《测控电路》分析题

；
uo1
(1
R1 R0
)ui1
R1 R0
ui2
；
uo2
(1
R R
2 0
)ui
2
R2 R0
ui1
；
uo2
uo1
(1
R1 R2 R0
)(u i 2
ui1 )
；
K d12
(u o 2 (u i 2
uo1 ) ui1 )
1
R1 R2 R0
；
uo
=(uO2–uO1)R5
R/ K 3,,,, d
Q t (I I ) 此后，VIN 又开始对积分电容 CINT 充电，积分器 Vc 下降到
1
os
R
IN
零时，比较器 A2 跳变触发单稳定时器，产生一个脉宽为 tos 的脉冲，如此循环往
复开关 K 断开期间（T1 时段），充电的电荷量为 Q T I
2
1 IN
充电、放电的电荷量相等：Q1=Q2
即：t (I
R5
(1 R6 ) 1 3 1。效果与图 a 相同，实现了全波相敏检波。R1= R2= R3= R4=
R1 R4 R5
R3 3
R5= R6/2 是阻值必须满足的匹配关系。
24.叙述用相加式相敏检波电路对调幅信号进行解调的工作原理 P68-69
2
26.为什么在用相加式相敏检波电路鉴相时，常取参考信号的幅值等于调相信号的幅值？
uO ui max，uR 的作用是输入高电平是电容 C 放电复位。
36.积分复原型电压、频率转换电路由几部分组成，在图中用虚线框标出，并说明电路的 工作原理
积分复原型电压与频率转换电路。组成：1.积分器，2.电平检测器，3.积分复原开关 工作原理：若电容初始电压为 0，输入加上正向电压时电容被充电，电平检测是一个双限阈 值电平比较器，当积分电容充电到下限阈值电压时、电平检测器输出高电平使积分复原开关 导通、电容迅速放电，积分输出恢复上限阈值，复原开关重新截止，积分器再次积分。
的占空比均为 1：1，否则会带来误差。 32.简述开关电容滤波电路的工作原理
答：开关电容集成滤波器等效电路及其工作原理
两个 Mos 管的栅极分别由两个相位相反的时钟信号控制，时钟信号的周 期为 T，当时钟频率足够大时，两个 Mos 管交替导通，相当于一个单刀双掷开 关，将这样—个开关电容电路接在两个端口 A 和 B 之间，当时钟信号的前半周， 开关打向 A 端，V1 给电容 C 充电，C 中储存电荷量为：Ql＝CV1 ；当时钟信号 的后半周，开关打向 B 端，C 向 B 端负载放电，C 中电荷量变为：Q2＝CV2 这样在时钟信号的一个周期 T 内，c 中的电荷量的变化为：ΔQ=Q1-Q2=C（V1-V2）
当 Uo 为高电平时，时钟脉冲 Cp 才能通过门 DG2 进入计数器。这样进入计数器的脉冲数 N
与脉宽 B 成正比，也即与相位差 成正比。Uo 的下降沿来到时，发出锁存指令，将计数器
计的脉冲数 N 送入锁存器。延时片刻后将计数器清零。这样锁存器锁存的数 N 为在 Us 和
Uc 的一个周期内进入计数器的脉冲数，它反映 Us 和 Uc 的相位差 。 鉴相器的鉴相范围为 0-- ，它不能鉴别 Us 和 Uc 哪个相位超前。鉴相器要求 Us 和 Uc
uo ui2 ui1
1
R1 R2 R0
R5 R3
由图题设可得 uo = (uo2–uo1) R5 / R3 =3(uo2–uo1 ), uo1 = ui1 (1 + R1 /Rp)–ui2 R1/Rp=11ui1, uo2= ui2(1+R2/Rp)–ui1 R2/Rp=–10ui1, 即 uo=3（–10ui1–11ui1）=–63ui1，因此，电路的差模 增益为 63。电路的共模抑制能力将降低，因 N2 同相输入端接地，即 ui2=0，ui1 的共模电压无 法与 ui2 的共模电压相抵消。 9.试推导图 2-16a,b 所示电路 uo 的计算公式，并根据所推导的公式说明其特点。
当U cm =U sm ，上二式分别可简化为U1m
2U cm
cos 2
U 2 m 2U cm sin 2
这种鉴相器的特性要比 Ucm>>Usm 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。 25.为什么图 3-32 所示电路实现的是调频，而图 3-52 所示电路实现的是脉冲调宽，它们的关 键区别在哪里？
