前置放大器原理与应用

前置放大器原理及应用

1.1 概述

1.1.1 前置放大器的作用

前置放大器的主要作用如下：

第一、提高系统的信噪比。

第二、减小信号经电缆传送时外界干扰的影响。

图1-l-l 核辐射测量中探测器一放大器系统的连接方式

（a ）前置放大器与主放大器之间用一般电缆连接（b ）前置放大器与主放大器

之间用双芯电缆连接。

图中Z 0为电缆的特性阻抗，R =Z 0

1.1.2 前置放大器的分类

大致可以分为两类。一类是积分型放大器，包括电压灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器，它的输出信号幅度正比于输入电流对时间的积分，即输出信号的幅度和探测器输出的总电荷量成正比。

另一类是电流型放大器，亦即电流灵敏前置放大器，它的输出信号波形应与探测器输出电流信号的波形保持一致；

电压灵敏前置放大器实际上就是电压放大器，如图1-1-2所示。图中i i 为探测器输出的电流信号，w t 为信号持续时间，?=w

t i dt i Q 0为每个电流信号携带的总电荷量，D C 、

A C 、s C 分别为探测器的极间电容、放大器的输入电容和输入端的分布电容，输入端总电容s A D i C C C C ++=。假设放大

器是输入电阻极大的电压放大器，则输

入电流信号i i 在输入端总电容i C 上积分

为电压信号i v ，其幅度iM V 等于i C Q /与Q

成正比。输入电压信号i v ，由电压放大

器进行放大，因此；输出电压信号的幅

度oM V 也与Q 成正比。

图1-1-2电路中，输入端总电容i C 决

定于D C 、A C 和s C 它们不是稳定不变的。

例如，放大器输入电容A C 可能由于输入

级增益不稳定而变化，使用P-N 结半导

体探测器时，如偏压不稳定，则其结电

容D C 将发生变化等等，这时i C 也就随之

变化。当i C 不稳定时，输出电压幅度oM V 也不稳定。所以图1-1-2这种电压灵敏前置放大器一般只适于稳定性要求不高

的低能量分辨率系统。

图1-1-3是利用密勒积分器构成的前置放大器。其输出电压幅度oM V 有很好的稳定性，同时有较高的信噪比。图中f C 为反馈积分电容，i C 是不考虑f C 时输入端总电容。当输入电流信号)(t i i 时，输出电压0v 上升。设电压放大器的低频增益0A 足够大，使得f C 对

输入电容的贡献)1(0A +f C 远

大于i C ，则输入电荷Q 主要累

积在f C 上。注意10>>A 时输

出信号电压幅度近似等于f

C 上的电压f V ，则

f

f oM C Q V V ≈≈ 实际上反馈电容f C 可以足够稳定，所以输出幅度oM V 反映了输入电荷Q 的大小且与i C 无关。鉴于这一特点，我们将这种前置放大器称为电荷灵敏前置放大器。

图1-1-2 电压灵敏前置放大器 图1-1-3 电荷灵敏前置放大器

电流灵敏前置放大器通常是一个并联反馈电流放大器，如图1-1-4所示，其输出电流（或电压）与输入电流成正比。 1.2 电荷灵敏前置放大器

1.2.1 电荷灵敏前置放大器的工作原理 对于图1-1-3所示电荷灵敏前置放大器，不难看出，输出信号电压稳定值

)()(00∞-=∞i v A v （1.2.1）

式中)(∞i v 为输入信号电压稳定值。输入电荷

?=W

t i dt i Q 0 （1.2.2）

考虑到

f i i i C v v C v Q )]()([)(0∞-∞+∞-=

将（1.2.1）式代入上式，可得输出信号电压稳定值)(0∞v ，亦即输出信号电压幅度

f i if oM C A C Q A C Q A v V )1()(00000++==∞=

（1.3.2） 其中 f i if C A C C )1(00++=

（1.2.4）

是电荷灵敏前置放大器低频等效输入电容。如果满足

f i f C G G A +>>0 （1.2.5）

则

f oM C Q V ≈ （1.2.6）

上式表明，当f i f C C G A +>>0时，只要f C 保持恒定不变，不论i C 、0A 是否稳定，输出电压幅度对输入电荷的“放大倍数”都是稳定的。

图1-1-4 电流灵敏前置放大器

图1-2-1 电荷灵敏前置电放大器

（a ）交流耦合电路 （b ）直流耦合电路

图1-2-1（a ）是电荷灵敏前置放大器的一种典型电路。半导体探测器D 经过负载电阻D R 由高压电源H.V.供电。C 为隔直流电容。f R 用来释放f C 上积累的信号电荷，并提供直流负反馈以稳定电路的直流工作点。a R 表示2T 管的等效动态负载电阻（主要决定于虚线框内恒流源的内阻的2T 管集电极输出电阻）。

这种电路的特点是：

（1）1T 管的等效负载小，所以第一级的电压放大倍数、输入电容小，开环输入端总电容i C 也就较小。因此，电路容易满足（1.2.6）式f oM C Q V /≈所要求的条件：f i f C C C A +>>0。

（2）上升时间小，反馈深度大，稳定性好。

1.2.3 电荷灵敏前置放大器的电路

一、阻容反馈电荷灵敏前置放大器

图1-2-1中f f R C -构成反馈网络，这种型式的前置放大器称为阻容反馈或f f R C -反馈电荷灵敏前置放大器。

图1-2-5是上述前置放大器构一种实际电路。第一级1T 采用三个并联的场效应管，可降低噪声斜率，按大电容探测器时总噪声小。接小电容探测器则用单个场效应管为宜。2T 是共基极放大管，3T 及有关电路为恒流负载。末级4T 至7T 组成两级互补射极输出器，用它来驱动后接负载时可改善输出正负信号（或正负沿）的过渡特性，并且减小负载对前置放大器开环放大倍数的影响。电路对正负信号均有较大的动态范围，可工作于较高的计数率。四个串联二设管和

330Ω电阻设置末级静态工作点，并对4T 至7T 的基极一发射极电压进行温变补偿。6T 、7T 两管发射设通过电容2C 交流耦合。但是，当电路通过脉冲序列时，耦合电容2C 上会累积电荷而产生压降。若2C 的电压方向与图示的正方向相反，则累积电荷可通过6T 、7T 两管泄放；若2C 的电压方向与图示的正方向相同，而且很大，则6T 、7T 截止，2C 降通过两管发射极电阻（5.2k ）缓慢放电。在2C 两端并联一个二极管D 可限制2C 的正向电压，使电路迅速恢复。图中隔直流电容1C 接在f C 之右，比接在f C 之左要好。因为，1C 接在f C 之左时，探测器输出电荷由1C 和（01A ）f C 串联后再与探测器电容D C 按比例分配，欲增加分配给f C 的电荷比例，1C 的容量要大。而大容量电容器对地的分布电备也大，使信噪比降低。电路的静态工作点由电位器RV 1和RV 调整。先调节RV ，使场效应管工作

