2026年传感器信号调理电路设计试题含答案

2026年传感器信号调理电路设计试题含答案一、单选题（共10题，每题2分，总计20分）说明：下列每题只有一个正确选项。1.在传感器信号调理电路中，滤波电路的主要目的是什么？A.放大信号B.抑制噪声干扰C.变换信号频率D.调节信号幅度2.以下哪种传感器输出信号通常需要放大电路调理？A.温度传感器（热电偶）B.压力传感器（电容式）C.光纤传感器D.霍尔传感器3.在信号调理电路中，使用运算放大器设计仪表放大器时，其主要优势是什么？A.高输入阻抗B.低输出阻抗C.高带宽D.高共模抑制比4.当传感器输出信号为微伏级时，通常需要采用什么电路进行信号放大？A.反相放大器B.仪表放大器C.电压跟随器D.差分放大器5.在传感器信号调理中，接地干扰（GroundNoise）的主要来源是什么？A.传感器本身故障B.电源噪声C.信号线与地线距离过近D.放大器增益过高6.为防止传感器信号在传输过程中受到干扰，通常采用什么方法？A.增加信号传输线粗细B.使用屏蔽电缆C.提高信号频率D.降低信号幅度7.在传感器信号调理电路中，A/D转换器的主要作用是什么？A.放大模拟信号B.滤波数字信号C.将模拟信号转换为数字信号D.调节信号相位8.当传感器输出信号包含直流和交流成分时，通常需要采用什么电路进行滤波？A.高通滤波器B.低通滤波器C.带通滤波器D.带阻滤波器9.在设计传感器信号调理电路时，选择运算放大器的关键参数是什么？A.增益带宽积（GBW）B.输入偏置电流C.压摆率（SlewRate）D.共模抑制比（CMRR）10.以下哪种电路常用于传感器信号的隔离？A.电阻分压电路B.光耦合器C.运算放大器D.信号调理芯片二、多选题（共5题，每题3分，总计15分）说明：下列每题有多个正确选项。1.传感器信号调理电路中常见的噪声干扰类型包括哪些？A.差模噪声B.共模噪声C.接地噪声D.电磁干扰（EMI）E.低频噪声2.在设计仪表放大器时，需要考虑哪些关键参数？A.共模抑制比（CMRR）B.输入阻抗C.增益可调性D.带宽E.功耗3.以下哪些电路可用于传感器信号的滤波？A.RC滤波器B.LC滤波器C.有源滤波器D.无源滤波器E.调谐滤波器4.在传感器信号调理电路中，电源噪声的抑制方法包括哪些？A.使用线性稳压器B.加装滤波电容C.采用差分电源供电D.使用磁珠滤波E.降低信号传输速率5.选择传感器信号调理电路的运算放大器时，需要考虑哪些因素？A.开环增益B.输入失调电压C.压摆率D.电源电压范围E.噪声电压三、简答题（共5题，每题5分，总计25分）说明：请简要回答下列问题。1.简述传感器信号调理电路中滤波电路的作用及其常见类型。2.解释什么是共模噪声，并说明如何抑制共模噪声干扰。3.说明传感器信号调理电路中A/D转换器的选择依据及其关键参数。4.简述接地干扰的产生原因及其解决方案。5.比较仪表放大器和反相放大器的优缺点，并说明适用场景。四、计算题（共3题，每题10分，总计30分）说明：请根据题目要求进行计算并简述设计步骤。1.题目：某传感器输出信号为0.5mV（峰峰值），信噪比为20dB。设计一个放大电路，要求放大倍数为100倍，输出信号仍需保持较高的信噪比。请计算输出信号幅度，并选择合适的运算放大器参数（如增益带宽积、噪声电压等）。2.题目：设计一个带通滤波器，用于滤除传感器信号中的50Hz工频干扰。要求滤波器中心频率为100Hz，带宽为10Hz。请选择合适的滤波电路类型（如LC、RC或有源滤波器），并计算关键元件参数。3.题目：某传感器输出信号为差分信号，幅度为1mV（峰峰值），共模电压为5V。设计一个仪表放大器，要求增益为500倍，共模抑制比（CMRR）不低于80dB。请计算关键参数，并选择合适的运算放大器型号。五、设计题（共2题，每题15分，总计30分）说明：请根据题目要求完成电路设计并说明设计思路。