2003年北京化工大学专业研究生复试试题
《电路与系统》、《信号与信息处理》
姓名 考号 成绩
一、（8分）已知一个因果线性时不变离散系统的差分方程为 )1(4
1)1(21)()(-+-+=n y n x n x n y （a ）求H(z)；（b ）求h(n)；（c ）求系统的幅频特性的表达)(ωj e H 式；
（d ）画出该直接II 型结构。
二、（12分）
。
）圆周卷积（）线性卷积（计算：
、已知6),()()(2);
()()(1),3()1()(2)(121=?=*=-+-+=N n x n x n y n x n x n y n n n n x δδδ2、序列的N 点相当于在单位圆上从开始，对序列的变换
)(n x DFT 1=z Z 进行N 点等间隔采样的结果。若想在半径为的圆上对变换采)(z X r Z 样，如何调整，才能使它的DFT 相当于是在期望的半径上对)(n x )(z X 采样？
三、（8分）请用3线-8线译码器和门电路实现下列逻辑函数，画出逻辑图
F （A ，B ，C ）= AB + AC
F （A ，B ，C ）= BC
四、（12分）请使用若干二-十进制同步计数器74LS160和辅助门电路，设计一
个最大计数范围在000至999的十进制计数器，要求可以通过跳线开关任意设定修改计数值，例如改为000至678计数。画出连线图。
74LS160的功能表和输出表达式如下：
二—十进制同步计数器74LS160功能表
计数输出CO=Q3*Q2*Q1*Q0*CTt
五、（10分）有一个水池，设有三个水位开关，从高到低分别为A 、B 和C
。水
位低于开关时，输出高电平，反之亦反。有大小两个电机为水池灌水，相
1 请给出3种家用电器中的传感器及其功能。 洗衣机：水位传感器 冰箱：温度传感器 彩电：亮度传感器 热水器：温度传感器 空调：温度传感器 2 请给出智能手机中用到的测试传感器。 重力传感器、三维陀螺仪、GPS 、温度传感器、亮度传感器、摄像头等。 3 系统地提出（或介绍）你了解的（或设想的）与工程测试相关的某一（小）问题。考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。（注意：本题的给出的答案将于课程最后的综合作业相关联，即通过本课程的学习，给出详细具体可行的解决方案） 第二章 普通作业1 请写出信号的类型 1) 简单周期信号 2) 复杂周期信号 3) 瞬态信号 准周期信号 4) 平稳噪声信号 5) 非平稳噪声信号 第二章 信号分析基础 测试题 1. 设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋fo ）。 A . B. C. D. 2. 周期信号截断后的频谱必是（A ）的。 A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 3. 不能用确定的数学公式表达的信号是 (D) 信号。 A 复杂周期 B 非周期 C 瞬态 D 随机 4. 信号的时域描述与频域描述通过 (C) 来建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 5. 以下 (B) 的频谱为连续频谱。 A 周期矩形脉冲 B 矩形窗函数 C 正弦函数 D 周期方波 6. 单位脉冲函数的采样特性表达式为（A ） 。 A )(d )()(00t x t t t t x =-?∞ ∞-δ B )()(*)(00t t x t t t x -=-δ C )()(*)(t x t t x =δ D 1)(?t δ 思考题 1) 从下面的信号波形图中读出其主要参数。
第7章信号的运算和处理 自测题 一、现有电路： A.反相比例运算电路 B.同相比例运算电路 C.积分运算电路 D.微分运算电路 E.加法运算电路 F.乘方运算电路 选择一个合适的答案填入空内。 (1)欲将正弦波电压移相＋90o，应选用( C )。 (2)欲将正弦波电压转换成二倍频电压，应选用( F )。 (3)欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用( E )。 (4)欲实现A u=?100 的放大电路，应选用( A )。 (5)欲将方波电压转换成三角波电压，应选用( C )。 (6)欲将方波电压转换成尖顶波波电压，应选用( D )。 二、填空： (1)为了避免50H z电网电压的干扰进入放大器，应选用( 带阻 )滤波电路。 (2)已知输入信号的频率为10kH z~12kH z，为了防止干扰信号的混入，应选用( 带通 )滤波电路 (3)为了获得输入电压中的低频信号，应选用( 低通 )滤波电路。 (4)为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，应选用( 有源 )滤波电路。 三、已知图T7.3所示各电路中的集成运放均为理想运放，模拟乘法器的乘积系数k大于零。试分别求解各电路的运算关系。 (a)
(b) 图T7.3 解：图(a)所示电路为求和运算电路，图(b)所示电路为开方运算电路。它们的运算表达式分别为： (a) 124 13121234 ( )(1)//f I I O f I R u u R u R u R R R R R R =-+++??+ 11 O O u u dt RC =- ? (b) '2 3322144 O I O O R R R u u u ku R R R =- ?=-?=-? 24 13 O I R R u u kR R = ?
