測(cè)控電路考試復(fù)習(xí)總結(jié)

1、一 名詞解釋1. 測(cè)量放大電路：在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。P212. 高共模抑制比電路：有抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。P263. 有源驅(qū)動(dòng)電路：將差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)輸出經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓11地輸出，并通過輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個(gè)電纜屏蔽層上，即兩個(gè)輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動(dòng)，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。P284. 電橋放大電路：由傳感器電橋和運(yùn)算

2、放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。P295. 自舉電路：自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。P366. 可編程增益放大電路：放大電路的增益通過數(shù)字邏輯電路由確定的程序來控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路，簡(jiǎn)稱PGA。P407. 隔離放大電路：隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過程中沒有公共的接地端。P458. 信號(hào)調(diào)制及解調(diào)：調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一作為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。在將測(cè)

3、量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過程稱為解調(diào)。P559. 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈沖調(diào)寬：調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的幅值。(P55) 調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的頻率。(P78) 調(diào)相就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的相位。(P84) 脈沖調(diào)制是指用脈沖作為載波信號(hào)的調(diào)制方法。(92)10. 包絡(luò)檢波：從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的值變化，因此調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號(hào)一致。只要能檢出調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線即能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波。P6011. P

4、AM調(diào)速、PWM調(diào)速：將變壓與變頻分開完成，即在把交流電整流為直流電的同時(shí)改變直流電壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姇r(shí)改變交流電頻率的變壓變頻控制方式稱為PAM調(diào)速。將變壓與變頻集中于逆變器一起完成，即交流電整流為直流電時(shí)電壓恒定，然后由逆變器既完成變頻又完成變壓的控制方式稱為PWM調(diào)速。12. SPWM控制：在基本的PWM控制電路中，若載頻信號(hào)用等要三角波，而基準(zhǔn)信號(hào)采用正弦波，這時(shí)的脈寬調(diào)制控制就是SPWM控制。P242二 簡(jiǎn)答題1.測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？答：傳感器的輸出信號(hào)一般很微弱，還可能伴隨著各種噪聲，需要用測(cè)控電路將它放大，剔除噪聲、選取有用信號(hào)，按照測(cè)量與

5、控制功能的要求，進(jìn)行所需演算、處理與變換，輸出能控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的信號(hào)。在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中，電路是最靈活的部分，它具有便于放大、便于轉(zhuǎn)換、便于傳輸、便于適應(yīng)各種使用要求的特點(diǎn)。測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著十分關(guān)鍵的作用，測(cè)控系統(tǒng)、乃至整個(gè)機(jī)器和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度是取決于測(cè)控電路。2. 影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些，而其中哪幾個(gè)因素又是最基本的，需要特別注意？答：影響測(cè)控電路精度的主要因素有：P3（1）噪聲與干擾；（2）失調(diào)與漂移，主要是溫漂；（3）線性度與保真度；（4）輸入與輸出阻抗的影響。 其中噪聲與干擾，失調(diào)與漂移（含溫漂）是最主要的，需要特別注意。3.為什么說測(cè)控電路是測(cè)控系統(tǒng)中

6、最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？答：為了適應(yīng)在各種情況下測(cè)量與控制的需要，要求測(cè)控系統(tǒng)具有選取所需的信號(hào)、靈活地進(jìn)行各種變換和對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種處理與運(yùn)算的能力，這些工作通常由測(cè)控電路完成。它包括：（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換；（2）直流與交流、電壓與電流信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。幅值、相位、頻率與脈寬信號(hào)等之間的轉(zhuǎn)換；（3）量程的變換；（4）選取所需的信號(hào)的能力，信號(hào)與噪聲的分離，不同頻率信號(hào)的分離等；（5）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理與運(yùn)算，如求平均值、差值、峰值、絕對(duì)值，求導(dǎo)數(shù)、積分等、非線性環(huán)節(jié)的線性化處理、邏輯判斷等。4. 什么是CAZ運(yùn)算放大器？它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場(chǎng)合下采用較為合適？答：C