1.题目：设计一个传感器信号调理电路，用于测量温度传感器（输出为0.1-1V，噪声为10μV）的温度变化。电路需包括信号放大（增益为1000倍）、滤波（去除50Hz工频干扰）和A/D转换（精度12位，采样率1kHz）。请画出电路框图，并说明各部分设计依据。2.题目：设计一个用于工业环境中的振动传感器信号调理电路。传感器输出为微弱信号（0.1mV，共模电压为250V），需进行信号放大（增益为1000倍）、隔离（防止高压干扰）和滤波（去除噪声）。请画出电路原理图，并说明关键元件的选择理由。答案与解析一、单选题答案1.B2.A3.D4.B5.C6.B7.C8.C9.C10.B解析：1.滤波电路主要用于抑制噪声干扰，提高信号质量。2.热电偶输出信号通常为微弱电压，需放大。3.仪表放大器具有高CMRR，适合差分信号放大。4.微伏级信号需要高增益、低噪声的仪表放大器。5.接地干扰主要源于信号线与地线距离过近，形成环路电流。6.屏蔽电缆可有效防止电磁干扰。7.A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，便于处理。8.带通滤波器可保留特定频率范围，滤除其他干扰。9.压摆率决定了放大器输出电压的快速变化能力。10.光耦合器用于信号隔离，防止高压干扰。二、多选题答案1.A,B,C,D,E2.A,B,C,D,E3.A,B,C,D4.A,B,C,D,E5.A,B,C,D,E解析：1.噪声类型包括差模、共模、接地、EMI和低频噪声。2.仪表放大器需考虑CMRR、输入阻抗、增益、带宽和功耗。3.滤波电路类型包括RC、LC、有源和无源滤波器。4.抑制电源噪声的方法包括线性稳压器、滤波电容、差分电源、磁珠滤波和降低传输速率。5.运算放大器需考虑开环增益、输入失调电压、压摆率、电源电压范围和噪声电压。三、简答题答案1.滤波电路的作用：抑制信号中的噪声和干扰，提高信噪比；常见类型包括RC滤波器（低通、高通、带通）、LC滤波器和有源滤波器（如Sallen-Key、Butterworth）。2.共模噪声：指两个输入端相对于地线电压相同且变化一致噪声。抑制方法：使用高CMRR的运算放大器（如仪表放大器）、差分放大电路、屏蔽电缆等。3.A/D转换器选择依据：精度（如12位）、采样率（如1kHz）、输入电压范围、功耗和接口类型。关键参数包括分辨率、转换时间、噪声密度等。4.接地干扰：产生原因：信号线与地线距离过近形成环路电流，引入噪声。解决方案：采用星形接地、屏蔽电缆、差分接地等。5.仪表放大器vs反相放大器：-仪表放大器：高CMRR、高输入阻抗，适合差分信号；反相放大器：结构简单，增益可调，但CMRR较低。-适用场景：仪表放大器用于精密测量，反相放大器用于一般信号放大。四、计算题答案1.计算：-输入信号幅度：0.5mV（峰峰值）→峰值=0.5/2=0.25mV。-放大后输出幅度=0.25mV×100=25mV（峰值）。-输出峰峰值=25mV×2=50mV。-信噪比：放大后SNR=20dB+20log(100)=40dB（假设噪声不变）。-选择运算放大器：低噪声（噪声电压<1μV），高GBW（>10MHz），高CMRR（>80dB）。2.带通滤波器设计：-类型：LC有源滤波器（Q值高，适合窄带滤波）。-中心频率：100Hz，带宽10Hz，Q值=100/10=10。-计算元件：LC电路参数需通过公式计算（如谐振频率公式），或使用滤波器设计工具。3.仪表放大器参数：-输出电压=1mV×500=500mV。-CMRR要求：80dB→差模增益/共模增益=10000。-选择运算放大器：如AD8221（CMRR>80dB，增益可调）。五、设计题答案1.电路框图：-信号放大（仪表放大器，增益1000）→滤波（有源带通滤波器，中心100Hz，带宽