图1 电子秤平剖图 1 台面壳体２均压框架３电阻应变片４弹性体 ５补偿电阻６可调支撑脚７底 座 如图１所示，底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接，均压框架用螺钉与壳体相联。 弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。研究结果表明，双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确，而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。由于采用陶材料设计制作弹性梁，其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择，而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。为此，进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等，并用计算机进行了有限元分析。经模拟验证分析，选用图1a所示的双孔梁结构形式。该梁的应力分布均匀对称，其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。 根据图1a所示的结构形式： ε＝M／W．E （1） 式中：ε为应变量；M为弯矩；W为抗弯模数；E为弹性模量。 对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥，其输出电压V 0和桥压V i 有如下关 系： V 0＝G F ．ε．V i （2） 式中：G F 为应变电阻的应变系数。将式（1）代入式（2），可得： V 0＝G F ．M．V i ／W．E （3） 对于矩形截面， W＝1／6b．h2 式中：b为弹性体承载面宽度；h为弹性体承载梁厚度。 由A—A剖面分析，负荷F必须由一对剪力F／2与之平衡。若取一应变电阻进行分析，F／2对应变电阻中心点的弯距为M ： M ＝F（L／2－X）／2 （4） 以式（4）代入式（3），可得： V 0＝3F（L／2－X）G F ．V i ／b．h2．E （5） 由式（5）可见，双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形，而且灵敏度高。
第七章信号检测与处理电路一、教学要求 知识点 教学要求 学时掌握理解了解 信号检测系统的基本组成√ 检测系统中的放大电路 测量放大器的电路结构和工作 原理 √ 隔离放大器的电路结构和工作 原理 √ 有源滤波 器 滤波器的基础知识√ 低通、高通有源滤波器特性和 分析方法 √ √ 带通、带阻有源滤波器电路结 构与特性 √ 电压比较器的特性和分析方法√ 二、重点和难点 本章的重点和难点 本章的重点是：测量放大器的电路结构和工作原理、滤波器的基础知识、低通和高通有源滤波器特性和 分析方法、电压比较器的特性和分析方法。本章的难点是：二阶有源滤波器、迟滞比较器的电路分析。 三、教学内容 7.1 信号检测系统的基本组成 一般信号检测系统的前向通道主要包含传感器、放大器、滤波器、采样保持器和模数转换器等电路模块。 将被测物理量转换成相应的电信号的部件称为传感器。传感器输出的电信号一般都比较微弱，通常需要利用放大电路将信号放大。然而，与被测信号同时存在的还会有不同程度的噪声和干扰信号，有时被测信号可能会被淹没在噪声及干扰信号之中，很难能分清哪些是有用信号，哪些是干扰和噪声。因此，为了提取出有用的信号，而去掉无用的噪声或干扰信号，就必须对信号进行处理。 在信号处理电路中，应根据实际情况选用合理的电路。例如，当传感器的工作环境恶劣，输出信号中的有用信号微弱、共模干扰信号很大，而传感器的输出阻抗又很高，这时应采用具有高输入阻抗、高共模抑制比、高精度、低漂移、低噪声的测量放大器；当传感器工作在高电压、强电磁场干扰等场所时，还必须将检测、控制系统与主回路实现电气上的隔离，这时应采用隔离放大器；对于那些窜入被测信号中的差模干扰和噪声信号，通常需要根据信号的频率范围选择合理的滤波器来滤除。 另外，在信号检测系统中，有时还需要对某些被测模拟信号的大小先做