7、AZ運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)性能一致的運(yùn)算放大器交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種不同的狀態(tài)。它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個(gè)放大器輪換工作，因此始終保持有一個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無波動(dòng)，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的自動(dòng)調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對(duì)共模電壓無抑制作用。應(yīng)用于傳感器輸出信號(hào)極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對(duì)共模電壓抑制要求不高的場(chǎng)合。P335. 什么是雙邊帶調(diào)幅？請(qǐng)寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出它的波形。P56答：可以假設(shè)調(diào)制信號(hào)x為角頻率為的余弦信號(hào)x=Xmcost，當(dāng)調(diào)制信號(hào)x不符合

8、余弦規(guī)律時(shí)，可以將它分解為一些不同頻率的余弦信號(hào)之和。在信號(hào)調(diào)制中必須要求載波信號(hào)的頻率遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)的變化頻率。由式（3-1）調(diào)幅信號(hào)可寫為：它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào): 角頻率為的載波信號(hào)Umcosct和角頻率分別為c±的上下邊頻信號(hào)。載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)，即不含被測(cè)量x的信息，因此可以取Um=0，即只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制，對(duì)于雙邊帶調(diào)制tuxOtOucusOta) b)c) 雙邊帶調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)波形見圖X3-9。圖a為調(diào)制信號(hào)，圖b為載波信號(hào)，圖c為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。a) 調(diào)制信號(hào) b) 載波信號(hào) c) 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)圖X3-9 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)6.為什么說信號(hào)

9、調(diào)制有利于提高測(cè)控系統(tǒng)的信噪比，有利于提高它的抗干擾能力？它的作用通過哪些方面體現(xiàn)？答：在精密測(cè)量中，進(jìn)入測(cè)量電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來是測(cè)量電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測(cè)量信號(hào)賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。在將測(cè)量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離，再經(jīng)放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過程稱為解調(diào)。 通過調(diào)制，對(duì)測(cè)量信號(hào)賦以一定的特征，使已調(diào)信號(hào)的頻帶在以載波信號(hào)頻率為中心的很窄的范圍內(nèi)，而噪聲含有各種頻率，即近乎于白噪聲。這時(shí)可以利用選頻放大

10、器、濾波器等，只讓以載波頻率為中心的一個(gè)很窄的頻帶內(nèi)的信號(hào)通過，就可以有效地抑制噪聲。采用載波頻率作為參考信號(hào)進(jìn)行比較，也可抑制遠(yuǎn)離參考頻率的各種噪聲。7.簡(jiǎn)述濾波器功能、分類及主要特性參數(shù)。答：濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)。按所處理信號(hào)形式不同，濾波器可分為模擬濾波器與數(shù)字濾波器兩類；按功能濾波器可分為低通、高通、帶通與帶阻四類。濾波器主要特性參數(shù)包括： 1) 特征頻率 濾波器的頻率參數(shù)主要有：通帶截頻為通帶與過渡帶的邊界點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。阻帶截頻為阻帶與過渡帶的邊界點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率為信號(hào)功率衰減到(

11、約3dB)時(shí)的頻率，在很多情況下，也常以作為通帶或阻帶截頻。當(dāng)電路沒有損耗時(shí)，固有頻率，就是其諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。2)增益與衰耗 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。對(duì)低通濾波器通帶增益一般指時(shí)的增益；高通指時(shí)的增益；帶通則指中心頻率處的增益。對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。通帶增益變化量指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果以dB為單位，則指增益dB值的變化量。 3） 阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù) 阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)，它是與傳遞函數(shù)的極點(diǎn)實(shí)部大小相關(guān)的一項(xiàng)系數(shù)。它可由傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式系數(shù)求得:的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)

