武汉大学测控电路复习重点

2019/12/241测控电路复习课2019/12/242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。2019/12/243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2019/12/244第一章绪论1.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2.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。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？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2019/12/245第一章绪论4.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）5.模拟式测量电路的基本组成6.数字式测量电路的基本组成7.控制电路的基本组成（开环控制；闭环控制）2019/12/246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★2019/12/247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。2019/12/248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：2019/12/249三运放高共模抑制比放大电路012211210oodiiRRRuuKuuR012530dRRRRKRRR3=R4，R5=R62019/12/2410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2019/12/2411同相串联高共模抑制比放大电路12114324301(1/)(1/)(/)oioiuRRuuRRuRRu43243211(1/)(/)(1/)oiiuRRuRRRRu0(1)1fidffRuuRRKR1423,fRRRRRR如果取则特点：输入阻抗高。2019/12/2412R2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。2019/12/2413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2019/12/2414自动调零放大电路2019/12/24152.3典型测量放大电路K1K21,K112019/12/24162.3典型测量放大电路2019/12/2417斩波稳零集成运算放大器（ICL7650)2019/12/2418vo2＝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2019/12/24192.3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+Kc1vc2019/12/2421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2019/12/2422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。2019/12/24239.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2019/12/2424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2019/12/2425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2019/12/2426+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2019/12/2427+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一2019/12/2428uoR4VD1VD2R2R5VD3VD4R3usR1∞-++N1∞-++N2全波精密检波电路之一2019/12/2429高输入阻抗全波精密检波电路之三2019/12/2430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2019/12/2431uousUcRVRR∞-++Na)uousR2R3R1R6R4R5V1UcV2∞-++NUcb)UcOtusOtuoOtc)UcOtuoOtusOtd)开关式相敏检波电路2019/12/2432causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+–edbus2+uc+––相加式半波相敏检波电路2019/12/24-33-精密整流型相敏检波电路2019/12/2434•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ωcΩ，通常至少要求ωc10Ω。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ωc1000Hz。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。2019/12/2435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。2019/12/2436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2osccxmxmcxmcc11coscoscoscoscoscos22211cos[cos(2)cos(2)]24xmuutUttUtUttUtUttxmΩΩΩΩΩΩ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。2019/12/2437开关式全波相敏检波电路2019/12/2438开关式全波相敏检波电路2019/12/2439P89-90异或门鉴相电路2019/12/2440全波精密检波电路332RR2019/12/2441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