【正文】 ? 。 對數(shù)對數(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 。 /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。 ? 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) ” 。 ? 淺層的信息處理 基本上屬于對信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理，僅僅利用了語法信息的因素。 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。 ? 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) 。 （ 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 。 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 。 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。 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。 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 。 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 ， 確定它們的相對大小 。 ② 矢量比較 ——它識(shí)別一組同類的未知量的相對大小 ， 并按照由大到小 （ 或由小到大 ）的順序排列起來 。 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。 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 。 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 。 如指針的偏轉(zhuǎn) 、發(fā)光的數(shù)碼 、 字符和圖像等 。 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 。 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 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 93 (續(xù)） 4） 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 。 （ 5） 變換 方波變成三角波或正弦波 ， 三角波變成正弦波或方波 ， 正弦波變成方波或三角波等 。 （ 4） 合成 多種波形疊加成復(fù)雜波形 。 （ 2） 限幅 把信號(hào)波形幅度限制在一定范圍內(nèi) （ 3） 微分 由矩形脈沖形成一個(gè)窄脈沖 。 ? 它可以把頻率上限擴(kuò)展到幾 GHz甚至幾十 GHz。 （ 6） 頻率合成 ? 頻率合成是把一個(gè) （ 或少量幾個(gè) ） 高穩(wěn)晶振頻率源經(jīng)過一系列綜合的加 、減 、 乘 、 除四則運(yùn)算 ， 可作為隨意調(diào)節(jié)頻率的高精度信號(hào)源 。 1的相對誤差為 103， 如果先對其進(jìn)行 103倍的鎖相倍頻后測量 ， 則該項(xiàng)誤差可降為106。 1誤差將決定測量誤差 。 ② 差頻倍增法 ③ 用倍頻法減小測量誤差 。 ? ⑤ 實(shí)現(xiàn)頻率的精密測量 。 ? ③ 獲得高增益 ， 提高測量儀器的靈敏度 。 斬波的作用是對微弱的直流電壓進(jìn)行放大 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 89 (續(xù)） （ 3） 變頻 （ 混頻 ） ? ① 進(jìn)行頻率的加減運(yùn)算 。 ? 電子測量儀器輸入端具有很高輸入阻抗 ， 輸入跟隨器 則是實(shí)現(xiàn)了輸入通道從高阻到低阻的阻抗變換。 ? 為保證良好的傳輸 ， 必須在傳輸線與負(fù)載之間或不同特征阻抗的傳輸線之間接入一種阻抗變換的 雙口網(wǎng)絡(luò) ， 改變阻抗的大小 ， 實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配 。 還采用 分流器 、 比例變壓器 、 定向耦合器 把被測電流 、 電壓 、 功率的量值降低或升高后進(jìn)行測量 。 ? 衰減器 ——用來降低測量系統(tǒng)中的信號(hào)電平 用途：使大的信號(hào)進(jìn)入儀器的測量范圍 ， 或者通過降低信號(hào)電平來控制失真 ， 或改進(jìn)阻抗匹配 ， 或?qū)π盘?hào)源去耦等 。 要求 低漂移 ! 結(jié)構(gòu)原理：差動(dòng)直接耦合式 、 調(diào)制式 （ 斬波穩(wěn)零 ） 和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 86 電子測量中的變換技術(shù) (續(xù)） （ 1） 信號(hào)放大與衰減 信號(hào)放大是為了將微弱的被測信號(hào)，放大到足以進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換處理， 或能驅(qū)動(dòng)指示器、記錄儀。 ? 把量值處于難以測量邊緣狀態(tài) （ 太小或太大 ） 的被測量 ， 按某一已知比值變換為量值適中的同樣參量進(jìn)行測量 。 ? 量值是指電壓 、 電流 、 功率 、 阻抗 、 時(shí)間等電參量的幅值大小 。 ? 特別適用于平衡對稱結(jié)構(gòu)的測量裝置中，并通過交換法可檢查其對稱性是否良好。 xSx S x???? ? ???/???0v +vx s電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 81 減少誤差的復(fù)合式比較 （續(xù)） 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 82 減少誤差的復(fù)合式比較 （續(xù)） ? 在測量條件不變的情況下，用一已知的標(biāo)準(zhǔn)量去替代未知的被測量，通過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量而保持替代前后儀器的示值不變，于是 標(biāo)準(zhǔn)量的值等于被測量值。 ? 在零示法中，要仔細(xì)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量 S 使之與未知量 x相等，這通常很費(fèi)時(shí)間，有時(shí)甚至不可能做到， ? 微差法：標(biāo)準(zhǔn)量 S與被測量 x 相差了一微小量 δ ，再用儀器測出 δ ，即求得待測量 x xs ???電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 80 減少誤差的復(fù)合式比較 （續(xù)） 微差法進(jìn)行測量時(shí)，測量誤差公式： ?測量儀器的誤差 對測量的影響被大大地削弱。 K1 K2 Kn β 1 β 2 β n y △ x xy x Y=(1/β )x 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 78 基于差值示零的直接比較法 （續(xù)） ? 跟蹤反饋比較式 A/D轉(zhuǎn)換原理 時(shí)鐘發(fā)生器 時(shí)鐘 加 /減計(jì)數(shù)器 D/A 轉(zhuǎn)換器 基準(zhǔn)電壓 er ＋ － 數(shù)字顯示器 ux us=Ner N 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 79 減少誤差的復(fù)合式比較 為了提高測量準(zhǔn)確度，在比較中可采用各種減小測量誤差的方法，如 微差法 、替代法 、 對照法 。 2. 正向通道中各環(huán)節(jié)的變化不影響儀器的輸出 y，精心制作 反向回路 是保證整個(gè)儀器精度的關(guān)鍵。 ? 比較功能可由運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn) , 有兩種方式： ? 差值運(yùn)算比較 ? 比例運(yùn)算比較 x sy比較電路被測量 標(biāo)準(zhǔn)量電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 74 基于差值示零的直接比較法 2. 差值示零的平衡調(diào)節(jié) （ 1） 零示法原理 : xs?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 75 基于差值示零的直接比較法 （續(xù)） （ 2） 實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu) K 1K 2減法比較或比例比較K 3變換變換變換 指示器 uxusy ＝ 0xs（a ) 雙通道對稱輸入結(jié)構(gòu)mu 或? 當(dāng) 則 skkx12?12kk? xs??有利于減小由 儀器部件 或者 環(huán)境條件變化 引起的誤差。在測量范圍內(nèi)選定一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)輸入量，測量儀表刻度盤上對應(yīng)于輸入量的指針指示值作出刻度。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 71 基于比例變換的間接比較法 （續(xù)） （ 2）間接比較方法 ： ? 步驟為①校準(zhǔn) ②測量 （a ) 測零點(diǎn)值非電－電變換 K1主體電－非電變換 K3電－電變換 K2傳感器 變換電路 顯示器（b ) 測標(biāo)準(zhǔn)量非電－電變換 K1主體電－非電變換 K3電－電變換 K2傳感器 變換電路 顯示器（c ) 測未知量非電－電變換 K1主體電－非電變換