测控电路习题课原题

7 图P4-2所示的积分电路中， 若Ui为占空比1:1的方波 信号，其幅值为±2V，周期为20ms，试画出相应的Uo波 形图。设t=0时，Uo=0， R1=R2=10k，C=1F。
4 Uo /V 2 10 0 -2 t/ms 20 30 40
• 8 如果要将4～20mA的输入直流电流转换为 0～10V的输出直流电压，试设计其转换电 路。
R5’ … R
2’
u1’
R1’
+ ∞ + － Rf’
Δ
uo2
R F R1 R2 R3
uo1
Rn’
u2 u1
2
R1
+ ∞ + －
Rf
Rn
+
u5
R5 … R
Δ
－ +
∞
uo
Δ
vI5’
方法二：如图所示电路
R5 R4 R3 R2 R1 R1 R2 R3 Rf
vI4’
I3’
利用线性叠加原理，可以得到： v
vo (vI1')
复习课
显示 传感 器接 口电 路 电源与参 考信号 信号 传输
被 测 量
传 感 器
放大 滤波
ADC
微处理 器或微 控制器
DAC
模拟 指示
信号存储 与记录
键盘或其它 人机对话输 入
输出 控制
复习课
• 1.一种分析方法，虚短，虚断，电流结点和 为零（或者基尔霍夫定律），可以说是分 析整个测控电路的“万金油”。 • 2.对于放大电路来说，主要分析其输入输出 关系；即Ad=Vo/Vi; • 三种基本形式放大倍数，输入输出阻抗公 式，特点及应用场合； • 典型放大电路：自动调零，高输入阻抗， 高共模抑制比，隔离放大，可调增益等。
Sn
图6-25
V
• 10 一个6bit的D/A转换器，具有单向电流 输出，当Din=110100时，io=5mA，试求 Din =110011时的io值。
• 11 一个6bit逐次逼近式A/D转换器，分辨率为 0.05V，若模拟输入电压ui =2.2V，试求其数字 输出量的数值。 UR=(26-1)*0.05=3.15V
. (1) U i 的实际值是什么？和理想条件 ( Aod , rid ) 下的值比， 相对误差是多少？ .
Uo
(2)如果要求误差在0.1%以下，集成运放的 Aod 至少应该为多少？设 R1 , R2 不 变。 Rf
uI
R1
+
uo
R2
【例】理想运放电路如图所示，试求输出电压与输 入电压的关系式。
3 二阶无限增益多反馈环型带通滤波器如图P4-2所示。试推导该滤 波器的传输函数H(s)=Vo(s)/Vi(s)，并写出滤波器的特性参数Kp、 ω02、Q、B的计算公式。(B＝f0/Q)
H(s)=
-Y1Y2 (Y1 +Y2 +Y3 +Y5 )Y4 +Y3Y2
Yi = 1 / Ri或Yi = jωCi Ci s
uP u0 uc R2 RP R1 R3 ∞ + N RL VD + ub V uL EC
图7-1 PWM控制电路原理
• 到正半波比负半波窄的调制 方波(见图7-2b)。当时，锯齿 波过零的时间后移，结果在 输出端得到正半波比负半波 宽的调制方波(见图7-2c)。 • PWM信号加到主控电路的开 关管V的基极时，负载RL两 端电压uL的波形如图7-3所示。 显然，通过PWM控制改变开 关管在一个开关周期T内的导 通时间τ的长短，就可实现对 RL两端平均电压UL大小的控 制。
RF
uI1
uI2 uI3 uI4
R1
R2
+
uo
R3 R4
【例3】在实际应用电路中，为了提高反相输入比例运算电路 的输入电阻，常用图示电路的T型电阻网络代替一个反馈电 阻 RF ，设 R1 R2 R4 20K, R3 200 (1)求 Auf
PWM控制 概念，原理，V-W转换器（三角波，锯齿波） PWM功率转换电路（H桥式） 抗干扰技术 定义； 要素； 抑制。
1.请选择合适的运放、电源并设计一个同相放大器， 要求其增益为10倍，信号源内阻为100MΩ和信号幅值 为10 mV。
2.请选择合适的运放、电源并设计一个反相放大器， 要求其增益为100倍和由于运放开环增益有限所引起 的增益误差小于1％，信号源内阻为100KΩ和信号幅 值为10 mV。
