《测控电路》分析题.doc

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7.图2-14所示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，R1=R2=100kW，R0=10kW，R3=R4=20kW，R5=R6=60kW，N2同相输入端接地，试求电路的差模增益？

电路的共模抑制能力是否降低？

为什么？

；

；；；；uo=（uO2–uO1）R5/R3,,,,

由图题设可得uo=（uo2–uo1）R5/R3=3（uo2–uo1）,uo1=ui1（1+R1/Rp）–ui2R1/Rp=11ui1,uo2=ui2（1+R2/Rp）–ui1R2/Rp=–10ui1,即uo=3（–10ui1–11ui1）=–63ui1，因此，电路的差模增益为63。

电路的共模抑制能力将降低，因N2同相输入端接地，即ui2=0，ui1的共模电压无法与ui2的共模电压相抵消。

9.试推导图2-16a,b所示电路uo的计算公式，并根据所推导的公式说明其特点。

所示电路可得电桥输出电压u+（即运算放大器N的同相端输入电压）为：

u+=uR/（2R+ΔR）-uR/（2R）=–uΔR/（4R+2ΔR）,电路输出电压uo=（1+R2/R1）u+,所以uo=–（1+R2/R1）uΔR/（4R+2ΔR）,将传感器电阻的相对变化率δ=ΔR/R代入，则得

uo=–（1+R2/R1）uδ/（4+2δ）

可见，同相输入电桥放大电路，其输出uo的计算公式与式（2-22）相同，只是输出符号相反。

其增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定，但电桥电源一定要浮置，且输出电压uo与桥臂电阻的相对变化率δ是非线性关系，只有当δ<<1时，uo与δ才近似按线性变化。

10.图示电路是什么电路？

图中R1=R2>>R试述其工作原理写出其输出表达式

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:

R4

VD1

VD2

R2

R5

VD3

VD4

R3

us

R1

uo

∞

-

+

+

N1

∞

-

+

+

N2

3-13

21.试述图3-13所示全波线性检波电路工作原理，电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹配关系，并说明其阻值关系。

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。

us>0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，N2为跟随器,uo=us；us<0时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，N1为反相放大器,取R1=R4，，所以。

为减小偏置电流影响，取R2=R1∥R4，R3=R5。

23.试述图3-17开关式全波相敏检波电路工作原理，电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹配关系？

并说明其阻值关系。

图b中，取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2。

在Uc=1的半周期，V1导通、V2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，V1截止、V2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。

效果与图a相同，实现了全波相敏检波。

R1=R2=R3=R4=R5=R6/2是阻值必须满足的匹配关系。

24.叙述用相加式相敏检波电路对调幅信号进行解调的工作原理P68-69

26.为什么在用相加式相敏检波电路鉴相时，常取参考信号的幅值等于调相信号的幅值？

在用于调相信号的解调时常取=。

作用在两个二极管V1和V2的电压分别为U1=Uc+Us和U2=Uc-Us（这里设Us1=Us2=Us），

当=，上二式分别可简化为

这种鉴相器的特性要比Ucm>>Usm时要好，因为正弦函数的自变量变化范围减小了一半。

因此，在用作鉴相器时，常取Ucm=Usm。

25.为什么图3-32所示电路实现的是调频，而图3-52所示电路实现的是脉冲调宽，它们的关键区别在哪里？

图3-32中，在两个半周期是通过同一电阻通道R+Rw向电容C充电，两半周期充电时间常数相同，从而输出占空比为1:

1的方波信号。

当R或C改变时，振荡器的频率发生变化，实现调频。

图3-52中，在两个半周期通过不同的电阻通道向电容充电，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。

图中R1、R2为差动电阻传感器的两臂，R1+R2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R1、R2的值变化，即输出信号的脉宽受被测信号调制。

27.在图3-46c所示数字式相位计中锁存器的作用是什么？

为什么要将计数器清零，并延时清零？

延时时间应怎样选取？

所示数字式相位计中计数器计的脉冲数是随时变化的，当Uo的下降沿来到时，计数器计的脉冲数N反映Us和Uc的相位差，为了记录这一值，需要将它送入锁存器。

为了在下一周期比相时，计的是下一周期Us和Uc的相位差，要在锁存后将计数器清零，否则计数器计的是若干周期总共脉冲数，而不是Us和Uc到来之间的脉冲数。

但是只有在锁存后才能将计数器清零，所以要延时片刻后才将计数器清零。

延时时间应大于锁存所需要的时间，但又应小于时钟脉冲周期，以免丢数。

28.图示电路是异或门鉴相电路？

Us和Uc为将调相信号与参考信号整形后形成占空比为1：

1的方波信号，试述其工作原理，该鉴相电路存在那些问题。

答：

将调相信号与参考信号整形后形成占空比为1：

1的方波信号Us和Uc，将它们送到异或门DG1，异或门输出Uo的脉宽B与Us和Uc的相位差相对应。

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DG2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。

