测试装置能检测输入信号的最小变化

㈠ 测试装置的静态特性是什么

静态特性有线性度、量测范围和量程、迟滞和重复性、灵敏度、分辨力和阈值、稳定性、漂移和静态误差。

信号与系统有着十分密切的关系，为了真实地传输信号，系统必须具备一些必要的特性，通常用静态特性和动态特性来描述。静态特性反映的是当信号为定值或变化缓慢时，系统的输出与输入的关系，它可以用一个相应的代数方程来描述。静态特性在过程控制系统中定义为稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系。

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1、线性度

线性度（线性度又称为“非线性误差”），该值越小，表明线性特性越好。

2、分辨力

测量装置和标准的测量解析度、刻度限制、或最小可检出的单位。它是量具设计的固有属性，并通常以测量或分类的单位来呈现。数据的分类数常称为分辨比率，因为它描述了对观测到的过程变异，能够可靠的被区隔为多少类别。

3、阈值

分类

PS阈值，在PS中的阈值，实际上是基于图片亮度的一个黑白分界值，默认值是50%中性灰，即128，亮度高于128(<50%的灰)的会变白，低于128(>50%的灰)的会变黑（可以跟滤镜中的其它――高反差保留，再用阈值效果会更好）。

AE阈值，阈值可以理解为值域，即是因变量的取值范围，在after effects中，比如图层的透明图阈值为0-100。当输入信号低于门限时，增益就会按一定的压缩比例放大或缩小。

绝对阈值，刺激物只有达到一定强度才能引起人的感觉。这种刚刚能引起感觉的最小刺激量，叫绝对感觉阈值（absolute sensory threshold）。

4、静态误差

误差的幅值和方向是恒定的，或者是按一定规律缓变的(变化周期大于装置调整周期)，即不需要考虑时间因素对误差的影响。

5、漂移误差

分析测试仪器由于供电电源电压不稳，电子学元件老化，光电倍增管暗电流大，环境温度变化，室内气流骚扰、室内空气湿度大，仪器接地地线不牢，周围房间有大功率设备起动或停运等诸原因，造成分析仪器示值不稳所引起的分析测试结果与理论实际数据的偏差。

㈡ 什么是汽车的传感器，对汽车来说它起到一个什么作用

车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。车用传感器很多，判断传感器出现的故障时，不应只考虑传感器本身，而应考虑出现故障的整个电路。因此，在查找故障时，除了检查传感器之外，还要检查线束、插接件以及传感器与电控单元之间的有关电路。
现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器，它们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常甚至不工作。因此，传感器在汽车上的作用是很重要的。
汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在巳扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了。这些系统采用的传感器有100多种。在种类繁多的传感器中，常见的有∶
：反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是向ECU（发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号；
：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU作为喷油时间的基准信号；
：测量节气门打开的角度，提供给ECU作为断油、控制燃油/空气比、点火提前角修正的基准信号；
：检测曲轴及发动机转速，提供给ECU作为确定点火正时及工作顺序的基准信号；
：检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制燃油/空气比在最佳值（理论值）附近的的基准信号；
：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度的依据；
：检测冷却液的温度，向ECU提供发动机温度信息；
：安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供给ECU根据信号调整点火提前角。
这些传感器主要应用在变速器、方向器、悬架和ABS上。
变速器：有车速传感器、温度传感器、轴转速传感器、压力传感器等，方向器有转角传感器、转矩传感器、液压传感器；
悬架：有车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转角传感器等；
下面来认识一下汽车上的主要传感器。
空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元（ECU），作为决定喷油的基本信号之一。根据测量原理不同，可以分为旋转翼片式空气流量传感器（丰田PREVIA旅行车）、卡门涡游式空气流量传感器（丰田凌志LS400轿车）、热线式空气流量传感器（日产千里马车用VG30E发动机和国产天津三峰客车TJ6481AQ4装用的沃尔沃B230F发动机）和热膜式空气流量传感器四种型式。前两者为体积流量型，后两者为质量流量型。目前主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种。
进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压力，并转换成电信号和转速信号一起送入计算机，作为决定喷油器基本喷油量的依据。国产奥迪100型轿车（V6发动机）、桑塔纳2000型轿车、北京切诺基（25L发动机）、丰田皇冠3．0轿车等均采用这种压力传感器。目前广泛采用的是半导体压敏电阻式进气压力传感器。
节气门位置传感器安装在节气门上，用来检测节气门的开度。它通过杠杆机构与节气门联动，进而反映发动机的不同工况。此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元（ECU），从而控制不同的喷油量。它有三种型式：开关触点式节气门位置传感器（桑塔纳2000型轿车和天津三峰客车）、线性可变电阻式节气门位置传感器（北京切诺基）、综合型节气门位置传感器（国产奥迪100型V6发动机）。
也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。曲轴位置传感器有三种型式：电磁脉冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式曲轴位置传感器（桑塔纳2000型轿车和北京切诺基）、光电效应式曲轴位置传感器。曲轴位置传感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同。曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面，有的安装于凸轮轴前端，也有的安装于分电器（桑塔纳2000型轿车）。
爆震传感器安装在发动机的缸体上，随时监测发动机的爆震情况。目前采用的有共振型和非共振型两大类。