选择题（20分） 简答题（50分） 设计题（30分） 实验电路也会考察
• 【例1】 在图(a)所示电路中，设电路的输 入波形如图(b)所示，且在t=0 时, uo=0。 （1）试在理想的情况下，画出输出电压的 波形。 （2）若R=15K ，运放的电源电压为15V , 画出在上述输入下的输出电压的波形。
PWM控制电路在双极式工作时不会发生电流断续现象。因为 四个大功率管分为两组，同一组中的两个晶体管同时导通、 同时关断，两组晶体管之间交替地轮流导通和截止，电流可 以反向，使得电枢电流始终是连续的。
复习：脉冲调制控制电路的工作原理，会画 出锯齿波脉宽调制波形图。
• 基本的脉宽调制控制电路包括电压脉宽转换器和开关式功率放大器两部 分，如图7-1所示。运算放大器N工作 在开环状态，实现把连续电压信号变 成脉冲电压信号。二极管VD在V关断 时为感性负载RL提供释放电感储能 形成续流回路。N的反相端输入三个 信号：一个是锯齿波或三角波调制信 号，其频率是主电路所需的开关调制 频率，一般为1～4kHz；另一个是控 制电压，其极性与大小随时可变；再 一个是负偏置电压，其作用是在时通 过Rp的调节使比较器的输出电压为 宽度相等的正负方波，如图7-2a所示。 当控制电压时，锯齿波过零的时间提 前，结果在输出端得
C 0.1 F
uI
R 100 K
+
R 100 K
uo
【例2】 反相输入比例运算放大电路如图（a）所示，已知集成运放的开环 增益 Aod 2000 ，输入电阻 rid 10K ，电阻 R f 100K, R1 10K, R2 R1 // R f， 问：
6 试画出一个能实现 加减混合运算电路。
Uo
1 Ui1 Ui2 Ui 5 1 Ui1 Ui2 U i5 的 5 5
m
m
u2 u1
…
R2
R1
+
－
Rf
Δ
∞ + uo
Rn
RF ui 1 ui 2 R1 R2 R3
－ +
∞
+ uo
Δ
u5’
u2’
vo (vI 2 ')
Rf R1 Rf
R2 Rf
vI1 '
vI 2 '
vI2’ vI1’ vI1 vI2 vI3 vI4
-
vo
vo (vI3')
vo (vI 4 ')
vo (vI5')
R3 Rf
R2 Rf
R1
vI3 '
vI 4 '
vI5 '
+
R1 R2 R3 R4 R5 5R f vI5
4 VCVS型高通滤波器的电路如图P4-3所示，试推导该滤波器的传 输函数H(s)并写出该滤波器的特性参数Kp、ω02、Q。
H(s)= K f Y1Y2 (Y1 +Y2 +Y3 +Y4 )Y5 +[Y1 +(1- K f )Y3 +Y4 ]Y2
5 设计一个有源二阶低通滤波，要求B＝75Hz，Kp＝8，希望通 带内的特性平坦。
R4
R5
R6
R2 // R3 // R4 // R5 // R6 vo (vI 1 ) (1 ) vI 1 R1 // R2 // R3 // R4 // R5 R1 R2 // R3 // R4 // R5 // R6 Rf R1 / / R3 / / R4 / / R5 / / R6 vo (vI 2 ) (1 ) vI R1 / / R2 / / R3 / / R4 / / R5 R2 R1 / / R3 / / R4 / / R5 / / R6 Rf R2 / / R1 / / R4 / / R5 / / R6 vo (vI 3 ) (1 ) vI R1 / / R2 / / R3 / / R4 / / R5 R3 R2 / / R1 / / R4 / / R5 / / R6 Rf R2 / / R3 / / R1 / / R5 / / R6 vo (vI 4 ) (1 ) vI R1 / / R2 / / R3 / / R4 / / R5 R4 R2 / / R3 / / R1 / / R5 / / R6 Rf R2 / / R3 / / R4 / / R1 / / R6 vo (vI 5 ) (1 ) vI R1 / / R2 / / R3 / / R4 / / R5 R5 R2 / / R3 / / R4 / / R1 / / R6
