南京林業(yè)大學測控電路期末

第一章1-4測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著什么作用？傳感器的輸出信號很微弱，伴隨著各種噪聲，需要測控電路將它放大，剔除噪聲、選取有用信號。在整個測控系統(tǒng)中電路具有便于放大、轉(zhuǎn)換、傳輸、適應各種使用要求的特點。測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著十分關(guān)鍵的作用，測控系統(tǒng)、乃至整個機器和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度是取決于測控電路。1-5影響測控電路精度的主要因素有哪些，而其中哪幾個因素又是最基本的，需要特別注意？噪聲與干擾失調(diào)與漂移，主要是溫漂線性度與保真度輸入與輸出阻抗的影響其中，（1）（2）最主要1-7為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換直流與交流、電壓與電流信號之間的轉(zhuǎn)換。幅值、相位、頻率與脈寬信號等之間的轉(zhuǎn)換量程的變換選取所需信號的能力，信號與噪聲的分離，不同信號的分離等對信號進行處理與運算1-9為什么采取閉環(huán)控制系統(tǒng)？閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成及各組成部分作用。一是對擾動的測量誤差影響控制精度。二是擾動模型的不精確性影響控制精度。比較好的方法是采用閉環(huán)控制。它的主要特點是用傳感器直接測量輸出量，將它反饋到輸入端與設(shè)定值相比較，當發(fā)現(xiàn)它們之間有差異時，進行調(diào)節(jié)。第二章2-1何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路?；疽笫牵孩佥斎胱杩箲c傳感器輸出阻抗相匹配；②一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；③低噪聲；④低的輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流，漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；⑥高輸入共模范圍和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧線性好、精度高；⑨成本低2-7什么是CAZ運算放大器？它與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場合下采用較為合適？CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。主要區(qū)別是CAZ始終保持有一個運算放大器對輸入信號進行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無波動，性能優(yōu)于自動調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對共模電壓無抑制作用。應用于傳感器輸出信號極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、溫漂極低，對共模抑制比要求不高的場合。2-9何謂自舉電路？應用于何種場合？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。應用于傳感器的輸出阻抗很高的測量放大電路中。2-10何謂電橋放大電路？應用于何種場合？由傳感器電橋或傳感器和運算放大器構(gòu)成的電橋稱為電橋放大電路。應用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應變式、電容式傳感器等。2-17什么是隔離放大電路？應用于何種場合？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)中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號。第三章3-1什么是信號調(diào)制？在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？什么是解調(diào)？在測控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這就是調(diào)制。調(diào)制就是用一個信號（稱為調(diào)制信號）去控制另一作為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。傳感器的輸出信號很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一項重要任務。在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調(diào)。調(diào)制方法：調(diào)幅、調(diào)頻，調(diào)相，脈沖調(diào)寬。3-2什么是調(diào)制信號？什么是載波信號？什么是已調(diào)信號？用需要傳輸?shù)男盘柸ジ淖冚d波信號的某一參數(shù)。這個用來改變載波信號的某一參數(shù)的信號稱調(diào)制信號。調(diào)制是給測量信號賦以一定特征，這個特征由作為載體的信號提供，這個載體稱為載波信號。在測控系統(tǒng)中需傳輸?shù)氖菧y量信號，通常就用測量信號作調(diào)制信號。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫已調(diào)信號。