測控電路復習習題及答案.doc

試題一答案uoui10kiuo220k100kR320kR2-+N1-+100kN2一、 選擇題1 右圖所示電路為自舉組合電路，其輸入電流i為A. 0B. ui/10kC. ui/20kD. ui/30k （ C ）2 右圖所示電路的輸出電壓為uoRR（1+）R（1）uiR-+NA. B. C. D. （ D ）3公式為A. 二階有源低通濾波器的傳遞函數(shù)B. 二階有源高通濾波器的傳遞函數(shù)C. 二階有源帶通濾波器的傳遞函數(shù)D. 二階有源帶阻濾波器的傳遞函數(shù) （ D ）4一個10bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器，其滿量程電壓為10V, 若模擬輸入電壓,其數(shù)字輸出量的數(shù)值為A. 0001100101B. 0001100110C. 0001000110D. 0001010101 ( B )5在相位跟蹤細分電路中，相位基準A. 既是反饋環(huán)節(jié)，又是細分機構(gòu)，分頻數(shù)等于細分數(shù)B. 是反饋環(huán)節(jié)，但不是細分機構(gòu)C. 是細分機構(gòu)，且分頻數(shù)等于細分數(shù)，但不是反饋環(huán)節(jié)D. 既是反饋環(huán)節(jié)，又是細分機構(gòu)，細分數(shù)是分頻數(shù)的2倍 ( A )6右圖是晶體管三相橋式逆變器，對其特點的敘述哪一個是不正確的MVD3EAC1AVD1VD5V5V3V1V4VD4V6VD6V2VD2A. 每一相上橋臂晶體管與下橋臂晶體管 各導通1200B. 上、下橋臂晶體管導通狀態(tài)互相間隔600C. 各相之間相位差為1200D. 換流只能在上下橋臂間進行 （ D ）7在PWM功率轉(zhuǎn)換電路中，有制動工作狀態(tài)和不可逆的意思是 A. 電路不能提供電動機電樞的反相電流和反相電壓B. 電路能提供電動機電樞的反相電流但不能提供反相電壓C. 電路不能提供電動機電樞的反相電流但能提供反向電壓D. 電路既能提供電動機電樞的反相電流又能提供反相電壓 ( B )8晶閘管的關(guān)斷條件是A. 陽極接低電平，陰極接高電平B. 陽極與陰極之間的電流小于其維持電流C. 陽極接低電平，陰極也接低電平D. 與陽極和陰極電壓無關(guān)，僅需門極電壓接低電平 ( B )二、 簡答題1 什么是隔離放大電路？畫圖并簡述光電耦合隔離放大電路的基本工作原理。答：隔離放大電路是指電源、輸入放大器及輸出放大器沒有公共端，即不共地。光耦合隔離放大電路的基本原理如圖所示，它是通過中間的一個光電隔離器將輸入與輸出放大器隔開的，這樣可提高抗干擾能力。2 什么是雙邊帶調(diào)幅？請寫出其數(shù)學表達式，并畫出其波形。答：雙邊帶調(diào)幅是在調(diào)幅信號中，將載波信號幅值Um取0，從而得到頻帶在范圍內(nèi)的調(diào)幅信號。txOtOucusOt數(shù)學表達式：調(diào)制信號幅度，調(diào)制信號角頻率，載波角頻率，調(diào)制度3 如圖所示電路為無限增益多路反饋型二階濾波電路還是壓控電壓源型二階濾波電路？如果想構(gòu)成二階高通濾波電路，Y1Y5的RC元件該如何選?。?+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)答：此電路為無限增益多路反饋二階濾波電路，若要構(gòu)成高通濾波電路，Y1，Y2，Y3應(yīng)為電容，Y4，Y5應(yīng)為電阻。三、 利用4個性能相同的傳感器測量一個軸在4個截面上的直徑，得到的信號電壓為u1、u2、u3、u4，要想求其平均直徑，可采用什么電路？請畫出電路圖，并寫出電路輸出電壓公式。解：要求平均直徑，可采用平均值運算電路。此題要求四個電壓的平均值，即為求加權(quán)平均值，可利用加法電路實現(xiàn)。電路圖如下：取R1=R2=R3=R4=4R5就有：U0=-(U1+U2+U3+U4)/4只要再通過一個反向電路，就可得到真正的四個電壓的平均值了。四、 如圖所示電路為何種電路？當輸入信號us與Uc的波形如圖所示時，畫出uo在加電容C前后的波形。C10kuo10k10k10k5kUc-+N1-+N210kV1V2uA+ us- Uc答：此電路為整流型精密相敏檢波電路。波形如圖：圖1為不接電容C的情況下UO的波形；圖2為接電容C的情況下UO的波形ui1ui2uo1uo2100k10k100k20k20k100kuo100k+-+N1IR-+N2-+N3五、 如圖所示電路為何種放大電路？寫出輸出電壓uo與輸入電壓ui1、ui2之間的關(guān)系式，并說明該電路的主要特點。此電路為高共模抑制比放大電路。 