12、，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，Q為：式中的為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。 4）靈敏度 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)對(duì)某一元件參數(shù)變化的靈敏度記作，定義為：靈敏度是濾波電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，可以用來分析元件實(shí)際值偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，電路實(shí)際性能與設(shè)計(jì)性能的偏離；也可以用來估計(jì)在使用過程中元件參數(shù)值變化時(shí)，電路性能變化情況。該靈敏度與測(cè)量?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。5）群時(shí)延函數(shù) 當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保

13、證輸出信號(hào)失真度不超過允許范圍，對(duì)其相頻特性也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度。越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小。8. 常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有哪些種類？試舉例說明其功能。答：常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有采樣/保持（S/H）電路、電壓比較電路、V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器、f/V（頻率/電壓）轉(zhuǎn)換器、V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器、I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器、A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換器等。采樣/保持（S/H）電路具有采集某一瞬間的模擬輸入信號(hào)，根據(jù)需要保持并輸出采集的電壓數(shù)值的功能。這種電路多用于快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及一切需要對(duì)輸入信號(hào)瞬時(shí)采樣和存儲(chǔ)的場(chǎng)合

14、，如自動(dòng)補(bǔ)償直流放大器的失調(diào)和漂移、模擬信號(hào)的延遲、瞬態(tài)變量的測(cè)量及模數(shù)轉(zhuǎn)換等。 模擬電壓比較電路是用來鑒別和比較兩個(gè)模擬輸入電壓大小的電路。比較器的輸出反映兩個(gè)輸入量之間相對(duì)大小的關(guān)系。比較器的輸入量是模擬量，輸出量是數(shù)字量，所以它兼有模擬電路和數(shù)字電路的某些屬性，是模擬電路和數(shù)字電路之間聯(lián)系的橋梁 ，是重要的接口電路?？捎米麒b零器、整形電路，其中窗口比較電路的用途很廣，如在產(chǎn)品的自動(dòng)分選、質(zhì)量鑒別等場(chǎng)合均用到它。V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器能把輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號(hào)，廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字電壓表、數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x器及遠(yuǎn)距離遙測(cè)遙控設(shè)備中。f/V（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器把頻

15、率變化信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成電壓變化信號(hào)。廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相信號(hào)的解調(diào)等。V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器的作用是將電壓轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。例如，在遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)中，必須把監(jiān)控電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)進(jìn)行傳輸，以減少傳輸導(dǎo)線阻抗對(duì)信號(hào)的影響。I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流、電壓信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。例如，對(duì)電流進(jìn)行數(shù)字測(cè)量時(shí)，首先需將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后再由數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量。在用光電池、光電阻作檢測(cè)元件時(shí)，由于它們的輸出電阻很高，因此可把他們看作電流源，通常情況下其電流的數(shù)值極小，所以是一種微電流的測(cè)量。隨著激光、光纖技術(shù)在精密測(cè)量?jī)x器中的普及應(yīng)用，微電流放大器越來越占有重要的位置。在以微型計(jì)算機(jī)為核心組成的

16、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中，必須將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為此要使用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC）。相反，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的信號(hào)常需反饋給模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)如執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等，因此還需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC）將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)。9. 試述在S/H電路中對(duì)模擬開關(guān)、存儲(chǔ)電容及運(yùn)算放大器這三種主要元器件的選擇有什么要求。答：選擇要求如下： 模擬開關(guān)：要求模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。 存儲(chǔ)電容：要選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的和泄漏電阻大的電容。運(yùn)算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運(yùn)算放大器；輸入運(yùn)放還應(yīng)具有大的輸出電流。