uo
(1 2R1 ) R 1 (
u 2) 4
1
21.试述图 3-13 所示全波线性检波电路工作原理，电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹
配关系，并说明其阻值关系。 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。us>0 时， VD1、VD4 导通，VD2、VD3 截止，N2 为跟随器,uo=us； us us<0 时，VD2、VD3 导通，VD1、VD4 截止，N1 为反相
脉冲数 N 反映 Us 和 Uc 的相位差 ，为了记录这一
值，需要将它送入锁存器。为了在下一周期比相时，
计的是下一周期 Us 和 Uc 的相位差 ，要在锁存后将
计数器清零，否则计数器计的是若干周期总共脉冲 数，而不是 Us 和 Uc 到来之间的脉冲数。但是只有 在锁存后才能将计数器清零，所以要延时片刻后才 将计数器清零。延时时间应大于锁存所需要的时间，但又应小于时钟脉冲周期，以免丢数。
放大器,取 R1=R4， uo us ，所以。为减小偏置电流
影响，取 R2=R1∥R4，R3=R5。 23.试述图 3-17 开关式全波相敏检波电路工作原理， 电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹配关系？并 说明其阻值关系。
V
R
D∞ -1
1
+
+N R
Hale Waihona Puke Baidu
1
2V
D
∞
-3
R
+
+ N2
3
3-
R
4
V
D2
R
uo
uo=–(1+R2/R1)uδ/ (4+2δ) 可见，同相输入电桥放大电路，其输出 uo 的计算公式与式（2-22） 相同，只是输出符号相反。其增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定， 但电桥电源一定要浮置，且输出电压 uo 与桥臂电阻的相对变化率δ是 非线性关系，只有当δ<< 1 时，uo 与δ才近似按线性变化。
5
37.电荷平衡型 V/f 频率转换电路的工作原理
模拟开关 K 断开时，输入电压 Vi 产生的电流 IIN＝Vi/RIN 对积分电容 C 充 电，积分器输出 Vc 下降，下降到零时，比较器 A2 跳变触发单稳定时器，使其 产生一个脉宽为 tos 的脉冲，此脉冲使开关 K 导通。恒流源 IR 使积分电容 C 放电 (或称反充电)，当 tos 结束时，开关 K 断开，放电停止，tos 期间放电的电荷量为：
在用于调相信号的解调时常取U cm =U sm 。作用在两个二极管 V1 和 V2 的电压分别为
U1= Uc+Us 和 U2 =Uc-Us（这里设 Us1= Us2= Us），
U1m (Ucm Usm cos)2 (Usm sin)2
U 2m (Ucm Usm cos)2 (Usm sin)2
图 3-32 中，在两个半周期是通过同一电阻通道 R+Rw 向电容 C 充电，两半周期充电时 间常数相同，从而输出占空比为 1: 1 的方波信号。当 R 或 C 改变时，振荡器的频率发生变 化，实现调频。图 3-52 中，在两个半周期通过不同的电阻通道向电容充电，两半周期充电 时间常数不同，从而输出信号的占空比也随两支充电回路的阻值而变化。图中 R1、R2 为差 动电阻传感器的两臂，R1+R2 为一常量，输出信号的频率不随被测量值变化，而它的占空比 随 R1、R2 的值变化，即输出信号的脉宽受被测信号调制。 27.在图 3-46c 所示数字式相位计中锁存器的作用是什么？为什么要将计数器清零，并延时 清零？延时时间应怎样选取？ 所示数字式相位计中计数器计的脉冲数是随时变化的，当 Uo 的下降沿来到时，计数器计的
电桥的 2,4 端引入电桥电源，电桥的 1,3 端分别解传感器输入的 17,18 脚，作为信 号的输入
10.图示电路是什么电路？图中 R1=R2 >>R 试述其工作原
理写出其输出表达式
是电桥放大电路。图中 R1=R2 >>R
ua
uo
R
R 2R1
R 2
R1 R1
u 2
uo
R
R 2R1
u 2
,,, ub
