1、1. 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，需要特别注意？答：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，需要特别注意。2. 为什么要采用闭环控制系统？试述闭环控制系统的基本组成及各组成部分的作用。答：1)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，不可避免地会有扰动因素作用在被控对象上，引起输出的变化。利用传感器对扰动进行测量，通过测量电路在设定上引入一定修正，可在一定程度上减小扰动的影响，但是这种控制方式同样不能达到很高的精度。一是
2、对扰动的测量误差影响控制精度。二是扰动模型的不精确性影响控制精度。比较好的方法是采用闭环控制。2)闭环控制系统的的基本组成见图 X1-3。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，当发现它们之间有差异时，进行调节。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。另外，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 闭环控制系统的基本组成3. 什么是 CAZ 运算放大器？它与自动调零放大电路的主要区别是什么？何种场合下采用较为
3、合适？答：1)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，使内部两个性能一致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。2)它与自动调零放大电路的主要区别是由于两个放大器轮换工作，因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，且对共模电压无抑制作用。3)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。4. 什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用的调制方法有哪几种？答：在精密测量中，
4、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。调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（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，并将它和噪声分离，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
5、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。控制电路设定电路比较电路校正电路转换电路给定机构执行机构被控对象 输出传感器扰动5. 常用的信号转换电路有哪些种类？试举例说明其功能。答：(1)常用的信号转换电路有:采样/保持（S/H）电路电压比较电路V/f（电压/频率）转换器f/V（频率/电压）转换器V/I（电压/电流）转换器I/V（电流/电压）转换器A/D（模/数）转换器D/A（数/模）转换器等。(2)功能：采样/保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，根据需要保持并输出采集的电压数值的功能。模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两
6、个模拟输入电压大小的电路。V/f（电压/频率）转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号。f/V（电压/频率）转换器把频率变化信号线性地转换成电压变化信号。V/I（电压/电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。I/V（电流/电压）转换器进行电流、电压信号间的转换。在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中，必须将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，为此要使用模/数转换器（简称 A/D 转换器或 ADC） 。经计算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构如执行电动机等，因此还需要数/模转换器（简称 D/A 转换器或 DAC）将数字量转换成相应的模拟信号。6. 为什么说测控电路是测控系统中最灵活
7、的环节，它体现在哪些方面？答：为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。它包括：模数转换与数模转换；直流与交流、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；量程的变换；选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。7. 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？ 答：在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大
8、电路，亦称仪用放大电路。对其基本要求是：输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；一定的放大倍数和稳定的增益；低噪声；低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号） ；高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；可调的闭环增益；线性好、精度高；成本低。8. 什么是有源屏蔽驱动电路？应用于何种场合？请举例说明之。答：将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例差动放大后，使其输入端的共模电压11 地输出，并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压