Uo的下降沿来到时，发出锁存指令，将计数器计的脉冲数N送入锁存器。

延时片刻后将计数器清零。

这样锁存器锁存的数N为在Us和Uc的一个周期内进入计数器的脉冲数，它反映Us和Uc的相位差。

鉴相器的鉴相范围为0--，它不能鉴别Us和Uc哪个相位超前。

鉴相器要求Us和Uc的占空比均为1：

1，否则会带来误差。

32.简述开关电容滤波电路的工作原理

答：

开关电容集成滤波器等效电路及其工作原理

两个Mos管的栅极分别由两个相位相反的时钟信号控制，时钟信号的周期为T，当时钟频率足够大时，两个Mos管交替导通，相当于一个单刀双掷开关，将这样—个开关电容电路接在两个端口A和B之间，当时钟信号的前半周，开关打向A端，V1给电容C充电，C中储存电荷量为：

Ql＝CV1；当时钟信号的后半周，开关打向B端，C向B端负载放电，C中电荷量变为：

Q2＝CV2

这样在时钟信号的一个周期T内，c中的电荷量的变化为：

ΔQ=Q1-Q2=C（V1-V2）

通过开关动作和电容的充放电，使电荷量ΔQ由A端传送B，电路等效为一个电阻R，即滤波器中电阻可用SC电路来模拟。

开关电容集成滤波器无需外接决定滤波频率的电阻或电容，滤波频率仅出输入时钟频率。

33.压控电压源型滤波电路（低通、高通、带通）、无限增益多路反馈型滤波电路（低通、高通、带通）。

判别电路是什么电路？

回求电路的通带放大倍数，会列出求输出、输入电压关系的方程式

34.峰值运算电路、P142图5-25

答：

峰值运算电路。

设：

uc初始值为0，当ui＜0时：

uO=uc=0保持不变；

当ui＞0时：

D1截止D2导通C充电,输出：

，ui增加到uimax1若输入减小,当ui＜uimax1时：

D2截止D1导通输出：

直到ui＞uimax1时才会有：

D1截止D2导通C充电,输出：

输入输出关系为：

，uR的作用是输入高电平是电容C放电复位。

36.积分复原型电压、频率转换电路由几部分组成，在图中用虚线框标出，并说明电路的工作原理

积分复原型电压与频率转换电路。

组成：

1.积分器，2.电平检测器，3.积分复原开关

工作原理：

若电容初始电压为0，输入加上正向电压时电容被充电，电平检测是一个双限阈值电平比较器，当积分电容充电到下限阈值电压时、电平检测器输出高电平使积分复原开关导通、电容迅速放电，积分输出恢复上限阈值，复原开关重新截止，积分器再次积分。

37.电荷平衡型V/f频率转换电路的工作原理

模拟开关K断开时，输入电压Vi产生的电流IIN＝Vi/RIN对积分电容C充电，积分器输出Vc下降，下降到零时，比较器A2跳变触发单稳定时器，使其产生一个脉宽为tos的脉冲，此脉冲使开关K导通。

恒流源IR使积分电容C放电（或称反充电），当tos结束时，开关K断开，放电停止，tos期间放电的电荷量为：

此后，VIN又开始对积分电容CINT充电，积分器Vc下降到零时，比较器A2跳变触发单稳定时器，产生一个脉宽为tos的脉冲，如此循环往复开关K断开期间（T1时段），充电的电荷量为

充电、放电的电荷量相等：

Q1=Q2即：

则：

；

整理得输出脉冲频率为：

输出频率与输入电流成正比，当tos精度较高时，频率输出即可较严格地与输入电流成比。

38.图6-24V/I转换电路的工作原理

Ub---偏置电压，用于进行零位平衡。

在输出回路中，引入一个反馈电阻R7，输出电流Io经反馈电阻R7得到一个反馈电压Uf，经电阻R3、R4加到运算放大器的两个输入端。

因所以:

;

有:

对于运放N：

解联立方程得:

40.图示为微机皮带秤的信号变送与转换电路，R01—R04为电阻应变式称重传感器连接成的电桥，已知：

R02=R03=R04=R=200Ω,R01=R（1+δ）,δ=0—0.08%，试：

分析AD693的输入信号输出信号的变化范围？

（在14、15（P2）脚间跨接电阻，Vi，max＜30mV，12与13相连输出电流范围4--20mA）

电桥的2,4端引入电桥电源，电桥的1,3端分别解传感器输入的17,18脚，作为信号的输入

内部辅助运放连接如图所示：

R01—R04为电阻应变式称重传感器连接成的电 桥，电桥电源电压u24由基准电压源和辅助放大器提供，u24为：

电桥输出电压是传感器输入信号u1718其值为:

