【正文】 參量變換 （ 1） AVΩ 變換 ——電流 、 電壓 、 電阻之間的變換 ? 多用表中采用的 AVΩ 變換 ， 包括交流 /直流 （ AC/DC） 、 電流 /電壓 （ I/V）和電阻 /電壓 （ /V） 的轉(zhuǎn)換 ， 實(shí)現(xiàn)了交 、 直流電壓 、 電流 、 電阻等多種測量功能 。 （ 2） V/F變換 ——模擬直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率 （ 3） V/T變換 ——模擬直流電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間 （ 4） 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換 ——網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測量難度大 ， 通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變換只需要測出易測的參量 ， 就可以根據(jù)函數(shù)關(guān)系得到其他參量 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 94 (續(xù)） 能量變換是泛指其他多種形式的物理量與電學(xué)量之間的變換 。 傳感器就是能量變換器 ， 即從非電量變換成電量 ? 一般分為 參量變換器 及 電勢變換器 兩大類： ? 參量變換器是將各種物理量變換成電阻 、 電感 、 電容或磁導(dǎo)率等 。 例如 ， 常用的電阻絲應(yīng)變片 、 電感式變換器 、 電容式變換器 ? 電勢變換器是將各種物理量變換成電勢 、 電流等電量的變換器 ， 例如 ， 感應(yīng)變換器 、 光電變換器 、 壓電變換器 、 熱電偶等 。 ? 在顯示器中 ， 把電量變換成非電量 ——機(jī)械量 、 光學(xué)量等 。 如指針的偏轉(zhuǎn) 、發(fā)光的數(shù)碼 、 字符和圖像等 。 /數(shù)和數(shù) /模變換 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 95 (續(xù)） ? 例：試說明實(shí)現(xiàn)彈簧稱 、 指針式直流電壓表 、 電子示波器等三種儀器的測量功能中所采用的變換技術(shù) 。 解： ① 彈簧稱 ——把物體的重量變成了彈簧長度的形變 ， 進(jìn)行了機(jī)械量到機(jī)械量的變換； ② 指針式直流電壓表 ——電壓的量值變成了電表指針偏轉(zhuǎn)角的大小 ， 進(jìn)行了電量到機(jī)械量的變換； ③ 示波器 把電信號(hào)的波形無失真地變換成了在熒光屏上光信號(hào)的波形 ， 進(jìn)行了電到光的變換 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 96 (續(xù)） ? [例 ] 試以數(shù)字多用表測量交流電流為例 ， 闡述變換技術(shù)在電子測量中的應(yīng)用 。 ① 交流電流 /交流電壓的變換； ② 交流電壓 /直流電壓的變換； ③ 直流電壓的幅值變換； ④ 模擬 /數(shù)字的變換； ⑤ BCD碼 /七段碼的碼制變換； ⑥ 顯示器件的電 /光轉(zhuǎn)換 。 I ~ /V ~ AC/DC 放大或 衰減 A / D BCD/ 七段碼 數(shù)碼顯示i ~電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 97 (續(xù)） ? 例：一個(gè)工件傷痕檢測系統(tǒng)使用的變換技術(shù) ①機(jī)械量信息到光信號(hào)；②光信號(hào)變換成電信號(hào)；③電信號(hào)被放大，進(jìn)行了幅度變換；④對(duì)電信號(hào)比較、校正的處理后抽取出了有關(guān)傷痕的有用信息；⑤電信號(hào)到光信號(hào)的變換。 傷痕▲比較校正顯示工件光源光信號(hào)電信號(hào)濾光片透鏡固體圖像傳感器放大標(biāo)準(zhǔn)樣板電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 98 電子測量中的比較技術(shù) ? 被測量為 x、標(biāo)準(zhǔn)量為 s、比較電路輸出為 y。 ? 當(dāng) xs 時(shí)， y=YL；當(dāng) xs時(shí)， y=YH ? 當(dāng) x=s 時(shí)， y出現(xiàn)一個(gè)躍變信號(hào) 被測量 標(biāo)準(zhǔn)量 x s 比 較 電 路 y y H y L 0 y s x 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 99 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) （ 1） 比較的基本類型 （ 按功能分 ） ： ① 標(biāo)量比較 ——它只識(shí)別兩個(gè)同類的未知量是否相等 ， 例如兩個(gè)爐子溫度是否相等 。 ② 矢量比較 ——它識(shí)別一組同類的未知量的相對(duì)大小 ， 并按照由大到小 （ 或由小到大 ）的順序排列起來 。 ③ 差值比較 ——利用具有減法運(yùn)算功能的比較電路 ， 取出兩個(gè)未知量之間的間隔大小（ 差值 ） ， 并對(duì)差值進(jìn)行比較 。 ④ 比值比較 ——它選擇某個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn) ， 將每次測量值除以參考值 ， 確定它們的相對(duì)大小 。 例如 ， 在一組測量值中以最大測量值作參考 ， 得到測量值以百分?jǐn)?shù)表示 。 ⑤ 量化比較 ——被測未知量與標(biāo)準(zhǔn)單位量比較 ， 確定它是該單位的若干倍或是若干分之一 。 A/D轉(zhuǎn)換器是基于量化比較的典型部件 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 100 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) 0v +vx sx s（ 2） 電子測量中的典型比較方法 ① 差值運(yùn)算比較 ? A． 零示法：若測量過程中調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量 s， 使 y=0（ 電路平衡 、 指示器為零 ） 時(shí) ， 則 x=s。 ? B． 偏轉(zhuǎn)法：若測量過程中選擇接近 x的 s， 指示器測出微小差值 y， 則 x=s+y（ 微差法 ） 。 ② 比例運(yùn)算比較 y=x/s ? A． 零示法：若調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量 S， 使 y=1（ 電路平衡 ，指示器為 1） ， 則 x=s。 ? B. 偏轉(zhuǎn)法：若固定 S值 ， 指示器測出 y值 ， 則 x=y*s。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 101 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) （ 1） 電平比較 ? 兩個(gè)模擬電壓的大小的比較是用電壓比較器來實(shí)現(xiàn)的 （ a ）差動(dòng)型 （ b ）求和型 （ c ）比較特性_+u xu su o_+u xu s比較器u ou sux0xsuu?12xsRuuR??電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 102 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) （ 2） 差值型比較 采用能輸出模擬差值電壓的減法運(yùn)算放大器 。 實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算功能的方法也有差動(dòng)型比較 和 求和型比較 兩種 。 （ 3） 比例型比較 具有 除法 或 比例運(yùn)算功能 的電路或部件 ， 也可完成被測量與標(biāo)準(zhǔn)量的比較 。例如 ， 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器中 ， 被測電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間具有如下關(guān)系： 21xsTUUT?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 103 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ? 電橋電路具有對(duì)稱差動(dòng)的電路結(jié)構(gòu) ， 是一種電量天平 ， 可以十分方便地實(shí)現(xiàn)差值檢測和比例比較的功能 。 ? 電橋電路具有 靈敏度高 、 測量范圍寬 ， 溫度補(bǔ)償容易實(shí)現(xiàn) ， 測量電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)方便 等特點(diǎn) 。 （ a） 比例臂電橋 （ b） 有源電橋 （ c） 電壓電橋 （ d） 電流電橋 3124ZZZZ? 12NNZZsx ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 104 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) 例 . 比例運(yùn)算比較（半橋）電路 ～ U sa R sR xbU o+_xossRURU? oxssURRU?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 105 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) （ 時(shí)間 ） 比較 ? ①時(shí)間差值比較：用 RS觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)時(shí)差的比較 R S 觸發(fā)器t At BQS Rt Bt AT?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 106 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ② 差頻比較： 混頻器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的減法運(yùn)算 還可利用差頻比較法測量頻率 ③比例比較： 測頻率 fx=Nfs ；測周期 Tx=NTS 混頻器f Af BF=f fA B被測頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率混頻器Ff xf s零差指示= f x f s電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 107 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) 5. 