第五章 信号变换与调理

物理学的任务在于把自然现象归结为简单的力学定律。

——海因里希·鲁道夫·赫兹德国物理学家1857-1894导体中电流强弱无线电波信息收信端（磁场变化）信息电流第五章信号变换与调理§5.0变换及调理的目的§5.1电桥

§5.2调制与解调§5.3滤波器▼▼▼▼§5.0变换及调理的目的

→便于信号的传输与处理。1.被测量经传感器后的输出信号通常是很微弱的电信号或非电压信号，这些微弱信号或非电压信号难以直接被显示或输入到计算机进行处理，需要进一步放大。

3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制、解调处理。

▲2.有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，需要去除掉噪声，以提高信噪比。§5.1电桥

电桥a、c两端接电源Ui，称供桥端；b、d两端接输出电压Uo，称输出端。

将电阻R(应变片)、电感L、电容C等参数变为电压ΔU或电流ΔI信号后输出的一种测量电路。其输出既可以用于指示仪，也可以送入放大器中进行信号放大。

桥臂惠斯登电桥电桥根据桥臂阻抗性质分为电阻电桥

电容电桥

电感电桥根据激励电源类型分为直流电桥:直流电源—只用于测量电阻R的变化。

交流电桥：交流电源—测量电阻R、电容C、电感L的变化。1.电桥的分类2.直流电桥四个桥臂由电阻R1、R2、R3和R4组成。使用时，桥臂电阻值作为输入，电桥有无输出只与被测量引起的电阻变化量有关。

采用直流电源的电桥称为直流电桥。VR1R3R2R4（1）平衡条件R1·R3=R2·R4

电桥的输出：平衡的条件：VR1R3R2R4推导温敏电阻直流电桥R1＋R

U0＋U

为了简化设计，R2=R3=R4=R0

，而R1=R0+R直流电桥R0＋R

U0＋U

电桥的灵敏度定义为单臂接法全桥接法半桥接法

电桥电路统一表示：推导推导说明：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）。

（2）电桥用于应变片传感器的温度补偿可以在工作应变片附近同样环境温度变化的地方设置一个并不用于测量应变的、参数完全相同的补偿应变片，并把它接入与工作应变片相邻的桥臂上。（3）电桥测量的误差

非线性误差

温度误差

直流电源的电压稳定性造成的误差单臂输出：半桥输出：全桥输出：直流电桥（4）直流电桥的特点●

所需的高稳定度直流电源容易获得；●电桥输出是直流，可用直流仪表直接测量显示；●易于实现电桥的平衡调节；●对从传感器到测量仪表的连接导线要求较低；●输出需接直流放大器。直流放大器比较复杂，易受零漂和接地电位的影响。（5）直流电桥的注意事项

电桥的输出为R/R0与供桥电压Ui的乘积。由于R/R0是一个非常小的量，电源电压不稳定所造成的工频干扰是不可忽略的，不适于作动态测试（频带大、增益恒定的放大器很难选择）。为了抑制工频干扰，通常采用如下措施：

电桥的信号引线采用屏蔽电缆；屏蔽电缆的屏蔽金属网应该与电源至电桥的负接线端相连接，并与放大器的机壳隔离；放大器应该具有高共模抑制比。（1）平衡条件3.交流电桥交流电桥其中，Z1、Z2、Z3、Z4为阻抗的模，而1、

2、

3、

4为阻抗角，是各桥臂电流与电压之间的相位差。平衡条件相对臂阻抗模之积相等相对臂阻抗角之和相等问题讨论：

对于不同类别的阻抗元件应具有不同的阻抗角。纯电阻元件的阻抗角＝0；电容性阻抗<0；电感性阻抗>0。四个桥臂中有两个相邻桥臂，如1、2接入纯电阻，1=2=0。根据平衡条件对相位的要求，必须使3=4，这说明电桥的另外两个桥臂必须具有同类的阻抗，要么都是电容要么都是电感。四个桥臂中有两个相对桥臂，如1、3接入纯电阻，1=3=0。根据平衡条件对相位的要求，其余的两个相对桥臂必须具有异类的阻抗，如一边是容抗，则其对边应为感抗。（2）电容电桥电容电桥

平衡条件（3）电感电桥电感电桥

平衡条件推导推导▲（4）电阻交流电桥的平衡用于应变测量的交流电桥除应变片的纯电阻外，还有导线间的分布电容，这相当于在相关桥臂上并联一个电容。平衡条件：（5）交流电桥的特点●

