武汉大学测控电路复习重点

2025/4/141测控电路复习课2025/4/142题型：填空题、简答题、分析题、计算题内容包括概念、原理、电路分析、计算等答题要求：简答题只需要写清要点。对推导和计算题要求写清楚过程和步骤。2025/4/143主要内容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第七章信号细分与辨向电路2025/4/144第一章绪论精密仪器对测控电路的主要要求：精度高，动态性能好，转换灵活，可靠性与经济性影响测控电路精度的主要因素有哪些？其中哪几个因素是最基本的？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。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。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？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；电量参数的转换；量程的变换；信号的选取；信号处理与运算2025/4/145第一章绪论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）模拟式测量电路的基本组成数字式测量电路的基本组成控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）2025/4/146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：反相放大器、交流放大电路、同相放大器、基本差动放大器高共模抑制比放大电路★低漂移放大电路★高输入阻抗放大电路★电桥放大隔离放大电路★2025/4/147第二章信号放大电路何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？（P24）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电路，亦称仪用放大电路。对其基本要求是：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？何谓电桥放大电路？应用于何种场合？何谓自举电路？应用于何种场合？什么是隔离放大电路？应用于何种场合？重点掌握：隔离放大电路的输入、输出和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。隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测量。自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达108Ω以上）的测量放大电路中。由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。2025/4/148第二章信号放大电路双运放高共模抑制比放大电路（同相串联结构型）输入输出关系推导三运放高共模抑制比放大电路特点和输入输出关系推导自动稳零放大电路特点和工作原理分析轮换自动校零集成运算放大电路(CAZ)运算放大器的原理斩波稳零集成运算放大器电路特点及其工作原理分析自举式高输入阻抗放大电路工作原理分析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互补式光电耦合隔离放大电路工作原理分析重点掌握：2025/4/149三运放高共模抑制比放大电路R3=R4，R5=R62025/4/1410特点：1、电阻对称，增益可调

2、共模电压，飘移，失调电压均在RP两端自动消除，不产生影响，具有高共模抑制能力2025/4/1411同相串联高共模抑制比放大电路特点：输入阻抗高。2025/4/1412R2绝对不能小于R1，否则输入阻抗为负值，会产生自激。可先选定两个电阻R2=R1，再在R2上串个小电阻，以防负阻出现。2025/4/1413自举电路C2接入前，Ri=R1+R2;C2接入后，R1两端电压相等，Ri接近无穷2025/4/1414自动调零放大电路2025/4/14152.3典型测量放大电路K1K2>>1,K1>>12025/4/14162.3典型测量放大电路2025/4/1417斩波稳零集成运算放大器（ICL7650)2025/4/1418vo2＝K2v0s2+Kc2vc-K2’vo2

即vc2＝vo2≈(K2v0s2+Kc2vc)/K2＇误差检测和寄存阶段：时钟为高电平，Sa1、Sa2闭合，N2两输入端被短接，只有输入失调电压V0s2和共模信号vc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：2.3典型测量放大电路2025/4/14192.3典型测量放大电路校零和放大阶段：时钟为低电平，Sb1、Sb2闭合，输入信号vi同时作用到N1、N2的输入端；N2除输入vi、v0s2和vc外，在侧向端A2还作用着vc2，此时N2的输出：vo2=K2(vi+v0s2)+Kc2vc-K2’vc2=K2vi

N2的失调电压v0s2和共模电压vc全部被消除，达到稳零目的。此时N1的输出为：vo=K1(vi+v0s1)+Kc1vc+K1’vo2=(K1+K1’K2)vi+K1v0s1+Kc1vc

2025/4/1421第三章信号调制解调电路主要内容：调制解调的功用与类型（概念）调幅式测量电路调频式测量电路调相式测量电路脉冲调制式测量电路电路原理和分析推导为主2025/4/1422第三章信号调制解调电路复习要点：1、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？2、调频，调幅，调相，脉冲调制的数学表达式，并画出它们的波形。3、什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形

4、(P61)信号相加调制原理。5、什么是包络检波？包络检波电路的基本工作原理。6、为何采用精密检波电路？7、什么是相敏检波，为何采用？8、相敏检波、包络检波在电路性能、功能上的区别。2025/4/14239.开关式相敏检波电路。10.相加式相敏检波电路图（3-18a）Us与Uc之间的关系，工作曲线，电路原理。11.相敏检波电路的选频与鉴相特性：作用和原理？12.鉴相电路的原理，相加式相敏检波电路用于鉴相时Us与Uc之间的关系。13.窄脉冲鉴频的基本原理和相应波形。14.斜率鉴频电路的基本结构、基本原理和相应波形。15.试述p.83图3-33所示双失谐回路鉴频电路的工作原理，工作点应怎么选取？16.脉冲调宽信号的解调方式。第三章信号调制解调电路2025/4/1424调制解调调幅调频调相脉冲调宽调制解调传感器调制电路调制乘法器调制开关电路调制信号相加调制2025/4/1425调制解调调幅调频调相脉冲调宽调制解调包络检波相敏检波二极管与晶体管包络检波精密检波半波全波2025/4/1426+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2+–uA+–u΄AA半波精密检波电路2025/4/1427+us–

