测控电路课后习题.docx

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1、习题参考答案(时间仓促，难免有误，请指正，感谢！)1-3试从你熟识的几个例子说明测量与掌握技术在生产、生活与各种工作中的广泛应用。为了加工出所需尺寸、外形的高精度零件，机床的刀架与主轴必需精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必需严格掌握炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必需对机器的运行状态进行精确检测，当发觉它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，掌握它，使它按规定的要求运行。计算机的进展首先取决于大规模集成电路制作的进步。在一块芯片上能集成多少个元件取决于光刻工艺能制作出多精细的图案，而这依靠于光刻的精确重复定位，依靠于定位系统的精密

2、测量与掌握。航天放射与飞行，都需要靠精密测量与掌握保证它们轨道的精确性。一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器，对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、防滑、防碰撞等进行掌握。微波炉、照相机、复印机等中也都装有不同数量的传感器，通过测量与掌握使其能圆满地完成规定的功能。1-4测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，依据测量与掌握功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能掌握执行机构动作的信号。在整个测控系统中，电路是最敏捷的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。测控电

3、路在整个测控系统中起着特别关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。1-5影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特殊留意？影响测控电路精度的主要因素有：(1)噪声与干扰；(2)失调与漂移，主要是温漂；(3)线性度与保真度；(4)输入与输出阻抗的影响。其中噪声与干扰，失调与漂移(含温漂)是最主要的，需要特殊留意。1-7为什么说测控电路是测控系统中最敏捷的环节，它体现在哪些方面？为了适应在各种状况下测量与掌握的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、敏捷地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的力量，这些工作通常由测控电路完成。它包括

4、：(1)模数转换与数模转换；(2)直流与沟通、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；(3)量程的变换；(4)选取所需的信号的力量，信号与噪声的分别，不同频率信号的分别等；（5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、肯定值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、规律推断等。1-9为什么要采纳闭环掌握系统？试述闭环掌握系统的基本组成及各组成部分的作用。在开环系统中传递函数的任何变化将引起输出的变化。其次，不行避开地会有扰动因素作用在被控对象上，引起输出的变化。采用传感器对扰动进行测量，通过测量电路在设定上引入肯定修正，可在肯定程度上减小扰动的影响，但是这种掌握

5、方式同样不能达到很高的精度。一是对扰动的测量误差影响掌握精度。二是扰动模型的不精确性影响掌握精度。比较好的方法是采纳闭环掌握。闭环掌握系统的基本组成见图Xl-30它的主要特点是用传感器直接测量输出量，将它反馈到输入端与设定值相比较，当发觉它们之间有差异时，进行调整。这里系统和扰动的传递函数对输出基本没有影响，影响系统掌握精度的主要是传感器和比较电路的精度。在图X1-3中，传感器反馈信号与设定信号之差不直接送到放大电路，而先经过一个校正电路。这主要考虑从发觉输出量变化到执行掌握需要一段时间，为了提高响应速度常引入微分环节。此外，当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于掌握作用的滞后，可能产生振荡。

6、为了防止振荡，需要引入适当的积分环节。在实际电路中，往往比较电路的输出先经放大再送入校正电路，然后再次放大。图X1-3为原理性构成。图X1-3闭环掌握系统的基本组成2-2什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测量。2-3图2-13b所示电路，Ni、N2为抱负运算放大器，R=RfZR,试求其闭环电压放大倍数。由图2-13b和题设可得出二g（1+必/=2g，仇=3（1+吊/尼）-26吊/品=2u2-2g=2（aj ,所以其闭环电压放大倍数=2o2-6何谓电桥放大电路

7、？应用于何种场合？由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，常常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。2-9什么是CAZ运算放大器？它与自动调零放大电路的主要区分是什么？何种场合下采较为合适？CAZ运算放大器是轮换自动校零集成运算放大器的简称，它通过模拟开关的切换，使内部两共性能全都的运算放大器交替地工作在信号放大和自动校零两种不同的状态。它与自动调零放大电路的主要区分是由于两个放大器轮换工作，因

8、此始终保持有一个运算放大器对输入信号进行放大并输出，输出稳定无波动，性能优于由通用集成运算放大器组成的自动调零放大电路，但是电路成本较高，旦对共模电压无抑制作用。应用于传感器输出信号极为微弱，输出要求稳定、漂移极低，对共模电压抑制要求不高的场合。2-11何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。自举电路是采用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达109以上）的测量放大电路中。图2-23所示电路就是它的例子。2-L2什么是可编程增益放大电路？请举例说明之。放大电路的增益通过数字规律电路