输出为高频调幅波，不易受外界工频干扰；●后接的交流放大器结构简单、零漂小、价格相对便宜；●转换精度较高；易于实现不失真测试；●输出调幅波需经相敏检波器进行解调；●供桥电源要具有较高的幅值、频率稳定性和良好的波形。（6）交流电桥的注意事项

交流电桥平衡条件是仅针对供桥电源只有一个频率w的情况下推出的；当供桥电源有多个频率成分时，得不到平衡条件，电桥是不平衡的；供桥电源应具有良好的电压波形和频率稳定性；一般采用5kHz~10kHz高频振荡作为供桥电源，以便消除外界工频干扰；交流电桥主要用于动态测试，并使不同频率的动态信号的后续放大器所要求的特性易于实现；导线间的分布电容对其影响较大，尤其是在高频电路中。4.应变、应力的测量（1）测量原理

电阻应变片和应变仪测定构件的表面应变，根据应变与应力的关系式（虎克定律），确定构件表面的应力状态。

把应变片按构件的受力情况，合理地粘贴在被测构件变形的位置上，当构件受力变形时，应变片敏感栅的电阻值就发生相应的变化。其变化量的大小与构件变形成一定的比例关系，通过测量电路转换为与应变成比例的模拟信号。根据被测应变的性质和工作频率不同，采用不同的应变仪。类别测量应变信号测量频率范围静态电阻应变仪静态应变0~15Hz静动态电阻应变仪单点动态应变<200Hz动态电阻应变仪周期或非周期动态应变<5kHz超动态电阻应变仪动态应变>10kHz遥测电阻应变仪测旋转体、运动体动态电阻应变仪的框图（2）应变仪的电桥特性

应变仪采用交流电桥，电源以载波频率供电，四个桥臂均为电阻，由可调电容来平衡分布电容。其中R1、R2、R3和R4为电桥的四个桥臂。若它们所产生的电阻变化用R1、R2、R3

和R4表示，初始各臂阻值相等，即R1=R2=R3=R4=R，且Ri<<Ri。若各桥臂应变片的灵敏度Sg=(R/R)/相同时，上式可写成

若相邻两桥臂(R1和R2)电阻同向变化(两电阻同时增大或同时减小)，所产生的输出电压的变化将互相抵消；若相邻两桥臂(R1和R2)电阻反向变化(两电阻一个增大，一个减小)，所产生的输出电压的变化将相互叠加。和差特性（3）应变片的布置与接桥方法

应变片的布置和接桥方法应根据测量的目的、对载荷分布的估计而定，以便利用电桥的和差特性。在测量复合载荷下的应变时，利用应变片的布置和接桥方法来消除相互影响的因素。在分析试件受力的基础上，选择主应力最大点为贴片位置。合理充分应用电桥的和差特性，只使需测应变引起电桥输出，具有足够的灵敏度和线性度。若测量梁的应变，在其上下表面各贴一应变片，并将其分别接在相邻两桥臂上，使其产生的输出电压相加。此二应变片因温度变化产生电阻变化而引起的同方向温度误差，由于它们接在相邻的桥臂上，所产生的附加温度电压相减而抵消，实现温度误差自动补偿。（4）在平面应力状态下主应力的测定

在实际工作中，常常需要测量一般平面应力场内的主应力，其主应力方向可能是已知的或未知的。①已知主应力方向

承受内压的薄壁圆筒型容器的筒体，处于平面应力状态下，其主应力方向是已知的。只需沿两个相互垂直的主应力方向各贴一片应变片。采取温度补偿措施，直接测出主应变1和2。其贴片和接桥方法如图所示。随后可按下式计算出主应力：②未知主应力方向

采取贴应变花的办法来进行测量。对于平面应力状态，若能测出某点三个方向的应变1、2和3，就可以计算出该点主应力的大小和方向。应变花声音信号接收调制Modulation解调Demodulation§5.2调制与解调广播电台的发射塔声音信号广播电台的发射塔调制Modulation已调制波实现缓变信号的放大和传输，特别是远距离传输；