R2 1 R 2
R2
1 2
u u(1 )
(2 )
对于理想运算放大器 ua= ub，可得:
解联立方程得:
io
R4 R2 R7
(ui Ub )
6
40.图示为微机皮带秤的信号变送与转换电路，R01—R04 为电阻应变式称重传感器连接成 的电桥，已知：R02=R03=R04=R=200Ω,R01=R(1+δ), δ=0—0.08%，试：分析 AD693 的输入 信号输出信号的变化范围？
（在 14、15(P2)脚间跨接电阻，Vi，max＜30 mV，12 与 13 相连输出电流范围 4--20 mA）
所示电路可得电桥输出电压 u+（即运算放大器 N 的同相端输入电压）为：u+= uR/(2R+ ΔR)-uR/(2R)=–uΔR/(4R+2ΔR), 电路输出电压 uo=(1+R2/R1)u+, 所以 uo=–(1+R2/R1)uΔ R/(4R+2ΔR), 将传感器电阻的相对变化率δ=ΔR/R 代入，则得
通过开关动作和电容的充放电，使电荷量ΔQ 由 A 端传送 B，电路等效为一 个电阻 R，即滤波器中电阻可用 SC 电路来模拟。开关电容集成滤波器无需外接 决定滤波频率的电阻或电容，滤波频率仅出输入时钟频率。
33.压控电压源型滤波电路（低通、高通、带通）、无限增益多路反馈型滤波电路（低通、高 通、带通）。判别电路是什么电路？回求电路的通带放大倍数，会列出求输出、输入电压关 系的方程式
ui单独作用时 因 R3 RL 所以:
uN1
R3 R1 R3
ui
io单独作用时
: uN2
R1 R1 R3
io RL ;
uP1
R2 R2 R4
io (RL
R7 )
U
单独作用时
b
: (R4
RL
R7 )
有:
uP2
R4 R2 R4
Ub
对于运放N： uN uP uN1 uN 2 uP1 uP2
7.图 2-14 所示电路，N1、N2、N3 工作在理想状态，R1=R2=100k，R 0=10k，R3=R4=20k， R5=R6=60k，N2 同相输入端接地，试求电路的差模 增益？电路的共模抑制能力是否降低？为什么？
I R0
uo2 ui2 R2
ui1 uo1 R1
ui2 ui1 R0
5
uo us V
D4
1
3
图 b 中，取 R1= R2= R3= R4= R5= R6/2。在 Uc=1 的半周期，V1 导通、V2 截止，同相输入端被
接地，us 从反相输入端输入，放大倍数为 R6 R2 R3 1 。在 Uc=0 的半周期，V1 截
止 、 V2 导 通 ， 反 相 输 入 端 通 过 R3 接 地 ， us 从 同 相 输 入 端 输 入 ， 放 大 倍 数 为
3
28.图示电路是异或门鉴相电路？Us 和 Uc 为将调相信号与参考信号整形后形成占空比为 1：1 的方波信号，试述其工作原理，该鉴相电路存在那些问题。 答：将调相信号与参考信号整形后形成占空比为 1：1 的方波信号 Us 和 Uc，将它们送到异
或门 DG1，异或门输出 Uo 的脉宽 B 与 Us 和 Uc 的相位差 相对应。Uo 用作门控信号，只有
os
R
I ) T I 则：T1 tos
IN
1 IN
tos
IR I IN
；
整理得输出脉冲频率为： f
1
I IN
输出频率与输入电流成正比，
out T t
It
1
os
R os
当 tos 精度较高时，频率输出即可较严格地与输入电流成比。
38.图 6-24V/I 转换电路的工作原理
Ub---偏置电压，用于进行零位平衡。 在输出回路中，引入一个反馈电阻 R7，输出电流 Io 经反馈电阻 R7 得到一个反馈电压 Uf，经 电阻 R3、R4 加到运算放大器的两个输入端。
4
34.峰值运算电路、P142 图 5-25
答：峰值运算电路。设：uc 初始值为 0，当 ui＜0 时：uO =uc =0 保持不变； 当 ui ＞ 0 时： D1 截止 D2 导通 C 充电,输出： uO uC ui ，ui 增加到 uimax1 若 输入减小,当 ui ＜uimax1 时： D2 截止 D1 导通输出：uO uC ui max1,直到 ui ＞uimax1 时才会有：D1 截止 D2 导通 C 充电,输出： uO uC ui 输入输出关系为：