半波整流器低通滤波器+u΄s–iiCR4uoR1R΄2R2R3VD1VD2+u–i∞-++N1∞-++N2R’3+–uA+–u΄AA全波精密检波电路之一2025/4/1428uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2全波精密检波电路之一2025/4/1429高输入阻抗全波精密检波电路之三2025/4/1430相敏检波乘法器相敏检波开关式相敏检波相加式相敏检波2025/4/1431uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)开关式相敏检波电路2025/4/1432causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏检波电路2025/4/14-33-精密整流型相敏检波电路2025/4/1434

例、在测控系统中被测信号的变化频率为0-100Hz，应怎样选取载波信号的频率？应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？

为了正确进行信号调制必须要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。这样，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号的变化频率为0-100Hz，则载波信号的频率ωc>1000Hz。调幅信号放大器的通频带应为900-1100Hz。信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，即让0-100Hz的信号顺利通过，而将900Hz以上的信号抑制，可选通频带为200Hz。2025/4/1435

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？

相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要的区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向。在性能上最主要的区别是相敏检波电路具有判别信号相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还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。2025/4/1436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？只要将输入的调制信号乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边频调幅信号。若将再乘以载波信号，就得到

利用低通滤波器滤除频率为和的高频信号后就得到调制信号，只是乘上了系数1/2。这就是说，将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边频调幅信号us，将双边频调幅信号us再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。相敏检波器与调幅电路在结构上的主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的结构和参数不同。2025/4/1437开关式全波相敏检波电路2025/4/1438开关式全波相敏检波电路2025/4/1439P89-90异或门鉴相电路2025/4/1440全波精密检波电路2025/4/1441脉宽调制电路

电容C在两个半周期通过不同的电阻进行充电，充电时间常数不同，从而输出信号的占空比随着两支充电回路的阻值而变化，即输出信号的脉宽受被测信号调制。Rp2和Rp3为差动电阻传感器的两臂，其和为一常量。2025/4/1442

精密整流型全波相敏检波电路2025/4/1443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2025/4/1444第四章信号分离电路复习要点：1、4种常见的滤波器及示意图、性能。2、传递函数的定义，由传递函数我们可以得到滤波器的幅频和相频特性。3、滤波器特性的逼近：有哪几种逼近方法，主要特点，什么时候采用什么样的逼近方法？4、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？2025/4/1445无限增益高通滤波2025/4/1446压控电压源低通滤波2025/4/14472025/4/1448这是一种基于RC双T网络的二阶带阻滤波电路，要构造二阶带阻的传递函数，必须具有平衡式结构。一般选对称参数：C1=C2=C;C3=2C;R3=R1//R2。R，C互换后仍是带阻滤波电路。PPT1512025/4/1449第五章信号运算电路

主要内容：第二节加法、减法运算电路第三节对数、指数和乘、除运算电路对数、指数、乘、除运算第四节常用特征值运算第六节微分积分运算电路一、积分运算电路二、微分运算电路三、PID运算电路2025/4/1450第五章信号运算电路

复习要点：1、具有温度补偿的对数、指数运算电路的输出和输入关系推导，乘法和除法运算电路2、常用特征值运算电路：绝对值运算电路；峰值检测电路、平均值运算电路2025/4/14512025/4/1452第六章信号转换电路复习要点：模拟开关的种类采样保持电路的组成、主要参数电压比较器的门限电压的求取电压频率转换电路V/f：积分复原式、电荷平衡式、LM131给出电路，能够分析原理电压电流转换电路，电流电压转换电路基本电路图、关系推导、参数设计（见第六章PPT）模数数模转换电路A/D：双积分式、逐次逼近式、并行比较式电路原理，特点比较2025/4/14532025/4/14542025/4/1455下图是LM131用作电路转换的简化电路图，电流源输出电流is由内部基准电压源供给的1.9V参考电压和外接电阻Rs决定（）。1．简述该电路的工作原理；2．当ui为某一正值时，画出电压u6和输出uo的波形；3．若，,当输入电压为1V时，求输出电压的频率。（10分）2025/4/1456解：1、此电路为V/f转换电路。当U6<Ui时，输出为低电平，Q=0，U0为高电平，S接1，is给CL充电，且U通过Rt给Ct充电。当Us达到单稳态触发电压时，使单稳翻转，Q=1，V导通，U0输出低电平，Ct通过Rt及V放电，CL通过RL放电。CL充电时间由Rt，Ct决定，放电时间由U6，Ui大小决定。U0就可输出频率与Ui有关的脉冲信号了。2、得3、由2025/4/1457

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。

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。2025/4/14582025/4/1459如果要将4～20mA的输入直流电流转换为0～10V的输出直流电压，试设计其转换电路。该转换电路如图X6-3所示。根据图X6-3电路，有R3∞-++NuoR1R2R4iuiUb图X6-3取R1=250Ω，当i=4mA时，ui=1V，当i=20mA时，ui=5V。

因此要求课本P169的同相输入型I/V转换电路的变形试分析图6-36中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。

图6-36题6-5图a)b)∞-++NR1R2R3uouiURVS1VS2∞-++NR1R2R3uouiURVSVD1VD2R

此电路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值UZ、-UZ，因此运算放大器同相端两个门限电压为：

当ui<UR时，VD1截止，uo输出为稳压管稳压值UZ

；当ui>UR时，VD1导通，运算放大器输出负向饱和电压-E，VD2截止，uo