提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比。

1.调制的目的→音频信号

利用缓变信号（调制信号）来控制、调节高频振荡信号（载波）的某个参数（幅值、频率或者相位），使其按缓变信号的规律变化。2.调制的种类调制信号载波信号缓变信号x(t)高频振荡信号a)幅值调制(简称调幅，AM，AmplitudeModulation)b)频率调制(简称调频，FM，FrequencyModulation)c)相位调制(简称调相，PM，PhaseModulation)根据信号调制的类型3.幅值调制（调幅）及其解调

调幅是将一个高频振荡信号y(t)（载波信号）与被测信号（调制信号）x(t)相乘，使载波信号y(t)的幅值随被测信号x(t)的变化而变化。幅值调制后的信号称为调幅波ym(t)

。调制信号载波信号调幅波(1)调幅的时域表达从时域上讲，调幅过程是使载波的幅值随调制信号的变化而变化。

设调制信号x(t)的最高频率成分为，载波信号(2)调幅的频域表达如果则，则调幅波：调制信号载波信号调幅波ƒ时域频域从频域上，调幅过程就等于把原信号频谱图形由原点平移到载波频率处，其幅值减半。总结：在时域上的调幅过程就相当于在频域上的频率搬移过程。音频信号广播电台的发射塔调幅AM调幅波载波信号应用：广播电台把声频信号频移至各自分配的高频、超高频频段上。广播电台的发射塔

对已调幅波进行鉴别以恢复成原始音频信号（低频缓变信号）的过程。调幅波从已调幅波中恢复出原始（调制）信号。(3)幅值解调的目的接收解调Demodulation(a)同步解调

时域分析将已调制波与原载波信号再作一次乘法运算。同步解调(a)调幅波频谱(b)载波信号频谱(c)同步解调后频谱(d)调制信号频谱频域分析(b)包络检波

在时域上，若调制信号不发生极性变化，则调幅波的包络线将具有原调制信号的形状。若调制信号发生极性变化，将调制信号x(t)在进行幅值调制之前，先预加一直流分量A，使之不再具有正负双向极性，然后再与高频载波相乘得到已调制波。解调时，只需对已调制波作整流和滤波，再去掉所加直流分量A，就可恢复原调制信号。这种解调方式称为包络检波，也称为整流检波解调。

低通滤波器D+-vCLCRiD+-v(t)

经二极管检波后的电流iDOt输入调幅波v(t)Ot包络检波电路

低通滤波器输入调幅波v(t)OtD+-vCLCRiD+-v(t)

经低通滤波器滤波后的输出电压。vCtO包络检波电路(c)相敏检波解调推导环形二极管相敏检波器x(t)>0时(0~t1)，xm(t)与y(t)同相，检波器输出uf(t)>0x(t)<0时(t1~t2)，xm(t)与y(t)反相，检波器输出uf(t)<0112233t1t1132213t1t2t2t2调幅波载波UB≥2UA变压器A变压器B相敏检波和包络检波相敏检波·鉴别调制信号相位·具有选频能力·有参考信号y(t)包络检波·不能鉴别调制信号相位·不具有选频能力·没有参考信号区别在电场仪设计中，电压信号的极性与被测电场的极性相反。全波检波后为单一正方向脉动直流电压信号，即保证了微弱感应电压信号与同步脉冲信号的同相。因此，经低通滤波器后输出一负极性直流电压信号，即可判断出被测电场为负电场，从而实现了被测电场极性的准确鉴别。数字相敏检波器以及其他多种测量器具中，相敏检波因其独特的精确性和稳定性而被广泛应用于这些器具的制作和使用中，根据相敏检波的原理,在LabVIEW环境实现了数字相敏检波算法,并分析了算法性能。实验结果表明,整周期采样时,信噪比低至-20dB时的幅度误差小于0.2%,相位误差小于0.7%。为进一步验证,还利用NI公司的波形生成卡和数据采集卡模拟了数字相敏检波在实际中的应用效果。大气电场中其他领域中(4)电阻交流电桥的幅值调制不同接法的电桥可表示为当R/R0=R(t)，Ui=E0cos2f0t时，U0=KR(t)E0cos2f0t