于合适的漏极电压，然后调节RV 1，改变管的漏极电流，从而改变输出电压，通

过反馈改变1T 的栅极电位g V 。通常使Vg 接近于零而小于零（如－0.1V ），这时场效应管的跨导大，噪声性能好。特别注意，调整必须在第一级高阻抗部分屏蔽良好的条件下进行，Vg 不能用电压表直接测量，而量输出电压。因1T 管栅流

很小，静态时输出电压和Vg 是相等的。

图1-2-5 阻容反馈电荷灵敏前置放大器的电路

二、光反馈电荷灵敏前置放大器

对于阻容反馈电荷灵敏前置放大器，反馈电阻f R 是产生噪声的主要因素之一，其噪声贡献比理论值还要大。可以考虑除去f R 以提高系统的能量分辨率，但这时必须设法释放反馈电容f C 上不断积累的信号电荷。否则f C 上的电压不断增加，前置放大器将进入非线性区而不能正常工作。

使f C 放电的一种方法是利用脉冲光电反馈，如图1-2-6所示。探测器每输出一个电流脉冲)(t Q δ时，前置放大器的输出电压将增加f C Q /。因为∞→f R ，所以每一个电压增量上升至最大值后基本上不变。这样，输出电压瞬时值o V 不断增加，当o V 达到施密特触发器上阈u V 时，触发器输出低电平，使原来截止的发光二极管LED 导电发光。剥去外壳的场效应管在光的作用下，栅—沟道结反向电阻下降，栅流g I 增加，f C 遂通过这个电阻放电。f C 放电期间输出电压o V 下降。o V 降至施密特触发器下阈L V 时，触发器复原，输出高电平，LED 截止，前置放大器重新进入工作状态。

电压o V 经微分和信号选通电路后，取出工作时间内的信号o V 。恢复期间场效应管的栅流噪声对信号不产生影响。

这种电路的缺点很多，已较少使用。

三、漏反馈电荷灵敏前置放大器[2]

这种电荷灵敏前置放大器也是利用场效应管的栅流g I 使反馈电容f C 放电，与光电反馈系统不同的是，栅流的大小由场效应管源、漏之间的电压ds V 控制。

如图1-2-7所示，N 沟道场效应管栅极电流g I 与漏源间电压ds V 有关，当ds V 山超过某一数值后，g I 随ds V 增加而很快增加。因此，可以通过ds V 控制g I 的大小。图1-2-8是利用结型场效应管这一特性构成的漏反馈电荷灵敏前置放大器方框图[1]。

图1-2-6 脉冲光反馈电荷灵敏

前置放大器

图1-2-7 场效应管的栅流与漏源间电压的关系曲线

[

图1-2-8 漏反馈电荷灵敏的置放大器方框图

探测器输出的电流脉冲D i 在反馈电容f C 上不断积累电荷，放大器输出电压逐渐增长，此电压经积分后加至场效应管漏极上，使栅流g I 增加，从而使f C 上积累的电荷减少。当单位时间内f C 上积累的与释放的电荷平衡时，电路为动平衡状态。在计数率低时，栅流很小，因此分辨率可较高。

在计数率高时，栅流增加，电路的分辨率变坏。可以用类似脉冲光反馈的方法，以脉冲形式释放f C 上不断积累的信号电荷[1]。在工作期间，漏反馈电路断开，此时漏极电压较低，栅流很小，在射线作用下输出电压不断上升，当输出电压达到一定数值时，漏反馈电路接通，这时漏极电压压较高，栅流较大，使f C 迅速放电，然后电路恢复至起始状态。与脉冲光反馈一样，这种脉冲漏反馈电路仅仅在工作期间取出信号，恢复期间内的栅流噪声对信号不产生影响。因此在计数率较高时，仍可获得良好的分辨率。

光反馈或漏反馈前置放大器的固有噪声线宽可以小到阻容反馈的几分之一。

1.2.4 电荷灵敏前置放大器的主要特性

一、噪声

CR -RC 成形，时间常数10μs ，噪声线宽为200eV （Si ）。

二、变换增益

当电荷灵敏前置放大器输入一定的电荷Q 时，希望输出电压幅度oM V 较大，即Q V oM /高。Q V oM /称为变换增益或电荷灵敏度，以cQ A 表示， Q V A oM cQ = （1.2.31）

由（1.2.3）式，当f i f o C C C A +>>时，得到

f oM cQ C Q V A 1≈=[伏/库伦] （1.3.32）

由此可知0A 。大时f C 可小，从而得到较大的变换增益，但f C 要有良好的稳定

[1] C. Bussolati et al., Nucl, Instr , and Meth., 156, 533 （1978）

性。从噪声考虑也要求f C 小，在低噪声前置放大器中，这一点特别重要。

变换增益cE A 也可以定义为oM V 与给定探测器入射粒子能量E 的比值，即

E V A oM cE = （1.2.33）

因为W eE Q C Q V f oM /,/=≈，其中W 为探测器的电离能，e 为电子电荷，则由上式得

f cE WC e A = （1.2.34）

对于硅半导体探测器eV 6.3=W ，当f C 为1pF 和0.1pF 时，cE A 分别等于44mV/MeV 和440mV/MeV 。

三、电压增益和输出电压稳定性

（1.2.3）式表明，为了保证电荷灵敏前置放大器输出电压幅度oM V 正比于探测器的输出电荷Q ，而与增益0A 以及无反馈输入电容i C 无关，0A 必须足够大。考虑到（1.2.3）式中如f i f C C C A +>>0以及f i C C >>，则在0A 、i C 分别变化时可得

001A dA F A V dV oM oM = （1.2.35） i i oM oM C dC F A V dV 01-= （1.2.36）

其中

i f f i f

C C C C C F ≈+= （1.2.37）

为反馈系数，F A 0为反馈深度。

为了改善oM V 的稳定性，F A 0应足够大。从噪声性能考虑，f C 取得很小，这时F 也很小，所以0A 必须较高。例如，设00/A dA 或i i C dC /为5%，pF 1.0=f C 、pF 5=i C ，要求oM oM V dV /为1/1000，则25000=A 。当探测器的固有电容较大，即i C 较大时，若其他条件不变，0A 应更高，通常0A 不小于几千。