第1章 传感器与检测技术基础 1.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至 2.5V ，求该仪器的灵敏度。 解：该仪器的灵敏度为 25 .40.55.35.2-=--=S V/mm 2.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω 放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度； (2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。 解： （1）测温系统的总灵敏度为 18.02.010002.045.0=???=S cm/℃ （2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为 22.2218 .04==t ℃ 6.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理? 解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器。 10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。 答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、 R 3、R 4。U 为电桥的直流电源电压。当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’(R ≠R ’)时，称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ，R 2=R 3 =R ’(R ≠R ’)时，称为电源对称电桥。 D 直流电桥电路 当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥
信号处理电子电路图全集 一．波形发生器电路图 交流驱动电路实现的基本要求是要在选通像素点两端施加交变脉冲信号，而在非选通端加零偏压或负偏压。为了增加电路应用的灵活性，并且为研究OLED的驱动信号变化对于其性能的影响提供方便，要求交流驱动电路的相位和占空比可调。为此，本文设计了一个可以灵活控制的波形信号发生器，其结构为图1所示的一个由双D型触发器构成的振荡器。该振荡器的起振、停止可以控制，输出波形的相位和占空比也可以调节，其工作波形如图2所示。 二．红外接收头的构造 红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，因而电路比较复杂，体积却很小，还不及一个7805体积大！ SFH506-38与RPM-638是一种特殊的红外接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。 它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红外信号的理想装置。 · [图文] T形R-2R电阻网络D/A转换电路
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第7章 模拟信号运算电路 1、（10分）写出下面电路中o1U 、o2U 及o U 与输入电压i1U 、i2U 、i3U 的关系式。 o U R U U 3 R U 解：⑴ A1：反相输入求和电路；A2：电压跟随器；A3：差分输入求和电路。（3分） ⑵ 22 31131I I O u R R u R R u ?-?- =………………(2分) 32I O u u =………………(2分) ()35 6252631516312563I I I O O O u R R u R R R R u R R R R u u R R u ?+?+?=-?= ………………(3分) 2、（10分）理想运放组成的电路如下图所示，试分别指出A1、A2和A3各构成什么基本电路，并写出O1 u 、O2u 和O u 与输入信号I1u 和I2u 的关系式。 O u 解：⑴ A1：同相输入比例电路；A2：求和电路；A3：电压跟随器电路。