若： 特點：1、電阻對稱，增益可調(diào) 2、共模電壓，飄移，失調(diào)電壓均在RP兩端自動消除，不產(chǎn)生影響，具有高共模抑制能力八、試用一交流固態(tài)繼電器（AC-SSR，可控220V交流通斷）和一接觸器（3各常開主觸點和一個常開輔助觸點），通過微機及其接口電路去控制三相交流異步電機（電源為3相、50Hz/380V）的起動和停止。KA1為交流固態(tài)繼電器，控制接觸器的通斷KA2為接觸器，三個主觸點控制電機的三相繞組如電機為三相四線制，一個輔助觸點使中線接地由微機輸出的數(shù)字信號控制KA1的通斷，為“1”時斷，為“2”時開。試題二答案一、 簡答題1、什么是自舉電路？說明圖1所示電路是如何提高放大器的輸入阻抗的？uouii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2圖1答：自舉電路是利用反饋使電阻兩端等電位，減少向輸出回路索取電流，而使輸入阻抗增大的一種電路。 當時，輸入回路阻抗無窮大，達到了提高放大器輸入阻抗的目的。2、如圖2所示電路，N1、N2、N3工作在理想狀態(tài)，R1=R2=200K，RP=20K，R3=R4=10K，R5=R6=20K，試求該電路的差模增益。ui1ui2uo1uo2R1RPR2R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3圖2解： 3、什么是隔離放大電路？就一種隔離方式簡述其工作原理。答：隔離放大電路是一種測量用的電路，它的輸入，輸出，隔離電路之間沒有直接的電路耦合，即輸入、輸出沒有公共接地端。輸入信號經(jīng)放大進入耦合器，使LED導通，通過光電耦合器件（晶體管）轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，經(jīng)放大輸出。4、相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能、性能與電路構(gòu)成上主要有哪些區(qū)別？答：相敏檢波電路可以鑒別調(diào)幅信號與載波信號之間的相位關(guān)系，還可選頻；而包絡(luò)檢波只是將調(diào)幅信號的包絡(luò)線解調(diào)出來，但不具有鑒相選頻特性。相敏檢波電路除了輸入調(diào)幅信號外，還需輸入一個參考信號，一般選用載波信號來做參考信號；而包絡(luò)檢波則不是將調(diào)幅信號輸入，進行解調(diào)。5、圖3所示電路為無限增益多路反饋型濾波電路還是壓控電壓源型濾波電路？若根據(jù)此電路結(jié)構(gòu)構(gòu)成一低通濾波電路，Y1Y5應(yīng)分別選用何種RC元件？ -+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)圖3 答：此電路為無限增益多路反饋濾波電路，若要構(gòu)成低通濾波電路，Y1，Y2，Y3應(yīng)為電阻，Y4，Y5應(yīng)為電容。二、分析題1、圖4為一單穩(wěn)辨向電路，輸入信號A、B為相位差90的方波信號，分析其辨向原理，并就A導前B 90及B導前A 90的情況，畫出A、Uo1、Uo2的波形。（8分）DG5DG1ACARB Uo1 Uo2 &1&DG4&1DG2DG3圖4答：該電路根據(jù)A，B相位相對導前、滯后的關(guān)系實現(xiàn)辨向。A導前B 90時，Uo1有輸出，Uo2輸出為0B導前A 90時，Uo1輸出為0，Uo2有輸出由此可實現(xiàn)辨向ABABUo1Uo22、試述圖6a所示檢波電路的工作原理？電路中哪些電阻的阻值必須滿足一定的匹配關(guān)系，阻值關(guān)系如何？寫出輸出uo與輸入us之間的關(guān)系式？若Uc與us的波形如圖6b所示，請畫出在不接電容C的情況下uo的波形及接上電容C后uo的波形。當Uc=“1”時，V2導通，V1截止，此時Us，UA同時加在N2的反向輸入端，當不接電容C時當Uc=“0”時，V1導通，V2截止，UA=0，Us直接加在N2的反向輸入端，當不接電容C時圖a圖b當，時，若Uc=“1”，若Uc=“0”， 圖a為不接電容C的情況下uo的波形；圖b為接電容C的情況下uo的波形。CR4uoR1R2R2R3Uc-+N1-+N2R3V1V2uAUc+ us- 圖6a試題三uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N1圖1一、圖1是什么電路？試述其工作原理。為使其具有所需性能，對電阻值有什么要求？（16分）圖1是同相輸入高共模抑制比差動放大電路。由電路可得， 所以 因輸入共模電壓uic=(ui1 +ui2 ) / 2， 輸入差模電壓uid = ui2ui1 ，可將上式改寫為 為了獲得零共模增益，上式等號右邊第一項必須為零，可取此時，電路的差動閉環(huán)增益為 這種電路采用了二個同相輸入的運算放大器，因而具有極高的輸入阻抗。