测控电路复习习题及答案

试题一答案uoui10kiuo220k100kR320kR2-+N1-+100kN2一、 选择题1 右图所示电路为自举组合电路，其输入电流i为A. 0B. ui/10kC. ui/20kD. ui/30k （ C ）2 右图所示电路的输出电压为uoRR（1+）R（1）uiR-+NA. B. C. D. （ D ）3公式为A. 二阶有源低通滤波器的传递函数B. 二阶有源高通滤波器的传递函数C. 二阶有源带通滤波器的传递函数D. 二阶有源带阻滤波器的传递函数 （ D ）4一个10bit逐次逼近A/D转换器，其满量程电压为10V, 若模拟输入电压,其数字输出量的数值为A. 0001100101B. 0001100110C. 0001000110D. 0001010101 ( B )5在相位跟踪细分电路中，相位基准A. 既是反馈环节，又是细分机构，分频数等于细分数B. 是反馈环节，但不是细分机构C. 是细分机构，且分频数等于细分数，但不是反馈环节D. 既是反馈环节，又是细分机构，细分数是分频数的2倍 ( A )6右图是晶体管三相桥式逆变器，对其特点的叙述哪一个是不正确的MVD3EAC1AVD1VD5V5V3V1V4VD4V6VD6V2VD2A. 每一相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管 各导通1200B. 上、下桥臂晶体管导通状态互相间隔600C. 各相之间相位差为1200D. 换流只能在上下桥臂间进行 （ D ）7在PWM功率转换电路中，有制动工作状态和不可逆的意思是 A. 电路不能提供电动机电枢的反相电流和反相电压B. 电路能提供电动机电枢的反相电流但不能提供反相电压C. 电路不能提供电动机电枢的反相电流但能提供反向电压D. 电路既能提供电动机电枢的反相电流又能提供反相电压 ( B )8晶闸管的关断条件是A. 阳极接低电平，阴极接高电平B. 阳极与阴极之间的电流小于其维持电流C. 阳极接低电平，阴极也接低电平D. 与阳极和阴极电压无关，仅需门极电压接低电平 ( B )二、 简答题1 什么是隔离放大电路？画图并简述光电耦合隔离放大电路的基本工作原理。答：隔离放大电路是指电源、输入放大器及输出放大器没有公共端，即不共地。光耦合隔离放大电路的基本原理如图所示，它是通过中间的一个光电隔离器将输入与输出放大器隔开的，这样可提高抗干扰能力。2 什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，并画出其波形。答：双边带调幅是在调幅信号中，将载波信号幅值Um取0，从而得到频带在范围内的调幅信号。txOtOucusOt数学表达式：调制信号幅度，调制信号角频率，载波角频率，调制度3 如图所示电路为无限增益多路反馈型二阶滤波电路还是压控电压源型二阶滤波电路？如果想构成二阶高通滤波电路，Y1Y5的RC元件该如何选取？-+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)答：此电路为无限增益多路反馈二阶滤波电路，若要构成高通滤波电路，Y1，Y2，Y3应为电容，Y4，Y5应为电阻。三、 利用4个性能相同的传感器测量一个轴在4个截面上的直径，得到的信号电压为u1、u2、u3、u4，要想求其平均直径，可采用什么电路？请画出电路图，并写出电路输出电压公式。解：要求平均直径，可采用平均值运算电路。此题要求四个电压的平均值，即为求加权平均值，可利用加法电路实现。电路图如下：取R1=R2=R3=R4=4R5就有：U0=-(U1+U2+U3+U4)/4只要再通过一个反向电路，就可得到真正的四个电压的平均值了。四、 如图所示电路为何种电路？当输入信号us与Uc的波形如图所示时，画出uo在加电容C前后的波形。C10kuo10k10k10k5kUc-+N1-+N210kV1V2uA+ us- Uc答：此电路为整流型精密相敏检波电路。波形如图：图1为不接电容C的情况下UO的波形；图2为接电容C的情况下UO的波形ui1ui2uo1uo2100k10k100k20k20k100kuo100k+-+N1IR-+N2-+N3五、 如图所示电路为何种放大电路？写出输出电压uo与输入电压ui1、ui2之间的关系式，并说明该电路的主要特点。此电路为高共模抑制比放大电路。 若： 特点：1、电阻对称，增益可调 2、共模电压，飘移，失调电压均在RP两端自动消除，不产生影响，具有高共模抑制能力八、试用一交流固态继电器（AC-SSR，可控220V交流通断）和一接触器（3各常开主触点和一个常开辅助触点），通过微机及其接口电路去控制三相交流异步电机（电源为3相、50Hz/380V）的起动和停止。