波）UO296mv全波2. 相敏檢波電路工作原理 依照相敏檢波電路的工作原理，讀懂以下電路圖，比較相敏檢波的輸入輸出關(guān)系圖，記錄波形。圖2-3 開(kāi)關(guān)式全波相敏檢波電路板原理圖 表2-2波形測(cè)點(diǎn)與Ui的關(guān)系UiOUaO UxOUoO3差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路實(shí)驗(yàn)用傳感器實(shí)驗(yàn)箱差動(dòng)變壓器模塊輸出的信號(hào)作為精密全波整流電路（或相敏檢波電路）的輸入信號(hào)，功率信號(hào)發(fā)生器輸出與差動(dòng)變壓器同頻率的方波信號(hào)作為載波信號(hào)，對(duì)差動(dòng)變壓器的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以確定差動(dòng)變壓

17、器所測(cè)的非電量信號(hào)。連接具體步驟如下： （1）將差動(dòng)變壓器及測(cè)微頭安裝在傳感器實(shí)驗(yàn)箱的傳感器支架上，將“差動(dòng)式”傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄小＃?）調(diào)節(jié)功率信號(hào)發(fā)生器，使之輸出頻率為4-5KHz、幅度為Vp-p=2V的正弦信號(hào)，并用示波器的CH1監(jiān)視輸出。圖2-4 差動(dòng)變壓器連接示意圖（3）將功率信號(hào)發(fā)生器的功率輸出端接“差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)”單元激勵(lì)電壓輸入端，把“差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)”單元的輸出端3、4接入示波器的CH2，同時(shí)接入交流毫伏表。（4）旋動(dòng)測(cè)微頭，使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為最小，這時(shí)可以左右移動(dòng)旋動(dòng)測(cè)微頭，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，另一個(gè)方向?yàn)樨?fù)位移，從Vp-p最小開(kāi)始旋動(dòng)

18、測(cè)微頭，每0.2mm從交流毫伏表上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表2-3，再?gòu)腣p-p最小處反向位移做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注意左、右位移時(shí)，初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。表2-3 差動(dòng)變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表V(mV) X(mm)（5）將差動(dòng)傳感器輸出的信號(hào)接到實(shí)驗(yàn)板檢波電路的輸入端U1，通過(guò)示波器觀察輸入輸出波形，并記錄到表2-4。 表2-4波形UO與Ui的關(guān)系U1UO（6）設(shè)計(jì)峰值檢波電路，旋動(dòng)測(cè)微頭，觀察螺旋測(cè)微儀的距離和峰值檢波輸出的電壓，并記錄到表2-5，畫(huà)出電壓與距離的關(guān)系曲線。表2-5 差動(dòng)變壓器位移X值與峰值檢波輸出電壓數(shù)據(jù)表V(mV) X(mm)（7）設(shè)計(jì)低通濾波電路，將精密

19、檢波電路的輸出連接低通濾波器輸入端，測(cè)量通濾波器的輸出端信號(hào)并記錄2-6，對(duì)比調(diào)制前的輸入信號(hào)和解調(diào)后的輸出信號(hào)。（6）（7）選做一個(gè)。表2-6 差動(dòng)變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表V(mV) X(mm) （8）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析各個(gè)電路模塊的作用，分析各點(diǎn)波形，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、思考題1 電路調(diào)制中，如何設(shè)計(jì)乘法器電路？2 電路解調(diào)中，如何設(shè)計(jì)相敏檢波電路？3 精密全波整流電路中的各個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的匹配關(guān)系。實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)電壓-頻率變換器的電路組成、工作原理和調(diào)試方法。2、學(xué)習(xí)電流一電壓變換器的電路組成、工作原理和調(diào)試方法。3、熟悉運(yùn)算電路的應(yīng)用和調(diào)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)

20、容1. 壓頻轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)2. I/V轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理1. F/V轉(zhuǎn)換F/V轉(zhuǎn)換器具有占用總線數(shù)量少，易于遠(yuǎn)距離傳送，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，作為數(shù)/模轉(zhuǎn)換的新技術(shù)，F(xiàn)/V轉(zhuǎn)換技術(shù)使用越來(lái)越廣泛。頻率電壓轉(zhuǎn)換的工作原理；將各種形式的頻率（或周期）信號(hào)，如正弦波，三角波，掃描波等，變化成矩形波，然后經(jīng)濾波后得到與頻率信號(hào)成正比的直流電壓。LM13l系列芯片可用作F/V轉(zhuǎn)換器，它的外接電路如下圖5-2所示。輸入比較器的同相輸入端由電源電壓U經(jīng)R1、R2分壓得到比較電平U7(取U70.9U)，定時(shí)比較器的反相輸入端由內(nèi)電路加以固定的比較電平U_2U/3。圖3-1 LM131F/V轉(zhuǎn)換電路原理圖當(dāng)沒(méi)有