㈢ 什么是传感器的静态特性它有哪些性能指标如何用公式表征这些性能指标

传感器的静态特性是指：对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。

因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。

简单来说就是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。

性能指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、测量范围、精度、分辨率、阈值、稳定性等等。

下面选几个参数做下介绍：

线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。

灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量Δy与引起该增量的相应输入量增量Δx之比。它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化大小。如果灵敏度S值越大，说明传感器越灵敏。

迟滞：传感器在输入量由小到大(正行程)和输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器输出信号的差值即为迟滞。

漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间改变而发生变化的现象，这就是漂移。

(3)测试装置能检测输入信号的最小变化扩展阅读：

主要作用

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

㈣ 在计数器技术指标中为什么要规定被测信号幅度的最大值和最小值

第
5
章

电子计数器

教学目的与要求

时间与频率的测量是最基本的测量之一，也是目前精度最高的测量。
本章介绍了测量时间与频率的基本仪器——电子计数器，要求掌握其基本原理及使用方法。

关键词汇

通用计数器
(universal counter)
、分频器
(diverder)
、周期
(period)
、时间间隔
(time interval)
、频率比
(frequency ratio)
、稳定度
(stability)
、多周期平均测量
(multiple-period average measurement)

5.1
概述

在自然界中，特别是在电子计数值中，周期性现象是非常普遍的。

所谓周期性现象，
就是物体、
物理量经过相等的时间又重复出现相同状态的现象，
单位
为
Hz
（赫兹）
。例如，钟摆在一秒内向左、右各摆动一次；正弦信号经过一个周期
T
又重复
出现等。频率ƒ是相同现象在单位时间内重复的次数，单位为
s
（秒）
。

显然，周期
T
和频率ƒ，是描述同一现象的两个参数，它们的关系为

1
f
T


（
5-1
）

在电子技术中，频率是一个基本参数。频率与其它许多电参量的测量方案、测量结果
都有十分密切的关系。从式（
5-1
）可知，我们只需要测出一个参数，就可以得到另一个参
数。用以测量频率和周期的方法有很多，
常用的有：比较法测量、
利用电路频率特性测量和
电子计数器测量。其中，
利用电子计数器测量来进行测量周期和频率的精度高、速度快、使
用简单，因而得到了广泛应用。

5.1.1
电子计数器的分类

电子计数器的功能很多，归纳起来主要有三种：测量周期、测量频率和测量时间。

（
1
）按功能的不同，电子计数器可以分为四大类

①通用计数器

通用计数器具有多种测量功能，一般具有测频、测周、测时间、测多
周期平均、测频率比、测任意时间间隔内的脉冲个数以及累加功能。

②频率计数器

只具有测量频率这一单一功能，
但其测量频率的范围很宽。
如
Macroni
公司的
2240
型微波频率计数器的测频范围为
10Hz
～
20GHz
。

③时间间隔计数器

是以测量时间间隔为基础的计数器，用以测量电信号之间的时间
间隔，也可以用来测量一个周期信号的周期、脉冲宽度、占空系数、上升时间和下降时间。

④特种计数器

具有特殊功能的计数器。包括可逆计数器、预置计数器、序列计数器
和查值计数器等。

（
2
）按直接计数的最高频率可分为四类

①低速计数器

最高计数频率为
10MHz
。

②中速计数器

计数频率范围为
10
～
100MHz
。

③高速计数器

计数范围大于
100MHz
。

④微波计数器

计数频率范围在
1
～
80GHz
。

5.1.2
电子计数器的主要性能指标

（
1
）
测试功能

说明该仪器所具备的所有的计数功能。
一般具有测量频率、
测量周期、
测量频率比、测量时间间隔、累积脉冲个数以及自校等功能。

（
2
）测量范围

说明该仪器测量的有效范围。对于不同功能的测量，测量范围的含义
也不同。测量频率时，指频率的上限和下限；
测量周期时，指能准确测量的最大时间和最小
时间。例如，
E312A
型电子计数器的测频范围是
10Hz
～
10MHz,
测周范围是
10
s
～
0.4
s

。

（
3
）
输入特性

电子计数器通常具有
2
～
3
个输入端，
在测量不同的项目时，
信号经不
同的输入通道进入仪器。
输入特性标明电子计数器与被测信号源相连的一组特性参数，
常常
包括以下几项。

①输入灵敏度

一般指仪器正常工作时的最小输入电压，
通用电子计数器的灵敏度一般
在
10
～
100mV
内。

②最大输入电压

指仪器在正常工作时所允许输入的最大电压值，
超过这个电压值，
仪
器将不能正常工作，甚至损坏。

③输入耦合方式

一般有
AC
、
DC
两种耦合方式。
DC
耦合适用于低频脉冲或随机脉冲信
号的测量。

④触发斜率选择和触发电平选择

触发斜率分为“
+
”和“
-
”
，用以选择被测信号的上
升和下降沿来触发。触发电平调节决定了被测信号的触发点。

㈤ 怎样测量输入失调电流，利用辅助运放的方法，原理是什么

运算放大器（简称“运放”）的作用是调节和放大模拟信号。常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站。

