测控电路知识点总结

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1、测控电路一 名词解释1. 测量放大电路2. 高共模抑制比电路： 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。P263. 有源驱动电路：将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例 差动放大后，使其输入端的共模电压1：1地输出，并通过输出端各自电阻（阻值 相等）加到传感器的两个电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压 驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零，这种电路就是有 源屏蔽驱动电路。P284. 电桥放大电路：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。P295. 自举电路

2、：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。P366. 可编程增益放大电路：放大电路的增益通过数字逻辑电路由确定的程序来控制,7. 隔离放大电路： 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。 P458. 信号调制及解调：调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体 的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。在将测量信号调制, 并将它和噪声分离，放大等处理后，还要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。P559调幅、调频、调相、脉冲调宽：调

3、幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的 幅值。 （P55）10.包络检波：从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就 是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此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。P60二 简答题1. 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？答：传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将 它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、 处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。2. 影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要

4、 特别注意？（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，需要特别注意。3. 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？答：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：（1 ） 模数转换与数模转换；（2 ） 直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信号 等之间的转换；（3 ） 量程的变换；（4 ） 选取所需的信号的能力，信号与

5、噪声的分离，不同频率信号的分离等；（5 ） 对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积 分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。4什么是CAZ运算放大器？它与自动调零放大电路的主要区别是什么？何种场合 下采用较为合适？答：CAZ运算放大器是轮换自动校零集成运算放大器的简称，它通过模拟开关的 切换，使内部两个性能一致的运算放大器交替地工作在信号放大和自动校零两种不 同的状态。5. 什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形。P56它包含三个不同频率的信号：角频率为的载波信号Umcos wet和角频率分别 为wc Q的上下边频信号。载波信号中不含调制信号，即不含被测

6、量x的信息， 因此可以取Um=0，即只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调制，对于双 边带调制双边带调制的调幅信号波形见图X3-9。图a为调制信号，图b为载波信号，图c为双边带调幅信号。a）调制信号b）载波信号c）双边带调幅信号图X3-9双边带调幅信号6. 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？ 答： 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，这就是调

7、制的主要功用。在将测量信号调制，并将它和噪声分离，再经 放大等处理后，还要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。7. 简述滤波器功能、分类及主要特性参数。答：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。按所处理信号形式不同， 滤波器可分为模拟滤波器与数字滤波器两类；按功能滤波器可分为低通、高通、带 通与带阻四类。滤波器主要特性参数包括：1）特征频率 滤波器的频率参数主要有：通带截频阻带截频转折频率为信 号功率衰减到（约3dB）时的频率当电路没有损耗时，固有频率匚 I 丄， 就是其谐振频率。2）增益与衰耗3 ）阻尼系数与品质因数阻尼系数”是表征 滤波器对角频率为信号

8、的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标，的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要 指标4 ）灵敏度滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波 器的性能。滤波器某一性能指标对某一元件参数变化的灵敏度。该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。如35 ）群时延函数常用群时延函数L评价信号经滤波后相位失真程度。5越接近常数，信号相位失真越小。8. 常用的信号转换电路有哪些种类？试举例说明其功能。答：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

9、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。这种电路多用于快速数据采集系统以及一切需要对输入 信号瞬时采样和存储的场合，如自动补偿直流放大器的失调和漂移、模拟信号的延 迟、瞬态变量的测量及模数转换等。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。比较器的输入量是模拟量，输出量是数字 量，所以它兼有模拟电路和数字电路的某些属性，是模拟电路和数字电路之间联系 的桥梁 ，是重要的接口电路。可用作

10、鉴零器、整形电路，其中窗口比较电路的用 途很广，如在产品的自动分选、质量鉴别等场合均用到它。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，广泛地应用 于调频、调相、模/ 数转换器、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备 中。 f/V （电压/ 频率）转换器把频率变化信号线性地转换成电压变化信号。广泛 地应用于调频、调相信号的解调等。V/I （电压/ 电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。例如，在远距离监控 系统中，必须把监控电压信号转换成电流信号进行传输，以减少传输导线阻抗对信 号的影响。 I/V （电流/ 电压）转换器进行电流、电压信号间的转换。例如，对电 流进

11、行数字测量时，首先需将电流转换成电压，然后再由数字电压表进行测量。 在用光电池、光电阻作检测元件时，由于它们的输出电阻很高，因此可把他们看作 电流源，通常情况下其电流的数值极小，所以是一种微电流的测量。随着激光、光 纤技术在精密测量仪器中的普及应用，微电流放大器越来越占有重要的位置。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 ）。相反, 经计算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构如执行电动机等，因此还需要数/ 模转换器（简称D/A转换器或DAC ）将数字量转换成相应的模拟信号。9. 试述在S/H电