17、10.請(qǐng)比較相位跟蹤細(xì)分、幅值跟蹤細(xì)分和脈沖調(diào)寬型幅值跟蹤細(xì)分的優(yōu)缺點(diǎn)。答：相位跟蹤細(xì)分常用于感應(yīng)同步器和光柵的細(xì)分，由于在一個(gè)載波周期僅有一次比相，因此對(duì)測(cè)量速度有一定的限制。相位跟蹤細(xì)分電路較簡(jiǎn)單。幅值跟蹤細(xì)分主要應(yīng)用于鑒幅型感應(yīng)同步器儀器。感應(yīng)同步器是閉環(huán)系統(tǒng)的組成部分，因而幅值跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全閉環(huán)，而相位跟蹤系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)（感應(yīng)同步器在環(huán)外），這使幅值跟蹤系統(tǒng)具有更高的精度和更好的抗干擾性能。電路中函數(shù)變壓器受溫度、濕度影響小、不易老化，穩(wěn)定性好，但工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，體積重量大，也可采用集成電路的乘法型D/A轉(zhuǎn)換器代替函數(shù)變壓器。幅值跟蹤細(xì)分比相位跟蹤系統(tǒng)允許更高的移動(dòng)速度。但電

18、路較復(fù)雜。脈沖調(diào)寬型幅值跟蹤細(xì)分也是一種幅值跟蹤細(xì)分系統(tǒng)，只是用數(shù)字式可調(diào)脈寬函數(shù)發(fā)生器代替上一系統(tǒng)中的函數(shù)變壓器和切換計(jì)數(shù)器。因此保留了幅值跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)有高精度和高抗干擾能力。數(shù)字式脈寬函數(shù)發(fā)生器體積小、重量輕、易于生產(chǎn)，有高的細(xì)分?jǐn)?shù)，且有高的跟蹤能力。數(shù)字電路可以靈活地根據(jù)測(cè)速改變跟蹤速度。軍用的高速動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)多采用具有高速數(shù)字跟蹤能力的脈沖調(diào)寬方案，它有位置、速度甚至加速度跟蹤能力。當(dāng)然，電路相當(dāng)復(fù)雜。11. 180導(dǎo)通型逆變器正常工作的必要條件是什么？答：180°導(dǎo)通型逆變器正常工作的必要條件是可靠地?fù)Q流，即每一相上、下橋臂主晶閘管交換導(dǎo)通時(shí)，必須經(jīng)過短暫的全關(guān)斷狀

19、態(tài)，以避免上、下兩個(gè)主晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的情況。根據(jù)180°導(dǎo)通型開關(guān)狀態(tài)的工作順序，讓微處理機(jī)通過一個(gè)并口周期輸出開關(guān)狀態(tài)值，驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)通或關(guān)斷，即可讓逆變器工作。12. PWM控制電路在雙極式工作時(shí)會(huì)不會(huì)發(fā)生電流斷續(xù)現(xiàn)象？為什么？答：PWM控制電路在雙極式工作時(shí)不會(huì)發(fā)生電流斷續(xù)現(xiàn)象。因?yàn)樗膫€(gè)大功率管分為兩組，同一組中的兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)關(guān)斷，兩組晶體管之間交替地輪流導(dǎo)通和截止，電流可以反向，使得電樞電流始終是連續(xù)的。13.常用的變頻器有哪幾種？試總結(jié)它們各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。答：常用的變頻器有交直交電壓型變頻器、交直交電流型變頻器、交交變頻器和脈寬調(diào)制（PWM）變頻器。 交交變頻器是直接將電網(wǎng)的交流電變換為電壓和頻率都可調(diào)的交流電，電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，效率高，低速大容量時(shí)經(jīng)濟(jì)，最高頻率一般只能達(dá)到電源頻率的1/21/3，適用于低頻大容量的調(diào)速系統(tǒng)。 交-直-交電流型變頻器的特點(diǎn)是在逆變器的直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器，使得直流電平直，形成電流源，可以方便地實(shí)現(xiàn)負(fù)載能量向電網(wǎng)回饋，可以快速、頻繁地實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)控制，提高了裝置的可靠性。適用于單機(jī)快速調(diào)速系統(tǒng)。 交直交電壓型變頻器在直流側(cè)并聯(lián)大容量濾波電容以緩沖無功功