KA1为交流固态继电器，控制接触器的通断KA2为接触器，三个主触点控制电机的三相绕组如电机为三相四线制，一个辅助触点使中线接地由微机输出的数字信号控制KA1的通断，为“1”时断，为“2”时开。试题二答案一、 简答题1、什么是自举电路？说明图1所示电路是如何提高放大器的输入阻抗的？uouii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2图1答：自举电路是利用反馈使电阻两端等电位，减少向输出回路索取电流，而使输入阻抗增大的一种电路。 当时，输入回路阻抗无穷大，达到了提高放大器输入阻抗的目的。2、如图2所示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，R1=R2=200K，RP=20K，R3=R4=10K，R5=R6=20K，试求该电路的差模增益。ui1ui2uo1uo2R1RPR2R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3图2解： 3、什么是隔离放大电路？就一种隔离方式简述其工作原理。答：隔离放大电路是一种测量用的电路，它的输入，输出，隔离电路之间没有直接的电路耦合，即输入、输出没有公共接地端。输入信号经放大进入耦合器，使LED导通，通过光电耦合器件（晶体管）转换为电压或电流信号，经放大输出。4、相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与电路构成上主要有哪些区别？答：相敏检波电路可以鉴别调幅信号与载波信号之间的相位关系，还可选频；而包络检波只是将调幅信号的包络线解调出来，但不具有鉴相选频特性。相敏检波电路除了输入调幅信号外，还需输入一个参考信号，一般选用载波信号来做参考信号；而包络检波则不是将调幅信号输入，进行解调。5、图3所示电路为无限增益多路反馈型滤波电路还是压控电压源型滤波电路？若根据此电路结构构成一低通滤波电路，Y1Y5应分别选用何种RC元件？ -+NY4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)图3 答：此电路为无限增益多路反馈滤波电路，若要构成低通滤波电路，Y1，Y2，Y3应为电阻，Y4，Y5应为电容。二、分析题1、图4为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差90的方波信号，分析其辨向原理，并就A导前B 90及B导前A 90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。（8分）DG5DG1ACARB Uo1 Uo2 &1&DG4&1DG2DG3图4答：该电路根据A，B相位相对导前、滞后的关系实现辨向。A导前B 90时，Uo1有输出，Uo2输出为0B导前A 90时，Uo1输出为0，Uo2有输出由此可实现辨向ABABUo1Uo22、试述图6a所示检波电路的工作原理？电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹配关系，阻值关系如何？写出输出uo与输入us之间的关系式？若Uc与us的波形如图6b所示，请画出在不接电容C的情况下uo的波形及接上电容C后uo的波形。当Uc=“1”时，V2导通，V1截止，此时Us，UA同时加在N2的反向输入端，当不接电容C时当Uc=“0”时，V1导通，V2截止，UA=0，Us直接加在N2的反向输入端，当不接电容C时图a图b当，时，若Uc=“1”，若Uc=“0”， 图a为不接电容C的情况下uo的波形；图b为接电容C的情况下uo的波形。CR4uoR1R2R2R3Uc-+N1-+N2R3V1V2uAUc+ us- 图6a试题三uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N1图1一、图1是什么电路？试述其工作原理。为使其具有所需性能，对电阻值有什么要求？（16分）图1是同相输入高共模抑制比差动放大电路。由电路可得， 所以 因输入共模电压uic=(ui1 +ui2 ) / 2， 输入差模电压uid = ui2ui1 ，可将上式改写为 为了获得零共模增益，上式等号右边第一项必须为零，可取此时，电路的差动闭环增益为 这种电路采用了二个同相输入的运算放大器，因而具有极高的输入阻抗。二、图2是什么电路？试述其工作原理。为使其具有所需性能，对电阻值有什么要求？（17分）图2是一种由集成运算放大器构成的全波精密检波电路。在调幅波us为正的半周期，由于运算放大器N1的倒相作用，N1输出低电平，因此VD1导通、VD2截止，A点接近于虚地，uA0。在us的负半周，有uA输出。若集成运算放大器的输入阻抗远大于R2，则i- i1 。