测控电路设计与应用期末复习资料.docx

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测控电路设计与应用期末复习资料

对测控电路的主要要求 

①精度高；②高的输入阻抗和低的输出阻抗；③响应速度快和动态失真小；④转换灵活；⑤可靠性与经济性

影响测控电路精度的主要因素，其中哪些是最基本的？

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。

SR是指单位时间内最大输出电压的变化。

反映了运放对高速变化的输入信号的响应情况。

差模Uid=Ui1-Ui2

共模Uic=1/2（Ui1+Ui2）

差模输入电阻Rid是指输入差模型号时运放的输入电阻。

过大的输入电压将会使输出呈正饱和或负饱和，饱和电压的极限略小于电源电压。

理想运放的性能指标：

判断方法：

负反馈

2.非线性区：

判断方法：

比较和限幅

反相放大器提高输入电阻

方法二：

自举电路

当R1=R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。

缺点：

放大倍数受到和比值的限制

方法三：

高输入电阻高增益反相放大器

缺点：

匹配电阻要求严格

测量放大电路

消除温漂的方法：

1.用温度补偿电路或差动放大电路

2.采用调制方法，即把直流信号变为交流信号

3.采用自稳零方法

斩波稳零放大电路：

又称调制式放大电路，它是利用同步调制-解调，并用隔直电容隔离失调和干扰电压来实现自动稳零的。

自动调零放大电路优点：

性能优于斩波稳零放大电路。

输出电压较为稳定。

波动小。

成本低。

适用于毫伏级的低电平放大。

放大电路设计中，提高输入阻抗方法：

采用串联反馈电路；用场效应管设计输入级；采用自举电路；采用场效应管差分对设计差分电路。

通常采用屏蔽方法抗干扰，即在运放的高阻抗输入端周围用导体围住构成屏蔽层，并把屏蔽层接到低阻抗处。

低输入阻抗放大电路：

适用范围：

源电阻Rs很小时

常用电路：

变压器耦合的前置放大器；并联运放前置放大器；共基-共极放大电路

仪用放大器（测量放大电路）

滤波器的功能、分类

滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。

按所处理信号形式可分为模拟和数字滤波器；

按功能可分低通、高通、带通和带阻四类。

按电路组成可分为有源和无源滤波器

按传递函数可分为一阶、二阶和高阶

=带宽

滤波器特性的逼近：

1.常用的信号转换电路有哪些种类？

试举例说明其功能。

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。

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个模拟输入电压大小的电路。

比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系。

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。

 V/I（电压/电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。

模/数转换器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）

单限比较器：

滞回比较器：

Uo=iR1（1+R2/R1）

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？

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。

调幅AM--检波

调频FM--鉴频

调相PM--鉴相

集成锁相环：

锁相环、鉴相器、压控振荡器

信号细分与辨向电路作用：

细分电路实现对周期性的测量信号进行插值，提高仪器的分辨力；辨向电路实现对周期性信号极性的判断。

信号细分电路概念：

信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值，提高仪器分辨力。

信号的共同特点：

信号具有周期性，每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。

例如光栅、磁栅、容栅、感应同步器等输出的信号。

细分的基本原理：

根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。

电路细分原因：

测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数，则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。

为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电路。

为什么要辨向：

由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。

细分电路分类：

按工作原理可分为直传式细分和平衡补偿式细分。

按所处理的信号可分为调制信号细分电路和非调制信号细分电路。

四细分辨向电路

输入信号：

相位差90的两路方波信号。

细分原理：

基于两路方波在一个周期内具有2个上升沿和2个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。

辨向原理：

根据2路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据。

1.单稳四细分辨向电路

由四个单稳触发器和二个“与或非门”组成，利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。

电阻链五倍频细分电路：

构成：

电阻链移相网络、电压比较器、逻辑电路（异或门）；

移相网络：

在第一、二象限内给出移相角0°18°…162°十路移相信号（正弦信号）；

电压比较器：

将十路移相信号与参考电平比较形成方波；

电压比较器一般接成施密特触发电路的形式，使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平，这个电平差称为回差电压。

让回差电压大于信号中的噪声幅值，可避免比较器在触发点附近因噪声来回反转，回差电压越大，抗干扰能力越强。

但回差电压的存在使比较器的触发点不可避免地偏离理想触发位置，造成误差，因此回差电压的选取应该兼顾抗干扰和精度两方面的因素。

逻辑电路：

异或门将10路方波在3΄和4΄端获得两路相位差90°的五倍频方波信号，满足四细分电路对输入信号要求。

若将3΄和4΄输出端接入单稳四细分辨向电路的A和B，即将图单稳四细分辨向电路与图电阻链五倍频细分电路级联就可实现20细分，且能辨向。

优点：

具有良好的动态特性，应用广泛；

缺点：

细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场合。