21、負(fù)脈沖輸入時(shí)，u6UU7,U1“0”。RS觸發(fā)器保持復(fù)位狀態(tài)，“1”。電流開(kāi)關(guān)S與地端接通，晶體管V導(dǎo)通，引腳5的電壓u5uct0。當(dāng)輸入端有負(fù)脈沖輸入時(shí)、其前沿和后沿經(jīng)微分電路微分后分別產(chǎn)生負(fù)向和正向尖峰脈沖，負(fù)向尖峰脈沖使u6U7,U1“l(fā)”。此時(shí)U2“0”故RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)為置位狀態(tài), “0”。電流開(kāi)關(guān)S與1腳相接，對(duì)外接濾波電容CL充電，并為負(fù)載RL提供電流，同時(shí)晶體管V截止,U通過(guò)Rt對(duì)Ct充電，其電壓Uct從零開(kāi)始上升，當(dāng)u5UctU_時(shí)，U2“1”，此時(shí)u6已回升至u6U7，u1=“0”，因而RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為復(fù)位狀態(tài), “l(fā)”。S與地接通，電流向地，停止對(duì)CL充電，V導(dǎo)通，Ct經(jīng)V快

22、速放電至Uct0，U2又變?yōu)椤?”。觸發(fā)器保持復(fù)位狀態(tài)，等待下一次負(fù)脈沖觸發(fā)。綜上所述，每輸入一個(gè)負(fù)脈沖，RS觸發(fā)器便置位，對(duì)CL充電一次，充電時(shí)間等于Ct，電壓UCt從零上升到U_2U/3所需時(shí)間t1。RS觸發(fā)器復(fù)位期間，停止對(duì)CL充電對(duì)負(fù)載RL放。根據(jù)Ct充電規(guī)律，可求得t1為 t1=RtCt31.1RtCt （3-1）提供的總電荷量Qs為 （3-2）根據(jù)電荷平衡原理，可求得輸出端平均電壓為 （3-3）從上式可見(jiàn)，電路輸出的直流電壓與輸入信號(hào)的頻率成正比例，實(shí)現(xiàn)頻率電壓轉(zhuǎn)換功能。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.壓頻轉(zhuǎn)換電路原理圖圖3-2 壓頻轉(zhuǎn)化電路原理圖 電路原理在前面已經(jīng)介紹，圖3-2是實(shí)驗(yàn)板上的電路

23、圖。2. F/V轉(zhuǎn)換電路測(cè)試分析參照F/V轉(zhuǎn)換電路，其工作原理在前面已有詳細(xì)分析，F(xiàn)/V的關(guān)系式為 式中，Rs=12K，Rt=6.8K,Ct=0.01uF,RL=100k;則，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果實(shí)際值及理論值記入表3-1。據(jù)表3-1畫(huà)出頻率-電壓關(guān)系曲線。表3-1 F/V轉(zhuǎn)換電路測(cè)試結(jié)果值輸入fi(KHz)12345678910輸出uo實(shí)際值(V)輸出uo理論值(V3.電流與電壓轉(zhuǎn)化電路實(shí)驗(yàn)自行設(shè)計(jì)電流與電壓轉(zhuǎn)換的電路，并畫(huà)出轉(zhuǎn)換曲線。表3-2 I/V轉(zhuǎn)換電路測(cè)試結(jié)果值輸入I（mA）12345678910輸出V實(shí)際值(KHz)輸出V理論值(KHz)五、思考題1. 分析頻率-電壓測(cè)試輸出結(jié)果的實(shí)際值與

24、理論值誤差的原因。2. 總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，說(shuō)明集成運(yùn)放在自動(dòng)測(cè)量和控制中的作用實(shí)驗(yàn)六 四細(xì)分辨向?qū)嶒?yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?深入了解直傳式細(xì)分的工作原理。2學(xué)會(huì)四細(xì)分辨向電路的細(xì)分過(guò)程及方法。3. 掌握細(xì)分電路的測(cè)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 四細(xì)分辨向電路實(shí)驗(yàn)。 2. 方波相位差90電路實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)原理 細(xì)分電路在機(jī)械和電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，信號(hào)的細(xì)分和辨向主要是針對(duì)測(cè)控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的位移信號(hào)，例如來(lái)自于光柵、感應(yīng)同步器、磁柵、容柵和激光干涉儀等信號(hào)的細(xì)分。這類(lèi)信號(hào)的共同特點(diǎn)是：信號(hào)具有周期性，信號(hào)變化一個(gè)周期就對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的位移量。測(cè)量電路通常采用對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的測(cè)量，若單純對(duì)信

