测控电路期末考试试题四答案(广石化)

1测控电路期末考试试题四（广石化）试题四答案一图1所示电路是什么电路？试述其工作原理。（15分）图1图1所示电路是具有高输入阻抗的交流放大电路，由于它的同相输入端接有隔直电容C１的放电电阻(R１＋R2），因此电路的输入电阻在没有接入电容C２时将减为(R１＋R2）。为了使同相交流放大电路仍具有高的输入阻抗，采用反馈的方法，通过电容C２将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R１的两端。由于处于理想工作状态的运算放大器两输入端是虚短的（即近似等电位），因此R１的两端等电位，没有信号电流流过R１，故对交流而言，R１可看作无穷大。为了减小失调电压，反馈电阻Rf应与(R１＋R2）相等。这种利用反馈使R1的下端电位提到与输入端等电位，来减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。什么是信号调制？在精密测量中为什么要采用信号调制？什么是解调？什么是调幅？什么是调频？什么是调相？请分别写出调幅、调频、调相信号的数学表达式。（15分）在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这RfuoN1∞－++uiR1R2C2C12就是调制的主要功用。从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号x线性函数变化。调幅信号su的一般表达式可写为：tmxUucmscos)(调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。调频信号us的一般表达式可写为：tmxUu)cos(cms调相就是用调制信号x去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号x的线性函数变化。调相信号us的一般表达式可写为：)cos(cmsmxtUu式中c──载波信号的角频率；mU──载波信号的幅度；m──调制度。二图2所示电路是什么电路？试述其工作原理，其参数应怎样选取？。（15分）为开关式全波相敏检波电路。取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2。在Uc=1的半周期，T1导通、T2截止，同相输入端被接地，us从反相输入端输入，放大倍数为1326RRR。在Uc=0的半周期，T1截止、T2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1331)1(365415RRRRRR。实现了全波相敏检波。R6uoN1∞－++usR1R2R3R4R5CUUCCUUCT1T23四图3所示电路是什么滤波器？写出其传递函数和通带增益、固有频率、品质因数表达式。（20分）图3图3为无限增益多路反馈高通滤波电路，其传递函数为：2002000//)//(1)(QssQsKssQKsHpp通带增益1CCKp固有频率12101CCRR品质因数10122CCCCRQ1什么是包络检波？什么是相敏检波？它们在功能和电路结构上最主要的区别是什么？图2是什么电路？试述其工作原理。（18分）R2uoN1∞－++uiR1CC1C4二、调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。包络检波通过对调幅信号进行半波或全波整流实现，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位和频率。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，需采用相敏检波电路。它不仅能鉴别被测参数变化的方向，而且能在一定程度上识别信号和干扰，具有较强的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了需要解调的调幅信号外，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。图2为一种全波精密检波电路，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。us0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，uo=us；us0时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，取R1=R4，souu，所以souu。为减小偏置电流影响，取R2=R1∥R4，R3=R5。5二、图2为高输入阻抗全波精密检波电路，它可以用作调幅电路的包络检波电路，也可以用作求绝对值运算电路。它采用同相端输入。us0时，VD1导通、VD2截止，其等效电路如图2b所示，N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到uo=us。us0时，VD1截止，VD2导通，其等效电路如图2c所示。取R1=R2=R3=R4/2，这时N1的输出为：ss122)1(uuRRuAN2的输出为：sss34s34o43)1(uuuRRuuRRuA所以souu，实现全波检波。b)us0usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2us0uo=-usR2R1R3R4us∞-++N1∞-++N2图2c)6四、图4为无限增益多路反馈低通滤波电路，其传递函数为：通带增益13pRRK固有角频率023121RRCC品质因数1Q其中)111(132110RRRC1.