9、由确定的程序来掌握，这种电路称为可编程增益放大电路，亦称程控增益放大电路，简称PGA。例如图X2-2,程序为力二0（开关力断开）、后0（开关8断开）时，放大电路的电压放大倍数为-必心 当程序为六1（开关力闭合）、庐0（开关8断开）时，放大倍数为-R?RI、R QR+R）；当程序为力二0（开关力断开）、后1（开关8闭合），放大倍数为-必必人（兄+夕）；当程序为力二1、斤1 （开关48均闭合），放大倍数为- R瓜RR（R?必+R； R + R RD 因此可编程增益放大电路的增益是通过数字规律电路由确定的程序来掌握。& ARUi Ri1图 X2-22-13请依据图2-29b,画出可获得1、10、10

10、0十进制增益的电路原理图。由图X2-3可得：当开关力闭合时，UmU,当开关少闭合时，二10，当开关。闭合时,产 100。2-14依据图2-29c和式（2-32）,若采纳6个电阻，请画出电路原理图，并计算电阻网络各电阻的阻值。,忙6 : 吊=R +龙+后+吊+尼，旅+尼=2 ( +就+尼+RJ +/(5 + 吊=3 (R + + 吊)， 吊 + 尼 +M+ 7=4 (R + 矽,R& 5 +吊+用+及二5用，取人二分 则底=3，R桁R, RfR2,后二3/10, =Y5, R=R。见图 X2-4。图 X2-42-15什么是隔离放大电路？应用于何种场合？隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直

11、接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验设施、工业过程掌握系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制力量传送信号。3T什么是信号调制？在测控系统中为什么要采纳信号调制？什么是解调？在测控系统中常用的调制方法有哪几种？在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般乂很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分别出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区分信号与噪声，往往给测量信号赋以肯定特征，这就是调制的主要功用。调制就是用一个信号（称为调制信号）去掌握另一作为

12、载体的信号（称为载波信号）,让后者的某一特征参数按前者变化。在将测量信号调制，并将它和噪声分别，放大等处理后,还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制,称为脉冲调宽。3-2什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？调制是给测量信号赋以肯定特征，这个特征由作为载体的信号供应。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号

13、。用需要传输的信号去转变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。这个用来转变载波信号的某一参数的信号称调制信号。在测控系统中需传输的是测量信号，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。3-3什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。调幅就是用调制信号去掌握高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号线性函数变化。调幅信号人的一般表达式可写为：U、= （tm + twc） cos j式中在载波信号的角频率；(m 调幅信号中载波信号的幅度;m-调制度。图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。3-4什么是调频？请写出调频信号的数学表达式，并画出它的波

14、形。调频就是用调制信号x去掌握高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号X的线性函数变化。调频信号/的一般表达式可写为：u =U cos to, +twc)tSIIIV式中牝载波信号的角频率；Um调频信号中载波信号的幅度；力调制度。图X3-2绘出了这种调频信号的波形。图a为调制信号X的波形，它可以按任意规律变化;图b为调频信号的波形，它的频率随x变化。若 产Xcos0 3则调频信号的频率可在叫 水m范围内变化。为了避开发生频率混叠现象，并便于解调，要求&C水一a)a)调制信号b)调频信号3-8为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制？为了提高测量信号抗干扰力量，常要

15、求从信号一形成就己经是己调信号，因此常常在传感器中进行调制。3-5什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形。可以假设调制信号x为角频率为。的余弦信号产%cos 0 b当调制信号x不符合余弦规律时，可以将它分解为一些不同频率的余弦信号之和。在信号调制中必需要求载波信号的频率远高于调制信号的变化频率。由式(3-1)调幅信号可写为：以=fm cos ct + nX m cos t cos ctIIILIIIV mX. c mXc=Um cosct +- cos(dc +)r +-cos(c -)zmus =-cos(69c +2)r +它包含三个不同频率的信号：角频率为叫的载波信号&COS3和角频率分别为以士。的上下边频信号。载波信号中不含调制信号，即不含被测量X的信息，因此可以取2=0,即只保留两个边频信号。这种调