对于图1-2-1（a ）所示电路，如认为源极输出器3T 的传输系数为1，而且输入电阻足够大，并考虑2T 的输入电阻远小于1T 的漏极负载电阻，则在不计电路的过渡过程（即o C 开路）时，输出电压

a i m a d o c g o R v g R i R i v v -=-===123

或

iM a m oM V R g V =

式中m g 为场效应管1T 的跨导，a R 为2T 的等效负载，iM V 、oM V 分别为输入、输出电压的幅度。由上式得电压增益

a m iM

oM R g V V A ==0 为了获得高的电压增益，a R 必须很大。实际上a R 往往是图1-2-1（a ）这种动态电阻很大的晶体管恒流负载，或是由自举电路构成的等效高欧姆负载，其值可达几十千欧。此外，可以在电路中再加入电流或电压放大级。

四、上升时间

在能量测量系统中，前置放大器输出信号的上升时间RO t 变化时，经成形电路后，信号幅度也发生变化，因而使系统的能量分辨率降低。

Ro t 与前置放大器本身的上长时间R t 、探测器的电流脉冲持续时间以及探测器的极间电容有关。R t 定义为前置放大器输入冲击电流)(t Q δ时，输出电压的上升时间。在一般情况下其值不超过几十毫微秒。

在实际测量中，通常利用电压信号经过一个小容量的检验电容来近似获得冲击电流信号)(t Q δ。例如在图1-2-5中，将幅度为M V 、快速上升、缓慢下降的电压信号加至检验输入端，考虑到放大器输入电容远大于检验电容c C ，则近似在信号端注入电荷量等于c M C V 的冲击电流信号。

下面分析图1-2-1（a ）中前置放大器的上升时间，即不考虑探测器及负载D R 情况下，输入)(t Q δ时输出电压的上升时间。实际上f R 一般大于109Ω，f C 不小于0.1pF ，所以在几十毫微秒或更短的上升时间内，f R 可视为开路。反馈系数i f f i f C C C C C F /)/(≈+=。不考虑反馈时，上升时间为2.2a a C R ，对于图示电路，当输入为冲击电流时，负反馈使输出电压上升时间减小至开环时的)1/(10F A +，所以上升时间

F A C R t a a R 012.2+= （1.2.38）

实际上反馈深度10>>F A ，而a m R g A =0，则

f m f i a R C

g C C C t )

(2.2+= （1.2.39）

设pF 5=a C ，pF 5=i C ，pF 5.0=f C ，mA/V 5=m g ，Ωk 600=a R ，则

ns 2233001.0/300000=======R a a i f a m t s C R F A C C F R g A μ

根据以上分析可以看出，图1-2-1（a ）电路中的共基放大级虽然并不增大放大器的开环增益1），但加入共基放大级后，减小了开环输入电容i C 的数值，增大了反馈深度F A 0，从而改善了放大器输出电压的上升时间和输出电压幅度的稳定性。

输出信号上升时间的稳定性可由（1.2.39）式导出。例如分别考虑i C 和m g 变化时有

1） 图1-2-1（a ）电路的开环增益a m R g A =0。如果在图中除去共基放大级，第一级以a R 为负载，其开环增益仍为a m R g 。

i i R R C dC t dt =

（1.2.40） m

m R R g dg t dt -= （1.2.41） i i C dC /、m m g dg /远小于1，只要R t 适当小，就可以保证R t 变化不大。例如ns 200

由（1.2.39）式可知，i C 越大则R t 越大，因此前置放大器接入探测器时，其极间电容将使放大器输出电压的上升时间增加。通常用上升时间斜率衡量这一影响，其定义为：放大器输入端电容每增加1pF 时，上升时间增加多少，单位为ns/pF 。

对于图1-2-1（a ）这种电路，由于受到m g 和a R 的限制，上升时间及其斜率一般不小于几十ns 和几ns/pF 。为进一步减小它们的数值，可在电路中加入中间放大级。

五、输入阻抗

对于图1-2-1所示阻容反馈前置放大器，前已说明，其低频输入阻抗决定于f C 、f R 和0A ：

低频输入电阻为

01A R f

+

低频输入电容为

f i f C A C A C 00)1(≈++

设Ω100=f R 、pF 1=f C 和30000=A ，则低频输入电阻约330k Ω，输入电容约3000pF 。我们曾经论述了这种电荷灵敏前置放大器的电荷灵敏受探测器电容变化的影响甚小，但是这是在假设前置放大器为频带无限的理想放大器时得出的结论。实际上，前置放大器开环时的高频增益远小于低频增益，而且不为实数；输入的又是很窄的电流脉冲。在信号输入的短时间内，并不能用上两式来表示输入阻抗。假设输入电流是强度为Q 的冲击，在冲击输入瞬间，前置放大器输出电压还来不及变化，这时的输入电容应是f C 和i C 并联。通常f i C C >，所以电流冲击输入时，电荷主要贮存于i C 上。随后前置放大器输出电压以上升时间R t 变化，f C 上的电压降逐渐增大，电荷才逐渐从i C 转入f C ，直到输入端电压小到)/(0A C Q f 时为止，输出电压才达到稳态值f C Q /（暂不考虑f R 的放电作用）。以上的分析表明，在前置放大器存在一定上升时间时，就稳态情况下输出电压和输入和电荷的关系而言，可以用低频输入阻抗来计算。但是，在输出电压信号的上升时间内，输入阻抗和低频时显然不同。我们来定量计算前置放大器的高频输入阻抗。

如图1-2-9，将前置放大器画为由理想的电压-电流变换器G 、负载)2/1//(a a sC R Z =、理想电压跟随器和反馈电路组成。电压-电流变换器又称跨导放大器，传递函数为G 。前置放大器的低频增益为a GR A =0，开环频带仅决定于2Z 。在求输入阻抗时，i C 并联在输入端，我们先求出去掉i C 的输入阻抗i Z ，然后与i C 并联而得总输入阻抗i Z 。这样，在图1-2-9中i f I I =，

???-==-21GZ V V Z I V V i o

i o i 解得 111//12

1++=+=='a a a f f i i t C sR R G sC R GZ Z I V Z （1.2.42）

图1-2-9 用于计算输入阻抗的前置放大器简化电路

如0→a C ， 011//

A sC R Z f

f t +='

即不计及i C 的低频输入阻抗。在0≠a C 时，为了简化计算，可设∞→f R 。因为f f C R 通常达毫秒量级，在计算窄电流脉冲输入时的输入阻抗，可以这样近似。所以，（1.2.42）式中∞→f R 时，

1

11

0++='a a f t C sR A sC Z

为便于化简，先求t Z '的导纳i Y '

1

10++=='a a f f C sR C sA sC Z Y

f f a a f C sA C A C R sC 0011

++= （1.2.43a ）

由此可以画出t Y '的（亦即t Z '的）等效电路，如图1-2-10（a ）。t Y '并联以i C 即得总输入导纳

1)(0+++=a a f

f i i C sR C sA C C s Y （1.2.43b ）

输入阻抗i i Y Z /1=。

当输入电流为)(t Q i i δ=时，输入端的电压为

???? ??+++???? ??+=++++==a a f i a a f

a a f i a a i i C R F A s s C C C R s Q C sA C sR C C s C sR Q Y Q V 001)(1)1)(()1( （1.2.44） 其中f i f

C C C F +=，则由附录一公式11，

????????++++=+-t C R F A f i i a a e F A F A F A C C Q v 01000111 （1.2.45）

i v 的波形（不计及f R 的放电作用）画于图1-2-10中。

f

i i C C Q v t +==,0 这是电流冲击)(t Q δ在i C 和f C 上产生的电压。

f

f i i C A C C Q v t 0,++=∞→ 这是稳态时的i v 值，即Q 在图1-2-10（a ）的三个电容上产生的电压。在f i f C C C A +>>0时，i v 的稳态值近似为)/(0f C A Q 。

（1.2.45）式在10>>F A 时，可近似为

????