二、圖2是什么電路？試述其工作原理。為使其具有所需性能，對電阻值有什么要求？（17分）圖2是一種由集成運算放大器構(gòu)成的全波精密檢波電路。在調(diào)幅波us為正的半周期，由于運算放大器N1的倒相作用，N1輸出低電平，因此VD1導通、VD2截止，A點接近于虛地，uA0。在us的負半周，有uA輸出。若集成運算放大器的輸入阻抗遠大于R2，則i- i1 。按圖上所標注的極性，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。圖中加入VD1反饋回路一是為了防止在us的正半周期因VD2截止而使運放處于開環(huán)狀態(tài)而進入飽和，另一方面也使us在兩個半周期負載基本對稱。圖中N2與R3、R4、C等構(gòu)成低通濾波器。對于低頻信號電容C接近開路，濾波器的增益為-R4/R3。對于載波頻率信號電容C接近短路，它使高頻信號受到抑制。因為電容C的左端接虛地，電容C上的充電電壓不會影響二極管VD2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2中N2組成相加放大器，取。在不加電容器C時，N2的輸出為：+ us 半波整流器低通濾波器+usi1CR4uoR1R2R2R3VD1VD2+ u i-+N1-+N2R3+uA+uACR4uoR1R2R2R3VD1VD2-+N1-+N2R3圖2三、圖3是什么電路？試述其工作原理。（16分）圖3是脈寬調(diào)制電路?？糠€(wěn)壓管VS將輸出電壓uo穩(wěn)定在。若輸出電壓為，則它通過VD2和RP1+RP3向電容C充電，當電容C上的充電電壓時其中，N的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，使。通過VD1和RP1+RP2對電容C反向充電，當電容C上的充電電壓時，N再次翻轉(zhuǎn)，使。這樣就構(gòu)成一個在間來回振蕩的多諧振蕩器。由于在兩個半周期通過不同的電阻通道向電容充電，那么兩半周期充電時間常數(shù)不同，從而輸出信號的占空比也隨兩支充電回路的阻值而變化。圖3 中RP2、RP3為差動電阻傳感器的兩臂，RP2+RP3為一常量，輸出信號的頻率不隨被測量值變化，而它的占空比隨RP2、RP3的值變化，即輸出信號的脈寬受被測信號調(diào)制。R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoVSR3-+NR1圖3四、圖4是什么電路？試述其工作原理。為使其具有所需性能，對電阻、電容值有什么要求？寫出其傳遞函數(shù)、品質(zhì)因數(shù)、固有頻率、通帶增益。（16分）圖4是一種基于雙T網(wǎng)絡(luò)的二階帶阻濾波電路，為使其傳遞函數(shù)為雙T網(wǎng)絡(luò)必須具有平衡式結(jié)構(gòu)，或=/，= / 。一般實用時，電容取值為，在上述條件下，濾波器參數(shù)為R1C3R0Ruo(t)ui(t)C2C1R3R2+-+N圖4試題四一 圖1所示電路是什么電路？試述其工作原理。（15分）RfuoN1+uiR1R2C2C1圖1圖1所示電路是具有高輸入阻抗的交流放大電路，由于它的同相輸入端接有隔直電容C的放電電阻(RR2），因此電路的輸入電阻在沒有接入電容C時將減為(RR2）。為了使同相交流放大電路仍具有高的輸入阻抗，采用反饋的方法，通過電容C將運算放大器兩輸入端之間的交流電壓作用于電阻R的兩端。由于處于理想工作狀態(tài)的運算放大器兩輸入端是虛短的（即近似等電位），因此R的兩端等電位，沒有信號電流流過R，故對交流而言，R可看作無窮大。為了減小失調(diào)電壓，反饋電阻Rf應(yīng)與(RR2）相等。這種利用反饋使R1的下端電位提到與輸入端等電位，來減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路稱為自舉電路。二 什么是信號調(diào)制？在精密測量中為什么要采用信號調(diào)制？什么是解調(diào)？什么是調(diào)幅？什么是調(diào)頻？什么是調(diào)相？請分別寫出調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相信號的數(shù)學表達式。（15分）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，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號一般又很微弱，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(wù)。