3 311167212 465 6712 4615 211()()O I O O I I I O O R u u R R R u u u R R R R R R u u R R R R u u =+ =-+ =+-+= 3、（15分）如下图所示，设所有运放为理想器件。其中Ω=k 41R ，Ω==k 652R R ， 7324k R R ==Ω，89101110k R R R R ====Ω，Ω=k 10012R ，μF 1=C 。V 6.0i1=U ，V 4.0i2=U ，V 1i3-=U 。 ⑴ 写出o1U 、o2U 及o3U 与输入电压i1U 、i2U 、i3U 的关系式；（9分） ⑵ 设电容的初始电压值为2V ，求使输出电压V 6o -=U 所需要的时间t 。（6分） o R U U R U 解：⑴ 电压表达式 V V U R R U R R U i i o 2.54.06246.04242231131-=??? ???+?-=??? ? ???+?-=（反相输入求和电路） V V U R R U i o 51624113572 -=-???? ??+=????? ? ?+=（同相比例电路） ()()V V U U R R U o o o 2.052.510 1021810 3=+--=-- =（差分比例电路） ⑵ 积分时间 333601212102002010010110.()()t o o o t U U U d U U t V R C R C ττ-?? =-+=-?+=-- ?????? ? ()22t V =-- 令()226o U t V V =--=-，得出所需要的积分时间为：
信号点灯电路常见故障及其检测处理方法 信号机是铁路信号设备的重要组成部分之一，在运输生产工作中，它起着指挥列车和车列运行的重要作用，在铁路运输系统中，它为提高区间和车站通过能力及编解效率提供了强有力的安全保障。随着铁路扩大内涵再生产的不断深入，铁路信号设备也在随其发生着巨大的变化。根据地区发展和站场的实际情况，所设置的信号机类型也大不相同，因此，在控制信号机显示状态的点灯电路中所接入的条件也不相同。用来提供不同的显示，以满足和适应不同地区的各种需要。信号机按用途分为进站、出站、通过、进路、预告、遮断、驼峰、驼峰辅助、复示、调车十种。本论文中将主要介绍一种信号机点灯电路－－进站信号机点灯电路。 一、信号点灯电路的安全措施 信号点灯电路采用了双重系统，具有主灯丝断丝后，自动转换副丝的功能，又有较完善的故障自诊功能，点灯电路出现故障可以从控制台上的信号复示器点亮的状态以及电铃响铃报警得到发现。另外，信号点灯电路要保证断线时灭灯，允许灯光灯要使信号显示降级使用。如绿灯或黄灯灯灭要自动改点红灯。禁止灯光灭灯时要禁止信号机再开放。因此，在每一个信号灯泡上都串联一个灯丝继电器，用以监督灯泡的完整性。由于禁止灯光信号和允许灯光不能同时点亮，因此，并非每一个灯泡都需要一个灯丝继电器，而是根据每架信号机同时能点亮几个灯泡，就设置几个灯丝继电器。这样既能监督灯泡的完整性又能节省材料。 如果信号灯因混线点亮了平时不该点亮的灯光，将会给行车带来严重的危害，为此必须采取防护措施。在信号点灯电路中采取了两种故障－－安全方法。一是位置法，另一种是双极折断法。位置法是将控制条件加在电源负载（即灯泡、变压器）之间，双极折断法是将控制条件加在正、负电源上。这样一处混电不能使灯光出现错误及升级显示。即满足了故
1 请给出 3 种家用电器中的传感器及其功能。 洗衣机：水位传感器冰箱：温度传感器彩电：亮度传感器热水器：温度传感器空调：温度传感器 2 请给出智能手机中用到的测试传感器。 重力传感器、三维陀螺仪、 GPS 、温度传感器、亮度传感器、摄像头等。 3 系统地提出（或介绍）你了解的（或设想的）与工程测试相关的某一（小）问题。考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。（注意：本题的给出的答案 将于课程最后的综合作业相关联，即通过本课程的学习，给出详细具体可行的解决方案） 第二章普通作业1 请写出信号的类型 1) 简单周期信号 2) 复杂周期信号 3) 瞬态信号 准周期信号
4) 平稳噪声信号 5) 非平稳噪声信号 第二章信号分析基础测试题 1. 设时域信号 x(t) 的频谱为 X(f) ，则时域信号（ C ）的频谱为 X(f ＋ fo ）。 A . B. C. D. 2. 周期信号截断后的频谱必是（ A ）的。 A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 3. 不能用确定的数学公式表达的信号是 (D) 信号。 A 复杂周期 B 非周期 C 瞬态 D 随机 4. 信号的时域描述与频域描述通过 (C) 来建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 5. 以下 (B) 的频谱为连续频谱。 A 周期矩形脉冲 B 矩形窗函数 C 正弦函数 D 周期方波 6. 单位脉冲函数的采样特性表达式为（ A ）。 A B C D 2.6 思考题 1) 从下面的信号波形图中读出其主要参数。