? ??++≈t C R F A f i i a a e F A C C Q v 001 在F

A C R t a a 03

.2≤时，上式指数项的数值大于0.1，如果F A 0大于几百，i v 还可近似为 )(1

00f i f a a a C C C A C R f i t Ca R F A f i i e C C Q e C C Q v +--+=+= （1.2.46）

相当于将图1-2-10（a ）中的f C A 0看作短路时得到的输入电压波形。在此条件下，高频输入阻抗可近似为阻容并联电路；即高频输入电阻

f a f a a if GC C C A C R R =≈0 （1.2.47）

高频输入电容

f i if C C C +≈ （1.2.48）

在1>>a a C sR 时，从（1.2.43b ）式也可得到if R 和if C 的上两近似式。高频时的输入电路时间常数

GF C F A C R C R a a a if if i =≈=0τ （1.2.49）

得到以上三式的近似条件是10>>F A ，i t τ3.2≤和a

a C R 1>>ω。实际电路中i τ约为毫微秒量级，对于宽度为几十ns 的输入电流信号，可这样近似计算输入阻抗。（1.2.46）式用虚线画于图1-2-10（

b ）中，它是i v 高频成分的主要部分。上式在∞→t 时0→i v ；实际上，∞→t 时f C A 0不能视为短路。在f i C C +通过电阻f

a a C A C R 0放电时，电荷储于电容f C A 0上。故由图亦可看出i v 的稳态值应为)/()/(00f f f i C A Q C A C C Q ≈++，其值通常远小于)/(f i C C Q +；但不为零。

)(t Q i i δ=时的0v 波形，

（1.2.38）式已经指出为上升的时间等于R t 的指数前沿脉冲；其稳态值为f f f i C Q C A C C Q A /)/(00≈++，这里不再推导o v 的表示式。

当输入电流为宽度等于W t 、面积等于Q 的矩形脉冲时，根据卷积概念或阶跃响应是冲击响应的积分的概念，可以画出i v 和o

v （图1-2-10b 中的细线波形）；i v 的上升时间常数近似为i τ，i τ相对于W t 的大小表示输入电流时间信息畸变的程度。o v 前沿不是i i 的积分，表示输出信号前沿“携带”的时间信息同样有畸变；对o v 进行微分不能得到形状和i i 同样的输出信号。

设pF 5=a C ，pF 5=i C ，pF 5.0=f C 和mA/V 5=g ，则ns 11=i τ，)(t Q i i δ=时o v 的上升时间ns 24=R t 。要使i τ、R t 更小，需有增益更大的跨导放大器，而且其

过渡过程必须比所需的R t 更小。以上分析中都假设G 为理想跨导放大器，如G 本身频带有限，时间信息的畸变还要大。

应当说明，在只测量粒子能量的系统中，只要求o v 的稳态值正比于Q 和R t 远小于系统中所用滤波器的时间常数，对输入阻抗无特殊要求。这种系统的前置放大器通常紧靠探测器，信号不用电缆传送，不要求前置放大器有合适的输入阻抗匹配。但是，当前置放大器用于多丝室等位置灵敏探测器时，对输入阻抗就有要求，对i τ也要求更小。这将在电流灵敏前置放大器一节中进一步说明。

x c

p p Nc x x C V V FWHM ??)(FWHM 1212--= （1.2.57）

探测器输出电荷Q 与入射粒子能量E 之间满足W eE Q /=，因此以能量为单位的噪声线宽

NC NE e W FWHM FWHM = （1.2.58）

式中e 为电子电荷，W 为平均电离能。

六、用示波器和宽频带电压表测量噪声

将图1-2-12中幅度分析器代之以宽频带均方根电压表，在无信号输入时测量系统输出电压的均方根值为no V ，则以电压为单位的噪声线宽

no NV V 355.2FWHM = （1.2.59）

为了得到以电荷为单位的噪声线宽，可用以下方法进行换算。在图1-2-12中，由脉冲发生器输入已知幅度p V 的信号，用示波器测量系统的输出电压幅度o V ，因这时输入电荷为c p C V ，则

c

p o Nc NV C V V =FWHM FWHM 代入上式得

nc c o p

Nc V C V V 355.2FWHM = （1.2.60）

也可由（1.2.58）式将FWHM Nc 。换算为FWHM NE 。

测量用电压表的上限频率至少要为成形网络频率特性中心频率的10倍，以保证把放大器输出端各种噪声分量都包括在内。电压表的3dB 带宽一般应在10MHz 以上。应当注意，一般电压表响应于输入信号的整流平均值，并按纯正弦输入信号刻度为有效值。用这种电压表测量噪声时，其读数乘以1.13才是所测噪声电压的有效值。

当系统内有偏置放大器（或称阈放大器、切割放大器），只放大超过偏置电压的那部分信号时；或者系统内有基线恢复器，改变了噪声特性时，无信号输出时的输出噪声不同于有信号输出时叠加在输出信号峰值附近的噪声，所以不

能用电压表方法而只能用多道分析器方法测量噪声。

1.3 电压灵敏和电流灵敏前置放大器

1.3.1 电压灵敏前置放大器

电压和电荷灵敏前置放大器都用以提供探测器输出的电荷信息。一般说，后者的性能好但电路复杂。本节讨论电压灵敏前置放大器，这种结构的一个优点是，在要求不高的情况下，电路比较简单。

一、噪声

图1-3-1（a ）是典型电压灵敏前置放大器的简化电路。与无反馈情况比较，反馈电阻1R 、2R 使系统的噪声增加。作为一个例子，我们比较电阻1R 的噪声21R v d 。与场效应管沟道热噪声2C

T v d 的相对贡献。 图1-3-1（b ）的考虑2C T v d 和21R v d 时的等效电路。对噪声源2C

T v d ，电路相应的频率响应

图1-3-1 电压灵敏前置放大器

（a ）简化电路 （b ）沟道热噪声2C T v d 和电阻1R 热噪声21

R v d 的等效电路 )