交流电桥的输出电压U0随R(t)的变化而变化，即U0的幅值受R(t)的控制，频率为输入电压信号Ui的频率，即f0。

交流电桥是一个调幅器。调幅器实际上是一个乘法器。R(t)U0E0cos2f0t

试件

电桥

放大

低通滤波

相敏检波显示记录振荡器

调制信号

振荡器

调制器

放大器

低通滤波器

输出解调器动态电阻应变仪调制与解调4.频率调制与解调

调频是指利用调制信号x(t)的幅值控制高频载波信号频率变化的过程。载波幅值保持不变，仅载波频率随x(t)的幅值成比例变化。调频波是一种随调制信号x(t)的幅值而变化的疏密度不同的等幅波。x(t)Acos(2f0t+)等幅波调频原理x(t)=X0cos2fmt调制信号载波信号y(t)=Y0cos(2f0t+0)，f0>>fm

f(t)=f0+kfX0cos2fmt调频时Y0和0不变kf为比例常数,kf>0

低频调制信号为正值时，调频波的频率升高，负值时则降低。低频调制信号为零时，调频波的频率就等于高频载波信号的频率。调频的特点

频率偏移与调制信号的幅值成正比，而与调制信号的频率无关。抗干扰能力强。调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅中。频带宽度大，结构复杂。调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，频率调制是一种非线性调制。比调幅波的服务半径小。调频波比调幅波频带宽，也带来选择性的问题，不适合在低频段使用，往往使用100M左右的波段。在这个波段的特点是电磁波只能以直线距离方式传播，传播的半径相对小些；接收机的结构也复杂。

谐振电路把电容、电感等电参量的变化转为频率变化的电路。这种方法称为直接调频。谐振电路高频耦合振荡器

谐振电路的频率调频及解调电路设电容传感器的初始电容为C0，则振荡电路的谐振频率为：

若电容C0的变化量为C＝KxC0x(t)，Kx为比例系数，x(t)为被测信号，则谐振频率变为：

将上式按泰勒级数展开并忽略其高次项，则：

结论：当有信号x(t)输入时，调频器输出电压的幅值不变而频率受输入信号x(t)的控制，达到调频的目的。

设x(t)=0时，调频电路的输出电压为

设x(t)≠0时，调频电路的输出电压为其中：鉴频器已调频波uf－>保持原频率的调幅波ua－>半波整流－>低通滤波▲谐振电路调频波的解调uau0解调电路案例：铁路机车调度信号检测调制频率8.5Hz，绿灯，直行调制频率23.5Hz，红灯，容许案例：旋转机械扭距测量§5.3滤波器

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其中不需要的频率成分。例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。1.滤波器的工作原理信号与噪声通常占据不同的频带滤波器实质上是一种选频器件使一种频率的信号分量(噪声)大幅度衰减使另一种频率的信号分量(信号)顺利通过滤除噪声、获得有用信息h(t)或h(n)y(m)=s(m)y(t)=s(t)x(n)=s(m)+n(m)x(t)=s(t)+n(t)有用信息噪声X(ω)S(ω)N(ω)Y(ω)ωc(a)低通滤波器(Lowpassfilter)(b)高通滤波器(Highpassfilter)(c)带通滤波器(bandpassfilter)

(d)带阻滤波器(bandstopfilter)

2.滤波器分类（1）根据滤波器的选频作用分f2称为低通滤波器的上截止频率

f1、f2

称为带通滤波器的下、上截止频率。

通带通带通带通带通带阻带阻带阻带阻带阻带理想滤波器f1称为高通滤波器的下截止频率

（2）按是否使用有源器件分：无源滤波器、有源滤波器(c)带通滤波器

(bandpassfilter)

(d)带阻滤波器(bandstopfilter)通带通带阻带通带阻带阻带

理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。3.理想滤波器物理不可实现

理想滤波器在时域内的脉冲响应函数h(t)为sinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。说明：给理想滤波器一个脉冲激励，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t<0时，滤波器就已经有响应（输出）了。h(t)(t)0补充：理想滤波器的单位阶跃响应给理想滤波器输入阶跃函数，即理想滤波器的阶跃响应函数为式中：滤波器的阶跃响应曲线为1、在阶跃输入下，输出从零值到达到应有的稳定值需要一定的时间。2、3、滤波器的通频带越宽，即fc越大，时域h(t)的图形则越陡，响应的建立时间就越小。4、通带越宽，阻衰的高频分量越小，使信号能量通过的更多更快，建立时间就短。带宽与建立时间的乘积是常数。5、带宽反映了滤波器的频率分辨能力。带宽越窄，分辨力越高。-3dB

