广工-测控电路-复习提纲PPT课件.ppt

测控电路 复习提纲 复习要求 结合课堂讲授 平时作业以及实验 系统地复习本学期所学内容 弄清楚每一个电路 不遗留问题 2 考试中严格遵守考场纪律 认真答题 对推导和计算题要求写清楚每一个过程和步骤 3 成绩评定 学时 38 32 6 学分 2 实际课堂讲授24学时 成绩评定比例 期末考试 70 平时 30 考勤10 作业10 实验10 1 测控电路 复习提纲 第一章绪论第二章信号放大电路第三章信号调制解调电路第四章信号分离电路第五章信号运算电路第六章信号转换电路 2 第一章绪论 第一节测控电路的功用第二节对测控电路的主要要求第三节测控电路的输入信号与输出信号第四节测控电路的类型与组成第五节测控电路的发展趋势 对测控电路的主要要求 精度高 高的输入阻抗和低的输出阻抗 响应速度快和动态失真小 转换灵活 可靠性与经济性 影响测控电路精度的主要因素 噪声与干扰 失调与漂移 主要是温漂 线性度与保真度 输入与输出阻抗的影响 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节 它体现在哪些方面 模数转换与数模转换 信号形式的转换 量程的变换 信号的选取 信号处理与运算等 本章基本概念 3 4 测控电路的输入信号与输出信号类型模拟信号 非调制信号 已调制信号 数字信号 增量码信号 绝对码信号 开关信号 5 测控电路中的信号制 电模拟信号种类 直流电压 电流 交流电压 电流 国际统一信号 过程控制系统的模拟直流电流信号为4 20mA 模拟直流电压信号为1 5V 国内统一信号 4 20mA 1 5V 0 10mA 0 10V 信号制是在成套系列仪器仪表测控电路中 各个单元的输入 输出信号采用何种统一的联络信号问题 信号的传输方式有三种 两线制 三线制和四线制 6 模拟式测量电路和数字式测量电路的基本组成 7 控制电路的基本组成 开环控制 闭环控制 第一章绪论 4 第二章信号放大电路 要掌握的主要内容 运算放大器的误差及其补偿 典型测量放大电路 隔离放大电路 反相放大电路交流放大电路同相放大电路差动放大电路高共模抑制比放大电路电桥放大电路高输入阻抗放大电路 5 第一节运算放大器的误差及其补偿 一 运算放大器输入失调及其补偿 输入失调电压定义和表述 输入失调电流定义和表述 零点漂移定义 输入失调电压和输入失调电流的调整 p 16 17 外部调整法和内部调整法 三 运算放大器的振荡与相位补偿 p 18 20 二 转换速率和最大不失真频率 转换速率 最大不失真频率 6 第二节典型测量放大电路 1 何谓测量放大电路 对其基本要求是什么 p 21 一 基本概念 2 何谓差动放大电路 p 24 3 差模信号的定义 共模信号的定义 共模抑制比的定义 4 什么是高共模抑制比放大电路 应用何种场合 5 何谓电桥放大电路 应用于何种场合 6 ICL7650斩波稳零集成运算放大器是如何提高其共模抑制比的 7 何谓高输入阻抗放大电路 应用于何种场合 8 何谓自举电路 应用于何种场合 二 输入输出关系推导和分析 1 基本差动电路输入输出关系推导 2 双运放高共模抑制比放大电路 同相串联结构型 输入输出关系推导 3 三运放高共模抑制比放大电路特点和输入输出关系推导 7 4 差动输入电桥放大电路和线性电桥放大电路的特点和分析 5 自动稳零放大电路特点和工作原理分析 6 斩波稳零集成运算放大器电路特点及其工作原理分析 7 在实验一中 如图1所示 当电位器POT2的滑动触头滑至最上端时 试推导差动放大器输出uo与电桥输出v1和v2之间的关系并回答下列问题 1 试分析该电路如何抑制共模电压 2 试分别说明电位器WD和POT2的作用 3 该电路如何实现调零 第二节典型测量放大电路 图1温度测量放大电路实验原理图 8 第二节典型测量放大电路 三 计算和分析 如图2 13b所示电路 p 26 N1 N2为理想运算放大器 R4 R2 R1 R3 R 试求其闭环电压放大倍数 图2 14所示电路 p 27 N1 N2 N3工作在理想状态 R1 R2 100k RP 10k R3 R4 20k R5 R6 60k 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 线性电桥放大电路中 见p 31 图2 18 若u采用直流 其值 10V R1 R3 R 120 R 0 