天然气的流量监测毕业论文(编辑修改稿)

天然气的流量监测毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

第三章 检测电路 放大电路 三极管放大电路 一个基本放大电路必须有如图 31(a)所示各组成部分：输入信号源、晶体三极管、输出负载以及直流电源和相应的偏置电路。 其中，直流电源和相应的偏置电路用来为晶体三极管提供静态工作点，以保证晶体三极管工作在放大区。 就双极型晶体三极管而言，就是保证发射结正偏，集电结反偏。 输入信号源一般是将非电量变为电量的换能器， 如各种传感器，将声音变换为电 信号的话筒，将图像变换为电信号的摄像管等。 它所提供的电压信号或电流信号就是基本放大电路的输入信号。 图 31（ b）是最简单的共发射极组态放大器的电路原理图。 我们先介绍各部件的作用。 1. 晶体管 V 2. 直流电源 UCC 3. 基极偏流电阻 Rb 4. 集电极电阻 Rc 5. 耦合电容 C C2 图 31 放大电路基本组成与共发射极基本放大电路 14 （ a）放大电路基本组成框图；（ b）电路原理图 放大电路工作原理 在图 31(b)所示基本放放大电路中，我们只要适当选取 R b、 Rc 和 UCC 的值，三极管就能够工作在放大区。 下面我们以它为例，分析放大电路的工作原理。 1. 无输入信号时放大器的工作情况 ： 在图 31(b)所示的基本放大电路中， 在接通直流电源 UCC 后，当 ui=0 时 , 由于基极偏流电阻 Rb 的作用，晶体管基极就有正向偏流 IB流过，由于晶体管的电流 放大作用，那么集电极电流 IC=βIB ，集电极电流在集电极电阻 Rc 上形成的压降为 UC=ICRc。 显然 , 晶体管集电极 发射极间的管压降为 UCE=UCCICRc。 当 ui=0 时，放大电路处于静态或叫处于直流工作状态， 这时的基极电流 IB、集电极电流 IC和集电极发射极电压 UCE 用 IB 、 ICQ、 UCEQ 表示。 它们在三极管特性曲线上所确定的点就称为静态工作点，其习惯上用 Q表示。 这些电压和电流值都是在无信号输入时的数值，所以叫静态电压和静态电流。 2. 输入交流信号时的工作情况 ： 当在放大器的输入端加入正弦交流信 号电压 ui 时，信号电压 ui 将和静态正偏压 UBE 相串连作用于晶体管发射结上，加在发射结上的电压瞬时值为 uBE=UBE+ui 如果选择适当的静态电压值和静态电流值，输入信号电压的幅值又限制在一定范围之内，则在信号的整个周期内，发射结上的电压均能处于输入特性曲线的直线部分，如图 32(a)，此时基极电流的瞬时值将随 uBE 变化，如图 32(b)。 基极电流 iB 由两部分组成 , 一个是固定不变的静态基极电流 IB；一个是作正弦变化的交流基极电流 ib。 iB=IB+ib 由于晶体管的电流放大作用， 集电极电流 iC 将随 基极电流 iB 变化，如图 32（ c）所示。 15 图 32 放大器的工作情况 （ a） 输入特性曲线和 ui 的波形；（ b）基极电流的波形； （ c） 集电极电流的波 形 ；（ d） Re上压降的波形；（ e）管压降的波形 同样， iC 也由两部分组成：一个是固定不变的静态集电极电流 IC；一个是作正弦变化的交流集电极电流 ic。 其瞬 时值为 iC=IC+ic 现在讨论集电极电阻 Rc 上的电压降 uRc。 因为 uRc=iCRc ， 所以它要随 iC变化，如图 32（ d）所示。 由于 UCC=iCRc +uCE，所以在图 32(d)上，管压降的瞬时值 uCE 相当于 UCC 虚线下面的空白部分。 把它单独画出，如图 32(e)所示。 显然， uCE 也由两部分组成：一个是固定不变的静态管压降 UCE， 另一个是作正弦变化的交流集电极 发射极电压 uce。 16 如果负载电阻 RL 通过耦合电容 C2 接到晶体管的集电极 发射极之间，则由于电容 C2 的隔直作用，负载电阻 RL 上就不会出现 直流电压。 但对交流信号 uce，很容易通过隔直电容 C2 加到负载电阻 RL上，形成输出电压 uo。 如果电容 C2 的容量足够大，则对交流信号的容抗很小，忽略其上的压降，则管压降的交流成分就是负载上的输出电压，因此有 uo=uce 把输出电压 uo 和输入信号电压 ui 进行对比，我们可以得到如下结论： (1) 输出电压的波形和输入信号电压的波形相同， 只是输出电压幅度比输入电压大。 (2) 输出电压与输入信号电压相位差为 180。 通过以上分析可知 , 放大电路工作原理实质是用微弱的信号电压 ui 通过三极管的控制作用去控制三极 管集电极电流 iC， iC在 RL 上形成压降作为输出电压。 