在实际滤波器的幅频特性图中通带和阻带间应没有严格的界限，存在一个过渡带。需要用较多参数来描述其特性。4.实际滤波器

1)截止频率:幅频特性值等于时所对应的频率点。2)带宽B：上、下两截止频率之间的频率范围。3)纹波幅度：通带中幅频特性值的起伏变化值，用表示。恒带宽滤波器B=fc2-fc1恒带宽比滤波器B=fc1(2n-1)5)品质因数Q:中心频率和带宽之比。6)倍频程选择性W：在上截止频率fc2与2fc2之间、下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。4)中心频率f0:7)滤波器因数:滤波器选择性恒带宽滤波器恒带宽比滤波器|H(ω)|ωωc截至频率处突变缓变过渡通带内幅频特性常数有波纹幅度阻带内幅频特性为0逐渐趋近0过渡带越窄、波纹幅度越小，实际滤波器越接近于理想滤波器过渡带波纹度|H(ω)|ωωc物理上不可实现理想滤波器与实际滤波器的区别5.无源RC滤波器

在测试系统中，常用无源RC滤波器。电路简单，抗干扰强，易于选用标准阻容元件。1)一阶RC低通滤波器

令=RC，称为时间常数。

傅立叶变换，频率特性：当f<<1/(2RC)时，(ƒ)-ƒ相频特性近似于一条通过原点的直线当f=1/(2RC)时，

fc2=1/(2RC)上截止频率:|H(jw)|=A(f)≈1，A(f)=1/令RC=代入，作傅立叶变换，得频率特性：当f=1/(2)，即

f=1/(2RC)时，

当f>>1/(2RC)时，下截止频率：fc1=1/(2RC)A(f)=1/A(f)≈1，(f)=02)一阶RC高通滤波器

3)一阶RC带通滤波器

说明：可以看成是低通和高通两个滤波器串联而成。高通低通

频率特性

幅频特性和相频特性fc2=1/(22)=1/(2R2C2)

上截止频率:

下截止频率：fc1=1/(21)=1/(2R1C1)一阶RC带通滤波器一阶低通RC有源滤波器二阶高通RC有源滤波器6.恒带宽、恒带宽比滤波器

带通滤波器频带是可调的。根据滤波器中心频率f0与带宽B之间的数值关系，可以分为两种。2)恒带宽比带通滤波器

1)恒带宽带通滤波器

恒带宽滤波器：所有频段具有同样的分辨率。带宽越窄，分辨力越高。恒带宽比滤波器：低频分辨力较高，高频分辨力较低。

分辨力越高，信号带宽越窄，需要的恒带宽滤波器数量就越多。

恒带宽滤波器一般不用固定中心频率与带宽的并联滤波器组来实现，而是通过中心频率可调的扫描式带通滤波器来实现，通过改变中心频率使该滤波器的通带跟随所要分析的信号频率范围要求来变化。

例1：机床轴心轨迹的滤波处理7.滤波器的应用滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律。8.滤波器设计注意事项（1）利用滤波器串联的方式，可以实现高阶滤波器。例：一阶＋二阶低通＝三阶低通（2）利用滤波器串联的方式，可以实现带通滤波器。例：低通＋高通＝带通（fH<fL）（3）运放的选用：应根据工作频率范围选择合适的运放。在构成较高频率的有源滤波器时，不但应选用增益带宽积高的，且要注意选择转换速率SR高的运放。（4）电阻：应选用温度系数小的电阻，且精度高一些。电阻的取值一般是：1K～100K。（5）电容：必须选用损耗小的优质电容，电容的取值一般是大于：10pF。（6）在实际制作有源滤波器之前，应先根据所设计的电路及元器件值，利用电路仿真软件进行模拟，并借助软件的分析功能对滤波器的各项性能指标进行分析，以减少实际调试工作量。§5.4模数转换器一、D/A转换器1、主要技术参数(1)．分辨率

分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。

分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压VLSB（输入数字只有最低位为1）与最大输出电压VFSR（输入数字全为1）的比值来表示例:十位D/A转换器的分辨率为