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)制的主要功用。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)幅就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號的幅值按調(diào)制信號x線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號的一般表達式可寫為：調(diào)頻就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號的頻率按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號us的一般表達式可寫為：調(diào)相就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號的相位按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號us的一般表達式可寫為： 式中 載波信號的角頻率； 載波信號的幅度； m 調(diào)制度。R6uoN1+usR1R2R3R4R5UCUCT1T2三 圖2所示電路是什么電路？試述其工作原理，其參數(shù)應(yīng)怎樣選??？。（15分）圖2為開關(guān)式全波相敏檢波電路。取R1= R2= R3= R4= R5= R6/2。在Uc=1的半周期，T1導通、T2截止，同相輸入端被接地，us從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為。在Uc=0的半周期，T1截止、T2導通，反相輸入端通過R3接地，us從同相輸入端輸入，放大倍數(shù)為。實現(xiàn)了全波相敏檢波。R2uoN1+uiR1CC1C四 圖3所示電路是什么濾波器？寫出其傳遞函數(shù)和通帶增益、固有頻率、品質(zhì)因數(shù)表達式。（20分）圖3圖3為無限增益多路反饋高通濾波電路，其傳遞函數(shù)為：通帶增益固有頻率 品質(zhì)因數(shù) 試題五UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-圖1一、 圖1所示電路是什么電路？試述其工作原理。（15分）圖1是斬波穩(wěn)零集成運算放大器。圖中N為主放大器，N為調(diào)零放大器，A、A分別為N、N的側(cè)向輸入端，Sa1、Sa2和Sb1、Sb2為模擬開關(guān)，由內(nèi)部或外部時鐘驅(qū)動。當時鐘為高電平時，為誤差檢測和寄存階段，模擬開關(guān)Sa1、Sa2閉合，Sb1、Sb2斷開，N2兩輸入端被短接，只有輸入失調(diào)電壓U0s和共模信號Uc作用并輸出，由電容C寄存，同時反饋到N的側(cè)向輸入端A，此時 所以 式中K運算放大器N的開環(huán)放大倍數(shù)；Kc運算放大器N的開環(huán)共模放大倍數(shù)；K2運算放大器N的側(cè)向端A輸入時的放大倍數(shù)（K2 1 ）。也即C兩端電壓UCUo2（KU0s+KcUc）/K2。 另半周，時鐘為低電平時，為校零和放大階段，模擬開關(guān)Sa1、Sa2斷開，Sb1、Sb2閉合，輸入信號Ui同時作用到N、N的輸入端。N除輸入Ui、U0s和Uc外，在側(cè)向端A還作用著UC，所以，此時N的輸出為 由此可見，N的失調(diào)電壓U0s和共模電壓Uc在時鐘的另半周期全部被消除，達到穩(wěn)零目的。N的輸出Uo通過開關(guān)Sb2由電容C寄存，同時還輸至N的側(cè)向輸入端A進行放大，此時主放大器N的輸出Uo為式中K、Kc分別為運算放大器N的開環(huán)放大倍數(shù)和開環(huán)共模放大倍數(shù)；U0s1運算放大器N的輸入失調(diào)電壓；K1運算放大器N由側(cè)向端A輸入時的放大倍數(shù)。將UoKUi代入上式，則得上式中的（K+K1K）為整個放大器的開環(huán)放大倍數(shù)，一般設(shè)計中可使K1K，K1，所以該放大器開環(huán)放大倍數(shù)近似為KK，電路增益大為提高，可達140160 dB。上式中的（KU0s+KcUc）為輸入失調(diào)電壓和共模信號產(chǎn)生的誤差項，其中失調(diào)電壓KU0s誤差項可等效為輸入失調(diào)電壓U0s 由上式可見，整個集成運算放大器的失調(diào)電壓為U0s，相當于把N的輸入失調(diào)電壓U0s縮小至1/K，K約100 dB，則U0s可小于1V。共模信號誤差項KcUc相當于輸入端的共模誤差電壓Uc，即所以 因此整個集成運算放大器的共模抑制比CMRR比N的共模抑制比CMRR提高了K2倍。