iC 是直流电源 UCC 提供的。 因此三极管的输出功率实际上是利用三极管的控制作用，直流电能转化成交流电能的功率。 放大电路的主要性能指标 分析放大器的性能时 , 必须了解放大器有哪些性能指标。 各种小信号放大器都可以用图 33 所示的组成框图表示，图中 Us 代表输入信号电压源的等效电动势， Rs代表内阻。 也可用电流源等效电路。 Ui 和 Ii分别为放大器输入信号电压和电流的有效值， RL 为负载电阻， Uo 和 Io分别为放大器输出信号电压和电流的有效值。 衡量放大器性能的 指标很多，现介绍输入、输出电阻，增益，频率失真和非线性失真等基本指标。 1. 输入、 输出电阻 17 图 33 小信号放大器的组成框图 对于输入信号源， 可把放大器当作它的负载，用 ri表示， 称为放大器的输入电阻。 其定义的放大器输入端信号电压对电流的比值，即 ri= 对于输出负载 RL，可把放大器当作它的信号源，用相应的电压源或电流源等效电路表示，如图 34（ a）和（ b）所示。 图中 Ui 是将 RL 移去， Us 或者 Is 在放大器输出端产生的开路电压。 In 是将 RL 短接， Us或者 Is 在放大器输出端产生的短路电流。 ro 是等效电流源或电压源的内阻，也就是放大器的输出电阻。 它是在放大器中的独立电压源短路或独立电流源开路、 保留受控源的情况下， 从 RL 两端向放大器看进去所呈现的电阻。 因此假如在放大器输出端外加信号电压 U， 计算出由 U 产生的电流 I，则 ro=U/I, 如图 34（ c）。 ro， ri只是等效意义上的电阻。 如在放大器内部有电抗元件， ro， ri应为复数值。 2. 增益 增益，又称为放大倍数，用来衡量放大器放大信号的能力。 有电压增益、电流增益、功率增益等。 1） 电流、 电压增益 电压增益用 Au 表示，定义为放大器输出信号电压与输入信号电压的比值。 即 图 34 放大 器的输入电阻和输出电阻 因为 ,又 ,所以。 增益 Ai和源电流增益同样 , 电流 Ais 分别定义为 : , , 2） 功率增益 18 功率增益表示放大器放大信号功率的能力， 定义为 : 一个信号源能够提供的最大功率，就是信号源加到匹配负载上的功率，我们定义为信号源额定功率 , 它是度量信号源功率容量大小的参数。 负载能否得到这么大的功率，取决于负载是否与信号源内阻匹配。 额定功率与负载大小无关，而实际得到的功率则与负载大小有关。 3. 频率失真 因放大电路一般含有电抗元件，所以对于不同频率的输入信号 , 放大器具有不同的放大 能力。 相应的增益是频率的复函数。 即 上式中， A(ω) 是增益的幅值， φA(ω) 是增益的相角， 都是频率的函数。 我们将幅值随 ω 变化的特性称为放大器的幅频特性，其相应的曲线称为幅频特性曲线。 相角随 ω 变化的特性称为放大器的相频特性，其相应的曲线称为相频特性曲线。 在工程上，一个实际输入信号包含许多频率分量， 放大器不能对所有频率分量进行等增益放大，那么合成的输出信号波形就与输入信号不同。 这种波形失真称为放大器的频率失真。 要把这种失真限制在允许值范围内，则放大器频率响应曲线中平坦部分的带宽应大于输入信号的频率宽度。 整形电路 整形电路原理 整形电路是有低通滤波器和整形器组成，其原理： 如图 35 所示 它将 输入正弦波的同步信号进行低通滤波排除高频干扰后转换为方波信号。 图 35 整形电路原理图 19 脉冲形成电路 脉冲形成电路是由积分器，反相器及与门电路组成，其电路原 理图如图 36所示，它的工作波形如图 37所示，该电路能够将输出的脉冲信号转换为同相位的固定脉冲宽度的脉冲信号， 通过改变 R1， C5的参数可做到调整触发脉冲的宽度，使其大于 60 度，封锁信号位高电平时允许触发脉冲输出，当它为低电平时封锁脉 冲信号，无触发脉冲输出。 图 36 脉冲形成电路原理 图 37 脉冲形成电路工作波形 获取矩形脉冲的途径 有很多，例如： 1 利用各种形式的多谐振荡电路直接产生所需要的矩形脉冲； 2 对已有的信号进行整形，即通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为所要求的矩形脉冲。 在采取整形的方案时，是以能 够找到频率和幅度符合要求的一种已有电压信号为前提的。 这里重点使用 集成 555 定时器 555 定时器是一种用途极为广泛的单片集成电路，只要外接少量电阻、电容等元件就可以构成各种不同用途的脉冲电路。 如施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等。 555 定时器有 TTL 集成。