按图上所标注的极性，可写出下列方程组： 其中Kd为N1的开环放大倍数。解以上联立方程组得到通常，N1的开环放大倍数Kd很大，这时上式可简化为：或 二极管的死区和非线性不影响检波输出。图中加入VD1反馈回路一是为了防止在us的正半周期因VD2截止而使运放处于开环状态而进入饱和，另一方面也使us在两个半周期负载基本对称。图中N2与R3、R4、C等构成低通滤波器。对于低频信号电容C接近开路，滤波器的增益为-R4/R3。对于载波频率信号电容C接近短路，它使高频信号受到抑制。因为电容C的左端接虚地，电容C上的充电电压不会影响二极管VD2的通断，这种检波器属于平均值检波器。为了构成全波精密检波电路需要将us通过与uA相加，图2中N2组成相加放大器，取。在不加电容器C时，N2的输出为：+ us 半波整流器低通滤波器+usi1CR4uoR1R2R2R3VD1VD2+ u i-+N1-+N2R3+uA+uACR4uoR1R2R2R3VD1VD2-+N1-+N2R3图2三、图3是什么电路？试述其工作原理。（16分）图3是脉宽调制电路。靠稳压管VS将输出电压uo稳定在。若输出电压为，则它通过VD2和RP1+RP3向电容C充电，当电容C上的充电电压时其中，N的状态翻转，使。通过VD1和RP1+RP2对电容C反向充电，当电容C上的充电电压时，N再次翻转，使。这样就构成一个在间来回振荡的多谐振荡器。由于在两个半周期通过不同的电阻通道向电容充电，那么两半周期充电时间常数不同，从而输出信号的占空比也随两支充电回路的阻值而变化。图3 中RP2、RP3为差动电阻传感器的两臂，RP2+RP3为一常量，输出信号的频率不随被测量值变化，而它的占空比随RP2、RP3的值变化，即输出信号的脉宽受被测信号调制。R2RP3VD1RP2R4VD2RP1CuCuoVSR3-+NR1图3四、图4是什么电路？试述其工作原理。为使其具有所需性能，对电阻、电容值有什么要求？写出其传递函数、品质因数、固有频率、通带增益。（16分）图4是一种基于双T网络的二阶带阻滤波电路，为使其传递函数为双T网络必须具有平衡式结构，或=/，= / 。一般实用时，电容取值为，在上述条件下，滤波器参数为R1C3R0Ruo(t)ui(t)C2C1R3R2+-+N图4试题四一 图1所示电路是什么电路？试述其工作原理。（15分）RfuoN1+uiR1R2C2C1图1图1所示电路是具有高输入阻抗的交流放大电路，由于它的同相输入端接有隔直电容C的放电电阻(RR2），因此电路的输入电阻在没有接入电容C时将减为(RR2）。为了使同相交流放大电路仍具有高的输入阻抗，采用反馈的方法，通过电容C将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R的两端。由于处于理想工作状态的运算放大器两输入端是虚短的（即近似等电位），因此R的两端等电位，没有信号电流流过R，故对交流而言，R可看作无穷大。为了减小失调电压，反馈电阻Rf应与(RR2）相等。这种利用反馈使R1的下端电位提到与输入端等电位，来减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。二 什么是信号调制？在精密测量中为什么要采用信号调制？什么是解调？什么是调幅？什么是调频？什么是调相？请分别写出调幅、调频、调相信号的数学表达式。（15分）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又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。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。调幅就是用调制信号x去控制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x线性函数变化。调幅信号的一般表达式可写为：调频就是用调制信号x去控制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us的一般表达式可写为：调相就是用调制信号x去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号x的线性函数变化。调相信号us的一般表达式可写为： 式中 载波信号的角频率； 载波信号的幅度； m 调制度。R6uoN1+usR1R2R3R4R5UCUCT1T2三 图2所示电路是什么电路？试述其工作原理，其参数应怎样选取？。（15分）图2为开关式全波相敏检波电路。取R1= R2= R3= R4= R5= R6/2。在Uc=1的半周期，T1导通、T2截止，同相输入端被接地，us从反相输入端输入，放大倍数为。