完整word版测控电路复习习题及答案.docx
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完整word版测控电路复习习题及答案
试题一答案
一、选择题
1.右图所示电路为自举组合电路,
A.0
B.Ui/10k
C.Ui/20k
D.Ui/30k
2•右图所示电路的输出电压为
A.
Uo
=Uj5/(1+5)
B.
Uo
=-UiW(1+6)
C.
Uo
=5"(1-6)
D.
Uo
=-Ui6/(1—6)
其输入电流
C
D
3.
公式H(S)=sKpB0h
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
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Ui
=1V,
其数字输出量的数值为
A.0001100101
B.0001100110
C.0001000110
D.0001010101
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.
D.
是细分机构,且分频数等于细分数,但不是反馈环节既是反馈环节,又是细分机构,细分数是分频数的
6.
A.
B.
C.
D.
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每一相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管
各导通120°
上、下桥臂晶体管导通状态互相间隔各相之间相位差为120°换流只能在上下桥臂间进行(D
60°
1
Vd4
Vj
VDe
V2
VD;
J
匹
2i
-■Ci
V
ViJvd!
V3丿Vd3V5ND
7.
A.
B.
C.
D.
在PWM功率转换电路中,有制动工作状态和不可逆的意思是电路不能提供电动机电枢的反相电流和反相电压电路能提供电动机电枢的反相电流但不能提供反相电压电路不能提供电动机电枢的反相电流但能提供反向电压电路既能提供电动机电枢的反相电流又能提供反相电压
8.
A.
B.
C.
D.
晶闸管的关断条件是
阳极接低电平,阴极接高电平
阳极与阴极之间的电流小于其维持电流
阳极接低电平,阴极也接低电平
与阳极和阴极电压无关,仅需门极电压接低电平
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。
浮貫电源・
0—
输入卫
输A
放大器
LEDP
光耦合器
输出
依大器*
输出
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从而得到频带在豹c±O
范围内的调幅信号。
Xm
数学表达式:
US=mXmCOSfStcosset=UxmCOSfStCOSBct
波电路?
如果想构成二阶高通滤波电路,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,丫1,Y2,丫3应为电容,丫4,丫5应为电阻。
丫1~丫5的RC元件该如何选取?
I
1
Y3
0—EZ
Yi
Ui(t)丫5
3
Y4
丫2
Uo(t)
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。
r-
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。
却
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。
Ir二儿~Uo1
100K
_Uo2-Ui2_Ui2-Uii
100KRp
-uo1=
Rp+100100
Ui2
Rp
Uii
Rp
100+Rp100
Uo2=-^Ui2--Ui1
Rp
二Uoi
一uo2
=¥(Ui1—Ui2)
Rp
■-■kdU.-Ui2
Rp
100
一莎(Uo1
Rp+200
—Uo2)F^^(Ui1—Ui2)
若:
Rp=10Ku^-105ui1
—Ui2)
特点:
1、电阻对称,增益可调
两端自动消除,不产生影响,具有
2、共模电压,飘移,失调电压均在RP
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
1”
时断,为“2”时开。
由微机输出的数字信号控制KA1的通断,为“
O
6
卜相/5OHZ/3E0V
试题二答案
、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?
Ui
Ui
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。
i=ii
—^2=
Ui
Uo2—Ui
Ri
R2
Ui
Ri
R2-Ri
Uo
Uo2
Uo
R3
2Ri
R3
Uo2=2ui
Ri
R2
RiR2
Ui
R1R2
Ri=R2=200KQ,Rp=20KQ,
=I
R
R2
Ri
Ui2
Rp
一Ui2
一Uii
一Uoi
Uo2
Uii
•■Uoi
=Uii
Ri
Rp
(Ui2-Uii)
Uo2
Ri
Rp
(Ui2
-Uii
)+Ui2
当Ri=R2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,Ni、N2、N3工作在理想状态,
R3=R4=iOKQ,R5=R6=2OKQ,试求该电路的差模增益。
解:
賦R6当Rsf
Rsu0+R5U01
R4中只6Rs中Rs
R6Uo2
寫Rs=R4Rs=R6
R5
•••UopUo2-Uoi)=
(1+Rl;R2)(Ui2-Uii)
Rp
/.kdU^
Ui2—UiiRs
_曳(1+Rl+R2)二20%(1+200X242
Rp1020
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。
光耦合器
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,Yi—丫5应分别选用何种RC元件?