理想的运放

理想的运放如图1所示。通过电阻元件（或者更普遍地通过阻抗元件）施加的负反馈可以产生两种经典的闭环运放配置中的任何一种：反相放大器（图2）和非反相放大器（图3）。这些配置中的闭环增益的经典等式显示，放大器的增益基本上只取决于反馈元件。另外，负反馈还可以提供稳定、无失真的输出电压。

电压反馈（VFB）运放

电压反馈运放与前文介绍的理想运放一样，它们的输出电压是两个输入端之间电压差的函数。为设计用途，电压反馈运放的数据表定义5种不同的增益：开环增益（AVOL）、闭环增益、信号增益、噪声增益和环路增益。

负反馈可以改变AVOL的大小。对高精度放大器来说，无反馈运放的AVOL值非常大，约为160dB或更高（电压增益为10，000或更高）。

图1：理想的运放。

AVOL的范围很大，在数据表中它通常以最小/最大值给出。AVOL还随着电压电平、负载和温度的变化而变化，但这些影响都很小，通常可以忽略不计。

当运放的反馈环路闭合时，它可以提供小于AVOL的闭环增益。闭环增益有信号增益和噪声增益两种形式。

运算放大器（简称“运放”）的作用是调节和放大模拟信号。常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站。

理想的运放

理想的运放如图1所示。通过电阻元件（或者更普遍地通过阻抗元件）施加的负反馈可以产生两种经典的闭环运放配置中的任何一种：反相放大器（图2）和非反相放大器（图3）。这些配置中的闭环增益的经典等式显示，放大器的增益基本上只取决于反馈元件。另外，负反馈还可以提供稳定、无失真的输出电压。

电压反馈（VFB）运放

电压反馈运放与前文介绍的理想运放一样，它们的输出电压是两个输入端之间电压差的函数。为设计用途，电压反馈运放的数据表定义5种不同的增益：开环增益（AVOL）、闭环增益、信号增益、噪声增益和环路增益。

负反馈可以改变AVOL的大小。对高精度放大器来说，无反馈运放的AVOL值非常大，约为160dB或更高（电压增益为10，000或更高）。

图1：理想的运放。

AVOL的范围很大，在数据表中它通常以最小/最大值给出。AVOL还随着电压电平、负载和温度的变化而变化，但这些影响都很小，通常可以忽略不计。

当运放的反馈环路闭合时，它可以提供小于AVOL的闭环增益。闭环增益有信号增益和噪声增益两种形式。

信号增益（A）指输入信号通过放大器产生的增益，它是电路设计中头等重要的增益。下面给出了电压反馈电路中信号增益的两个最常见的表达式，它们被广泛用在于反相和同相运放配置中。

图2：反相放大器（a）和非反相放大器（b）是两种经典的闭环运放配置。

对于反相放大器，A=-Rfb/Rin

对于同相放大器，A=1+Rfb/Rin

其中，Rfb是反馈电阻，Rin是输入电阻。

噪声增益指运放中的噪声源增益，它反映了放大器的输入失调电压和电压噪声对输出的影响。噪声增益的等式与上述同相放大器的信号增益等式相同。噪声增益非常重要，因为它被用来确定电路稳定性。另外，噪声增益还是在波特图中使用的闭环增益，波特图可以向电路设计工程师提供放大器的最大带宽和稳定性信息。环路增益等于开环增益与闭环增益之差，或者等于输入信号通过放大器并由反馈网络返回至输入端的总增益。

图3：（a）波特图上的开环增益和噪声增益曲线；（b）电流反馈运放的频率响应。

电压反馈运放的增益带宽积

理想运放的增益和带宽都是无限大的。最常见的真实运放采用电压反馈，这种运放的增益和频率在被称为“增益带宽积（GBW）”的特性中是有关系的。电压反馈运放中的这种关系允许电路设计工程师通过控制反馈电阻（或者阻抗），在带宽和增益之间进行折衷。

对数响应曲线（波特图）给出了电压反馈运放的增益随频率的变化关系，并有助于解释GBW。从直流到由反馈环路的主极点决定的频率之间，增益是恒定不变的。在该频率之上，增益以6dB/8倍程或20dB/10倍程的速率衰减。这称为单极或者一阶响应。6dB/8倍程的衰减速率意味着如果频率升高一倍，增益就会减半。电压反馈运放的这种特性使电路设计工程师可在带宽和增益之间进行折衷。

在一个波特图中画出运放的开环增益和噪声增益曲线，两者的交叉点决定了最大带宽或放大器的闭环频率（fCL）（图4）。这两条曲线的交叉点在波特图增益轴（纵轴）上处于比最大增益小3dB的位置上。事实上，噪声增益渐近地逼近开环增益。渐近响应和真实响应在fCL上下各一个倍程上之差将为1dB。