3-3什么是調(diào)幅?請寫出調(diào)幅信號的數(shù)學表達式，并畫出它的波形。調(diào)幅就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的幅值。調(diào)幅信號u。的一般表達式可寫為:3-5什么是調(diào)頻？請寫出調(diào)頻信號的數(shù)學表達式，并畫出它的波形。調(diào)頻就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的頻率。調(diào)頻信號us的一般表達式可寫為:3-6什么是調(diào)相？請寫出調(diào)相信號的數(shù)學表達式，并畫出它的波形。調(diào)相就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的相位。調(diào)相信號us的一般表達式可寫為:3-7什么是脈沖調(diào)寬？寫出線性脈沖調(diào)寬信號的數(shù)學表達式，并畫出波形。脈沖調(diào)制是指用脈沖作為載波信號的調(diào)制方法。脈沖調(diào)寬的數(shù)學表達式為:3-8為什么說信號調(diào)制有利于提高測控系統(tǒng)的信噪比，有利于提高它的抗干擾能力?它的作用通過哪些方面體現(xiàn)?在精密測量中，進入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還有各種噪聲。而傳感器的輸出信號很微弱，為了便于區(qū)別信號與噪聲，給測量信號賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，再經(jīng)放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調(diào)。通過調(diào)制，對測量信號賦以一定的特征，使已調(diào)信號的頻帶在以載波信號頻率為中心的很窄的范圍內(nèi)，而噪聲含有各種頻率，即近乎于白噪聲。這時可以利用選頻放大器、濾波器等，只讓以載波頻率為中心的一個很窄的頻帶內(nèi)的信號通過，就可以有效地抑制噪聲。采用載波頻率作為參考信號進行比較，也可抑制遠離參考頻率的各種噪聲。3-9為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進行信號調(diào)制?為了提高測量信號抗干擾能力,常要求從信號一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常常在傳感器中進行調(diào)制。3-12什么是雙邊帶調(diào)幅?請寫出其數(shù)學表達式，畫出它的波形?？梢约僭O(shè)調(diào)制信號x為角頻率為Q的余弦信號x=XmcosQt,當調(diào)制信號x不符合余弦規(guī)律時，可以將它分解為一些不同頻率的余弦信號之和。在信號調(diào)制中必須要求載波信號的頻率遠高于調(diào)制信號的變化頻率。調(diào)幅信號可寫為:3-15什么是包絡(luò)檢波?試述包絡(luò)檢波的基本工作原理。從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此調(diào)幅信號的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號一致。只要能檢出調(diào)幅信號的包絡(luò)線即能實現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波。3-17為什么要采用精密檢波電路﹖試述圖3-11b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。為了提高檢波精度3-18什么是相敏檢波﹖為什么要采用相敏檢波﹖相敏檢波電路是能夠鑒別調(diào)制信號相位的檢波電路。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力，需采用相敏檢波電路。3-19相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能、性能與在電路構(gòu)成上最主要的區(qū)別是什么?功能上的主要區(qū)別：相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號相位，從而判別被測量變化的方向。性能上的主要區(qū)別：相敏檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。電路結(jié)構(gòu)上看：相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號，可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應與所需解調(diào)的調(diào)幅信號具有同樣的頻率，采用載波信號作參考信號就能滿足這一條件。3-21從相敏檢波器的工作機理說明為什么相敏檢波器與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有許多相似之處?它們又有哪些區(qū)別?3-23什么是相敏檢波電路的鑒相特性與選頻特性?為什么對于相位稱為鑒相，而對于頻率稱為選頻?選頻特性:對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。鑒相特性：輸入信號與參考信號同頻，但有一定相位差時，對輸出信號大小與相位差有確定函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號大小確定相位差的值。3-24舉例說明相敏檢波電路在測控系統(tǒng)中的應用。