（3）转换时间（输出建立时间）从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为转换时间（或输出建立时间）。D/A转换器的转换误差是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。D/A转换器的分辨率和转换误差共同决定转换精度。（2）转换误差通常D/A转换器的建立时间不大于1S2、数／模转换电路(DAC)数／模转换有多种方法，如权电阻网络法、T型电阻网络法等。四位权电阻网络D／A转换电路由求和运算放大器、基准电压Ur、权电阻网络和电子模拟开关S0～S3等四部分组成。1）、权电阻网络电路若输入是1000若输入是0100若输入是0010若输入是0001流入求和运算放大器反相输入端的总电流为：运算放大器的输出电压u0为：若：推广到n位电路的优点是：电路简单，转换速度比较快。缺点是：各个电阻的阻值相差很大，输入二进制代码位数的增多，电阻的差值也随之增加，难以保证阻值精度要求，这既不利电路的集成化，又给转换精度带来严重的影响。2）、T形电阻网络转换电路4位T形电阻网络D／A转换电路由求和运算放大器，基准电UR，R－2R和T形电阻网络和电子模拟开关S0～S3等四部分组成。输出电压UA即是反相比例运算电路的输入电压Uo对应二进制数为1000时，等效电路为:对应二进制数为0100时，等效电路为:对应二进制数为0001时，有同理：对应二进制数为0010时，有T型网络开路时的输出电压UA，即等效电源电压U0推广到n位二、A/D变换器1）.分辨率

以输出二进制数的位数表示分辨率。位数越多，误差越小，转换精度越高。2）.转换速度

完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。3）.相对精度实际转换值和理想特性之间的最大偏差。1、主要技术参数

模／数转换电路的作用是将输入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。在进行模／数(即A／D)转换时，通常按采样、保持、量化、编码四个步骤进行。采样是对模拟信号ui(t)进行周期性抽取样值的过程。量化是用数字信号的最低位1(LSB)所对应的模拟电压作为量化单位，用表示，将样值电压变换为量化单位()电压整数倍的过程。编码是量化后的离散量用相应的二进制码表示。2、模／数转换电路(ADC)A／D转换器的种类很多，按其工作原理不同来划分，可分为直接A／D转换器和间接A／D转换器两大类型。直接A／D转换器：具有较快的转换速度。典型电路有并行比较型A／D转换器，逐次比较型A／D转换器。间接A／D转换器由于要先将模拟信号转换成时间或频率，再将时间或频率转换为数字量输出，所以转换速度慢。典型电路有：双积分型A／D转换器、电压／频率转换型A／D转换器、计数式A／D转换器等逐次逼近式A/D转换器

其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暂时结果砝码重比较判断顺序保留保留撤去保留1.转换原理(待转换的模拟电压)UI

数码寄存器

顺序脉冲发生器－＋＋D/A转换器u0控制逻辑时钟清0、置数清0、置数CP(移位命令)“1”状态是否保留控制端UA试探电压置哪一个数是否保存2.转换过程23411000UA

<

UI6VUA

<

UI5.5V留去留留4VUA

>

UI5VUA

UI“1”留否d3d2d1d0UA(V)顺序比较判断110010101011例：UR=8V，UI

=5.52VD/A转换器输出UA为正值逐次逼近转换过程示意图t0t1t310001100101010001011t2UA>UIUA<UI(转换误差:–0.02V)若输出为8位数字量转换数字量10110001

4+1+0.5+0.03125=5.53125V转换误差为+0.01125V位数越多误差越小直流电桥当电桥输出端接入仪表或放大器时，电桥输出端可视为开路状态，电流输出为零。此时，桥路电流为：a、b之间电位差为：a、d之间电位差为：电桥输出电压为：+

－

返回平衡条件两片半桥输出当R1→

R1±R1，R2→R2

R2

时，令R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2，返回半桥平衡条件四片全桥输出当R1→

R1±R1，R2→R2

R2

，令R1=R2=R3=R4=R0，R=R1=R2=R3=R4

，R3→

R3±R3，R4→R2

R4时电桥的灵敏度定义为返回全桥平衡条件电容电桥两相邻桥臂为纯电阻R2、R3，另相邻两臂为电容C1、C4

R1、R4视为电容介质损耗的等效电阻根据平衡条件电桥平衡条件：返回电容电桥电感电桥根据平衡条件电桥平衡条件：返回电感电桥

当x(t)>0时(0~t1时间内)，调幅波xm(t)与载波y(t)在每一时刻都同相。

(3)相敏检波解调1）xm(t)>0，y(t)>0二极管V3、V4导通，在负载上形成两个电流回路:流过V3的电流：+-3-V3-4-6-0-b-d回路中的电势：UB+UA流过V4的电流：d-b-0-6-4-V4-1-“-”回路中的电势：UB-UA-