天然氣的流量監(jiān)測(cè)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 到纖芯與包層界面上的光有一部分將穿過(guò)界面射進(jìn)包層造成傳輸損耗。第三章 檢測(cè)電路 放大電路一個(gè)基本放大電路必須有如圖31(a)所示各組成部分：輸入信號(hào)源、晶體三極管、輸出負(fù)載以及直流電源和相應(yīng)的偏置電路。其中，直流電源和相應(yīng)的偏置電路用來(lái)為晶體三極管提供靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證晶體三極管工作在放大區(qū)。就雙極型晶體三極管而言，就是保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。輸入信號(hào)源一般是將非電量變?yōu)殡娏康膿Q能器， 如各種傳感器，將聲音變換為電信號(hào)的話筒，將圖像變換為電信號(hào)的攝像管等。它所提供的電壓信號(hào)或電流信號(hào)就是基本放大電路的輸入信號(hào)。圖31（b）是最簡(jiǎn)單的共發(fā)射極組態(tài)放大器的電路原理圖。我們先介紹各部件的作用。1. 晶體管V 2. 直流電源UCC 3. 基極偏流電阻Rb4. 集電極電阻Rc 5. 耦合電容C C2圖31 放大電路基本組成與共發(fā)射極基本放大電路 （a）放大電路基本組成框圖；（b）電路原理圖在圖31(b)所示基本放放大電路中，我們只要適當(dāng)選取R b、Rc和UCC的值，三極管就能夠工作在放大區(qū)。下面我們以它為例，分析放大電路的工作原理。1. 無(wú)輸入信號(hào)時(shí)放大器的工作情況：在圖31(b)所示的基本放大電路中， 在接通直流電源UCC后，當(dāng)ui=0時(shí), 由于基極偏流電阻Rb的作用，晶體管基極就有正向偏流IB流過(guò)，由于晶體管的電流放大作用，那么集電極電流IC=βIB，集電極電流在集電極電阻Rc上形成的壓降為UC=ICRc。顯然, 晶體管集電極發(fā)射極間的管壓降為UCE=UCCICRc。當(dāng)ui=0時(shí)，放大電路處于靜態(tài)或叫處于直流工作狀態(tài)， 這時(shí)的基極電流IB、集電極電流IC和集電極發(fā)射極電壓UCE用IB 、 ICQ、UCEQ表示。它們?cè)谌龢O管特性曲線上所確定的點(diǎn)就稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)，其習(xí)慣上用Q表示。這些電壓和電流值都是在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)的數(shù)值，所以叫靜態(tài)電壓和靜態(tài)電流。2. 輸入交流信號(hào)時(shí)的工作情況：當(dāng)在放大器的輸入端加入正弦交流信號(hào)電壓ui時(shí)，信號(hào)電壓ui將和靜態(tài)正偏壓UBE相串連作用于晶體管發(fā)射結(jié)上，加在發(fā)射結(jié)上的電壓瞬時(shí)值為uBE=UBE+ui 如果選擇適當(dāng)?shù)撵o態(tài)電壓值和靜態(tài)電流值，輸入信號(hào)電壓的幅值又限制在一定范圍之內(nèi)，則在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，發(fā)射結(jié)上的電壓均能處于輸入特性曲線的直線部分，如圖 32(a)，此時(shí)基極電流的瞬時(shí)值將隨uBE變化，如圖32(b)。基極電流iB由兩部分組成, 一個(gè)是固定不變的靜態(tài)基極電流IB；一個(gè)是作正弦變化的交流基極電流ib。iB=IB+ib由于晶體管的電流放大作用， 集電極電流iC將隨基極電流iB變化，如圖32（c）所示。圖32 放大器的工作情況（a） 輸入特性曲線和ui的波形；（b）基極電流的波形；（c）集電極電流的波形；（d）Re上壓降的波形；（e）管壓降的波形同樣，iC也由兩部分組成：一個(gè)是固定不變的靜態(tài)集電極電流IC；一個(gè)是作正弦變化的交流集電極電流ic。其瞬時(shí)值為iC=IC+ic 現(xiàn)在討論集電極電阻Rc上的電壓降uRc。因?yàn)閡Rc=iCRc ， 所以它要隨iC變化，如圖32（d）所示。由于UCC=iCRc +uCE，所以在圖32(d)上，管壓降的瞬時(shí)值uCE相當(dāng)于UCC虛線下面的空白部分。把它單獨(dú)畫(huà)出，如圖32(e)所示。顯然， uCE也由兩部分組成：一個(gè)是固定不變的靜態(tài)管壓降UCE， 另一個(gè)是作正弦變化的交流集電極發(fā)射極電壓uce。如果負(fù)載電阻RL通過(guò)耦合電容C2接到晶體管的集電極發(fā)射極之間，則由于電容C2的隔直作用，負(fù)載電阻RL上就不會(huì)出現(xiàn)直流電壓。 但對(duì)交流信號(hào)uce，很容易通過(guò)隔直電容C2加到負(fù)載電阻RL上，形成輸出電壓uo。如果電容C2的容量足夠大，則對(duì)交流信號(hào)的容抗很小，忽略其上的壓降，則管壓降的交流成分就是負(fù)載上的輸出電壓，因此有uo=uce 把輸出電壓uo和輸入信號(hào)電壓ui進(jìn)行對(duì)比，我們可以得到如下結(jié)論：(1) 輸出電壓的波形和輸入信號(hào)電壓的波形相同， 只是輸出電壓幅度比輸入電壓大。(2) 輸出電壓與輸入信號(hào)電壓相位差為180 。通過(guò)以上分析可知, 放大電路工作原理實(shí)質(zhì)是用微弱的信號(hào)電壓ui通過(guò)三極管的控制作用去控制三極管集電極電流iC，iC在RL上形成壓降作為輸出電壓。