测控电路2009A试题及答案

河北工程大学 2008 ~ 2009 学年第 二 学期期 考试试卷 （ A ）卷
一、简答题（50分）
1、影响测控电路精度的主要因素有哪些？（8分）
2、什么是隔离放大电路？画图并简述光电耦合隔离放大电路的基本工作原理。

（10分）
3、什么是电磁兼容性，抑制电磁干扰的措施有哪些。

（6分）
4、如图所示电路为何种类型的二阶滤波电路？如果想构成二阶高通滤波电路，Y1~Y5的RC 元件该如何选取？写出该二阶高通滤波电路的传递函数。

（10分）
5、相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与电路构成上主要有哪些区别？（6分）
t )
6、试述在S/H 电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三种主要元器件的选择有什么要求。

(6)
7、简述A/D 转换器的分辨率和转换时间两个性能指标的概念。

（4分）
二、计算题（38分）
1、如图所示电路为何种放大电路？写出输出电压u o 与输入电压u i1、u i2之间的关系式。

（10分）
2、试述下图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。

(10分)
u i1 u i2 u o1 u o2 R 1100k Ω
R 0 10k Ω R 2 100k Ω R 3 20k Ω R 4 20k Ω R 6 100k Ω u o R 5 100k Ω ∞
+ - +
N 1 I R
∞
-
+ + N 2 ∞ - + + N 3
3、下图所示的积分电路中， 若U i 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U o 波形图。

设t=0时，U o =0， R1=R2=10k Ω，C T =1μF 。

（10分）
4、如果要求一个D/A 转换器能分辨5mV 的电压，设其满量程电压为10V ，试问其输入端数字量要多少数字位。

（8分）
三、综合题（12分）
下图所示电路是什么电路？试述其工作原理（画出波形图和输出特形图），它的工作范围多大，精度受什么因素影响？
C P
U
s
计 数器 锁存器 延时
时钟脉冲
D G2
U o
锁存指令
清零 U c D G1
= 1
&
N
河北工程大学2008 ~ 2009 学年第二学期期考试试卷（A ）卷题号一二三四五六七八九十总分评分
评卷教师
一、简答题（50分）
1、影响测控电路精度的主要因素有哪些？（8分）
影响测控电路精度的主要因素有：
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。

2、什么是隔离放大电路？画图并简述光电耦合隔离放大电路的基本工作原理。

（10分）
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。

它将输入被测信号放大或调制，并由光耦合器VLC中的发光二极管装换成光信号，再通过光耦合器中的光电器件（如光敏二极管、光敏晶体管等）变换成电压或电流信号，最后由输出放大器放大输出。

3、什么是电磁兼容性，抑制电磁干扰的措施有哪些。

（6分）
简称EMC，装置或系统在其设置的预定场所投入实际运行时，既不受用围电磁环境的影响，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。

1、抑制噪声源，直接消除干扰原因；
2、消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合和辐射；
3、加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其对噪声的敏感度。

4、如图所示电路为何种类型的二阶滤波电路？如果想构成二阶高通滤波电路，Y1~Y5的RC 元件该如何选取？写出该二阶高通滤波电路的传递函数。

（10分）
无限增益多路反馈型滤波电路 Y1、Y2、Y3为电容C1、C2、C3
Y4、Y5为电阻R2、R1 传递函数为：
3
2211
32232131)(2C C R R s C C R C C C s s
C C s H +
+++
-=
5、相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与电路构成上主要有哪些区别？（6分）
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。

6、试述在S/H 电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三种主要元器件的选择有什么要求。

(6)
选择要求如下：
模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。

存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。

运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器；输入运放还应具有大的输出电流。

7、简述A/D 转换器的分辨率和转换时间两个性能指标的概念。

（4分）
分辨率指能分辨的输入模拟电压的最小变化量，常以输出二进制位数或BCD 码位数表示。

转换时间是指完成一次从模拟量到数字量的转换所需的时间。

二、计算题（38分）
1、如图所示电路为何种放大电路？写出输出电压u o 与输入电压u i1、u i2之间的关系式。

（10分）
高共模抑制比放大电路
1
210112202R u u R u u R u u I i i i i R -=
-=-=
12102
2020221201
101011011110111i i i i i i i i u u u R R u R R u u u u R R u R R u -=-⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=-=-⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=
()()
010201020235646013510551u u u u u R R R R R u R R u o -=-=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+++-
=
t )
2、试述下图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。

(10分)在U c =1的半周期，V 1导通、V 2截止，同相输入端被接地，u s 从反相输入端输入，放大倍数：
()623
1R
R R -+=-
在U c =0的半周期，V 1截止、V 2导通，反相输入端通过R 3接地，
u s
从同相输入端输入，放大倍数为
5614531
(1)313
R R R R R R +=⋅=++ 。

取R 1= R 2= R 3= R 4= R 5= R 6/2。

3、下图所示的积分电路中， 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 Ω，C=1μF 。

（10分）
ms
C R dt
u C R u R R T t
i
T
i 101u 10
1120==-
-=⎰τ
4、如果要求一个D/A 转换器能分辨5mV 的电压，设其满量程电压为10V ，试问其输入端数字量要多少数字位。

（8分）
当满量程电压为U F =10V 时，有：
取n =11，即输入端数字量要11位。

三、综合题（12分）
,mV 52F
=n
U 2000
2=n
下图所示电路是什么电路？试述其工作原理（画出波形图），它的工作范围多大，精度受什么因素影响？
图为异或门鉴相电路。

工作原理如下：
将调相信号和参考信号整形后形成
占空比为1：1的方波信号Us 和Uc ，将它们送异或门DG1，异或门输出U0的脉宽B 与Us 和Uc 的相位差φ相对应。

用U 0做门控信号，当U 0为高电平
时，时钟脉冲CP 才能通过与门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φ成正
比。

当U 0的下跳沿来到时，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
中的数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。

波形图和输出特性图如下：
该电路在0~π 范围内输出特性具有线性关系，但不能鉴别Us 和Uc 哪个相位超前。

故其鉴相范围为0~π。

要求Us 和Uc 的占空比均为1：1，否则会带来误差。

C P U s 计
数
器 锁存器 延时 时钟脉冲
D G2
U o
锁存指令
清
零
U c D G1
= 1 & N 图3。