內(nèi)部的箝位電路是用來防止因強干擾而使輸入阻塞。內(nèi)部調(diào)制補償電路是使放大電路具有較寬的頻響特性。二、 什么是包絡(luò)檢波？什么是相敏檢波？它們在功能和電路結(jié)構(gòu)上最主要的區(qū)別是什么？圖2是什么電路？試述其工作原理。（18分）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。包絡(luò)檢波通過對調(diào)幅信號進行半波或全波整流實現(xiàn)，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號的相位和頻率。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，需采用相敏檢波電路。它不僅能鑒別被測參數(shù)變化的方向，而且能在一定程度上識別信號和干擾，具有較強的抗干擾能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了需要解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應(yīng)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。圖2為一種全波精密檢波電路，可用于包絡(luò)檢波和絕對值的計算。圖中N1為反相放大器，N2為跟隨器。us0時，VD1、VD4導通，VD2、VD3截止，uo=us；us1 ,KK1 ,所以由上式可見，電容C寄存了運算放大器N的失調(diào)電壓U0s。另半周，時鐘發(fā)生器N輸出低電平，N輸出高電平時，模擬開關(guān)Sb1、Sb2接通，Sa1、S a2 斷開，電路進入信號放大狀態(tài)，其等效電路見圖1c ，此時Ui經(jīng)N放大后，輸出Uo為由以上分析可知，該電路實現(xiàn)了對失調(diào)電壓的校正，達到了自動調(diào)零的目的。K2C1UC1Uo1R1R2UoC1UiR1R2K1-+N1-+N2K1-+N1圖1c)b)R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2圖2二、 圖2所示電路是什么電路？它在精密測量中有什么功用，試述其工作原理，為保證所需特性，R1 、R2、 R3、 R4應(yīng)滿足什么關(guān)系？。（15分）圖2為高輸入阻抗全波精密檢波電路，它可以用作調(diào)幅電路的包絡(luò)檢波電路，也可以用作求絕對值運算電路。它采用同相端輸入。us0時，VD1導通、VD2截止，其等效電路如圖2b所示，N2的同相輸入端與反相輸入端輸入相同信號，得到uo=us。us0usR2R1R3R4us-+N1-+N2usR。試述其工作原理，寫出其輸出表達式。（15分）-+NR2=R1uoR1uR (1+)uaubRRR圖1圖1是電橋放大電路。圖中R1=R2 R 對于理想運算放大器ua= ub，可得 二 圖2所示電路是什么電路？試述其工作原理（15分）為相敏檢波電路。在Uc=1的半周期，V導通，同相輸入端被接地，us只從反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為-1，輸出信號uo如圖a和圖b中實線所示。在Uc=0的半周期，V截止，us同時從同相輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為+1，輸出信號uo如圖a和圖b中虛線所示，兩個半周期輸出相同。在圖a所示情況下，us與Uc同相，uo為負；在圖b 所示情況下，us與Uc反相，uo為正，實現(xiàn)相敏。a)UcOtUcOtuoOtusOtusOtuoOtb)usUcRVuoRR-+N圖2三 請寫出調(diào)相信號的數(shù)學表達式。有哪些常用鑒相方法？說明它們的基本工作原理、鑒相范圍和影響鑒相精度的主要因素。（20分）調(diào)相信號us的一般表達式為：式中 x 調(diào)制信號； 載波信號的角頻率； 調(diào)相信號中載波信號的幅度；m 調(diào)制度。 常用鑒相方法有相敏檢波器鑒相、異或門鑒相、RS觸發(fā)器鑒相、脈沖采樣式鑒相。相敏檢波器具有鑒相特性，若輸入信號與參考信號的相位差，則相敏檢波器的輸出與成正比，因此可以用相敏檢波器鑒相。時的輸出與時相同，鑒相器不能鑒別相位超前與滯后，它工作在范圍內(nèi)，在附近，鑒相器線性最好，靈敏度最高。影響相敏檢波器精度的主要因素有輸入信號的幅值，輸出的非線性等。異或門鑒相的基本原理是異或門輸出Uo的脈寬B與調(diào)相信號Us和參考信號Uc的相位差相對應(yīng)。這一脈寬有兩種處理方法。一種方法是將Uo送入一個低通濾波器，濾波后的輸出uo與脈寬B成正比，也即與相位