iC是直流電源UCC提供的。因此三極管的輸出功率實(shí)際上是利用三極管的控制作用，直流電能轉(zhuǎn)化成交流電能的功率。 放大電路的主要性能指標(biāo)分析放大器的性能時(shí), 必須了解放大器有哪些性能指標(biāo)。 各種小信號(hào)放大器都可以用圖33所示的組成框圖表示，圖中Us代表輸入信號(hào)電壓源的等效電動(dòng)勢(shì)，Rs代表內(nèi)阻。也可用電流源等效電路。Ui和Ii分別為放大器輸入信號(hào)電壓和電流的有效值，RL為負(fù)載電阻，Uo和Io分別為放大器輸出信號(hào)電壓和電流的有效值。衡量放大器性能的指標(biāo)很多，現(xiàn)介紹輸入、輸出電阻，增益，頻率失真和非線性失真等基本指標(biāo)。1. 輸入、 輸出電阻圖33小信號(hào)放大器的組成框圖對(duì)于輸入信號(hào)源， 可把放大器當(dāng)作它的負(fù)載，用ri表示， 稱(chēng)為放大器的輸入電阻。其定義的放大器輸入端信號(hào)電壓對(duì)電流的比值，即ri=對(duì)于輸出負(fù)載RL，可把放大器當(dāng)作它的信號(hào)源，用相應(yīng)的電壓源或電流源等效電路表示，如圖34（a）和（b）所示。 圖中Ui是將RL移去， Us或者Is在放大器輸出端產(chǎn)生的開(kāi)路電壓。In是將RL短接，Us或者Is在放大器輸出端產(chǎn)生的短路電流。 ro是等效電流源或電壓源的內(nèi)阻，也就是放大器的輸出電阻。它是在放大器中的獨(dú)立電壓源短路或獨(dú)立電流源開(kāi)路、 保留受控源的情況下， 從RL兩端向放大器看進(jìn)去所呈現(xiàn)的電阻。因此假如在放大器輸出端外加信號(hào)電壓U， 計(jì)算出由U產(chǎn)生的電流I，則ro=U/I, 如圖34（c）。 ro，ri只是等效意義上的電阻。如在放大器內(nèi)部有電抗元件， ro，ri應(yīng)為復(fù)數(shù)值。2. 增益增益，又稱(chēng)為放大倍數(shù)，用來(lái)衡量放大器放大信號(hào)的能力。有電壓增益、電流增益、功率增益等。1） 電流、 電壓增益電壓增益用Au表示，定義為放大器輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的比值。 即圖34 放大器的輸入電阻和輸出電阻因?yàn)?,又 ,所以 。增益Ai和源電流增益同樣, 電流Ais分別定義為 : , ,2） 功率增益功率增益表示放大器放大信號(hào)功率的能力， 定義為:一個(gè)信號(hào)源能夠提供的最大功率，就是信號(hào)源加到匹配負(fù)載上的功率，我們定義為信號(hào)源額定功率, 它是度量信號(hào)源功率容量大小的參數(shù)。負(fù)載能否得到這么大的功率，取決于負(fù)載是否與信號(hào)源內(nèi)阻匹配。額定功率與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，而實(shí)際得到的功率則與負(fù)載大小有關(guān)。3. 頻率失真因放大電路一般含有電抗元件，所以對(duì)于不同頻率的輸入信號(hào), 放大器具有不同的放大能力。相應(yīng)的增益是頻率的復(fù)函數(shù)。即上式中， A(ω)是增益的幅值，φA(ω)是增益的相角， 都是頻率的函數(shù)。我們將幅值隨ω變化的特性稱(chēng)為放大器的幅頻特性，其相應(yīng)的曲線稱(chēng)為幅頻特性曲線。 相角隨ω變化的特性稱(chēng)為放大器的相頻特性，其相應(yīng)的曲線稱(chēng)為相頻特性曲線。在工程上，一個(gè)實(shí)際輸入信號(hào)包含許多頻率分量， 放大器不能對(duì)所有頻率分量進(jìn)行等增益放大，那么合成的輸出信號(hào)波形就與輸入信號(hào)不同。這種波形失真稱(chēng)為放大器的頻率失真。要把這種失真限制在允許值范圍內(nèi)，則放大器頻率響應(yīng)曲線中平坦部分的帶寬應(yīng)大于輸入信號(hào)的頻率寬度。 整形電路 整形電路原理整形電路是有低通濾波器和整形器組成，其原理：如圖35所示 它將輸入正弦波的同步信號(hào)進(jìn)行低通濾波排除高頻干擾后轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。圖35 整形電路原理圖 脈沖形成電路脈沖形成電路是由積分器，反相器及與門(mén)電路組成，其電路原理圖如圖36所示，它的工作波形如圖37所示，該電路能夠?qū)⑤敵龅拿}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為同相位的固定脈沖寬度的脈沖信號(hào)，通過(guò)改變R1，C5的參數(shù)可做到調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度，使其大于60度，封鎖信號(hào)位高電平時(shí)允許觸發(fā)脈沖輸出，當(dāng)它為低電平時(shí)封鎖脈沖信號(hào)，無(wú)觸發(fā)脈沖輸出。圖36 脈沖形成電路原理 圖37 脈沖形成電路工作波形獲取矩形脈沖的途徑有很多，例如：1 利用各種形式的多諧振蕩電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖；2 對(duì)已有的信號(hào)進(jìn)行整形，即通過(guò)各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為所要求的矩形脈沖。在采取整形的方案時(shí)，是以能夠找到頻率和幅度符合要求的一種已有電壓