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,丫1,Y2,
丫3应为电阻,丫4,丫5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B90。
及B导前A90啲情况,画出A\Uo1、Uo2的波形。
(8分)
Uo2
Dg5
图4
Uo1
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B90。
时,Uo1有输出,Uo2输出为0
B导前A90W,Uo1输出为0,Uo2有输出
由此可实现辨向
A'
B'
fl
A'
B'
fl
Uo1
Uo2
[nnrwirwwin
2、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,Vi截止,u
R2
Ri
,此时Us,
Ua同时加在N2
的反向输入端,当不接电容C时
R4
R3
R2
R4
R3
Ri
R3
R3
=(
R2R4
RiR3
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
R4U
R3
当R3=2R3,
Ri
=R2时,
若Uc=“1”,
R4
若Uc=“O”,
R4
2R3
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。
图6a
Uc
Uc
试题三
、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)
Uo
图1
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
Uo1—Ui2
Ui2—Uo
—R4
5+帥-(咔)訥
为了获得零共模增益,上式等号右边第一项必须为零,
可取
RR4
R2
~R3
=Rf
-R
因输入共模电压Uic=(Ui1+Ui2)/2,输入差模电压Uid=Ui2—Ui1,可将上式改写为
R1R3)Uid
Uo=(1—RR4)Uic显(1+迥+更
RR32Rs
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。
、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Ni的倒相作用,Ni输出低电平,因此Vdi导通、Vd2截止,a点接近于虚地,Ua~0。
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~-ii。
按图上所
标注的极性,可写出下列方程组:
Us=iiRi+Us'=u;—iRi
uA=u+Ua=U+iR2+U:
uA一KdU;
其中Kd为Ni的开环放大倍数。
解以上联立方程组得到
UsfR^+pl+^UA-pl+Ru
R2KdR2KdR2
通常,Ni的开环放大倍数Kd很大,这时上式可简化为:
Ri
—-UA
UA
Ri
Us
Us的正半周期因Vd2截止而使运放处于开环状态
N2与R3、R4、C等构成低通
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
二极管的死区和非线性不影响检波输出。
图中加入Vdi反馈回路一是为了防止在
而进入饱和,另一方面也使Us在两个半周期负载基本对称。
图中滤波器。
对于低频信号电容
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r3与UA相加,图2中N2组成相加放大器,取
R3=2R3。
在不加电容器C时,N2的输出为:
图3是什么电路?
试述其工作原理。
(16分)
是脉宽调制电路。
靠稳压管VS将输出电压uo稳定在出r。
若输出电压为Ur,则它通过
VD2和Rpi+RP3向电容C充电,当电容C上的充电电压Uc>FUr时[其中F=R4/(R3+R4)],N
那么两半周期充电时间常数不同,从而输
图3中Rp2、Rp3为差动电阻传感器的两臂,而它的占空比随Rp2、Rp3的值变化,
的状态翻转,使U。
=-Ur。
-Ur通过Vdi和Rpi+Rp2对电容C反向充电,当电容C上的充电电压Uc<-FUr时,N再次翻转,使Uo=Ur。
这样就构成一个在如r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,出信号的占空比也随两支充电回路的阻值而变化。
Rp2+Rp3为一常量,输出信号的频率不随被测量值变化,即输出信号的脉宽受被测信号调制。
RP1
—、Rp3VD2
R2
OUo
R3
R4
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RC双T网络的二阶带阻滤波电路,为使其传递函数为
H(s)=2KP(Sf2)2
s2+®0/Q)s+阮
双T网络必须具有平衡式结构,R1R2C^(R^R2)(C^C2)R3,或R3=R1//R2,C3=
C1//C2。
一般实用时,电容取值为C1
=C2=C3/2=C,在上述条件下,滤波器参数为
Kp
Rf
=Kf=1+
R
CJR]R2
R3
C2
C1
仆
R1R2
C3-T-
Uo(t)
RR0
Ri
(15分)
试题四
图1所示电路是什么电路?
试述其工作原理。
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C1的放
电电阻(R1+R2),因此电路的输入电阻在没有接入电容C2时将减为(R1+R2)。
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C2将运算放大器两输入端之间
的交流电压作用于电阻R1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R1的两端等电位,没有信号电流流过R1,故对交流而言,R1可看作无穷
大。
为了减小失调电压,反馈电阻Rf应与(R1+R2)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)
还往往有各种噪声。
而传感器
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,
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
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Us的一般表达式可写为:
Us=(Um+mX)COSBct
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:
Us=Umcosgc+mx)t
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:
Us=UmCOS®ct+mx)
载波信号的角频率;
Um——载波信号的幅度;
m调制度。
(15分)
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?
。
R1=R2=R3=R4=R5=R6/2o
为开关式全波相敏检波电路。
取
在Uc=1的半周期,Ti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
R6
■…一1。
在Uc=0的半周
从同相输入端输入,放大倍数为
期,Ti截止、T2导通,反相输入端通过R3接地,Us
R(1+电)=!
