【正文】 比例變換的間接比較法 （續(xù)） （ 2） 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 由于 故： 式中 K 1 K 3K 2xu 2 u 3 yu 1y 1 y 2 y 3信源點(diǎn) 信宿點(diǎn) )( 111 uxKy ?? )( 2122 uyKy ?? )( 3233 uyKyy ???3 2 1 1 2 3{ [ ( ) ] }y K K K x u u u K x u? ? ? ? ? ?1 2 3K K K K? 3211 2 3uuuuK K K? ? ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 70 基于比例變換的間接比較法 （續(xù)） （ 2）間接比較方法 ： ? 是把被測量與標(biāo)準(zhǔn)量各自單獨(dú)地通過變換（三種類型子變換），分別變換成輸出的顯示量后，再根據(jù)各自的讀數(shù)值進(jìn)行比較。 2. 不是同時對測量儀器作用，一次測量完成，而是兩次單獨(dú)測量操作，再對測量結(jié)果進(jìn)行比較。 4. 比較為非同時比較。 ? 刻度校準(zhǔn) －－－在規(guī)定條件下，利用試驗(yàn)建立儀表或者測量系統(tǒng)輸入量 x與 輸出量 y之間的關(guān)系 K 值。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 73 基于差值示零的直接比較法 : 被測量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較 ① 需要一個具有 比較功能的電路 ， 要求比較的 范圍寬 、 靈敏度 和 分辨力高 ； ② 需要一個 與被測量同類的可變標(biāo)準(zhǔn)量 參與比較 ， 要求標(biāo)準(zhǔn)量 準(zhǔn)確且可細(xì)微調(diào)節(jié) 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 76 基于差值示零的直接比較法 （續(xù)） 對稱差動的橋式結(jié)構(gòu) ( b ) 對稱橋式結(jié)構(gòu)sx激勵源y=02r1r當(dāng) 時， 12rxsr?12rr?xs?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 77 基于差值示零的直接比較法 （續(xù)） ? 反饋比較式平衡結(jié)構(gòu) 1. 當(dāng)正向通道變換系數(shù) K相當(dāng)大時， △ x僅是輸入量很小的一部分，正向通道只是 高靈敏度發(fā)現(xiàn) 和 放大偏差△ x的環(huán)節(jié)。一般反向回路設(shè)計為 可電控 的可變標(biāo)準(zhǔn)量 。 （ 1） 微差法 ? 也稱為虛零法和差值偏轉(zhuǎn)法，偏差法和零位法相結(jié)合的一種復(fù)合測量法。 優(yōu)點(diǎn)： 測量速度快和測量準(zhǔn)確度高。 消除了 KK r等參數(shù)對誤差的影響 替代法的測量原理 x s 0 v +v 2 K K 1 （ b) 零示法 (a) 偏轉(zhuǎn)法 x s 0 v +v 2 K K 1 r 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 83 減少誤差的復(fù)合式比較 （續(xù)） ? 通過交換被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的位置，從前后兩次換位測量結(jié)果的處理中，削弱或消除系統(tǒng)誤差。 第一次平衡 第二次平衡 上兩式相乘、開方得： 1 2 1 21 ()2xW W W W W? ? ?1 1 2xW l W l?2 2 1xW l W l?( a ) 天平稱重xW W1l1l2xWW2l1l2電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 84 減少誤差的復(fù)合式比較 （續(xù)） 例：在電橋中采用交換法測電阻 1 2 1 21 ()2x s s s sR R R R R? ? ? ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 85 電子測量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù) 電子測量中的變換技術(shù) 變換是實(shí)現(xiàn)間接測量的基本環(huán)節(jié) 。 ? 量值變換即指把它們的幅值按比例地增大或縮小 。 ? 通過量值變換 ， 可增加測量范圍 ， 提高測量分辨力和精度 。 ? 測量放大器 ——是指在測量系統(tǒng)中用來放大微弱電壓 、 電流或電荷信號的放大器 。 還有高輸入阻抗放大電路 、 高共模抑制比放大器 、 電橋放大器 、 電荷放大器 、 程控增益放大器 、 隔離放大器等 。 分類：電阻式 、 感應(yīng)式 、 吸收式 、 回轉(zhuǎn)式 、 截止式 、 電調(diào)式等 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 87 (續(xù)） （ 2） 阻抗變換 ? 電子測量中 ， 特別是在 微波測量 中 ， 當(dāng)將不匹配的負(fù)載與傳輸線連接時 ，或?qū)⑻卣髯杩共煌膫鬏斁€進(jìn)行連接時 ， 信號傳輸中將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射 。 ? 在信號源的 功率放大器 輸出電路中，也要求負(fù)載阻抗匹配，常用變壓器等進(jìn)行阻抗變換，以保證最佳功率傳輸。