總結(jié)測控電路

1、2.1何謂測量放大電路？對(duì)其基本要求是什么？ 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。對(duì)其基本要求是：輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；低噪聲；低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號(hào)）；高輸入共模范圍（如達(dá)幾百伏）和高共模抑制比；可調(diào)的閉環(huán)增益；線性好、精度高；成本低。2.2什么是高共模抑制比放大電路？應(yīng)用何種場合？有抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。應(yīng)用于要求共模抑制比大于100dB的場合，例如人體心電測量。2

2、.3圖2-8b所示電路，N1、N2為理想運(yùn)算放大器，R4=R2=R1=R3=R，試求其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。由圖2-8b和題設(shè)可得u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )2ui1 R4/R3 =2ui22 ui1=2(ui2-ui1)，所以其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kf=2。2.4圖2-9所示電路，N1、N2、N3工作在理想狀態(tài)，R1=R2=100kW，RP=10kW，R3=R4=20kW，R5=R6=60kW，N2同相輸入端接地，試求電路的差模增益？電路的共模抑制能力是否降低？為什么？由圖2-9和題設(shè)可得uo = (uo2uo1) R5 / R3 =

3、3(uo2uo1 ), uo1 = ui1 (1 + R1 /Rp)ui2 R1/Rp=11ui1, uo2= ui2(1+R2/Rp)ui1 R2/Rp=10ui1, 即uo=3（10ui111ui1）=63ui1，因此，電路的差模增益為63。電路的共模抑制能力將降低，因N2同相輸入端接地，即ui2=0，ui1的共模電壓無法與ui2的共模電壓相抵消。2.9何謂自舉電路？應(yīng)用于何種場合？請舉一例說明之。自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高（如電容式，壓電式傳感器的輸出阻抗可達(dá)108以上）的測量放大電路中。圖2

4、-7所示電路就是它的例子。2.12什么是可編程增益放大電路？請舉例說明之。放大電路的增益通過數(shù)字邏輯電路由確定的程序來控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路，簡稱PGA。例如圖X2-2，程序?yàn)锳=0(開關(guān)A斷開) 、B=0(開關(guān)B斷開)時(shí)，放大電路的電壓放大倍數(shù)為-R/R1；當(dāng)程序?yàn)锳=1(開關(guān)A閉合) 、B=0(開關(guān)B斷開)時(shí)，放大倍數(shù)為- R2R/R1（R2+R）；當(dāng)程序?yàn)锳=0(開關(guān)A斷開)、B=1(開關(guān)B閉合)，放大倍數(shù)為 R3R/R1（R3+R）；當(dāng)程序?yàn)锳=1、B=1(開關(guān)A、B均閉合)，放大倍數(shù)為R2R3R/R1（R2 R3+R3 R +R R2）。2.13請

5、根據(jù)圖2-22b，畫出可獲得1、10、100十進(jìn)制增益的電路原理圖。CR+NUoBAUi9R90R圖X2-3 由圖X2-3可得：當(dāng)開關(guān)A閉合時(shí)，Uo=Ui；當(dāng)開關(guān)B閉合時(shí)，Uo=10Ui，當(dāng)開關(guān)C閉合時(shí)，Uo=100Ui。2.15什么是隔離放大電路？應(yīng)用于何種場合？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共的接地端。隔離放大電路主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過程控制系統(tǒng)等）中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)。3.1什么是信號(hào)調(diào)制？在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？什么是解調(diào)？在測控系統(tǒng)中常

6、用的調(diào)制方法有哪幾種？在精密測量中，進(jìn)入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號(hào)外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來是測量電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測量信號(hào)賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一作為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。在將測量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測量值的測量信號(hào)，這一過程稱為解調(diào)。在信號(hào)調(diào)制中常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)作為載波信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)有幅值、頻率、相位三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制

7、，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用脈沖信號(hào)作載波信號(hào)。可以對(duì)脈沖信號(hào)的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬。3.2什么是調(diào)制信號(hào)？什么是載波信號(hào)？什么是已調(diào)信號(hào)？調(diào)制是給測量信號(hào)賦以一定特征，這個(gè)特征由作為載體的信號(hào)提供。常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)或脈沖信號(hào)作為載體，這個(gè)載體稱為載波信號(hào)。用需要傳輸?shù)男盘?hào)去改變載波信號(hào)的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。這個(gè)用來改變載波信號(hào)的某一參數(shù)的信號(hào)稱調(diào)制信號(hào)。在測控系統(tǒng)中需傳輸?shù)氖菧y量信號(hào)，通常就用測量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。3.3-3.5分別解釋調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相并寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式和畫出圖形。3.11雙邊帶調(diào)幅，寫出