()()(1ωωωg g o V V H '= 由串联负反馈放大器的特性可知，当开环增益gs o V V /，足够大时，输入电压与反馈电压近似相等。因此，在电压源)(ωg g V '单独作用时

2

11)()(R R R V V o g g +='ωω 1211)()()(R R R V V H g g o +=='ωωω （1.3.1）

只考虑噪声源21

R v d 时，传输函数

)()()(2ωωωs s o V V H '= 同上所述

)]()([)(2

11ωωωs s o s s V V R R R V ''++= 实验上1)/(211<<+R R R ，所以 121

2)()()(R R R V V H s s o +=='ωωω （1.3.2）

因此，)()(21ωωH H =，而

df g kT d m T C 382=

（1.3.3） df kTR v d R 1241

= （1.3.4） 当)3/(21m g R =时，这两个噪声源对输出噪声的贡献相等。设mA/V 10=m g ，则电阻Ω70)2/(21≈<

从理论上说，无反馈放大器可获得最低的噪声，实际上反馈对噪声的影响可以很小，并能有效地改善放大器稳定性等方面的性能，所以通常总是使用具有反馈的前置放大器。

二、电路

考虑到目前实际直用情况，仅结合一个具体例子作简单介绍。

图1-3-2所示是一种用于闪烁

探测器的、跟随器形式的电压灵敏

前置放大器，称为怀特射极输出

器。与一般跟随器比较，这种电路

加入了2T ，放大级，所以它的传

输系数更接近于1。此外，2T 、1

T 可相应对正向和负向信号提供较

大的输出电流，故对任意极性的信号都有较好的过渡特性。 1.3.2 电流灵敏前置放大器

一、应用

电流灵敏前置放大器对探测器输出的电流进行放大，实际上就是一个电流放大器。其应用举例如下：

① 获取精确的时间信息

在核辐射测量中，常常要确定核事件产生的时刻。可以利用探测器输出电 图1-3-2 电压灵敏前置放大器一例

——怀特射极输出器

流信号的前沿提供这种时间信息。由于信号一般很弱，需要先加以放大，这时往往使用电流灵敏前置放大器。与普通的电压放大器比较，电流放大器输出信号的前沿快，因而定时比较精确。

② 用于高计数率或高本底情况下的强度测量系统

电流放大器输出信号的宽度窄，所以可工作在高计数率情况。如使用电压放大器，因其输入阻抗大，电流信号常被积分为宽度较大的电压信号，在计数率高时，堆积效应将使放大器过载。

③ 用于能谱测量系统

在能谱测量中，应对探测器输出的电流信号进行积分，这种积分通常直接由电荷或电压灵敏前置放大器完成。但有时希望先将电流信号放大，然后积分。例如，在高幅度本底脉冲下测信号能谱时，为了避免本底脉冲使放大器产生幅度过载，可在电流脉冲积分前利用选通技术选出有用信号。由于选通时要求信号有足够大的幅度，因此，往往要先对探测器输出的电流脉冲进行放大。此外，在高计数率小幅度本底脉冲情况下测能谱时，为了改善本底脉冲堆积对分辨率的影响，有时也在本底脉冲堆积前对电流信号放大、选通。

④ 其他

如利用带电粒子作探测器中产生的电流脉冲形状不同来鉴别粒子种类（例如鉴别质子与电子），以及研究探测器电流脉冲的形状等。

二、基本要求

由上一节对于前置放大器输入阻抗的分析（图1-2-10）可以看出，要使放大后的输出信号较好地保持输入电流信号的形状，前置放大器输入端高频等效电路的时间常数必须足够小。即前置放大器的过渡过程要足够快。

另外，在信号经电缆或传输线输入时，还要求前置放大器的输入端能与电缆特性阻抗匹配。

在允许噪声比较大时，以上两要求都可以在输入端并联或串联合适的小阻值电阻器来实现。但是小阻值电阻并联噪声电流很大。因此需要能满足以上两要求的低噪声电流灵敏前置放大器。

三、低噪声电流灵敏前置放大器

低噪声电流灵敏前置放大器目前常做成能同时提取时间信息和能量信息的。一种是以低噪声电荷灵敏前置放大器为基本电路，然后设法从其输出电压中用成形网络分离出时间信息。一种是以低噪声电压——电流变换器为基础得到输出电流，同时经过积分又可得到正比于输入电荷的信号幅度，即同时得到能量信息。

① 电荷灵敏——成形网络

电荷灵敏前置放大器噪声小，高频输入电阻可以通过改变（1.2.46）式的参数来调节，输出电压信号近似于输入电流的积分。可以如图1-3-3所示，将输出信号口：通过成形网络（sh R 、sh C ）的sh C 和下级输入电阻r 组成的微分电

路，得到形状和输入电流相近的输出电流o i 。r 通常很小（下一级也是电流放大器），不考虑sh R 时，sh o sC V I 2=即o I 的时域波形o i 是2V 时域波形2v 的微分。

实际上，由于前置放大器输入电路有一定时间常数，i v 的形状不完全和i i 相同，2v 的前沿就不完全是i i 的积分（参看图1-2-10中细线波形）。在图1-3-3中，G A g I m =，设1>>a a C sR ，则

???? ?

?+-=???? ??+-=-=-==if if f sh i if if if a sh i a sh i sh a C sh

o C sR C C I C sR R C C G

I C C G V sC C I sC V I a

11112 在i i 是幅度为iM I 的阶跃电流时，

)1(/1if i fC R f sh iM o e C C I i ---= （1.3.5）

可知这种电荷灵敏一成形网络结构的低噪声电流灵敏前置放大器，以o i 稳态值计的电流增益为

f sh I C C K -= （1.3.6）

o i 不为阶跃而以时间常数if if C R 过渡到稳态值，表示时间信息的畸变。对于一般电荷灵敏前置放大器，按前面例举过的参数，if if C R 约一、二十毫微秒。用作电流灵敏前置放大器还应做得更快些。