图1所示电路是什么电路？试述其工作原理，为了实现所需性能，2R与1R应满足什么关系？（16分）1.图1是由两个通用集成运算放大器N１、N２构成的自举组合电路。设N１、N２为理想运算放大器，由电路可得i13ouRRu，200220p)(ssKsH7io312o22uuRRui21122i2o1iuRRRRRuuRui输入电阻则为)()(1221iiRRRRiuR取R２＝R１11i2i2o2)(iRuRuui上式表明，当R２＝R１时运算放大器N１的输入电流i1将全部由N２电路的电流i２所提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。4.图4所示电路是什么滤波器？写出其传递函数、幅频特性和通带增益、固有频率、阻尼系数表达式。图4是低通滤波电路，其传递函数为200220p)(ssKsH幅频特性为20220220p)()()(KA通带增益RRKK0fp1固有角频率012121RRCC+∞8阻尼系数022f211/]1)11(1[CRKRRC二图1所示电路是什么电路？图中R1=R2R。试述其工作原理，写出其输出表达式。（15分）图1图1是电桥放大电路。图中R1=R2R221ouRRRuua)2()1(uub对于理想运算放大器ua=ub，可得4)2(1)21(1ouRRu三图2所示电路是什么电路？试述其工作原理（15分）uR1uoR2=R1N++-∞图4R1R2C2C1ui(t)uo(t)RR0N+-uAR(1+δ)uaubRRRusUcRVuoRR∞-++N图29为相敏检波电路。在Uc=1的半周期，V导通，同相输入端被接地，us只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为-1，输出信号uo如图a和图b中实线所示。在Uc=0的半周期，V截止，us同时从同相输入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1，输出信号uo如图a和图b中虚线所示，两个半周期输出相同。在图a所示情况下，us与Uc同相，uo为负；在图b所示情况下，us与Uc反相，uo为正，实现相敏。三请写出调相信号的数学表达式。有哪些常用鉴相方法？说明它们的基本工作原理、鉴相范围和影响鉴相精度的主要因素。（20分）三调相信号us的一般表达式为：)cos(cmsmxtUu式中x──调制信号；c──载波信号的角频率；mU──调相信号中载波信号的幅度；m──调制度。常用鉴相方法有相敏检波器鉴相、异或门鉴相、RS触发器鉴相、脉冲采样式鉴相。相敏检波器具有鉴相特性，若输入信号与参考信号的相位差，则相敏检波器的输出与cos成正比，因此可以用相敏检波器鉴相。0时的输出与0时相同，鉴相器不能鉴别相位超前与滞后，它工作在2/2/范围内，在2/附近，鉴相器线性最好，灵敏度最高。影响相敏检波器精度的主要因素有输入信号的幅值，输出的非线性等。a)UcOtUcOtuoOtusOtusOtuoOtb)10异或门鉴相的基本原理是异或门输出Uo的脉宽B与调相信号Us和参考信号Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法。一种方法是将Uo送入一个低通滤波器，滤波后的输出uo与脉宽B成正比，也即与相位差成正比，根据uo可以确定相位差。另一种方法是Uo用作门控信号，只有当Uo为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。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。异或门鉴相不能鉴别Us和Uc哪个相位超前。鉴相器的鉴相范围为0~。鉴相器要求Us和Uc的占空比均为1：1，否则会带来误差。RS触发器鉴相的基本原理是：将由调相信号Us和参考信号Uc形成窄脉冲sU、cU分别加到RS触发器的S端和R端，1Q的脉宽B与Us和Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法，与异或门鉴相一样。这种鉴相器的鉴相范围为)2(~，其中为窄脉冲宽度所对应的相位角，鉴相范围为)(。RS触发器鉴相线性好，鉴相范围宽，并且对Us和Uc的占空比没有要求。脉冲采样式鉴相电路的工作原理是：由参考信号Uc形成窄脉冲cU送到锯齿波发生器的输入端形成锯齿波信号uj。由调相信号Us形成窄脉冲sU通过采样保持电路采集此时的uj值，并将其保持。采样保持电路采得的电压值由Us与Uc的相位差决定。经平滑滤波后得到随变化的电压信号uo，实现调相信号的解调。这种鉴相器的鉴相范围为)2(~0，其中为与锯齿波回扫区所对应的相位角。锯齿波uj的非线性对鉴相精度有较大影响。五、图4所示电路是什么电路？试述其工作原理。为保证所需特性，R1、R2、R3、R4应满足什么关系？（15分）五图4为高输入阻抗全波精密检波电路，也可用作绝对值计算电路。它采用同相端输入。us0时，VD1导通、VD2截止，其等效电路如图a所示，N2的同相输入端与反相R2usuAVD2VD1uoR1R3R4∞-++N1∞-++N2图411输入端输入相同信号，得到uo=us。us0时，VD1截止，VD2导通，其等效电路如图b所示。取R1=R2=R3=R4/2，这时N1的输出为：ss122)1(uuRRuAN2的输出为：sss34s34o43)1(uuuRRuuRRuA所以souu，实现全波检波或绝对值计算。