图4：（a）运放的输入失调电压；（b）运放的输入偏置电流。

电流反馈（CFB）运放

在电流反馈运放中，开环响应是输出电压对输入电流的响应。因此，与电压反馈运放不同，电流反馈运放输入和输出之间的关系不是用增益表示，而是跨阻来表示，单位为欧姆。但更常见的是采用跨阻表示，因此电流反馈运放也被称为跨阻放大器。电流反馈运放的跨阻在500kΩ～1MΩ之间。

与电压反馈运放不同，电流反馈运放没有恒定的增益带宽积。也就是说，当增益随着频率增加而滚降时，滚降速度不等于6dB/8倍程。电流反馈运放可以在较宽的增益范围内保持高带宽，但这是以反馈阻抗的选择有限制为代价的。例如，其中一个限制就是电流反馈运放的反馈环路中不允许有电容，因为电容会使高频下的反馈阻抗降低，从而导致振荡。由于同样原因，杂散电容也必须控制在运放的反相输入端周围。另外，电流反馈运放频率响应曲线的斜率特性要比电压反馈运放的好，虽然杂散电容会削弱电流反馈运放的这个优势。

电流反馈运放和电压反馈运放的不同特性还体现在其它方面。例如，电流反馈运放具有获得最大带宽的最佳反馈电阻值。增大反馈电阻会导致带宽降低，而降低电阻则将减小相位余量，并导致放大器不稳定。电流反馈运放的数据表提供在一个增益范围内所对应的最佳反馈电阻值，以及电源电压值以便使放大器具有最大带宽，这对设计过程很有帮助。最佳反馈电阻值对许多因素都比较敏感，甚至对运放的封装类型也敏感。数据表可能根据封装是小外形IC（SOIC）封装还是双列封装（DIP），给出不同的电阻值。

运放的重要特性

如果运放两个输入端上的电压均为0V，则输出端电压也应该等于0V。但事实上，输出端总有一些电压，该电压称为失调电压VOS。如果将输出端的失调电压除以电路的噪声增益，得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。这个特性在数据表中通常以VOS给出。VOS被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。必须对放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0V输出。

VOS随着温度的变化而改变，这种现象称为漂移，漂移的大小随时间而变化。漂移的温度系数TCVOS通常会在数据表中给出，但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内安全工作的第二大或者最大的VOS。这种规范的可信度稍差，因为TCVOS可能是不恒定的，或者是非单调变化的。

VOS漂移或者老化通常以mV/月或者mV/1，000小时来定义。但这个非线性函数与器件已使用时间的平方根成正比。例如，老化速度1mV/1，000小时可转化为大约3mV/年，而不是9mV/年。老化速度并不总是在数据表中给出，即便是高精度运放。

理想运放的输入阻抗无穷大，因此不会有电流流入输入端。但是，在输入级中使用双极结晶体管（BJT）的真实运放需要一些工作电流，该电流称为偏置电流（IB）。通常有两个偏置电流：IB+和IB-，它们分别流入两个输入端。IB值的范围很大，特殊类型运放的偏置电流低至60fA（大约每3µs通过一个电子），而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA。

单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS，通常情况下IOS很小。

总谐波失真（THD）是指由于放大器的非线性而产生的基频的谐波分量。通常情况下只需要考虑二次和三次谐波，因为更高次谐波的振幅将大大缩小。

THD+N（THD+噪声）是器件产生噪声的原因，它是指不包括基频在内的总信号功率。大多数的数据表都给出THD+N的值，因为大多数测量系统不区分与谐波相关的信号和噪声。THD和THD+N都被用来度量单音调（single-tone）正弦波输入信号产生的失真。

一个更有用且更严格的失真度衡量指标是互调失真（IMD），它可度量由双音调（two-tone）交互干扰的结果而不仅仅是一个载波所产生的动态范围。根据不同应用，一些二阶IMD分量可能可以滤除，但三阶分量的滤除则要更困难些。因此，数据表通常给出器件的三阶截取点（IP3），这是三阶IMD效应的一种最基本度量方式。因为三阶串扰产物引起的信号损坏在许多应用中（特别是在无线电接收机中）都非常普遍，而且很严重，所以这个参数十分重要。

1dB压缩点代表输出信号与理想输入/输出传输函数相比增益下降1dB时的输入信号电平。这是运放动态范围的结束点。

信噪比（SNR）定义了从最大信号电平至背景噪声的RMS电平的动态范围（以dB为单位）。

其它特性在射频（RF）应用中变得非常重要。例如，动态范围是器件能承受的最大输入电平与器件能提供可接受的信号质量的最小输入电平之间的比，如果器件的输入电平处于这两点之间，则器件可提供相对线性的特性（在放大器的限制条件下），若输入电平不在这两点之间，器件就会产生失真。

运放的类型

运放的供电

第一款单片运放正常工作所需的电源电压范围为±15V。如今，由于电路速度的提高和采用低功率电源（如电池）供电，运放的电源正在向低电压方向发展。

尽管运放的电压规格通常被指定为对称的两极电压（如±15V），但是这些电压却不一定要求是对称电压或两极电压。对运放而言，只要输入端被偏置在有源区域内（即在共模电压范围内），那么±15V的电源就相当于+30V/0V电源，或者+20V/–10V电源。运放没有接地引脚，除非在单电源供电应用中把负电压轨接地。运放电路的任何器件都不需要接地。