9、为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。它消除了屏蔽电缆电容的影响，提高了电路的共模抑制能力，因此经常使用于差动式传感器，如电容传感器、压阻传感器和电感传感器等组成的高精度测控系统中。9. 为什么说信号调制有利于提高测控系统的信噪比，有利于提高它的抗干扰能力？它的作用通过哪些方面体现？答：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。在将测量信号调制，并将它和噪声分离，再经放大等处理后，还要从已经调制的信
10、号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。通过调制，对测量信号赋以一定的特征，使已调信号的频带在以载波信号频率为中心的很窄的范围内，而噪声含有各种频率，即近乎于白噪声。这时可以利用选频放大器、滤波器等，只让以载波频率为中心的一个很窄的频带内的信号通过，就可以有效地抑制噪声。采用载波频率作为参考信号进行比较，也可抑制远离参考频率的各种噪声10. 试述在 S/H 电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三种主要元器件的选择有什么要求。答：选择要求如下：模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。运算放大器：选用输
11、入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器；输入运放还应具有大的输出电流。11. 试述 RC 有源滤波器的主要特性指标？常用的有哪三种逼近方法，各有什么特点？答：主要特性指标：1) 特征频率 2)增益与衰耗 3） 阻尼系数与品质因数 4）灵敏度 5）群时延函数 逼近方法：1）巴特沃斯逼近。特点为在保持幅频特性单调变化的前提下，通带内最为平坦。2）切比雪夫逼近。特点为允许通带内有一定的波动量 K p，故在电路阶数一定的条件下，可使其幅频特性更接近矩形。3）贝塞尔逼近。特点为使相频特性线性度最高，群时延函数 （）最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。二、分析与计算1. （6
12、4）+ us +usiiCR4uoR1R2R2R3VD1VD2+ u i-+N1 -+N2R3+uA+uA A （1）虚线隔开的两部分分别实现了何种功能？整个电路实现了什么功能？ （2）并推算出 关系，各电阻阻值应满足什么关系？ （3） 输入信号 如图所示，分别画出 ， 的输出波形（不考虑 C） 。 （4 分）suAuO答：（1）N1 输出反相半波整流信号 uAN2 组成相加放大器，使 us通过 与 uA相加得到全波整流输出整个电路为全波精密整流电路（2）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： 1s1s s2uiuaa sdK其中 Kd
13、为 N1的开环放大倍数。解以上联立方程组得到 uRuRua)1()1( 2d2d21s 通常，N 1的开环放大倍数 Kd很大，这时上式可简化为：3o或 auR21ss21uRa又因为 R1=R2、 。在不加电容器 C 时，N 2的输出为：3 )(s34oa则 （3）2. 下图的电路实现了什么功能？试述其工作原理，并推导。其电阻应有何关系？（29）3. 下图所示电路是什么电路？试述其工作原理。 （138）432oustuouausttooo a)c)b)此电路为同相串联结构型双运放高共模抑制比放大电路，用来抑制来自传感器信号的共模电压。有点路可得： ，121iouR423Ruoiio所以 134
14、2234iiou因为 ，/)(21iiic12iiiduu可得 idico RRu3143314为获得 Z 共模增益，可取 3421则电路的差动闭环增益为Kd改图为由同相运算放大器构成的峰值检波器电路当 ui 大于电容 C 两端的保持电压值时，VD 1 截止、VD 2导通，电路进入采样周期，u o=ui。当 ui 下降时，N 1 同相端点位低于反向端点位，N1 输出为负，VD 1 导通、VD 2截止，电路进入保持状态，u o=uiu d，保持到下次采样。下一次采样前，使 V 导通，保持电容 C 复位。4. 所示电路是什么电路？试述其工作原理。 （69）5. 所示试述其工作原理，其电阻之间关系。
15、电路是什么电路？（37）6. 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。 （30）7. 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。 （49）隔离放大电路是一种特殊的测量放大电路，其输入、输出和ui1ui2uo1uo2100k10k100k20k20k100kuo100k+- +N1IR-+ +N2-+ +N3usUcRVuoRR-+ +N该电路为开关式全波相敏检波电路在 Uc=1 的半周期，同相输入端被接地，u s 只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为-1。在 Uc=0 的半周期，V 截止，u s
16、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。该电路为自举组合电路 设 N1、N2 为理想运算放大器，由电路得iouR13, ioou2132, iioi uR1221输入电阻为 12i当 R1=R2 时， iRio上式表明，运算放大器 N1 的输入电流 i1 将全部由 N2 所提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。此电路为三运放高共模抑制比放大电路因为 01212RRI iioiio所以 ，2001iiou102iiou又因为 3512Roo所以有 5120uuio主要特点：a.当 N1、N 2 性能一致时，输入级的差动输出及差模增益只与差模输入电压有关，而其共模输出、失调及漂
17、移均在 R0 两端相互抵消因此电路具有良好的共模抑制能力，同时不要外部电压匹配。b.电路还具有增益调节能力，调节R0 可以改变增益而不影响电路的对称性。电源电路之间没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。8. 所示电路是什么电路？试述其工作原理。 （65）9. 所示电路是什么电路？试述其工作原理。(69)1） 开关式全波相敏检波电路。2）在 的半周期，同相输入端被接地， 只从反相输入端输入，1cUSU放大器的放大倍数为-1，输出信号 如图 a、b 中的实0线所示。在 的半周期，V 截止， 同时从同相输0cUS入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1，输出信号 如图 a、b