以上分析的是图1-3-3的高频特性。就低频特性而言，输入的窄电流脉冲可近似为电流冲击。在输入电流脉冲结束后，输入电荷几乎全贮于f C ；对于阻容反馈，f C 上的电荷将经f R 缓慢放电，2v 以大时间常数f f C R 恢复到零。2v 的变化又将通过sh C 在r 上产生输出电流。但是输入电流已经结束，此时的输出电流对于电流放大器来说是一种畸变。如果输入的是正电流脉冲，2v 为负脉冲。在2v 的前沿，输出所需的负电流脉冲。在2v 的后沿，输出的是不需要的正电流。这一正电流可以通过和sh C 并联一个电阻sh R 来消除，因为负的2v 通过sh R 可以给r 送入一个负电流。这一作用就是下一章要仔细分析的极零相消。这里仅从物理概念进行解释。当2v 处于峰值时，f C 上的电压和sh C 上的电压大小相等（i v 、r i o 都远小于2v ）；如果f C 经f R 放电时2v 变化的速度和sh C 经sh R 放电时sh v 的变化速度相等，回路sh sh C R 将不会有电流流过2v 节点和负载r ，o i 为零。所以，为克服此电路低频过程中输出畸变电流，应取

f f sh sh C R C R = （1.3.7）

图1-3-3电路的输入阻抗和一般电荷灵敏前置放大器一样，与后接成形网络sh R sh C 无关。即在输入信号电流的宽度小于2.3if if C R 时，

f o if GC C R ≈

（即5.2.47式） f i if C C C +≈

（即5.2.48式） ② 电压-电流变换-成形网络

图1-3-3的电路是由I A 的输出电流流过阻容并联电路a a C R 产生电压，此电压一方面通过f f C R 反馈，另一方面又加到另一阻容并联电路sh sh C R 得到输出电流o i 。显然，这一过程可以简化：令I A 的输出电路直接流过Csh R sh ，得图1-3-4所示之电压-电流变换-成形网络结构。和图1-3-3不同，2v 不仅决定于I A 的输出电流，还与f i 有关。但实际电路中为了有足够的电流增益，常取f sh C C >>（1.3.6式），则I A 的输出电流主要流过sh C ，f i 对2v 的影响可以忽略。i v 、2v 、o i 和i i 的关系大致和图1-3-3相同。以上是对图1-3-4所示电路的近似分析，在f f sh sh C R C R =时，仔细计算图1-3-4所示电路可得到很有意思的结果。因为图1-3-4中

图1-3-3 电荷灵敏-成形网络结构的低噪声电流灵敏前置放大器

图1-3-4 电压-电流变换-成形网络结构的低噪声电流灵敏前置放大器

221

2)(Z G V I V Z I V V i f f i -==-

式中I m sh sh sh f f f A g G C sR R Z C sR R Z =+=+=),1/(),1/(21，m g 是场效应管的跨导。在不考虑i C 时，i f I I =，则 2

2111GZ Z Z I V Z i i ++==' )1(1)

1()1(+++++=sh sh sh sh sh sh

f f f

C sR R G C sR R C sR R （1.3.8）

令sh GR A =0，当f f sh sh C R C R =时，

???

? ??++???? ??+=+++='sh sh sh f sh sh sh

f i C R A s C C A C sR R R Z 001111)

1( （1.3.9） 考虑到i i i sC Z Z 1//

'=，则 输入电容为

i sh f sh

f if C C C C C C ++= （1.3.10）

输入电阻为

f sh f sh if C A C C R R )1()

(0++= （1.3.11）

值得注意的是，以上计算我们仅设f f sh sh C R C R =，没有对频率范围作任何限制，因而所求得的i Z '适用于任何频率。也就是说，图1-3-4电路无论是在高频或是低频范围内，只要f f sh sh C R C R =，其输入阻抗都是简单的阻容并联电路if if C R 。

如果1,0>><

sh f

f i C GC sC Z +≈'1

（1.3.12）

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记

压力传感器原理及应用-称重技术

压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电 信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感 器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。 一、压阻式压力传感器 固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片 受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。 压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 1、压阻式压力传感器基本介绍 压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此 应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩 散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。 半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比，最 突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大 即可直接进行测量记录。此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽， 从静态应变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结 合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存 在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变 —电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。 扩散型压阻式传感器扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料，取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。 利用半导体压阻效应，可设计成多种类型传感器，其中压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的基本 型式。 硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。硅膜片是核心部分，其外形状象杯故名硅杯，在硅膜上，用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻，经蒸镀金属电极及连线，接成惠斯登电桥 再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔，另一侧是低压腔，通常和大气相连，也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时，膜片发生变形，产生应力应变，从而使扩散电阻的电阻值发 生变化，电桥失去平衡，输出相对应的电压，其大小就反映了膜片所受压力差值。

温度传感器原理

一、温度传感器热电阻的应用原理 温度传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 1．温度传感器热电阻测温原理及材料 温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。 2．温度传感器热电阻的结构

（1）精通型温度传感器热电阻工业常用温度传感器热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点见表2-1-11。从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制，有关具体内容参见本篇第三章第一节. （2）铠装温度传感器热电阻铠装温度传感器热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，如图2-1-7所示，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。 与普通型温度传感器热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。

（3）端面温度传感器热电阻端面温度传感器热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如图2-1-8所示。它与一般轴向温度传感器热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 （4）隔爆型温度传感器热电阻隔爆型温度传感器热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型温度传感器热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 3．温度传感器热电阻测温系统的组成 温度传感器热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： ①温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致

前置放大器与功率放大器的性能解析9页

前置放大器与功率放大器的性能解析 前置放大器与功率放大器的性能解析2011-05-31 11：34 第一节前置放大器与功率放大器一、前置放大器1.前置放大器的功能与主要性能在歌舞厅、会堂以及家庭等场合，广泛使用的放大器分为音频放大器(亦称声频放大器)TAV放大器(视听放大器)两类。音频放大器又分前置放大器和功率放大器两种，它们只接收、放大、处理音频信号；而AV放大器可以接收、放大、处理音频和视频信号。在音频放大器中，前置放大器(又称电压放大器、控制放大器)的作用是对它的输入各种音频节目源信号进行选择和放大，并调整输入信号的频响、幅度等，以美化音质。功率放大器则是将前置放大器送来的信号进行无失真的单纯功率放大，以推动扬声器放音。前置放大器和功率放大器可以独立装成两台机器，也可以组装在一台机器内。组装在一起的称为综合功率放大器或综合放大器港台或市场上则称为合并式功放，而把分开做成两台机器的有时又称为前级和后级功放。①对各种节目源信号(如激光唱机、电唱机、调谐器、录音机或传声器)进行选择与处理；②将微弱的输入信号放大到0.5-1V，以推动后续的功率放大器；③进行各种音质控制、以美化音色。因此它的控制旋钮多、性能高，对改善整个音响系统的性能，提高音质、音色，以高保真的指标对音频信号进行切换、放大、处理并传递到功放级，具有极为重要的作用。它的地位和重要性相当于调音台，因为它的输入接自各种节目源信号，它的输出传输给功放和扬声器放大器也可以说是整个音响系统的控制中心。显然，在设计和选用音响系统设备时，采用前置放大器就不必再用调音台，或者反之，采用了调音台就不必选用前置放大器。从结构、能以及功能来说，前置放大器要比调音台简单些。2.前置放大器的主要性能前置放大器的主要性能指标有：失真度、信噪比、频率响应、转换速率(SR)、输入阻抗和动态范围等。①失真度。失真包括谐波失真和互调失真等，当然其值越小越好。作为高保真前置放大的最低要求，其谐波失真应≤0.5%。目前，前置放大器的指标可做得很高。谐波失真一般能做到小于0.01%，瞬态互调失真大多在0.05%以下。②信噪比。其值越大越好。作为高保真前置放大器对宽带信噪比的最低要求为≥50dB，现在做到90dB以上也不难了。③频率响应。作为高保真前置放大器对频响的最低要求为40- 1600Hz，允差≤±1.5dB，现在一般能做到20-20000Hz、通带内平直、正负不超过0,1%。④其他要求。除了以上三个最主要指标外，还有许多