24 时 试求输出电压 o 如果要使失调电压和失调电流各自引起的输出小于1mV 那么输入失调电压和输入失调电流应为多少 9 第三节隔离放大电路 三 互补式光电耦合隔离放大电路工作原理分析 一 什么是隔离放大电路 应用于何种场合 二 隔离放大电路的基本类型和基本组成 变压器耦合 光电耦合 10 主要内容 调制解调的功用与类型调幅式测量电路传感器调制和电路调制 精密检波电路和相敏检波电路及应用调频式测量电路传感器调制和电路调制 鉴频电路 解调 脉冲调制式测量电路传感器调制和电路调制 脉冲调制信号的解调 第三章信号调制解调电路 11 第一节调制解调的功用与类型 1 什么是信号调制 2 什么是解调 3 在测控系统中为什么要采用信号调制 4 在测控系统中常用的调制方法5 什么是调制信号 什么是载波信号 什么是已调信号 幅值调制 AM 频率调制 FM 相位调制 PM 脉冲调宽 PWM 12 第二节调幅式测量电路 一 基本概念 1 什么是调幅 写出调幅信号的数学表达式并解释各项参数的物理意义 画出调制信号 载波和已调信号的波形 2 确保信号调制正常进行的条件是什么 3 信号调制的时域和频域描述分别是什么 4 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 5 为什么在测控系统中常常在传感器中进行信号调制 6 应变片接入交流电桥 p 57图3 3 组成应变测量 它如何实现调制 7 什么是双边带调幅 试写出其数学表达式 并画出它的波形 8 试分析信号相加式调幅电路 p 59图3 7 的工作原理 9 什么是包络检波和精密检波方法 10 什么是相敏检波 在功能上和结构上具有什么特点 13 第二节调幅式测量电路 11 什么是相敏检波 为什么要采用相敏检波 12 相敏检波电路与包络检波电路在功能 性能与在电路构成上最主要的区别是什么 13 从相敏检波器的工作机理说明为什么相敏检波器与调幅电路在结构上有许多相似之处 它们又有哪些区别 14 什么是相敏检波电路的鉴相特性与选频特性 为什么对于相位称为鉴相 而对于频率称为选频 15 举例说明相敏检波电路在测控系统中的应用 14 二 输入输出关系推导和分析 第二节调幅式测量电路 1 如图3 14 p 65 所示是高输入阻抗全波精密检波电路 试分别画出等效电路图 并推导当输入us 0和us 0时输出uo的表达式 并说明该电路如何实现全波检波 2 相加式相敏检波电路的结构和工作原理 3 结合实验二的原理图 进一步理解相敏检波电路的选频和鉴相特性并回答下列问题 1 从改变参考电压的极性观察到的输入 输出波形的相位和幅值关系中 你能得出输入 输出关系的什么结论 2 从相敏检波器端口 2 和 5 观察到的波形变化中分析相敏检波器中整形电路的作用 3 从相敏检波器输入信号与参考信号 端口 6 相位关系中能得出相敏检波器的什么工作特性 4 调制信号 载波和调幅信号的时域波形和频域波形 15 三 计算和分析1 在测控系统中被测信号的变化频率为0 100Hz 应当怎样选取载波信号的频率 应当怎样选取调幅信号放大器的通频带 信号解调后 怎样选取滤波器的通频带 第二节调幅式测量电路 16 第三节调频式测量电路 1 什么是调频 写出调频信号的数学表达式并解释各项参数的物理意义 画出调制信号 载波和已调信号的波形 2 通过改变多谐振荡器的C或R实现调频的电路 p 81图3 32 结构和原理 3 窄脉冲鉴频的基本原理和相应波形 4 斜率鉴频电路的基本结构 基本原理和相应波形 5 试述p 83图3 35所示双失谐回路鉴频电路的工作原理 工作点应怎么选取 一 基本概念 17 第四节脉冲调宽式测量电路 一 基本概念 什么是脉冲调宽 写出脉冲调宽信号的数学表达式并解释各项参数的物理意义 画出调制信号 载波和已调信号的波形 2 比较p 81图3 32和p 93图3 52电路结构 说明电路功能有何不同 用电阻变化实现脉宽调制的电路中 p 93图3 52 为什么输出信号的频率不随被测量值变化 3 用电压变化实现脉宽调制的电路中 放大器同相端电压u 变化将会对脉冲调宽产生什么影响 二 输入输出关系推导和分析 用电阻变化实现脉宽调制的电路中 p 93图3 52 试推导占空比与差动电阻之间的关系 2 根据p 94图3 54的应用电路 试分析脉宽调制式电容测量电路的工作原理 并指出影响脉宽的主要因素 18 第四章信号分离电路 