在Uc=0的半周期，T1截止、T2导通，反相输入端通过R3接地，us从同相输入端输入，放大倍数为。实现了全波相敏检波。R2uoN1+uiR1CC1C四 图3所示电路是什么滤波器？写出其传递函数和通带增益、固有频率、品质因数表达式。（20分）图3图3为无限增益多路反馈高通滤波电路，其传递函数为：通带增益固有频率 品质因数 试题五UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-图1一、 图1所示电路是什么电路？试述其工作原理。（15分）图1是斩波稳零集成运算放大器。图中N为主放大器，N为调零放大器，A、A分别为N、N的侧向输入端，Sa1、Sa2和Sb1、Sb2为模拟开关，由内部或外部时钟驱动。当时钟为高电平时，为误差检测和寄存阶段，模拟开关Sa1、Sa2闭合，Sb1、Sb2断开，N2两输入端被短接，只有输入失调电压U0s和共模信号Uc作用并输出，由电容C寄存，同时反馈到N的侧向输入端A，此时 所以 式中K运算放大器N的开环放大倍数；Kc运算放大器N的开环共模放大倍数；K2运算放大器N的侧向端A输入时的放大倍数（K2 1 ）。也即C两端电压UCUo2（KU0s+KcUc）/K2。 另半周，时钟为低电平时，为校零和放大阶段，模拟开关Sa1、Sa2断开，Sb1、Sb2闭合，输入信号Ui同时作用到N、N的输入端。N除输入Ui、U0s和Uc外，在侧向端A还作用着UC，所以，此时N的输出为 由此可见，N的失调电压U0s和共模电压Uc在时钟的另半周期全部被消除，达到稳零目的。N的输出Uo通过开关Sb2由电容C寄存，同时还输至N的侧向输入端A进行放大，此时主放大器N的输出Uo为式中K、Kc分别为运算放大器N的开环放大倍数和开环共模放大倍数；U0s1运算放大器N的输入失调电压；K1运算放大器N由侧向端A输入时的放大倍数。将UoKUi代入上式，则得上式中的（K+K1K）为整个放大器的开环放大倍数，一般设计中可使K1K，K1，所以该放大器开环放大倍数近似为KK，电路增益大为提高，可达140160 dB。上式中的（KU0s+KcUc）为输入失调电压和共模信号产生的误差项，其中失调电压KU0s误差项可等效为输入失调电压U0s 由上式可见，整个集成运算放大器的失调电压为U0s，相当于把N的输入失调电压U0s缩小至1/K，K约100 dB，则U0s可小于1V。共模信号误差项KcUc相当于输入端的共模误差电压Uc，即所以 因此整个集成运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。内部的箝位电路是用来防止因强干扰而使输入阻塞。内部调制补偿电路是使放大电路具有较宽的频响特性。二、 什么是包络检波？什么是相敏检波？它们在功能和电路结构上最主要的区别是什么？图2是什么电路？试述其工作原理。（18分）调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。包络检波通过对调幅信号进行半波或全波整流实现，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位和频率。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，需采用相敏检波电路。它不仅能鉴别被测参数变化的方向，而且能在一定程度上识别信号和干扰，具有较强的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了需要解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。图2为一种全波精密检波电路，可用于包络检波和绝对值的计算。图中N1为反相放大器，N2为跟随器。us0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，uo=us；us1 ,KK1 ,所以由上式可见，电容C寄存了运算放大器N的失调电压U0s。另半周，时钟发生器N输出低电平，N输出高电平时，模拟开关Sb1、Sb2接通，Sa1、S a2 断开，电路进入信号放大状态，其等效电路见图1c ，此时Ui经N放大后，输出Uo为由以上分析可知，该电路实现了对失调电压的校正，达到了自动调零的目的。K2C1UC1Uo1R1R2UoC1UiR1R2K1-+N1-+N2K1-+N1图1c)b)R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2图2二、 图2所示电路是什么电路？它在精密测量中有什么功用，试述其工作原理，为保证所需特性，R1 、R2、 R3、 R4应满足什么关系？。