12、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。答： 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。10. 请比较相位跟踪细分、幅值跟踪细分和脉冲调宽型幅值跟踪细分的优缺点。答：相位跟踪细分常用于感应同步器和光栅的细分，由于在一个载波周期仅有一 次比相，因此对测量速度有一定的限制。相位跟踪细分电路较简单。幅值跟踪细分主要应用于鉴幅型感应同步器仪器。幅值跟踪系统具有更高的精度和

13、 更好的抗干扰性能。电路中函数变压器受温度、湿度影响小、不易老化，稳定性好, 但工艺复杂，技术要求高。幅值跟踪细分比相位跟踪系统允许更高的移动速度。但 电路较复杂。脉冲调宽型幅值跟踪细分也是一种幅值跟踪细分系统，只是用数字式可调脉宽函数 发生器代替上一系统中的函数变压器和切换计数器。因此保留了幅值跟踪系统的优 点，系统有高精度和高抗干扰能力。数字式脉宽函数发生器体积小、重量轻、易于 生产，有咼的细分数，且有咼的跟踪能力。13. 常用的变频器有哪几种？试总结它们各自的特点和应用场合。交-交变频器是直接将电网的交流电变换为电压和频率都可调的交流电，电路构 成简单，效率高，低速大容量时经济，最高频率

14、一般只能达到电源频率的1/2 1/3，适用于低频大容量的调速系统。交-直-交电流型变频器的特点是在逆变器的直流侧串联平波电抗器，使得直流电 平直，形成电流源，可以方便地实现负载能量向电网回馈，可以快速、频繁地实现 四象限运行，同时可以实现电流的闭环控制，提高了装置的可靠性。适用于单机快 速调速系统。交-直-交电压型变频器在直流侧并联大容量滤波电容以缓冲无功功率，直流电 源阻抗小，形成电压源；能量回馈电网较难，只能能耗制动，适用于小容量和频率 不高的调速系统。14. 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？答： 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

15、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。15. 什么是滤波器的传递函数、频率特性、幅频特性和相频特性？请写出二阶模拟 滤波器传递函数的一般表达式。答：滤波器的输出与输入信号电压（或电流）拉氏变换之比称之为它的传递函数。 在单位信号输入情况下的输出信号随

16、频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数, 简称频率特性。频率特性是一个复函数，它的幅值称为幅频特性，滤波器的频率选择特性主要由其幅频特性决定。频率特性复函数的幅角表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性3. 什么是隔离放大电路，画图并简述光电耦合隔离放大电路的基本工作原理。 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。光电耦合隔离放大电路是将输入被测信号放大（也可载波调制），并由耦合器中 的发光二极管 LED 转换成光信号，再通过光耦合器中的光电器件（如光敏 二极管 三极管等）变换成电压或电流信号，最后由输出放大器放大输出。

17、4. 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？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 称为测量放大电路对其基本要求是：输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；一定的放大倍数和稳 定的增益；低噪声；低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；足够 的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；高输入共模范围（如达几百伏） 和高共模抑制比；可调的闭环增益；线性好、精度高；成本低。什么是相敏检波？为什么要采用相敏检波？相敏检波电路是能够鉴别调制信号相位的检波电路。包络检波的解调主要是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别 调制信号的相位。这就是说它不具有鉴别信号的

18、能力。为了使检波电路具有判别信 号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。试述相敏检波电路的选频特性和鉴相特性。相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。它抑制 偶次谐波。对于n=1,3,5等各次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/n，即 信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。如果输入信号us为与参考信号uc（或Uc）同频信号，但有一定相位差，这时输出 电压，即输出信号随相位差的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频，但 有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号 的大小确定相位差的值，相敏检波电

19、路的这一特性称为鉴相特性。滤波器特性逼近的方法有哪些？简述各自的特点。巴特沃斯逼近：幅频特性在通带内最为平坦，单调变化，但过渡带较大，频率选择 性稍差。切比雪夫逼近：允许通带内有一定的波动量，有幅值失真，但过渡带很窄，频率选 择性强。贝塞尔逼近：侧重于相频特性，通带内相频特性接近于常数。但频率选择性差。10. 什么是高共模抑制比放大电路？应用于何种场合？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11. 在测控系统中被测信号的变化频率为0100Hz，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？为了正确进行信号调制必须要求3c Q，通常至少要求3c10 Q。在这种情 况下，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0200Hz，应要求载波信号的频率3c2000Hz 。调幅信号 放大器的通频带应为18002200Hz 。信号解调后，滤波器的通频带应200 Hz，即让0200Hz的信号顺利通过，而将1000Hz以上的信号抑制，可选通频 带为400Hz。