總結(jié)版測(cè)控電路

1、總纟版測(cè)控電路/ / / yCompany number： WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 何謂測(cè)量放大電路對(duì)其基本要求是什么在測(cè)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(cè)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)兒白伏）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。什么是高共模抑制比放大電路應(yīng)用何種場(chǎng)合有抑制傳感器輸出共模電壓（包括干

2、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lOOdB的場(chǎng)合，例如人體心電測(cè)量。圖28b所示電路，Nl、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 iiOl =uil （1+R2 /Rl） = 2uil , u0=ui2 （1+R4/R3 ） - 2uil R4/R3 =2ui2 - 2 uil=2（ui2-uil）,所以其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kf=2。圖29所示電路，Nl、N2、N3工作在理想狀態(tài)，Rl=R2=100k, RP=10k, R3=R4=20k, R5=R6=60k, N2同相輸入端接地，試求電路的

3、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 = （uo2 - uol） R5 / R3 =3（uo2 - uol ）, iiol = uil （1 + R1 /Rp） - ui2 Rl/Rp=l luil, uo2= ui2（l+R2/Rp） 一 uil R2/Rp= 一 lOuil,即 uo=3 （ - lOuil - lluil） =-63uil,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, u訂的共模電壓無法與ui2的共模電 壓相抵消。何謂自舉電路應(yīng)用于何種場(chǎng)合請(qǐng)舉一例說明之。自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端

4、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)108Q以上）的測(cè)量放大電路中。圖27所示 電路就是它的例子。什么是可編程增益放大電路請(qǐng)舉例說明之。放大電路的增益通過數(shù)字邏輯電路山確定的程序來控制，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(jiǎn)稱PGAo例如圖X2-2,程序?yàn)?A=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=l（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=l（開關(guān)B閉合）

5、，放大倍數(shù)為- R3R/R1 （R3+R）；當(dāng)程序?yàn)锳=K B=l（開關(guān)A、B均閉合），放大倍數(shù)為- R2R3R/R1 （R2 R3+R3 R+R R2）。請(qǐng)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。9R由圖X2-3可得：當(dāng)開關(guān)A閉合時(shí)，Uo二Ui；當(dāng)開關(guān)B閉合時(shí)， Uo=10Ui,當(dāng)開關(guān) C 閉合時(shí)，Uo=100UioUo90RUi>OO圖 X2-3什么是隔離放大電路應(yīng)用于何種場(chǎng)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(cè)量?jī)x器和某 些測(cè)控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備

6、、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)。什么是信號(hào)調(diào)制在測(cè)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(cè)控系 統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪兒種在精密測(cè)量中，進(jìn)入測(cè)量電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外，還往往有 各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般乂很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào) 中分離出來是測(cè)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(cè) 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(cè)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)

7、中提取反映被測(cè)量值的測(cè)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，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。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(cè)量信號(hào)賦以一定特征，這個(gè)特征山作為載體的信號(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 的信號(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(cè)控系統(tǒng)中需傳輸

8、的是測(cè)量信號(hào)，通常 就用測(cè)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)。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。雙邊帶調(diào)幅，寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式和畫出圖形。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(cè)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

9、精密檢波電路，它乂稱為線性檢波電路。圖3-llb是一種山集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的精密檢波電路。在調(diào)幅波偸為正 的半周期，由于運(yùn)算放大器Ni的倒相作用，N輸出低電平，因此Vi導(dǎo)通、V2 截止，A點(diǎn)接近于虛地，血在偸的負(fù)半周，有血輸出。若集成運(yùn)算放大器 的輸入阻抗遠(yuǎn)大于心，則-/io按圖上所標(biāo)注的極性，可寫出下列方程組： 其中Kd為Ni的開環(huán)放大倍數(shù)。解以上聯(lián)立方程組得到通常，M的開環(huán)放大倍數(shù)Kd很大，這時(shí)上式可簡(jiǎn)化為:仁或“.=-R2 °“ R2二極管的死區(qū)和非線性不影響檢波輸出。圖3-1 lb中加入W反饋回路一是為了防止在心的正半周期因V?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

10、使地在兩個(gè)半周期負(fù)載基本對(duì)稱。 圖中2與皿、心、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-R呱對(duì)于載波頻率信號(hào)電容C接近短路，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上的充電電圧不會(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地通過R；與心相加，圖3-1 lb中2組成 相加放大器，為了實(shí)現(xiàn)全波精密檢波必須要求R；=2R、。在不加電容器C時(shí)， N2的輸出為： 圖X3-1 la為輸入調(diào)幅信號(hào)心的波形，圖b為M輸出的反相半波整流信號(hào)心， 圖c為N2輸出的全波整流信號(hào)血。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

11、信號(hào)的形成a）輸入信號(hào)b）半波整流信號(hào)波形c）全波整流輸出什么是相敬檢波為什么要采用相墩檢波相敬檢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(cè)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

12、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，需采用相敬檢波電路。試畫出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)人=4®+% + %)-£肉+環(huán)+ %)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。5R如果要將420mA的輸入直流電流轉(zhuǎn)換為010V的輸岀直流電壓，試設(shè) 計(jì)其轉(zhuǎn)換電路。該轉(zhuǎn)換電路如圖X6-3所示。根據(jù)圖X6-3電路,有1_1D>°°1/?4丄十+ N1 R.AMi丄 圖X6-3取兄二250 Q,當(dāng) 1mA時(shí)，心二IV,當(dāng) 乏20mA時(shí)，q二5V。 因此要求RRi ， (l +)x5 = llr2 br2有 Rz/ 尼二6/5,伉二5/6(V),取尼二 10k,厶二 12k,兀二 RJ/ 尿二，取丘二。一個(gè)6bit的D/A轉(zhuǎn)換器，具有單向電流輸出，當(dāng)厶二110100時(shí)，人二5mA,試求么=1