測控電路6習(xí)習(xí)題答案

1、第六章 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路6-1 常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有哪些種類試舉例說明其功能。常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有采樣/保持（S/H）電路、電壓比較電路、V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器、f/V（頻率/電壓）轉(zhuǎn)換器、V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器、I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器、A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換器等。采樣/保持（S/H）電路具有采集某一瞬間的模擬輸入信號(hào)，根據(jù)需要保持并輸出采集的電壓數(shù)值的功能。這種電路多用于快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及一切需要對(duì)輸入信號(hào)瞬時(shí)采樣和存儲(chǔ)的場合，如自動(dòng)補(bǔ)償直流放大器的失調(diào)和漂移、模擬信號(hào)的延遲、瞬態(tài)變量的測量及模數(shù)轉(zhuǎn)換等。 模擬電壓比較電路是用來鑒別和比較兩個(gè)模擬輸入電壓大小的

2、電路。比較器的輸出反映兩個(gè)輸入量之間相對(duì)大小的關(guān)系。比較器的輸入量是模擬量，輸出量是數(shù)字量，所以它兼有模擬電路和數(shù)字電路的某些屬性，是模擬電路和數(shù)字電路之間聯(lián)系的橋梁 ，是重要的接口電路?？捎米麒b零器、整形電路，其中窗口比較電路的用途很廣，如在產(chǎn)品的自動(dòng)分選、質(zhì)量鑒別等場合均用到它。V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器能把輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號(hào)，廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字電壓表、數(shù)據(jù)測量儀器及遠(yuǎn)距離遙測遙控設(shè)備中。f/V（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器把頻率變化信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成電壓變化信號(hào)。廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相信號(hào)的解調(diào)等。V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器的作用是將電壓轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。例如，在

3、遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)中，必須把監(jiān)控電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)進(jìn)行傳輸，以減少傳輸導(dǎo)線阻抗對(duì)信號(hào)的影響。I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流、電壓信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。例如，對(duì)電流進(jìn)行數(shù)字測量時(shí)，首先需將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后再由數(shù)字電壓表進(jìn)行測量。在用光電池、光電阻作檢測元件時(shí)，由于它們的輸出電阻很高，因此可把他們看作電流源，通常情況下其電流的數(shù)值極小，所以是一種微電流的測量。隨著激光、光纖技術(shù)在精密測量儀器中的普及應(yīng)用，微電流放大器越來越占有重要的位置。在以微型計(jì)算機(jī)為核心組成的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中，必須將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為此要使用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC）。相反，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后

4、的信號(hào)常需反饋給模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)如執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等，因此還需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC）將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)。6-2 試述在S/H電路中對(duì)模擬開關(guān)、存儲(chǔ)電容及運(yùn)算放大器這三種主要元器件的選擇有什么要求。選擇要求如下： 模擬開關(guān)：要求模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。 存儲(chǔ)電容：要選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的和泄漏電阻大的電容。運(yùn)算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運(yùn)算放大器；輸入運(yùn)放還應(yīng)具有大的輸出電流。6-3 為了使NMOS場效應(yīng)晶體管工作在飽和區(qū)（或放大區(qū)），請(qǐng)寫出UGS、UDS應(yīng)有的極性和UDS應(yīng)有的大小范圍。 uGS>UT&g

5、t;0, uDS> uGS- UT6-4 試用多路模擬開關(guān)CD4051（參見圖6-7）設(shè)計(jì)一程控放大電路圖X6-1INH6-5 試分析圖6-36中各電路的工作原理，并畫出電壓傳輸特性曲線。圖6-36 題6-5圖a)b)-+NR1R2R3uouiURVS1VS2-+NR1R2R3uouiURVSVD1VD2R此電路為一施密特電路。比較器輸出的高、低電壓分別為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值UZ、-UZ，因此運(yùn)算放大器同相端兩個(gè)門限電壓為：當(dāng)ui< UR時(shí)，VD1截止，uo輸出為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值UZ ；當(dāng)ui> UR時(shí)，VD1導(dǎo)通，運(yùn)算放大器輸出負(fù)向飽和電壓-E，VD2截止，uo=0，此時(shí)運(yùn)算放大器同相

6、端門限電壓為：當(dāng) ui由大變小并小于UT時(shí)，uo = UZ。uouoUZU1U2uiO-UZUZOURUTuia)b)圖X6-2其電壓傳輸特性如圖X6-2所示：6-6 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=，取R4= 。6-7 如果要求一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器能分辨5mV的電壓，設(shè)其

7、滿量程電壓為10V，試問其輸入端數(shù)字量要多少數(shù)字位。當(dāng)滿量程電壓為UF =10V時(shí)，有：取n=11，即輸入端數(shù)字量要11位。6-8 圖6-25所示為加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，若取n=8，UR=10V， R=2R1， 試求Din=00110011時(shí)的值。根據(jù)公式當(dāng)Din=00110011時(shí)，輸出電壓為：6-9 一個(gè)6bit的D/A轉(zhuǎn)換器，具有單向電流輸出，當(dāng)Din=110100時(shí)，io=5mA，試求Din =110011時(shí)的io值。當(dāng)Din=110100時(shí)，k值為： 因此當(dāng)Din =110011時(shí)，io為：6-10 一個(gè)6bit逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為，若模擬輸入電壓ui =，試求其數(shù)字

8、輸出量的數(shù)值。根據(jù)題意可知，的輸入電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為101100。6-11 試述雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的操作流程。 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器（見圖6-30）的工作過程分為采樣和比較兩個(gè)階段。轉(zhuǎn)換前，邏輯控制電路使計(jì)數(shù)器全部清零、積分電容C放電至零。采樣脈沖到來時(shí)，轉(zhuǎn)換開始，模擬開關(guān)使輸入信號(hào)Ui加到反相積分器輸入端，以速率在固定時(shí)間T1內(nèi)向電容器充電，使積分器輸出端電壓UC從0開始增加（極性與Ui相反），同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖從零開始計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定時(shí)間T1時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值表示為N1，采樣階段結(jié)束。此時(shí)計(jì)數(shù)器發(fā)出溢出脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)零，根據(jù)Ui的極性，電子開關(guān)將與Ui極性相反的基準(zhǔn)電壓UR或-UR加到反相積分器輸入端，積分器對(duì)UR或-UR以固定速率反向積分，其輸出端電壓從UC(T1)向零電平方向斜變，與此同