• 3.对于信号分离电路来说，主要有滤波电路 和信号调制解调电路，其中滤波电路主要 学习模拟式滤波器，包括压控电压源型的 二阶有源滤波电路，无限增益多路反馈型 滤波电路。主要会计算其特征参数，公式 法或者虚短，虚断，电流结点和为零。公 式法设计滤波器。 • 调制解调：调幅式测量电路，包络检波电 路，相敏检波电路（鉴相鉴频）
R3 R2
∞
R4 R1 图6-5 + + N uo
Ub
uBiblioteka Baidu i
• 9 图6-25所示为加权电阻网络D/A转换器， 若取n=8，UR=10V， R=2R1， 试求 Din=00110011时的值。
I1 R
d1 d2 d3 … dn UR R1 S1 S2 S3 In I2 I3 2R 4R … 2n-1R Io A + + N uo ∞
+ VD1 ED
ua, ia
E ua
M
ia + C E
ub
V VD2
Ua ED ia
τ
T
t
图7-8 简单不可逆PWM控制电路及其波形
a）电路原理图 b）电流和电压波形
• 8-1、何谓电磁兼容性?形成电磁干扰的要素有哪 些?如何提高电子设备的抗干扰性能?
• 电磁兼容性 – 装置或系统在其设置的预定场所投入实际运行时，既不受周 围电磁环境的影响，又不影响周围的环境，也不发生性能恶 化和误动作，而能按设计要求正常工作的能力。 • 形成电磁干扰的要素 – 向外发送干扰的源－－噪声源。 – 传播电磁干扰的途径－－噪声的耦合和辐射。 – 承受电磁干扰的客体－－受扰设备。 • 主要措施：屏蔽、接地、隔离、合理布线、灭弧、净化、滤波 和采用专门电路与器件等。
• • • • • • •
信号运算电路 加减混合运算电路，分析及设计； 积分微分电路特点及原理； PID调节电路，概念及其各自作用； 特征值运算电路：绝对值运算电路。 信号转换电路 电压比较电路；U/I电流转换电路特点及设 计，A/D转换电路（输入输出关系，逐次逼 近式A/D转换电路）
• • • • • • •
图7-3 PWM控制负载的波形图
简单不可逆PWM控制电路工作原理及特点，会不 会发生电流断续现象。教材图7-8。
• 功率开关V的基极由脉宽可调的脉冲电压ub驱动。在一个 周期内，当0≤t < τ时， ub为正，V饱和导通，电源电压E 加到电动机电枢两端。当τ≤t <T时， ub为负，V截止，电 动机电枢失去电源并经二极管VD1续流。 • 电动机的电枢电流是不能反向流动的，即无制动工作状态， 一般仅适用于快速性要求不高的场合。而且，这种电路在 轻载(或空载)情况下会出现电枢电流断续的现象。
7-1简述典型PWM电路的基本结构。
典型的PWM控制电路主要有模拟式PWM控制电路和数字式 PWM控制电路。 模拟式PWM控制电路主要由脉冲频率发生器和电压比较器构成， 脉冲频率发生器一般用锯齿波发生器或三角波发生器。 数字式PWM控制电路主要由计数器和数字比较器或由定时电路 和触发器构成。
7-2 PWM控制电路在双极式工作时会不会发生电流断 续现象？为什么？
uP
uP
uP
O
uP+uc+u0 O
O t uP+uc+u0
t O
t
O
t
uP+uc+u0 t O t
ub O τ T a) 图7-2 t
ub O τ T t
ub O τ T t
b)
锯齿波脉宽调制波形图
a) uc=0 b) uc>0 c) uc<0
c)
uL E UL O uL E UL O τ T T+τ 2T t τ T T+τ 2T t
R1 R2 R3 R4 R5 R6 25R f
取系数为1/5即可。
Rf
1 vo [vo (vI 1 ) vo (vI 2 ) vo (vI 3 ) vo (vI 4 ) vo (vI 5 )] 5 1 [vo (vI 1 ') vo (vI 2 ') vo (vI 3 ')vo (vI 4 ') vo (vI 5 ')] 5