（15分）图2为高输入阻抗全波精密检波电路，它可以用作调幅电路的包络检波电路，也可以用作求绝对值运算电路。它采用同相端输入。us0时，VD1导通、VD2截止，其等效电路如图2b所示，N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到uo=us。us0usR2R1R3R4us-+N1-+N2usR。试述其工作原理，写出其输出表达式。（15分）-+NR2=R1uoR1uR (1+)uaubRRR图1图1是电桥放大电路。图中R1=R2 R 对于理想运算放大器ua= ub，可得 二 图2所示电路是什么电路？试述其工作原理（15分）为相敏检波电路。在Uc=1的半周期，V导通，同相输入端被接地，us只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为-1，输出信号uo如图a和图b中实线所示。在Uc=0的半周期，V截止，us同时从同相输入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1，输出信号uo如图a和图b中虚线所示，两个半周期输出相同。在图a所示情况下，us与Uc同相，uo为负；在图b 所示情况下，us与Uc反相，uo为正，实现相敏。a)UcOtUcOtuoOtusOtusOtuoOtb)usUcRVuoRR-+N图2三 请写出调相信号的数学表达式。有哪些常用鉴相方法？说明它们的基本工作原理、鉴相范围和影响鉴相精度的主要因素。（20分）调相信号us的一般表达式为：式中 x 调制信号； 载波信号的角频率； 调相信号中载波信号的幅度；m 调制度。 常用鉴相方法有相敏检波器鉴相、异或门鉴相、RS触发器鉴相、脉冲采样式鉴相。相敏检波器具有鉴相特性，若输入信号与参考信号的相位差，则相敏检波器的输出与成正比，因此可以用相敏检波器鉴相。时的输出与时相同，鉴相器不能鉴别相位超前与滞后，它工作在范围内，在附近，鉴相器线性最好，灵敏度最高。影响相敏检波器精度的主要因素有输入信号的幅值，输出的非线性等。异或门鉴相的基本原理是异或门输出Uo的脉宽B与调相信号Us和参考信号Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法。一种方法是将Uo送入一个低通滤波器，滤波后的输出uo与脉宽B成正比，也即与相位差成正比，根据uo可以确定相位差。另一种方法是Uo 用作门控信号，只有当Uo为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B成正比，也即与相位差成正比。异或门鉴相不能鉴别Us和Uc哪个相位超前。鉴相器的鉴相范围为0。鉴相器要求Us和Uc的占空比均为1：1，否则会带来误差。 RS触发器鉴相的基本原理是：将由调相信号Us和参考信号Uc形成窄脉冲、分别加到RS触发器的S端和R端， 的脉宽B与Us和Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法，与异或门鉴相一样。这种鉴相器的鉴相范围为，其中为窄脉冲宽度所对应的相位角，鉴相范围为。RS触发器鉴相线性好，鉴相范围宽，并且对Us和Uc的占空比没有要求。 脉冲采样式鉴相电路的工作原理是：由参考信号Uc形成窄脉冲送到锯齿波发生器的输入端形成锯齿波信号uj。由调相信号Us形成窄脉冲通过采样保持电路采集此时的uj 值，并将其保持。采样保持电路采得的电压值由Us与Uc的相位差决定。经平滑滤波后得到随变化的电压信号uo，实现调相信号的解调。这种鉴相器的鉴相范围为，其中为与锯齿波回扫区所对应的相位角。锯齿波uj 的非线性对鉴相精度有较大影响。-101-40-20020lg(/0)-6020lgA/dB图3四 某二阶滤波器具有图3所示幅频特性，请问它是什么滤波器？写出其传递函数、频率特性、幅频特性、相频特性和通带增益、固有频率、阻尼系数的表达式。（15分）为二阶低通滤波器， 其传递函数的一般形式为它的固有频率，通带增益，阻尼系数，上式又可写为其频率特性为 其幅频特性与相频特性分别为五、图4所示电路是什么电路？试述其工作原理。为保证所需特性，R1 、R2、 R3、 R4应满足什么关系？（15分）图4为高输入阻抗全波精密检波电路，也可用作绝对值计算电路。它采用同相端输入。us0时，VD1导通、VD2截止，其等效电路如图a所示，N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到uo=us。us0usR2R1R3R4us-+N1-+N2us0uo=-usuAR2R1R3R4us-+N1-+N2b)a)R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2图433