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 88 (續(xù)） ? （ 1） 檢波 ：交流電壓變成直流電壓 常用磁電式電表 ， 它只能測量直流 ， 交流信號必須檢波成直流信號來測量 . ? （ 2） 斬波 ：把一個直流電壓調(diào)制成交流電壓 ， 經(jīng)過交流放大 ， 然后再把交流電壓通過反調(diào)制 （ 解調(diào) ） 還原為直流電壓的過程 。 ? ② 獲得很寬的頻率覆蓋范圍 。 ? ④ 實(shí)現(xiàn)中頻或低頻替代 ， 以提高測量精度 。 例： f=～ 220kHz f0=200kHz 則 F=ff0=20Hz～ 20kHz 覆蓋系數(shù)從 1000 LC振蕩器f F=ff 0f 0電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 90 (續(xù)） （ 4） 倍頻 ① 倍頻器是頻率綜合技術(shù)中的乘法器 。 利用電子計數(shù)進(jìn)行頻率測量時 ， 177。 若 KHz， 177。 ()x s x sm f m f m f f m f? ? ? ? ?電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 91 (續(xù)） （ 5） 分頻 ? 分頻是于對信號頻率進(jìn)行除法運(yùn)算 。 （ 7） 取樣技術(shù) ? 取樣門電路將高頻信號進(jìn)行取樣變換 ， 使之以低頻形式復(fù)現(xiàn)出來 。 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微電子方向 2022/3/13 92 (續(xù)） （ 1） 整形 將任意形狀的波形變成規(guī)則的脈沖波形 ， ? 例如 ， 用于電子計數(shù)器的輸入通道中 。 ? 在電子計數(shù)器 、 取樣示波器 、 廣譜信號源中廣泛使用 。 ? 例如合成 CRT顯示的視頻信號波形 。 ? 波形變換技術(shù)廣泛用于多波形函數(shù)發(fā)生器中 。 （ 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 。 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 。 ? 在顯示器中 ， 把電量變換成非電量 ——機(jī)械量 、 光學(xué)量等 。 /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) 。 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 。 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；②光信號變換成電信號；③電信號被放大，進(jìn)行了幅度變換；④對電信號比較、校正的處理后抽取出了有關(guān)傷痕的有用信息；⑤電信號到光信號的變換。 ? 當(dāng) xs 時， y=YL；當(dāng) xs時， y=YH ? 當(dāng) x=s 時， y出現(xiàn)一個躍變信號 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 ——它只識別兩個同類的未知量是否相等 ， 例如兩個爐子溫度是否相等 。 ③ 差值比較 ——利用具有減法運(yùn)算功能的比較電路 ， 取出兩個未知量之間的間隔大?。?差值 ） ， 并對差值進(jìn)行比較 。 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 。 A/D轉(zhuǎn)換器是基于量化比較的典型部件 。 ? 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 ） 。 ? B. 偏轉(zhuǎn)法：若固定 S值 ， 指示器測出 y值 ， 則 x=y*s。 實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算功能的方法也有差動型比較 和 求和型比較 兩種 。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) ) ? 電橋電路具有對稱差動的電路結(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 。 （ 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) ) （ 時間 ） 比較 ? ①時間差值比較：用 RS觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)時差的比較 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 12012()2 CCUU CC?? ?交流放大器相敏檢波器低通濾波器交流信號源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信息進(jìn)行的變換和加工 。 例如，在測量交流電壓的平均值、峰值、有效值時，需要對信號進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開方、平均、取絕對值、峰值等運(yùn)算與處理。 ? 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)。通過電路設(shè)計，僅保留由晶體管非線形所產(chǎn)生的兩路輸入信號的 乘積項(xiàng) 。 ? 在被測信號中 ， 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