相位比較 ——使用鑒相器 ? （ 1）用乘法器或相敏檢波器鑒相 ? ? ? ? ? ? c o s2x m s mo K U Uu ??K xy u x u s u o = u x u s + _ 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 108 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ? （ 2）脈沖與數(shù)字式鑒相器 ? 觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖鑒相器 :RS觸發(fā)器或 D觸發(fā)器 ? 數(shù)字式鑒相器 :由相位比較器 （ 9個(gè)與非門 ） 和電荷泵組成 6. 數(shù)字比較 二進(jìn)制的數(shù) N1和 N2加于異或門的輸入端 ， 即可進(jìn)行比較 數(shù)字比較器數(shù)字比較器數(shù)字比較器N1N2Q電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 109 電子測量中的比較技術(shù) (續(xù) ) ? [例 ] 差動(dòng)型電容式傳感器能把位移、壓力、振動(dòng)、液面位置等物理量的變化，可高分辨地轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電容值之差值，即△ C=C1C2（ C1 C2一般很小，為幾皮法到幾十皮法），測量出△ C，即可測出其被轉(zhuǎn)換的物理量。 12012()2 CCUU CC?? ?交流放大器相敏檢波器低通濾波器交流信號(hào)源U oCC1 2電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 110 電子測量中的處理技術(shù) ? 信號(hào)運(yùn)算與處理是電子測量中的基本技術(shù) ， 泛指為了各種目的而對(duì)信息進(jìn)行的變換和加工 。 ? 淺層的信息處理 基本上屬于對(duì)信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理，僅僅利用了語法信息的因素。 例如，在測量交流電壓的平均值、峰值、有效值時(shí)，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開方、平均、取絕對(duì)值、峰值等運(yùn)算與處理。 ? 深層信息處理 （特別是直接與優(yōu)化、決策、認(rèn)知等相聯(lián)系的信息處理）是為了要從原始信息中獲得相關(guān) “ 知識(shí) ” 。 ? 運(yùn)算電路分為 模擬運(yùn)算電路 和 數(shù)字運(yùn)算電路 兩大類 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 111 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) 1. 基本模擬運(yùn)算 ? 運(yùn)算放大器輔之以不同的電路元件，可以組成諸如比例、加減、微分、積分、對(duì)數(shù)、指數(shù)和乘除等電路 （ 1）四則運(yùn)算電路 A 1u 2RR_+ A 2RR_+RRRU oRu 1u 3u 4R0 1 2 4U U U U U? ? ? ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 112 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) 指數(shù)和對(duì)數(shù)運(yùn)算電路則是利用 二極管的電流與其端電壓 在一定條件下存在的指數(shù)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。 /1 iTUUosU R I e?? 1l n ( / ) l no T i s iU U U R I k U? ? ? ? AU iDR 1_+R 2AU iR 1D_+R 2U o圖 22 0 指數(shù)電路和對(duì)數(shù)電路電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 113 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) 乘法運(yùn)算或除法運(yùn)算： 模擬乘法器： 是新型集成器件，是利用晶體管的非線性特性。通過電路設(shè)計(jì)，僅保留由晶體管非線形所產(chǎn)生的兩路輸入信號(hào)的 乘積項(xiàng) 。 對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)加 法或減法指數(shù)U 1U 2U o12oU U U?? 12oU U U??電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 114 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) （ 2） 積分和微分電路 ? 運(yùn)算放大器外接 電感和電容 等儲(chǔ)能元件，則利用電路在時(shí)域中的過渡過程可形成積分電路和微分電路；利用其頻域特性則可構(gòu)成形形色色的濾波電路 Au iR 1u c_+Ci Au i _+Ru oCR 1（ a ）基本積分電路 （ b ）基本微分電路21 11 ()to i ctU u d t u tRC? ? ??/oiu R C d u d t??電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 115 電子測量中的處理技術(shù) (續(xù) ) （ 3）有源濾波器 ? 按照頻譜分析的觀點(diǎn) ， 任何信號(hào)都是一些不同幅度和不同頻率的正弦信號(hào)的組合 。 ? 在被測信號(hào)中 ， 除了有用的頻率成分之外 ， 往往不可避免地含有一些無用噪聲的頻率成分 。 ?