電感測微儀電路中采用相敏檢波器作它的解調(diào)電路，相敏檢波器的輸出指示電感傳感器測桿的偏移量。光電顯微鏡中，利用相敏檢波器的選頻特性，當光電顯微鏡瞄準被測刻線時，光電信號中不含參考信號的基波頻率和奇次諧波信號,相敏檢波電路輸出為零，確定顯微鏡的瞄準狀態(tài)。3-26在用數(shù)字式頻率計實現(xiàn)調(diào)頻信號的解調(diào)中,為什么采用測量周期的方法,而不用測量頻率的方法?采用測量周期的方法又有什么不足?測量頻率方法測量的是這一時段內(nèi)的平均頻率，難以測量信號的瞬時頻率，從而難以用于調(diào)頻信號的解調(diào);測量周期的方法根據(jù)在信號的一個周期內(nèi)進入計數(shù)器的高頻時鐘脈沖數(shù)即可測得信號的周期，從而確定它的頻率。后一種方法可用于調(diào)頻信號的解調(diào)。它的缺點是進入計數(shù)器的脈沖數(shù)代表信號周期，它與頻率間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是非線性的。3-31脈沖調(diào)制主要有哪些方式?為什么沒有脈沖調(diào)幅?脈沖調(diào)制的方式有調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)寬。脈沖信號只有0、1兩個狀態(tài)，所以沒有脈沖調(diào)幅。3-33脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有哪些方式?脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有兩種方式。一種是將脈寬信號U。送入一個低通濾波器，濾波后的輸出u。與脈寬B成正比。另一種方法是U。用作門控信號，只有當U。為高電平時，時鐘脈沖Cp才能通過門電路進入計數(shù)器。這樣進入計數(shù)器的脈沖數(shù)N與脈寬B成正比。兩種方法均具有線性特性。第四章4-1簡述濾波器的功能，按照功能要求，濾波器可分為幾種類型？濾波其實具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統(tǒng)，及對不同頻率信號的幅值有不同的增益，并對其相位有不同的移相作用。按照其功能要求，濾波器可分為低通，高通，帶通，帶阻與全通五個種類4-2按照電路結(jié)構(gòu)，常用的二階有源濾波電路有幾種類型？特點是什么？壓控電壓源型濾波電路、無限增益多路反饋型濾波電路和雙二階環(huán)型濾波電路。壓控電壓源型濾波電路：元件數(shù)目少，對有源器件特性理想程度要求低，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，對于一般應用場合性能比較優(yōu)良，應用普遍。但利用正反饋補償RC網(wǎng)絡(luò)中能量損耗，反饋過強將降低電路穩(wěn)定性，如果電路在臨界穩(wěn)定條件下工作，會導致自激振蕩。無限增益多路反饋型濾波電路：元件數(shù)目少，穩(wěn)定性高。對有源器件特性要求高，而且調(diào)整不如壓控電壓源濾波電路方便。雙二階環(huán)型濾波電路：靈敏度低，可利用不同端輸出或改變元件參數(shù)，獲得不同性質(zhì)的濾波電路。調(diào)整方便，各特征參數(shù)可以獨立調(diào)整。適合構(gòu)成集成電路。4-3測控系統(tǒng)中常用的濾波器特性逼近的方式有幾種類型？簡述這些逼近方式的特點。測控系統(tǒng)中常用的濾波器特性逼近的方式可分為巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近與貝賽爾逼近三種類型。巴特沃斯逼近的基本原則是在保持幅頻特性單調(diào)變化的前提下，通帶內(nèi)最為平坦。其特點是具有較為理想的幅頻特性，同時相頻特性也具有一定的線性度。切比雪夫逼近的基本原則是允許通帶內(nèi)有一定的波動量ΔKp，故在電路階數(shù)一定的條件下，可使其幅頻特性更接近矩形，具有最佳的幅頻特性。但是這種逼近方式相位失真較嚴重，對元件準確度要求也更高。貝賽爾逼近的基本原則是使相頻特性線性度最高，群時延函數(shù)τ(ω)最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小，具有最佳的相頻特性。但是這種逼近方式幅頻特性在這三種逼近方式中是最差的。4-4按照電路組成，濾波電路主要有幾種類型？特點是什么？一階濾波電路：電路簡單，成本低廉。壓控電壓源型濾波電路：增益過大容易導致自激振蕩。無限增益多路反饋型電路：不存在正反饋，總是穩(wěn)定，對運算放大器理性程度要求高，調(diào)整不方便。雙二階環(huán)電路：靈敏度低，調(diào)整方便，特性穩(wěn)定，電路復雜，成本高。4-5濾波器特性參數(shù)主要有哪些？特征頻率增益與衰耗阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)靈敏度群延時函數(shù)第五章第六章6-1信號轉(zhuǎn)換電路有哪些類型？試舉例說明其功能6-2試述在S/H電路中對模擬開關(guān)、存儲電容及運算放大器這三種主要元器件的選擇有什么要求。模擬開關(guān)：要求模擬開關(guān)的導通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。存儲電容：要選用介質(zhì)吸附效應小的和泄漏電阻大的電容。運算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬及轉(zhuǎn)換速率大的運算放大器，輸入運放還應具有大的輸出電流。6-3采樣/保持器外接存儲電容，當電路從采樣轉(zhuǎn)到保持，其介質(zhì)吸附效應會使電容器上的電壓下降