3=1。
实现了全波相敏检波。
R3
R1+R4+R5R33
Ci
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)
R2
C
UiII
Ri
—>o
N1++
Uo
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:
Kp
H⑸=1+Q(ovS+s/矶厂s2+
通带增益
Kp
_C"~C1
固有频率
品质因数
、图1所示电路是什么电路?
试述其工作原理。
(15分)
Ui
[>o
+
—-N1+
+
aL-
Sb1
Uo
Sa11
OO
+
-N2
A2L
Sa2
Ci
C2
Jr1R2CG
R2CC^0-2C+C1
试题五
图1是斩波稳零集成运算放大器。
图中N1为主放大器,N2为调零放大器,A1、A2分别为N
N2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U0s2和共模信号Uc作用并输出,由电容C2寄存,同时反馈到N2的侧向输入
端A2,此时
Uo2=K2Uos2+Kc2Uc-K2Uo2
所以
Uo2
KKc2
Uos2+—Uc
1+K2
os2
1+K2K2Kc2
~Uos2+」Uc
K2
0s2
K2
式中
K2——运算放大器
N2的开环放大倍数;
也即
Kc2――运算放大器
K2――运算放大器
N2的开环共模放大倍数;
N2的侧向端A2输入时的放大倍数(
K2>>1)。
C2两端电压Uc2=Uo2~(K2Uos2+Kc2Uc)/K2。
另半周,时钟为低电平时,为校零和放大阶段,模拟开关
Sal、Sa2断开,Sbi、Sb2闭合,
输入信号Ui同时作用到N1、N2的输入端。
N2除输入Ui、Uos2和Uc外,在侧向端A2还作用
着Uc2,所以,此时N2的输出为
Uo2=K2(Ui+U0s2)+Kc2Uc-K2Uc2=K2(Ui+U0s2)+
Kc2Uc—K2'(K2U0s2+©2氏)/心=心6
由此可见,
N2的失调电压U0s2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。
N2的输出
Uo2通过开关Sb2由电容Cl寄存,同时还输至Ni的侧向输入端Ai进行放大,此时
主放大器
N1的输出Uo为
U。
=K1(Ui+Uos1)+Kc1Uc+K1Uo2
式中K1、Kci
分别为运算放大器N1的开环放大倍数和开环共模放大倍数;
Uos1――运算放大器N1的输入失调电压;
K1——运算放大器N1由侧向端Al输入时的放大倍数。
将Uo2=K2Ui代入上式,则得
U。
=(K1+K1K2)Ui+K1Uos1+Kc1Uc
上式中的(Ki+K1K2)为整个放大器的开环放大倍数,一般设计中可使
K1〜K1,K2>>1,
所以该放大器开环放大倍数近似为K1K2,电路增益大为提高,可达140〜160dB。
上式中的
(KlUosi+KciUc)为输入失调电压和共模信号产生的误差项,
其中失调电压
KlUosi误差项可
等效为输入失调电压Uos
心%1
K1+K1K2
1+K2
K2
由上式可见,整个集成运算放大器的失调电压为
Uos,相当于把N1的输入失调电压Uosi缩小
至1/K2,K2约100dB,则Uos可小于1卩V。
共模信号误差项KclUc相当于输入端的共模误差
电压Uc,即
Uc
KciUc
"心+心'心KiK2"K2CMRR1"CMRR
KciUc
Uc
Uc
所以CMRR=K2CMRR1
因此整个集成运算放大器的共模抑制比CMRR比N1的共模抑制比CMRR1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
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,
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
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Ni为反相放大器,N2
为跟随器。
Us>0时,VD1、VD4导通,VD2、VD3截止,%=山;丄<0时,VD2、Vd3导通,VD1、
Vd4截止,取Ri=R4,u。
=—Us,所以Uo=U
。
为减小偏置电流影响,取R2=Ri//R4,R3=R5。
试题六
一、图1所示电路是什么电路?
试述其工作原理。
(17分)
R2
o
Ui
0
图1
图1是自动调零放大电路,它又称为动态校零放大电路。
图中,运算放大器
N1为主放大器,
N3、N4分别用来驱动模拟开关
Sai、Sa2接1b,此时N1输入端无
N2为误差保持电路,N3组成时钟发生器,N4为其反相器,
Sa2、和Sb1、Sb2。
当时钟发生器N3输出高电平,N4则输出低电平时,模拟开关通,Sb1、Sb2断开,电路处于失调调零状态,其误差保持等效电路见图输入信号,只存在失调电压U的失调电压
Sa1、
0s1,其输出为Uo1,再经N2放大后由电容C1保持,考虑到N2U0s2,电容C1寄存的电压为
Ucl=—(Uo1+Uos2)K
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