高速电路的输入电压摆幅小于低速器件。器件的速度越高，其几何形状就越小，这意味着击穿电压就越低。由于击穿电压较低，器件就必须工作在较低电源电压下。

如今，运放的击穿电压一般为±7V左右，因此高速运放的电源电压一般为±5V，它们也能工作在+5V的单电源电压下。

对通用运放来说，电源电压可以低至+1.8V。这类运放由单电源供电，但这不一定意味必须采用低电源电压。单电源电压和低电压这两个术语是两个相关而独立的概念。

运放的工艺技术

运放主要采用双极性工艺技术，但在要求在同一芯片中集成模拟和数字电路的应用中，采用CMOS工艺的运放工作得很好。JFET有时在输入级采用，以增加输入阻抗，从而降低输入偏置电流。FET输入运放（无论是N沟道还是P沟通）允许芯片设计工程师设计出输入信号电平可扩展至负电压轨和正电压轨的运放。

由于BJT是电流控制型器件，所以输入级中的双极晶体管总是汲取一些偏置电流（IB）（图7）。但是，IB会流经运放外部的阻抗，产生失调电压，从而导致系统错误。制造商通过在输入级采用super-beta晶体管或通过构建一个补偿偏置输入架构，来解决这个问题。super-beta晶体管具有极窄的基极区，该基极区所产生的电流增益要比标准BJT中的电流增益大得多。这使得IB非常低，但这是以频率响应性能降低为代价的。在偏置补偿输入中，小电流源被加在输入晶体管的基极，这样，电流源可提供输入器件所需的偏置电流，从而大幅减小外部电路的净电流。

与BJT相比，CMOS运放的输入阻抗要高得多，从而使该电流源输出的偏置电流和失调也小得多。另一方面，与BJT相比，CMOS运放具有更高的固有失调电压和更高的噪声电压，特别是在频率较低的情况下。

按应用对运放进行分类

芯片制造商利用不同的电路设计和工艺技术来强调针对特定应用的某些运放特性。上表列出了这些运放类型的常用术语，以及它们的特性和应用范围。

㈥ 什么是传感器的静态特性和动态特性

传感器的性能指标
在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。

1) 反映传感器静态特性的性能指标

静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

(1) 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。

(2) 灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏.

(3) 迟滞：传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。

(4) 重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

(5) 漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境(如温度、湿度等)。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出量的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。
温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度(一般为20℃)时的输出值的变化量与温度变化量之比

(6) 测量范围(measuring range)
传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。

(7) 量程(span)
传感器测量范围的上限值与下限值的代数差，称为量程。

(8) 精度(accuracy)
传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测量中各类误差的综合反映，测量误差越小，传感器的精度越高。
传感器的精度用其量程范围内的最大基本误差与满量程输出之比的百分数表示，其基本误差是传感器在规定的正常工作条件下所具有的测量误差，由系统误差和随机误差两部分组成
工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了精度等级的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量的最大允许误差。
如果传感器的工作条件偏离正常工作条件，还会带来附加误差，温度附加误差就是最主要的附加误差。

(9) 分辨率和阈值(resolution and threshold)
传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力。对于某些传感器，如电位器式传感器，当输入量连续变化时，输出量只做阶梯变化，则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。对于数字式仪表，分辨力就是仪表指示值的最后一位数字所代表的值。当被测量的变化量小于分辨力时，数字式仪表的最后一位数不变，仍指示原值。当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。
阈值是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。有的传感器在零位附近有严重的非线性，形成所谓“死区”(dead band)，则将死区的大小作为阈值；更多情况下，阈值主要取决于传感器噪声的大小，因而有的传感器只给出噪声电平。

(10) 稳定性(stability)
稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。理想的情况是不论什么时候，传感器的特性参数都不随时间变化。但实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会发生改变。这是因为敏感元件或构成传感器的部件，其特性会随时间发生变化，从而影响了传感器的稳定性。
稳定性一般以室温条件下经过一规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，称为稳定性误差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对误差来表示。

2) 反映传感器动态特性的性能指标

动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要动态特性的性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域频率特性性能指标。

㈦ 放大电路静态测试、动态测试分别用什么仪器为什么

先介绍，在回答
放大的概念
“放大”的本质是实现能量的控制，即能量的转换：用能量比较小的输入信号来控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变化量，放大的前提是传输不失真。
放大电路
amplification circuit
增加电信号幅度或功率的电子电路。应用放大电路实现放大的装置称为放大器。它的核心是电子有源器件，如电子管、晶体管等。为了实现放大，必须给放大器提供能量。常用的能源是直流电源，但有的放大器也利用高频电源作为泵浦源。放大作用的实质是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。现代电子系统中，电信号的产生、发送、接收、变换和处理，几乎都以放大电路为基础。20世纪初，真空三极管的发明和电信号放大的实现，标志着电子学发展到一个新的阶段。20世纪40年代末晶体管的问世，特别是60年代集成电路的问世，加速了电子放大器以至电子系统小型化和微型化的进程。放大电路的基本形式有3种：共发射极放大电路，共基极放大电路和共集电极放大电路。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合使用。
现代使用最广的是以晶体管（双极型晶体管或场效应晶体管）放大电路为基础的集成放大器。大功率放大以及高频、微波的低噪声放大，常用分立晶体管放大器。高频和微波的大功率放大主要靠特殊类型的真空管，如功率三极管或四极管、磁控管、速调管、行波管以及正交场放大管等。
放大电路的前置部分或集成电路元件变质引起高频振荡产生"咝咝"声，检查各部分元件，若元件无损坏，再在磁头信号线与地间并接一个1000PF～0．047雾的电容，，"咝咝"声若不消失，则需要更换集成块。