25、號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，則儀器的分辨力就是一個(gè)信號(hào)周期所對(duì)應(yīng)的位移量。為了提高儀器的分辨力，就需要使用細(xì)分電路。信號(hào)細(xì)分電路又稱插補(bǔ)器，是采用硬件電路的手段對(duì)周期性的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行插值來(lái)提高儀器分辨率的一種方法。細(xì)分的基本原理是：根據(jù)周期性測(cè)量信號(hào)的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律，在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行插值，從而獲得優(yōu)于一個(gè)信號(hào)周期的更高的分辨力。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，細(xì)分電路可達(dá)到的分辨力越來(lái)越高，同時(shí)成本缺不斷降低，電路細(xì)分已經(jīng)成為人們提高儀器分辨力的主要手段之一。1.原理四細(xì)分辨向電路為最常用的細(xì)分辨向電路，輸入信號(hào)具有一定相位差(通常為90)的兩路方波信號(hào)。細(xì)分的原理基于兩路方波在一個(gè)周期內(nèi)具有兩個(gè)

26、上升沿和兩個(gè)下降沿，通過(guò)對(duì)邊沿的處理實(shí)現(xiàn)四細(xì)分辨向是根據(jù)兩路方波相位的相對(duì)導(dǎo)前和滯后的關(guān)系作為判別依據(jù) 。（1） 相位差90的兩路信號(hào)產(chǎn)生電路圖4-1 由D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器組成的90度方波移相器UiUoaUob圖4-2 90度方波移相器波形圖本方案原理是利用這一系列觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)特性。74LS74是上升沿D觸發(fā)器，而74LS112則是下降沿JK觸發(fā)器。74LS112芯片中有兩個(gè)JK觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有信號(hào)輸入端J、K時(shí)鐘輸入端CP，異步置0端和異步置1端。和的優(yōu)先權(quán)高于J、K和CP，當(dāng) 和為高電平（無(wú)效）時(shí)，電路才具有JK觸發(fā)器的特性，而且是CP下降沿觸發(fā)。其特征方程可寫(xiě)成。要從JK觸發(fā)器

27、轉(zhuǎn)化為D觸發(fā)器則是一件很容易的事情，只要在JK觸發(fā)器的K端接至反相器的輸入端，反相器的輸出端接至JK觸發(fā)器的J端就構(gòu)成了下降沿的D觸發(fā)器。實(shí)踐證明，要實(shí)現(xiàn)本方案較為簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)得到的波形關(guān)系見(jiàn)圖4-2。（2）單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路DG7&UO1DG5UO2DG10R1&1&11A1DG1C1R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6ABBBAAAA1BBBAAABBB1A圖4-3 單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路DG3圖4-3為單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路。它是利用單穩(wěn)提取兩路方波信號(hào)的邊沿實(shí)現(xiàn)四細(xì)分。A、B是兩路相位差為90的方波信號(hào)， 傳感器正向移動(dòng)時(shí)和傳感器反向運(yùn)動(dòng)時(shí)波形圖分別見(jiàn)圖4-4傳感器正向移動(dòng)時(shí)，

28、設(shè)A導(dǎo)前B(波形見(jiàn)圖4-4a)，當(dāng)A發(fā)生正跳變時(shí)，由非門(mén)DG1、電阻R1、電容C1和與門(mén)DG3組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)A，此時(shí)為高電平，與或非門(mén)DG5有計(jì)數(shù)脈沖輸出，由于B為低電平，與或非門(mén)DG10無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出。當(dāng)B發(fā)生正跳變時(shí)，由非門(mén)DG6、電阻R3、電容C3和與門(mén)DG8組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)B，此時(shí)A為高電平，DG有計(jì)數(shù)脈沖輸出，DG10仍無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出。當(dāng)A發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，由非門(mén)DG2、電阻R2、電容C2和與門(mén)DG4組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)，此時(shí)B為高電平，與或非門(mén)DG5有計(jì)數(shù)脈沖輸出，DG10無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出。當(dāng)B發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，由非門(mén)DG7、電阻R4、電容C4和與門(mén)DG9組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號(hào)，此時(shí)為高電平，DG5有計(jì)數(shù)脈沖輸出，DG10無(wú)計(jì)數(shù)脈沖輸出。這樣，在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，DG5在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)依次輸出A、B、四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分。在傳感器反向運(yùn)動(dòng)時(shí)