解答提示：峰值9.5V，负峰值-9.5V，双峰值19V，均值0V。周期=0.06/3.5S 2) 绘出信号的时域波形 解答提示： 3) 为什麽能用自相关分析消去周期信号中的白噪声信号干扰。如何在噪声背景下提取信号中的周期信息，简述其原理？ 解答提示：根据自相关函数的性质：周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息；随机噪声信号的自相关函数将随 t 的增大快速衰减。原始信号做自相关后噪声部分快速衰减，而周期信号部分保留。 4) 简述相关测速、相关测距的原理？ 解答提示：利用两个传感器，做互相关分析。互相关曲线上的最大点表明了两个传感器测量信号之间的时间延迟，已知两个传感器之间的距离则可以算出信号的传播速度(例如声音)；已知信号的传播速度(例如超声波)，则可以测出距离。
信号的运算及处理电路 基本要求 · 正确理解：有源滤波电路 · 熟练掌握：比例、求和、积分运算电路；虚短和虚断概念 · 一般了解：其它运算电路 难点重点 1．“虚断”和“虚短”概念 如果为了简化包含有运算放大器的电子电路，总是假设运算放大器是理想的，这样就有“虚短”和“虚断”概念。 “虚短”是指在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。 “虚断”是指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大，就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路，称为“虚断”。 2．集成运算放大器线性应用电路 集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路，它实现线性应用的必要条件是引入深度负反馈。此时，运放本身工作在线性区，两输入端的电压与输出电压成线性关系，各种基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。 在分析由运放构成的各种基本运算电路时，一定要抓住不同的输入方式（同相或反相）和负反馈这两个基本点。 3．有源滤波电路 有源滤波电路仍属于运放的线性应用电路。滤波功能由RC 网络完成，运放构成比例运算电路用以提供增益和提高带负载能力。与无源滤波电路相比有以下优点： （1）负载不是直接和RC 网络相连，而是通过高输入阻抗和低输出阻抗的运放来连接，从而使滤波性能不受负载的影响； （2）电路不仅具有滤波功能，而且能起放大作用。 8.1基本运算电路 一、比例运算电路 1.反相比例运算电路（反相输入方式） 保密
（1）闭环电压放大倍数 Ａvf=Ｖo/Ｖi=-Ｒ2/Ｒ1 （2）当Ｒ2=Ｒ1时，闭环电压放大倍数为-1，此时的运算放大电路称为反相器。 （3）由于“虚短”，且同相输入端接地，所以此种组态电路具有虚地特性，即反相输入端近似地电位。 （4）输入电阻小。 2.同相比例运算电路（同相输入方式） （1）闭环电压放大倍数 Ａvf=Ｖo/Ｖi=（Ｒ2+Ｒ1）/Ｒ1=１＋Ｒ2/Ｒ1 （2）当Ｒ1开路时，Ｖo=Ｖi ，此时的运算放大电路称为电压跟随器。 （3）由于“虚短”，且反相输入端信号为 （Ｖo*Ｒ1）/（Ｒ2+Ｒ1）不为0，所以同相输入端信号等于 （Ｖo*Ｒ1）/（Ｒ2+Ｒ1）也不为0。即同相电路组态引入共模信号。 （4）输入电阻较大。 二、加、减运算电路 加、减运算电路均有反相输入和同相输入两种输入方式。对于此种电路的计算一般采用叠加定理。 1.加法电路 Ｖo=-（Ｖ1/Ｒ1+Ｖ2/Ｒ2）．Ｒf 若将Ｖ2经一级反相器接至加法器输入端，则可实现减法运算： Ｖo=-（Ｖ1/Ｒ1-Ｖ2/Ｒ2）．Ｒf 2.减法运算电路（差动输入方式） （1）根据叠加定理，可以认为输出电压Ｖo 是在两个输入信号Ｖ1和Ｖ2分别作用下的代数和，即 Ｖo=-（Ｒ2/Ｒ1）Ｖ1+［Ｒ2'/（Ｒ1'+Ｒ2'）］．［（Ｒ1+Ｒ2）/Ｒ1］．Ｖ2 （2）当R1=R2=R1'=R2' 时，Ｖo=Ｖ2-Ｖ1，实现减法运算。 （3）由于“虚短”，同相输入端输入信号和反相输入端输入信号等于［Ｒ2'/（Ｒ1'+Ｒ2'）］． Ｖ保密