8、數(shù)學(xué)表達(dá)式和畫出圖形。3.14為什么要采用精密檢波電路？試述圖3-11 b所示全波線性檢波電路工作原理，電路中哪些電阻的阻值必須滿足一定的匹配關(guān)系，并說明其阻值關(guān)系。二極管和晶體管V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發(fā)射結(jié)電壓超過一定值時(shí)才導(dǎo)通，它們的特性也是一根曲線。二極管和晶體管V的特性偏離理想特性會(huì)給檢波帶來誤差。在一般通信中，只要這一誤差不太大，不致于造成明顯的信號(hào)失真。而在精密測量與控制中，則有較嚴(yán)格的要求。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。圖3-11b是一種由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的精密檢波電路。在調(diào)幅波us為正的半周期，由于運(yùn)算放大器N1的倒相

9、作用，N1輸出低電平，因此V1導(dǎo)通、V2截止，A點(diǎn)接近于虛地，ua0。在us的負(fù)半周，有ua輸出。若集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于R2，則i- i1 。按圖上所標(biāo)注的極性，可寫出下列方程組： 其中Kd為N1的開環(huán)放大倍數(shù)。解以上聯(lián)立方程組得到通常，N1的開環(huán)放大倍數(shù)Kd很大，這時(shí)上式可簡化為：或二極管的死區(qū)和非線性不影響檢波輸出。 圖3-11b中加入V1反饋回路一是為了防止在us的正半周期因V2截止而使運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)而進(jìn)入飽和，另一方面也使us在兩個(gè)半周期負(fù)載基本對(duì)稱。圖中N2與R3、R4、C等構(gòu)成低通濾波器。對(duì)于低頻信號(hào)電容C接近開路，濾波器的增益為-R4/R3。對(duì)于載波頻率信號(hào)電容C接近

10、短路，它使高頻信號(hào)受到抑制。因?yàn)殡娙軨的左端接虛地，電容C上的充電電壓不會(huì)影響二極管V2的通斷，這種檢波器屬于平均值檢波器。 為了構(gòu)成全波精密檢波電路需要將us通過與ua相加，圖3-11b中N2組成相加放大器，為了實(shí)現(xiàn)全波精密檢波必須要求。在不加電容器C時(shí)，N2的輸出為：tuouausttoooa)c)b)圖X3-11a為輸入調(diào)幅信號(hào)us的波形，圖b為N1輸出的反相半波整流信號(hào)ua，圖c為N2輸出的全波整流信號(hào)uo。電容C起濾除載波頻率信號(hào)的作用。圖X3-11 線性全波整流信號(hào)的形成a) 輸入信號(hào) b) 半波整流信號(hào)波形 c) 全波整流輸出3.15什么是相敏檢波？為什么要采用相敏檢波？ 相敏檢

11、波電路是能夠鑒別調(diào)制信號(hào)相位的檢波電路。包絡(luò)檢波有兩個(gè)問題：一是解調(diào)的主要過程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。如在圖1-3所示用電感傳感器測量工件輪廓形狀的例子中，磁芯3由它的平衡位置向上和向下移動(dòng)同樣的量，傳感器的輸出信號(hào)幅值相同，只是相位差180。從包絡(luò)檢波電路的輸出無法確定磁芯向上或向下移動(dòng)。第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號(hào)的能力。對(duì)于不同載波頻率的信號(hào)它都以同樣方式對(duì)它們整流，以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，這就是說它不具有鑒別信號(hào)的能力。為了使檢波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。5.2試畫出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)的加減混合運(yùn)算電路。該加減混合運(yùn)算電路如圖X5-1所示。6.4如果要將420mA的輸入直流電流轉(zhuǎn)換為010V的輸出直流電壓， 試設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)換電路。 該轉(zhuǎn)換電路如圖X6-3所示。R3-+NuoR1R2R4iuiUb圖X6-3根據(jù)圖X6-3電路，有取R1=250，當(dāng)i=4mA時(shí)，ui=1V，當(dāng)i=20mA時(shí)，ui=5V。 因此要求有 R3/ R2=6/5，Ub=5/6(V)，取R2=10k，R3=12k，R4= R2/ R3=5.45k，取R4=5.6k 。6.7一個(gè)6b