，

基准电源的uIN端（9脚）与BOOST（8脚）相连，基准电源的能量取自外部+24V电源，外接旁路晶体管T1用于降低AD693自身热耗，以提高稳定性和可靠性。

图中12脚（Zero）与13脚（4mA）相连，故输出为4—20mA直流信号，P1为输出范围调零，P2用于AD693输入量程的调整，当电桥输出电压U13=0mV—2.1mV时，AD693输出电流为4mA--20mA。

图中+SIG端所加电容用以滤除干扰

41.图为一单稳四细分辨向电路，输入信号A、B为相位差90°的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B90°、B导前A90°的情况，画出A、B、A¢、B¢、Uo1、Uo2的波形。

A、B是两路相位差为90°的方波信号，传感器正向移动时和传感器反向运动时波形图不同

传感器正向移动时，设A导前B（图a），当A发生正跳变时，由非门DG1、电阻R1、电容C1和与门DG3组成的单稳触发器输出窄脉冲信号A¢；同理当B发生正跳变时，DG8单稳触发器输出窄脉冲信号B¢；当A发生负跳变时，DG4单稳触发器输出窄脉冲信号¢；当B发生负跳变时，DG9单稳触发器输出窄脉冲信号。

这样，在正向运动时，DG5在一个信号周期内依次输出A¢、B¢、、四个计数脉冲，实现了四细分。

在传感器反向运动时（图b），由于A、B的相位关系发生变化，B导前A，这时DG10在一个信号周期内输出、、B¢、A¢、四个计数脉冲，这四个计数脉冲分别出现在、、B、A为高电平的半周期内，同样实现了四细分。

DG5、DG10随运动方向的改变交替输出脉冲，输出信号实现了辩向。

42.下图为一单稳细分辨向电路，输入信号A、B为相位差90°的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B90°、B导前A90°的情况，画出A¢、Uo1、Uo2的波形。

可见，当A导前B90°时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A90°时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。

43.图示为一有门槛的鉴相电路，电路中电阻R和电容C有何作用，分别画出Uj超前Ub、Uj滞后Ub时G1、G2、UX、FX、输出的波形

第八章连续信号控制电路

48.三角波脉宽调制电路、锯齿波脉宽调制电路的组成和工作原理。

如图所示电路为什么电路？

由那几部分组成？

若uP,uc波形如图所示锯齿波和方波，u0=-4V的负偏压，试画出UL的波形图？

答：

基本的脉宽调制控制电路由电压-脉宽变换器和开关功率放大器两部分组成。

其负载UL输出波形如图所示。

50.在120°导电角控制电路中环形移位寄存器的状态只能有六个，为什么？

当因某种干扰出现其它状态，如001110时，逆变器工作会出现什么情况？

如何防止这种情况的发生？

由于120°导通型逆变器正常工作的条件是每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相互间隔60°，而且各项之间的相位差为120°，因而其开关导通状态只能有六个。

图中位寄存器在LD脉冲作用下产生初始状态111100，在ub脉冲驱动下进行环形移位，刚好六个状态为一循环。

当出现其它状态时，120°导通型逆变器将不能正常工作。

为避免这种情况发生，必须在给逆变器加电之前将环形移位寄存器置于初始状态。

51.数字式脉宽调制电路的组成和工作原理。

（看课件）接口电路将来自CPU的数字控制信号NA锁存并送入数值比较器，该信号与数字锯齿波调制信号NB比较，

当NA＞NB时，比较器输出高电平。

当NB增加（NA=NB）后，NA

高电平维持时间取决于NA-NB值，脉冲宽度τ=DTc

信号的占空比为D/Dm，即由CPU输出的数字控制量决定占空比的大小。

D——控制信号的数字，

Dm——计数器的最大值数字，脉宽调制的周期。

这种数字式脉冲调制器精度较高为2-n，占空比控制方便。

55.通过直流继电器间接控制交流继电器的继电器驱动电路的工作原理

控制信号Ui为低电平：

T截止，KD1线圈无电流，常开触点KD1-1断开。

KA1线圈无电流，常开触点KA1-1断开，则A2、B2和C2处无电源输出。

控制信号Ui为高电平时：

T导通，KD1线圈上电，KD1-1将交流继电器KA1线圈接通电源，A1、B1和C1处的380V三相交流电源经KA1-1送到A2、B2、C2端子，输出给用电设备。

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