在复杂的机械系统中，研究其功耗和性能，设计它们的结构以及研究各模块组间的润滑状态，测量各器件间的摩擦力等重要参数，多年来，一直被人们所重视。由于机械内部运动复杂，环境恶劣，摩擦力相对很小，给测量带来了很大困难，如何精确地测量出这些数据就显得格外重要。 采用立创无线收发方式，利用传感器信号通过无线收发电路进行信号传输，可以先存储数据再把存储卡里面的数据读入到计算机进行分析，为复杂及数据要求精确的系统的数据采集提供了新的方法。另外，在采集频率较高时，数据量比较大，这对采集系统中处理器处理速度、射频无线传输速度、接口传输速度、A/D 转换速度以及功耗等都有很高的要求，加上机械系统内部尺寸的限制，困难较大。这样一来，数据采集电路板的设计成为该数据采集系统的关键，我们需要设计专门的数据采集和无线收发装置。 测量系统原理 系统由传感器、电源、信号调理电路、信号处理电路和PC 机组成在实际测量时，传感器安装在运动件上，由于采用引线装置传递信号会限制机械部件的运动，因此可采用无线收发电路传输数据，也可采用存储方式进行数据采集，即先把数据保存到存储卡，数据采集完之后再拿出存储卡读入到计算机，测量系统原理如图1 所示。 气压传感器和应变片经过信号调理电路输出0～2.5V 的电压，可通过信号处理电路把模拟信号转化为数字信号再存入存储卡，热电偶经过信号调理电路输出12 位SPI 格式的数字信号，可由单片机直接把信号存入存储卡。存储卡的容量应能保证采集信号的时间要求（在采集频率为3000Hz 时，选择512M以上的存储卡可保证采集时间不少于25 分钟）。而该测量系统中电阻应变片直流电桥测量电路的设计是一个关键，下面我们将对这一部分进行详细的分析和设计。 电阻应变片直流电桥测量电路
一、判断题(本题共10分，对则打“√”，不对则打“×”) 1．压电传感器的电压灵敏度及电荷灵敏度不受外电路的影响。(√) 2．将传感器做成差动式可以提高灵敏度、改善非线性、实现某些补偿。(√) 3．压电式传感器在后接电荷放大器时，可基本消除电缆电容的影响，而且可以实现对变化缓慢的被测量的测量。(√) 4．只要保证两组相对桥臂阻抗大小之积相等这一条件，就可使直流电桥及交流电桥达到平衡。(×) 5．磁电式传感器由于存在运动部分，因此不能用于高频测量。(×) 6．测量小应变时，应选用灵敏度高的金属应变片；测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。(√) 7．由于霍尔式传感器输出的霍尔电势与控制电流及所处的磁场强度的乘积成正比，因此可用作乘法器。(√) 8．压电式传感器的电荷灵敏度与外电路（连接电缆、前置放大器）无关，电压灵敏度则受外电路的影响。(√)
9．用差动变压器式电感传感器测量位移时，直接根据其输出就能辨别被测位移的正负极性。 (×) 10．半导体应变片的灵敏度比金属应变片高，线性和稳定性也比后者好。(×) 11．差动螺管式自感传感器与差动变压器式互感传感器的结构相似，都是把被测位移的变化转换成输出电压的变化。(×) 12．由于线圈可以做得比较轻巧，因此动圈式磁电传感器可以用来测量变化比较快的被测量，而动铁式磁电传感器则不能。(×) 13．压电式传感器的电荷灵敏度只取决于压电材料本身，而电压灵敏度则还与外电路的电气特性有关。(√) 14．测量小应变时，应选用金属丝应变片，测量大应变时，应选用半导体应变片。( × ) 15．测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。(√) 16．作为温度补偿的应变片应和工作应变片作相邻桥臂且分别贴在与被测试件相同的置于同一温度场的材料上。
