天大测控电路试卷答案

1试题五答案一、图1是斩波稳零集成运算放大器。图中N１为主放大器，N２为调零放大器，A１、A２分别为N１、N２的侧向输入端，Sa1、Sa2和Sb1、Sb2为模拟开关，由内部或外部时钟驱动。当时钟为高电平时，为误差检测和寄存阶段，模拟开关Sa1、Sa2闭合，Sb1、Sb2断开，N2两输入端被短接，只有输入失调电压U0s２和共模信号Uc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2o'2c2c2s022oUKUKUKU所以c'22c2s0'22c'22c2s0'22o11UKKUKKUKKUKKU式中K２——运算放大器N２的开环放大倍数；Kc２——运算放大器N２的开环共模放大倍数；K2＇——运算放大器N２的侧向端A２输入时的放大倍数（K2＇1）。也即C２两端电压UC２＝Uo2≈（K２U0s２+Kc２Uc）/K2＇。另半周，时钟为低电平时，为校零和放大阶段，模拟开关Sa1、Sa2断开，Sb1、Sb2闭合，输入信号Ui同时作用到N１、N２的输入端。N２除输入Ui、U0s２和Uc外，在侧向端A２还作用着UC２，所以，此时N２的输出为)()(2s0i22C'2cc22s0i22oUUKUKUKUUKUi2'2c2c2s02'2c2c)(UKKUKUKKUK由此可见，N２的失调电压U0s２和共模电压Uc在时钟的另半周期全部被消除，达到稳零目的。N２的输出Uo２通过开关Sb2由电容C１寄存，同时还输至N１的侧向输入端A１进行放大，此时主放大器N１的输出Uo为2o'1c1c1s0i1o)(UKUKUUKU式中K１、Kc１——分别为运算放大器N１的开环放大倍数和开环共模放大倍数；U0s1——运算放大器N１的输入失调电压；K1＇——运算放大器N１由侧向端A１输入时的放大倍数。将Uo２＝K２Ui代入上式，则得cc11s01i2'11o)(UKUKUKKKU上式中的（K１+K1＇K２）为整个放大器的开环放大倍数，一般设计中可使K1＇2≈K１，K２1，所以该放大器开环放大倍数近似为K１K２，电路增益大为提高，可达140～160dB。上式中的（K１U0s１+Kc１Uc）为输入失调电压和共模信号产生的误差项，其中失调电压K１U0s１误差项可等效为输入失调电压U0s21s021s02'111s010s1KUKUKKKUKU由上式可见，整个集成运算放大器的失调电压为U0s，相当于把N１的输入失调电压U0s１缩小至1/K２，K２约100dB，则U0s可小于1μV。共模信号误差项Kc１Uc相当于输入端的共模误差电压Uc′，即CMRRUCMRRKUKKUKKKKUKU'c12c21c1c211c1cc所以12CMRRKCMRR因此整个集成运算放大器的共模抑制比CMRR比N１的共模抑制比CMRR１提高了K2倍。内部的箝位电路是用来防止因强干扰而使输入阻塞。内部调制补偿电路是使放大电路具有较宽的频响特性。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。3三、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20smcccsmo2cos)d(cos)cos(21UtttUu即输出信号随相位差的余弦而变化，这就是相敏检波电路的鉴相特性。在用于调幅信号的解调时，要求参考信号uc的幅值cmU远大于调幅信号us的幅值smU，使开关器件的通断完全由参考信号决定；而在用于调相信号的解调时常取cmU=smU。在相加型相敏检波电路中，作用在两个二极管VD1和VD2的电压分别为U1=Uc+Us和U2=Uc-Us（这里设Us1=Us2=Us），如图所示2sm2smcmm1)sin()cos(UUUU2sm2smcmm2)sin()cos(UUUU当cmU=smU，上二式分别可简化为2cos2cmm1UU，2sin2cmm2UU先讨论0的情形，输出电压)24sin(22)2sin2(cos2)(cmcmm2m1okUkUUUku这里k是半波（或全波）整流器的整流系数。这种鉴相器的特性要比UcmUsm时要好，因为正弦函数的自变量变化范围减小了一半。因此，在用作鉴相器时，常取Ucm=Usm。当0时，与0相同。Us-UsU1UcU2Ψ1Ψ2φ-ππ2_π2π0Ψuo2cos2sin4四、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)j(H是一个复函数，它的幅值)j()(HA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)j(H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)j(arct)(gH二阶模拟滤波器传递函数的一般表达式为2122120)(asasbsbsbsH滤波器的通频带，即它具有低通、高通、带通、带阻特性由传递函数的分子中的参数决定。若010bb，为低通滤波器。若021bb，为高通滤波器。若020bb，为带通滤波器。若01b，并且202abb则为带阻滤波器。传递函数分母中，202a，01a，其中0为滤波器的固有频率，为滤波器的阻尼系数。-101-40-20020α=2.5α=1.67α=1.25α=0.8α=0.5α=0.33α=0.2α=0.1lg(ω/ω0)-60520lgA/dBlg(ω/ω0)-20020α=0.1α=0.2α=0.33α=0.5α=0.8α=1.25α=1.67α=2.5-101-4020lgA/dBlg(ω/ω0)-101-60-40-20Q=0.5Q=1Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=10006五、图5为双重积分运算电路。图中RIsCIIsCIU3312122RIIRIsCIU2253432式中s——拉氏变换的变量符号。由此可得)21(31sRCII)1(2)(331isRCRIRIIUsRCII2135，sRCsCIsCIsCIU112353o所以222oCRsUUi，即2i22o)d)((1)(ttUCRtU六、图6-32为2位并行比较式A/D转换器。当Ui﹥UR/2时，N2输出“1”电平，d1=1；当Ui﹥3UR/4时，N3输出“1”电平，d0=1；当UR/2﹥Ui﹥UR/4时，N2输出“0”，N1输出“1”，d0=1。01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(ω/ω0)-40-6020lgA/dB0-1