多媒体技术基础及应用期末复习指导9

多媒体技术基础及应用期末复习指导（本科） 多媒体技术基础及应用是中央电大计算机科学与技术专业的限定性选修课程。4学分，开设一学期。该课程使用的教材为《多媒体技术基础及应用》和《多媒体技术基础及应用——辅导与实验》，钟玉琢、冼伟铨、沈洪编著，清华大学出版社出版。 本课程综合讲述了多媒体计算机的基本原理、关键技术及其开发和应用。要求学生掌握的主要内容有：多媒体计算机的定义及其关键技术；视频音频信息的获取与处理；多媒体数据压缩编码技术；多媒体计算机硬件及软件系统结构、超文本和超媒体、多媒体计算机的应用技术。通过学习这些内容，为今后开展多媒体领域的研究和开发工作打下良好的基础。 为了电大的同学更好地复习和掌握这门课程的知识，下面按照教案大纲要求，对各章的复习要点进行归纳总结，并给出相应的练习题及解答，供大家复习时参考。 一、复习的主要内容 第一章多媒体计算机概述 1. 多媒体计算机的定义和分类 多媒体计算机的定义是：计算机综合处理多媒体信息（文本、图形、图像、音频和视频）使多种信息建立逻辑连接、集成为一个系统并具有交互性的技术。 简单地说：计算机综合处理声、文、图信息；具有集成性和交互性。 多媒体计算机的分类，从开发和生产厂商以及应用的角度出发可以分为两大类： 一类是家电制造厂商研制的电视计算机（Teleputer），是把CPU放到家电中通过编程控制管理电视机、音响。有人称它为“灵巧”电视-Smart TV； 另一类是计算机制造厂商研制的计算机电视（Compuvision），采用微处理器（80X86，68XXX）作为CPU，其它设备还有VGA卡，CD-ROM，音响设备以及扩展的多媒体家电系统，有人说它的发展方向是TV-Killer。 2. 多媒体计算机要解决的关键技术 （1）视频音频信息的获取技术； （2）多媒体数据压缩编码和解码技术； （3）视频音频数据的实时处理和特技； （4）视频音频数据的输出技术。 3. 多媒体技术促进了通信娱乐和计算机的融合 (1) 多媒体技术是解决数字化及HDTV的可行方案 应用多媒体技术制造高清晰度电视(HDTV)它可以支持任意分辨率的输出,而且输入输出分辨率可以独立,输出分辨率也可以任意地改变。可以用任意的窗口尺寸输出，同时还具备许多新的功能，如图形功能、视频音频特技以及交互功能。 高清晰度数字电视技术及交互式电视技术由于采用了数字式视频数字式音频及MPEG压缩编码算法以便于数据传输、存储及计算机控制和管理。国际标准MPEG-Ⅱ，提供了四种工具：空间可扩展性、时间可扩充性、信噪比可扩充性及数据分块等。 （2）利用多媒体技术制作VCD、DVD及影视音响 应用多媒体计算机技术可制作VCD、DVD、影视音响卡拉OK机等。VCD播放系统主要有两种，一种是MPEG播放卡，另一种是VCD播放机。MPEG卡由Mediamatics公司研制的，这种卡由三块主要的芯片：MX501、4Mbit-DRAM和40MHzOSC。它由视频音频解码

压力传感器工作原理

压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 1、应变片压力传感器原理与应用： 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 1．1、金属电阻应变片的内部结构：它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 1．2、电阻应变片的工作原理：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）

传感器原理及应用试题库

一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，光电效应，热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最

小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；

压电式压力传感器原理及应用

压电式压力传感器原理及应用 自动化研1302班王民军 压电式压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也叫压电式压电传感器。压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 一、压电式传感器的工作原理 1、压电效应 For personal use only in study and research; not for commercial use 某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。 2、压电式压力传感器的特点 压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见

压电式压力传感器、加速度计)。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=k*S*p。 For personal use only in study and research; not for commercial use 式中Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。为了保证静态特性及稳定性，通常多采用压电晶片并联。在压电式压力传感器中常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷，其中石英晶体应用得最为广泛。 For personal use only in study and research; not for commercial use 二、压电压力传感器等效电路和测量电路 在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子材料

智能温度传感器原理与应用

智能温度传感器原理与应用 论文摘要】DS18B20是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，他具有独特的单线总线接口方式。文章详细的介绍了单线数治露却 衅鱀S18B20的测量原理、特性以及在温度测量中的硬件和软件设计，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1DS18B20简介 （1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 （2）在使用中不需要任何外围元件。 （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。 （4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。 （5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。 （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 （8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2DS18B20的内部结构 DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图1所示。 (1) 64 b闪速ROM的结构如下：

(完整版)多媒体技术基础与应用习题及参考答案

一、选择 1.多媒体计算机中的媒体信息是指( ) 。 ⑴数字、文字⑵声音、图形⑶动画、视频⑷图像 A ⑴ B ⑵ C ⑶ D 全部 2.多媒体技术的主要特性有( )。 （1）多样性（2）集成性（3）交互性（4）可扩充性 A （1） B （1）、（2） C （1）、（2）、（3） D 全部 3.目前音频卡具备以下哪些功能（）。 ⑴录制和回放数字音频文件⑵混音⑶语音特征识别⑷实时解／压缩数字音频文件 A ⑴⑶⑷ B ⑴⑵⑷ C ⑵⑶⑷ D 全部 4.在多媒体计算机中常用的图像输入设备是（）。 （1）数码照相机（2）彩色扫描仪（3）视频信号数字化仪（4）彩色摄像机 A （1） B （1）（2） C （1）（2）（3） D 全部 5.国际标准MPEG-Ⅱ采用了分层的编码体系，提供了四种技术,它们是（）。 A 空间可扩展性；信噪比可扩充性；框架技术；等级技术。