1 放大电路良好工作的基础是设置正确的静态工作点。因此静态测试应该是指放大电路静态偏置的设置是否正确，以保证放大电路达到最优性能。
2 放大电路的动态特性指对交流小信号的放大能力。因此动态特性的测试应该指放大电路的工作频带，输入信号的幅度范围，输出信号的幅度范围等指标。
3 可以明确你的问题范围后再详细谈。

㈧ 不同个体的生物电信号差异能检测出来吗

生物信号可反映生物体的生命活动状态，因此，生物信号的采集与处理是生物科学研究的重要手段之一。
生物信号的表现形式具有多样性，如：既有物理的声、光、电、力等类的变化；又有化学的浓度、气体分压、PH等的变化，其特点是信号微弱、非线性、高内阻、干扰因素多等等。这些特征对于生物信号的采集与处理的研究及运用十分重要。
传统的生物信号采集与处理系统是由功能不同的电子仪器及手工测量工具组合而成，如：由前置放大器，示波器，记录仪，分割规，尺，计算器等构成。由于近年计算机工业的飞速发展，特别是微型计算机的广泛应用，以及计算机生物信号采集与处理软件的开发，使得经过放大的生物电信号输入计算机进行观察、测量、处理和储存成为可能，而且更为方便、精确。因此，生物信号采集与处理系统逐渐变为以计算机和相应软件为采集处理核心的数字化系统。
数字化生物信号采集与处理系统与传统的生物信号采集系统相比，生物信号的记录和分析的准确性、实时性、可靠性有了很大的提高。而且更多的参数可以灵活设置，并随时方便的改变，使采集的数据能够共享和进行复杂的多维处理，从而大大提高了系统的性能和实验质量，简化了实验过程。
一个完整的生物信号采集与处理系统一般包括：生物信号的引导；生物信号的放大；生物信号的采集；生物信号的记录与处理四部分。
（一）生物信号的引导
生物信号的一般可分为两类，一类是电信号，如心电、脑电、肌电和细胞电活动（动作电位，静息电位）；另一类是非电信号，如体温、血压、呼吸、心音、肌肉的收缩、二氧化碳分压、氧分压、PH值等等。在一个生物信号的采集与处理系统中电信号的采集需要合适的电极引导，非电信号的采集需要合适换能器将其转换成电信号。因此，电极和换能器是各种生物医学测量中必不可少的关键部分，它们的特性往往决定了测量系统的质量。
1．电 极
电极是连接测量系统和生物体不可缺少的元件。采集生物电信号时需要合适的电极，电极的性能优良与否，电极的类型选择是否适合将直接影响电信号的采集结果。
（1）电极的种类:电极的种类很多。根据安放的位置,可分为体表电极、皮下电极及植入电极；根据电极形状，可分为板状电极、针状电极、螺旋电极、环状电极；根据电极的粗细，可分为，粗（宏）电极与微电极；根据制作材料，可分为金属电极、玻璃电极、乏极化电极等。在生物电信号的引导中，常根据各种实验的不同要求选用不同类型的电极。
（2）常用的电极：
① 普通金属电极? 这类电极一般用铂(白金)、金、银、合金(镍、铜、锌)、不锈钢等金属制作而成。金属电极的外形可以根据实验要求制成各种形状。ECG、EMG、EEG及神经干复合电位等的检测一般均用此类电极。
② 乏极化电极? 当电极进入生物体组织或与生物的组织表面相接触时，会在电极和组织之间出现半电池电动势。如果电极中有电流流过，则还会出现极化电位。极化电位可随电极中流过电流的大小而变化，电流越大、极化电位越大。半电池电位与极化电位的总和电位差称之为电极电位。这种电位影响生物信号的检测，使波形畸变、失真，也影响刺激的精度等。为了解决这一问题一般用Ag-AgCl乏极化电极。这类电极在电生理学实验中常作为刺激电极，也用于精确的生物电信号的检测。其工作原理是：当直流电通过Ag—AgCl电极刺激活组织时，正负离子分别向阴极及阳极移动。但不是吸附在电极表面使之极化，而是与电极发生化学反应。使极化现象不再发生，刺激脉冲或引导的生物电信号也就不会失真。Ag-Cl电极所发生的电化学反应表达式如下：