主要内容 第一节滤波器基本知识滤波器的功用和类型模拟滤波器的传递函数与频率特性 传递函数 频率特性 特性指标及二阶滤波器 第二节RC有源滤波电路一阶RC低通滤波电路一阶RC有源滤波电路压控电压源型滤波电路无限增益多路反馈型滤波电路有源滤波器设计第三节集成有源滤波器开关电容滤波原理集成有源滤波芯片介绍 19 简述滤波器功能 分类及主要特性参数 包括特征频率 增益与衰耗 阻尼系数与品质因数 灵敏度 群时延函数 波纹幅度d和带宽B等 试画出各种滤波器频率特性的通带 过渡带与阻带 并指出各自的 3dB点 该点所对应的是什么频率 对二阶滤波器的标准传递函数而言 不同功能的滤波器 低通 高通 带通和带阻 主要取决于标准传递函数的什么参数 不同逼近滤波器的特性主要取决于标准传递函数的什么参数 如图4 3 p 102 所示为二阶低通滤波器的频率特性 试分析当 和时 二阶低通滤波器的特征 5 什么是三种不同逼近滤波器的主要特点 第一节滤波器基本知识 一 基本概念 20 二 推导和证明 第一节滤波器基本知识 证明二阶电路传递函数分母系数均为正时电路是稳定的 提示 极点位置均位于平面左半部分 如果带通滤波器可等效成低通与高通滤波电路的级联 那么带阻滤波器呢 试证明之 三 计算和分析 1 具有图4 8 p 108 所示特性的通带波动为0 5dB的五阶切比雪夫低通滤波器可由一个一阶基本节与两个二阶基本节等效级联成 试求两个二阶基本节的品质因数 并确定通带内增益相对直流增益的最大偏离为百分之几 21 2 试确定一个单位增益巴特沃斯低通滤波器的传递函数 要求信号在通带250Hz内 通带增益最大变化量不超过2dB 在阻带 1000Hz 衰耗不低于15dB 第一节滤波器基本知识 22 二 有源滤波器设计步骤 第二节RC有源滤波电路 1 压控电压源型RC有源滤波器的结构和特点 无限增益多路反馈型RC有源滤波器的结构和特点 为什么压控电压源电路构成的二阶滤波器增益过大很容易导致自激震荡 为什么无限增益多路反馈型电路构成的二阶滤波器电路总是稳定的 一 基本概念 传递函数的确定 电路结构选择 有源器件的选择 有源元件参数计算 23 三 计算和分析 第二节RC有源滤波电路 1 一电路结构如图所示 试确定当电阻断开与接入时电路功能分别是什么 并计算相应的电路参数 与 其中 24 第二节RC有源滤波电路 2 要求按照图4 14a 与图4 17a 设计两个二阶巴特沃斯低通滤波器 其中无限增益多路反馈型电路按课本p 118表4 2与表4 3设计 压控电压源电路则要求C1参考表4 2选择 并要求 3 一个二阶带通滤波器电路如图4 14c所示 其中 求电路品质因数与通带中心频率 当外界条件使电容C2增大或减小1 时 与 变为多少 当电阻增大或减小1 或当电阻 减小5 时 与变为多少 25 主要内容 第一节加法 减法运算电路一 加法运算电路二 减法运算电路 一 利用加法运算电路实现减法运算 二 用单一运算放大器实现减法运算第二节对数 指数和乘 除运算电路一 对数运算电路 一 采用二极管的对数运算电路 二 利用三极管的数运算电路二 指数运算电路第三节微分积分运算电路一 积分运算电路 一 无源积分运算电路 二 有源积分运算电路 三 增量积分电路 四 实用积分电路 二 微分运算电路 一 基本微分电路 二 实际微分电路三 PID运算电路 一 什么是PID运算 二 调节规律的一般表示方式 三 串联PID电路的组成 四 并联PID电路的组成 第五章信号运算电路 26 第一节加法 减法运算电路 加 减法运算电路的构成和输入输出关系的推导 第二节对数 指数运算电路 第五章信号运算电路 1 怎样利用PN结伏安特性实现对数运算和指数运算 2 为什么利用二极管或三极管PN结伏安特性实现对数运算和指数运算 其运算精度易受温度的影响 3 为了提高运算精度 如何进行温度补偿 4 试分析具有温度补偿的对数运算和指数运算电路的工作原理和特点 27 第三节积分微分运算电路 1 基本积分电路的微分方程 积分器的阶跃相应曲线 2 什么是积分器的积分时间常数 积分时间常数和积分强弱的对应关系是什么 3 积分器的重要特征是什么 4 理想积分器和实际积分器的区别是什么 5 基本微分电路的微分方程 微分器的阶跃相应和斜坡相应曲线 6 什么是微分器的微分时间常数 微分时间常数和微分强弱的对应关系是什么 7 微分器的重要特征是什么 8 理想微分器和实际微分器的区