18、中的虚线所示。010. 所示电路是什么电路？试述其工作原理。(73)11.所示电路是什么电路？试述其工作原理。 （161）uiUo-1+1#&-1+1#VSR1RPR2Uo1Uo2UZN2N1UR2UR1E前级电路 N1 把输入电压信号转换成与之成正比的电流信号，经光耦合器 VLC 耦合到后级，光耦合器中的硅光敏晶体管输出电流信号，运放 N2 把电流信号转换成电压信号。图中使用晶体光 V 补偿光耦合的非线性。此电路为线性全波检波电路N 1 为反相放大器，N 2 为跟随器。u s0 时，VD 1、VD 4 导通，VD2、VD 3 截止，u o=us。u sUR1 时，U o1=“0”，U o2=
19、“1”,则 Uo=“1”。测控重点复习内容1. 开关电容滤波原理（120）图 a 所示为由运算放大器组成的有源 RC 积分器，该电路图可由图 b 所示的运放加开关电容网络等效代替。其中 MOS 开关 V1 与 V2 分别由两相不重叠时钟脉冲 1 与 2 驱动，1 与 2 波形图如图 c 所示。当 1 为高电平时，V1 导通，V2 截止，如图 d 所示，信号源 ui 向电容 C1 充电，qc1=C1ui。当 1 为低电平时，V1 截止，V2 导通，如图 e 所示，又将存储的电荷转移到 C2。在一个时钟周期 Tc 内，流过节点 1、2 的平均电流 ，如果 Tc 足够小，可近似认为上ciavTuCi
20、/1述过程是连续的，两节点 1、2 之间构成一个等效电阻 ，整个电路可实现一个等效1eRviq时间 2 常数 的冲放电过程。)/(/R12e2 clkcqfCTC*填空、选择：如果开关电容器的固有频率 0 可由 1/ 等效，则 式中 分频120Cfclk0/fclk比开关电容型集成滤波器频率特性主要由驱动脉冲频率决定。开关电容滤波器实质上属于调制系统，调制频率由分频比决定2.AD 的量化与转换模拟量数字化包括采样、量化和编码三个阶段。所谓采样即是依据采样定理按照一定的时间间隔从连续的模拟信号中抽取一系列的时间离散样值。时间离散后的采样信号如何能正确反映模拟信号的原样，关键应使采样频率满足采样定
21、理。时间离散后的采样信息，幅度取值仍是连续的。为使其符合计算机有限编码方式的数值处理，需对其进行量化。这种将幅度连续取值的模拟信号变为只能取有限个某一最小当量的整倍数值的过程称为量化。用量化值去代替采样值是一种近似。其误差值等于量化值与采样值之差，成为量化误差。量化误差越大，恢复原信号时的失真亦越大。为减小量化误差，可增加量化位数。一般编码与量化是同时完成的，通常所用的码制是二进制编码，若设 n 位二进制数码为Din（ ） ，则21dn*A/D 转换器的主要技术指标包括分辨率、量化误差、转换精度和转换时间。分辨率指能分辨的输入模拟电压的相对最小变化量，常以输出二进制位数或 BCD 码位数表示。
22、量化误差是由于 ADC 的有限分辨率而引起的误差，即有限数字对模拟数字进行离散取值（量化）而引起的误差。因此，量化误差理论上为一个最小分辨率单位，即1/2LSB转换精度反映了一个实际 A/D 转换器在量化值上与一个理想 A/D 转换器进行模/ 数转换的差值，可以表示成绝对误差或相对误差，与一般测试仪表的定义相似。有些情况下，用非线性误差、零点误差、满量程误差等分项误差指标表示 A/D 转换器的精度指标，但其中不包括量化误差。转换时间是指完成一次从模拟到数字的转换所需的时间，转换速率是转换时间的倒数。也常见到用采样速率反映 A/D 转换器转换速率。采样速率是采样时间的倒数。3.滤波器的主要参数意
23、义（101）1) 特征频率。滤波器的频率参数主要有：通带截频 为通带与过渡带的边界点，在该点2/pf信号增益下降到一个人为规定的下限。阻带截频 为阻带与过渡带的边界点，在该点信号衰/rf耗(增益的倒数)下降到一个人为规定的下限。转折频率 为信号功率衰减到 (约 3dB)/c 12/时的频率，在很多情况下，也常以 作为通带或阻带截频。当电路没有损耗时，固有频率cf，就是其谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。2/0f2)增益与衰耗。滤波器在通带内的增益并非常数。对低通滤波器通带增益 一般指 时的增益；PK0高通指 时的增益；带通则指中心频率处的增益。对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的
24、倒数。通带增益变化量 指通带内各点增益的最大变化量，如果 以 dB 为单位，则指pKp增益 dB 值的变化量。3）阻尼系数与品质因数。阻尼系数 是表征滤波器对角频率为 信号的阻尼作用，是滤波器中表示能0量衰耗的一项指标，它是与传递函数的极点实部大小相关的一项系数。它可由式（4-3）所示的传递函数的分母多项式系数求得:， 的倒数 称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率1/Q选择特性的一个重要指标，Q 为： 式中的 为带通或带阻滤波器的 3dB 带宽， 为中心频率，在很多情况下中心频率与0固有频率 相等。04）灵敏度。滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性
25、能指标 对某一元件参数 变化的灵敏度记作 ，定义为：yxSxy灵敏度是滤波电路设计中的一个重要参数，可以用来分析元件实际值偏离设计值时，电路实际性能与设计性能的偏离；也可以用来估计在使用过程中元件参数值变化时，电路性能变化情况。该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。5）群时延函数。当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围，对其相频特性 也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延函数 评价信号经滤波后相() ()()dxySyxd021jainiR nidUd 2)2(121位失真程度。 越接近常数，信号相位失真越小。()