阳极上： Ag-e ————Ag+
??????? Ag+ ———— AgCl↓
阳极上：AgCl+e —--- Ag↓+Cl-
Cl-+Na+ —--- NaCl
银—氯化银电极的缺点是Ag-Cl对活组织有毒性作用，因而不能直接将它与活组织接触，而应通过琼脂盐桥或脱脂棉线中介，这样既能导电又避免直接与组织接触。
③ 微电极? 微电极是用于测量细胞生物电活动的微型电极。这种电极的尖端直径仅为0.5~5μm。微电极有两种类型：一类是金属微电极，另一类是充灌了电解质溶液的玻璃微电极。金属微电极多采用0.3~O.5mm不锈钢丝或钨丝，经过特殊方法处理而制成。这种电极除尖端外，其它部分是绝缘的。玻璃微电极一般选用高熔点、高电阻率和膨胀系数低的硬质毛细玻璃管，国外一般采用Pyrex毛细玻璃管，国内一般采用GG-17毛细玻璃管。经过净化处理后毛细玻璃管，用已经商业化的微电极拉制仪拉制成玻璃微电极，其内一般充以3M KCl溶液作为电解质。微电极通常有很高的电阻，一般在5~40MΩ范围。由于电学上的差异，玻璃微电极通常用来测量低频生物电信号，而金属微电极一般用来测量高频生物电信号和作为刺激电极。
（3）选择电极时应注意的事项:
A．电极材料与生物组织的相容性:一方面是要求电极材料对组织无害,另一方面是生物组织内环境对电极工作（尤其慢性实验时）没有影响。
B．使电极的接触阻抗尽可能的小。降低接触电阻相当于降低了信号源阻抗，使得对放大器输入阻抗的要求降低，放大器选择范围加宽。一般增大电极面积可以降低接触电阻，但同时会降低空间分辨率。
C．注意电极的机械性质和几何形状对生物体状态的影响。
D．尽量使用半电池电位和极化电压小的电极。使用双电极时应用同一种材料，使半电池电位近似相等。
2．换能器
换能器又称传感器，是将能量从一种形式转换成另一种形式的传感元件。换能器对于生物医学的基础研究和教学起着重要的作用，是非电信号精确测量不可缺少的部分。由于生物体的特殊性，所以生物换能器在性能和结构上必须满足下列要求：
（1）换能器本身具有良好的技术性能，如：灵敏度、信噪声比要高，线性好，零点漂移低等等。
（2）换能器对被测对象的影响要小，不会给被测对象的生理活动带来负担，其形状和结构应该符合被测对象的解剖结构。
（3）换能器本要有足够的绝缘和耐腐蚀及不会给生物体带来有害影响。
换能器的种类很多，原理各异。其选择参见相关章节内容。
二、生物电信号的放大
由于大多数生物电信号的电位幅值很小，通常需要经过放大才能被观察仪器及记录仪器测量到。因此，在生物信号的采集过程中必须对引导的生物信号进行放大。
放大器的选择
用于生物电信号放大的任何一个放大器，必须考虑其频率响应、噪声水平及输入阻抗三个基本
技术参数。这三个参数是保证所放大的信号清晰、真实的前提。在实际测量时，应根据被测信号的性质选择合适的放大器。例如，使用微电极记录生物电信号时，应选择低噪声、高输入阻抗（大于1 000 MΩ）的放大器。其次根据需要放大信号的大小、性质、选择恰当的灵敏度、时间常数、高频滤波，才能不失真地把生物电信号放大，并记录下来。
放大器灵敏度、时间常数和高频滤波的选择
（1）灵敏度? 应以观测仪器、记录仪器能清晰分辨所测信号的为准。
（2）时间常数? 时间常数是决定放大器低端频率主要指标。正确地选择时间常数，可使所需放大的信号逼真、清晰、稳定。一般测量快速交变信号时选择较小的时间常数，测量慢速交变信号时选择较大的时间常数。
（3）高频滤波? 可将所检测的生物电信号中不需要的高频成份或噪声滤掉。这样可使所测信号的主要频率成份能够得到很好的放大。正确的选择放大器高频滤波，可提高仪器的分辨率，使图像更为清晰。一般情况下，高频滤波的选择应是输入信号高频端的两倍左右。
部分生物电信号测量时放大器的灵敏度、时间常数、高频滤波的选择