B 时间可扩充性；空间可扩展性；硬件扩展技术；软件扩展技术。 C 数据分块技术；空间可扩展性；信噪比可扩充性；框架技术。 D 空间可扩展性；时间可扩充性；信噪比可扩充性；数据分块技术。 6.视频卡的种类很多，主要包括（）。（1）视频捕获卡（2）电影卡（3）电视卡（4）视频转换卡 A （1） B （1）（2） C （1）（2）（3） D 全部 7.以PAL制25帧/秒为例，已知一帧彩色静态图像(RGB)的分辨率为256′256，每一种颜色用16bit表示，则该视频每秒钟的数据量为（）。 A 256′256 ′3 ′16′25 bps B 512′512 ′3′8′25 bps C 256′256 ′3′8′25 bps D 512 ′512′3′16′25 bps 8.全电视信号主要由（）组成。 A 图像信号、同步信号、消隐信号。 B 图像信号、亮度信号、色度信号。 C 图像信号、复合同步信号、复合消隐信号。 D 图像信号、复合同步信号、复合色度信号。 9.在视频信号实时处理技术中，如果电视扫描的正程时间为52.2ms，分辨率为512′512 ，实时意味着处理每个像素的时间近似为（）。 A 0.1ms B 0.2ms C 0.8ms D 0.4ms 10.下列哪种说法是正确的（）。 A 信息量等于数据量与冗余量之和。

(完整版)传感器原理及应用试题库(已做)

:填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示 k （x）=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量， 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕 变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能：对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：物理传 感器，化学传感器，生物传感器。

单线数字温度传感器DSB原理及其应用

单线数字温度传感器DS18B20原理及其应用 DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的"一线器件"体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822 "一线总线"数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持"一线总线"接口，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C 。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B2 0、DS1822 的特性DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继"一线总线"的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 1. DS18B20的新性能 (1) 可用数据线供电，电压范围：3.0~5.5V； (2) 测温范围：-55~+125℃，在-10~+85℃时精度为±0.5℃； (3) 可编程的分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃； (4) 12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字； (5) 负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2. DS18B20的外形和内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下: 图（1）DS18B20外形图 引脚定义： (1) DQ为数字信号输入/输出端； (2) GND为电源地；

传感器原理设计与应用重点总结

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理，相对简洁，和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比，可能不够完整；而且个人水平有限，不可能把握的很准确，所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章：传感器概论 1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类： 结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向： 教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述：微型化、集成化、廉价。 第二章：传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 （产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。） 重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性） 动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差

压力传感器原理【详解】

压力传感器原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一．压力传感器原理 一些常用传感器原理及其应用: 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构 1、应变片压力传感器原理 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω?cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长

音频放大电路的组成及原理

第二章高保真电路的组成及基本原理 2.1电路整体方案的确定 音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。放大器一般包括前置放大和功率放大两部分，前者以放大信号振幅为目的，因而又称电压放大器；后者的任务是放大信号功率，使其足以推动扬声器系统。 功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器OTL（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题也必须要重视。 OCL电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。本课题输出级选用OCL功率放大器，偏置电路选用甲乙类功放电路。为了使电路简单，信号失真小，本电路选用反馈型音调控制电路。为了不影响音调控制电路，要求前置输入阻抗比较高，输出阻抗低，本级电路选用场效应管共源放大器和源级跟随器组成。 高保真音频放大器组成框图 2.2 OCL功率放大器的原理 OCL功率放大器电路通常可分成：功率输出级、推动级和输入级三部分。根据给定技术指标，选择下图所示电路 功率输出级是由四个三极管组成的复合管准互补对称电路，可以得到较大的输出功率。再用一些电阻来减小复合管的穿透电流，增加电路的稳定性。前置电路用NPN型三极管组成恒压电路，保证功率输出管有合适的初始电流，以克服交越失真。 推动级采用普通共射放大电路。 输入级部分由三极管组成差动放大电路，减小电路直流漂移。 2.3音调控制电路的原理 常用的音调控制电路有三种：一种是衰减式RC音调控制电路，其调节范围

多媒体技术及其应用试题与答案

多媒体技术技术应用试题 A 一、填空题（每空1分，共20分） 1 ?多媒体计算机技术是指运用计算机综合处理 ____________________________ 的技术，包括将多 种信息建立 _____________________ ，进而集成一个具有 _____________________ 性的系统。 2 .多媒体技术具有 ______________ 、 ________________ 、 _______________ 和高质量等特性。 3 ?分辨率是指把采样所得的值 ___________________ ，即用二进制来表示模拟量，进而实现 ___________________ 转换。 4 .国际常用的广播视频标准和记录格式有： _________________、 ______________ ，和SECAM 5 ?多媒体创作系统大致可分为 _______________ 、 ______________ 和 _____________ 三个部分。 6 ?视频采集是将视频信号 ________________ 并记录到 ______________ 上的过程。 7. _______________________________________________________________________ 根 据通信节点的数量，视频会议系统可分为两类： _____________________________________________ 和 ______________________________ 。 （1 ）可以用新的与众不同的方法对视频进行创造性编辑 8.用计算机实现的动画有两种： ______ 9?多点视频会议系统的一个关键技术是 二、单项选择题（每题2分，共20分） 超文本的结构是（ 顺序的树形 非线性的 网状 A . C. 2 ? A . C. 3 C. 4. A . B . C. D. 5. 关于MIDI ，下列叙述不正确的是（ MIDI 是合成声音 B MIDI 文件是一系列指令的集合 一般说来，要求声音的质量越高， 分辨率越低和采样频率越低 分辨率越低和采样频率越高 位图与矢量图比较，可以看出（ 位图比矢量图占用空间更少 位图与矢量图占用空间相同 对于复杂图形，位图比矢量图画对象更快 对于复杂图形，位图比矢量图画对象更慢 下列哪些压缩方法是冗余压缩法？（ ?线形的层次 .随机的链式 ）。 .MIDI 的回放依赖设备 .使用MIDI ，不需要许多的乐理知识 ）° ?分辨率越高和采样频率越低 ?分辨率越高和采样频率越高 (2) (4) ) )PCM Lempel-Zev 编码 (1) (2) ( 3) (1) ( 3) ( 4) C. （1） （ 3） 7 .多媒体创作工具的标准中具有的功能和特性是（ A .超级连接能力 B C.动画制作与演播 D 8 ?数字视频的重要性体现在（ ） .模块化与面向对象化 .以上答案都对 D ?全部 D (1) Huffman 编码 (3 )行程编码 A . (1) ( 3) C. (1) ( 2) (4)

传感器原理及应用

《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室

实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化, 这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±15V、±4V直流电源、万用表。 四、实验方法和要求： 1、根据电子电路知识，实验前设计出实验电路连线图。 2、独力完成实验电路连线。 3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系，并作出V o=F(m) 的关系曲线。

4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化 量，ΔW重量变化量）和非线性误差：δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为 输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·s满量程 输出平均值，此处为200g。 五、思考题 1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2） 负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1） 对边（2）邻边。 3、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3， R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。