三、生物电信号的采集
在传统的生物信号处理系统中，经过放大的生物电信号可输送到示波器或记录仪进行观察、记录和测量。为了能正确重现被测生物信号，示波器、记录仪应具有足够高的频率响应、合适的振幅动态范围、良好的线性、适当的阻尼特性及足够高的灵敏度与良好的稳定性。记录器可选用墨水式记录仪、喷墨笔式记录仪、光线示波器或X-Y记录仪，也可选用多通道磁带记录仪、示波器专用照像机等。
基于计算机的生物信号采集与处理系统的数据采集是将电极及换能器引导、转换并放大的模拟信号转变为数字信号，并将其输入计算机的过程。在进行数据采集时，需注意以下问题：
1. 采样频率(fs)的选择:采样时间间隔的倒数为采样频率, 即fs=1/T。为使信号采样后能不失真的还原，fs的选择必须满足：采样频率必须不低于信号最高频率的两倍。即：fs≥2fH
例如：生物信号的频率范围是20Hz-20KHz，对其采样时，选取的采样频率应满足：fs≥40 KHz。
2．多路采样时通道数与采样频率的关系：由于计算机对多通道信号采集和处理是分时进行的，因此，通道数越多，同样的情况下每个通道可选择的最高采样频率就越低。
3.分辨率与输入信号的范围关系：分辨率，即，所能测出信号的最小变化量，该变化量越小，则称分辨率越高。因此，分辨率越高，可测量信号的最大值就越小，即，信号的输入范围越小。
四、生物信号的处理与记录
传统的生物信号处理主要是根据记录仪和示波器照相机等记录装置记录到的图形，通过分割规、米尺、积分仪、计算器等进行手工计算。基于计算机的生物信号采集与处理系统的数据处理，由于生物信号被转换成数字信号输入计算机，所以，对信号的处理都是以数字方式由计算机进行。计算机内部的存储器能够使数据暂时或长久存储，并可随时输出、显示或用于计算，使得被测信号能容易地进行多次处理、显示和比较，因此，与传统的信号处理方式相比，基于计算机的生物信号采集与处理系统的数据处理更快，更精确，更灵活。
基于计算机的生物信号采集与处理系统常用的信号处理方法：
1．信号运算：
（1）微分和积分：使用运算放大器，可实现模拟电路对信号的微分或积分，用计算机通过某种运算完成对信号的微分或积分则更为简单、直接。
（2）迭加平均：生物信号测量中常常出现信号幅质很小而噪声很大的情况，使得有用的信号淹没在噪声之中，难以测量和处理。如果信号和噪声频谱不一致，可以用滤波的方法分离出有效信号,但如果信噪比太小,效果不一定好；如果噪声和信号频谱重叠，滤波不在适用。这种情况使用迭加平均的方法可以抑制噪声，提高信噪比。
迭加平均是对具有确定参考点的重复信号多次迭加，然后取平均值。这种方法使用的条件是：噪声具有随机特性，信号具有重复特性，两者互不相关。由于信号是有规律的，所以，迭加后信号增强，而噪声是随机的，所以，迭加后大部分相互抵消。迭加N次后，信号幅度增加N倍，而噪声则衰减到原来的1/N。迭加平均法一般用于诱发生物电的测量。
（3）冻结显示：所谓冻结显示是可以使某一段波形在显示屏上做任意时间的停留。这种显示方式非常便于屏幕分析和测量。
（4）频谱分析：任何信号都可以看成是不同频率的正弦波的叠加，频谱分析就是以组成信号的正弦波的频率为变量研究信号特性的方法。
在生物信号的测量中，我们记录到的多数信号都是随时间变化的信号，在生物医学工程上称为时域信号。频谱分析中的信号是频域信号，在频域里分析信号可使一些在时域中无明显特征的信号在频域里能出现明显特征，这是频域分析的最大优点。除此之外，频域分析还有使复杂计算简单化等优点。
对于离散时间信号，从时域到频域的转换要进行繁琐的迭加计算，而使用计算机进行快速傅里叶变换（FFT）可方便完成这一运算过程。
频域分析广泛用于生物医学信号的处理之中，如脑电图的检查，心电信号的分析等等。
信号经过计算机处理以后，一般将处理结果输出到打印机，可打出具体数据或图形。
五、干扰的处理
干扰是生物信号采集过程经常遇到问题，尤其是在电生理实验中常见的、对生物电信号测量有着很大影响的电现象。轻者可使被测信号畸形，重者可导致实验无法正常进行，因此，排除干扰是电生理实验中经常遇到的、非常重要的工作之一。干扰的种类很多，排除干扰的基本原则是准确寻找出干扰源，然后采取相应的措施加以排除。电磁干扰是电生理实验中最常见的干扰之一，解决电磁干扰的最好办法是采用金属屏蔽。既可以将实验对象置于屏蔽装置之中，也可以将实验仪器加以屏蔽。其次，测量仪器良好的接地和采取合适的滤波也是解决电磁干扰的有效方法。

参考文献：
1．许熄铭等 译·生物医学换能器---原理与应用·第一版·上海：上海科学技术出版社，1984。
2．徐叔云，卞如濂，陈修主编·药理学实验方法·第三版·北京：人民卫生出版社，2002，3～145
3.周衍椒等 主编·生理学方法与技术·第一版·北京：科学技术出版社，1984。

物理疗法是指应用各种物理因素作用于人体，以防治疾病的方法，临床上常简称为理疗。物理疗法除有治疗作用外，也被广泛地应用于疾病的诊断，如超声波、肌电图、红外线热象图等。物理疗法历史悠久，三千多年前我国已有矿泉疗法的记载。本世纪70年代以来，磁疗法、激光疗法、射频疗法等发展超速，扩大了理疗的适应证。提高了疗效，特别是近年来生物反馈疗法的逐步推广及红外技术、纳米技术的发展与应用，可以预见，理疗在临床治疗与康复中的地位将进一步得到重视。根据物理因素的来源，理疗可以分为如下两大类：人工物理因素疗法和自然物理因素疗法。
回答者：grand_master - 魔法学徒 一级 8-24 17:46
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