应变测试信号处理电路设计 摘要：电阻应变式传感器应用十分广泛。利用电阻应变式传感器作为转换器件进行力的测试是一种常用的测力方法，但是由应变传感器直接输出的信号很微弱，需进行信号调理才能进行数字化处理。本文通过对应变传感器输出信号的分析，设计了一种高精度应变测试放大滤波电路作为微弱应变信号的前置处理电路。电路以高精度仪表放大器AD620与高精度运放OP07作为核心器件。经过实验证明其效果良好，线性失真很低，满足工程运用的要求。 0 引言 电阻应变式传感器应用十分广泛，一般采用桥式电路结构，从应变传感器所获得信号常为差模微弱信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。这就要求前置测量放大电路具有高增益、高精度、低噪声、低漂移、高共模抑制比等特点。仪表用放大器AD620是一种低功耗的仪用放大器，增益可调节，还具有高输入阻抗和高共模抑制比，特别适合做小信号的前置放大级。OP07为高精度运算放大器，噪声低，具有极低的输入失调电压及温漂，与阻容构成有源放大滤波电路，做为电路的第二级。通过级联方式对应变电桥输出的小信号进行放大滤波。 1 电阻应变电桥工作原理 应变片是常用的测力传感元件，通过测量应变片电阻值的变换来确定力的变化。常将应变片构成经典的电桥电路，组桥电路常用直流电桥，交流电桥，差动电桥。本文采用直流电桥。 设桥臂四个电阻静态时R 1=R 2 =R 3 =R 4 =R，电桥平衡时(无应变发生)电桥没有信号输出。发生应变 时，电桥失衡，电桥会又应变信号输出。设电阻的相对变化率分别为ΔR 1／R 1 ，ΔR 2 ／R 2 ，ΔR 3 ／R 3，ΔR 4 ／R 4 。一个应变片组成单臂电桥时ΣR=ΔR／R；两个应变片组成差对状态工作即半 桥电路(见图1)，则有ΣR=2ΔR／R；用四个应变片组成两个差动工作即全桥电路时，ΣR=4ΔR ／R。由此可知单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。以半桥电路为例，如图1所示， R 1=R 2 =R 3 =R 4 =R应变片构R 1 ，R 4 成差动工作片，其形变大小均为ΔR，但是极性相反。其输出电压 Uo与输入电压U i 的计算关系为： 2 应变测试电路总体框图 本系统主要由系统供电电源模块、应变电桥稳压模块、电阻应变桥式电路、前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器等6部分组成，电路总体框图如图2所示。电源模块主要为其他模块提供稳定可靠的电压；应变桥式电路作为信号转换电路把力信号转换成电压信号；前置
第七章信号的运算和处理 自测题 一、判断下列说法是否正确，用“√”或“×”表示判断结果。 （1）运算电路中一般均引入负反馈。（） （2）在运算电路中，集成运放的反相输入端均为虚地。（） （3）凡是运算电路都可利用“虚短”和“虚断”的概念求解运算关系。 （）（4）各种滤波电路的通带放大倍数的数值均大于1。（） 解：（1）√（2）×（3）√（4）× 二、现有电路： A. 反相比例运算电路 B. 同相比例运算电路 C. 积分运算电路 D. 微分运算电路 E. 加法运算电路 F. 乘方运算电路 选择一个合适的答案填入空内。 （1）欲将正弦波电压移相＋90O，应选用。 （2）欲将正弦波电压转换成二倍频电压，应选用。 （3）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用。 （4）欲实现A u＝－100的放大电路，应选用。 （5）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用。 （6）欲将方波电压转换成尖顶波波电压，应选用。 解：（1）C （2）F （3）E （4）A （5）C （6）D 三、填空： （1）为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器，应选用滤波电路。 （2）已知输入信号的频率为10kHz～12kHz，为了防止干扰信号的混入，应选用滤波电路。 （3）为了获得输入电压中的低频信号，应选用滤波电路。 （4）为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，应选用滤波电路。 解：（1）带阻（2）带通（3）低通（4）有源
四、已知图T7.4所示各电路中的集成运放均为理想运放，模拟乘法器的乘积系数k 大于零。试分别求解各电路的运算关系。 图T7.4 解：图（a ）所示电路为求和运算电路，图（b ）所示电路为开方运算电 路。它们的运算表达式分别为 I 3 14 2O 2 O 4 3'O 43I 12O2 O1O I34 34 21f 2I21I1f O1 )b (d 1 )1()( )a (u R kR R R u ku R R u R R u R R u t u RC u u R R R R R R R u R u R u ?= ?-=-=-=- =?+?+++-=?∥
7. 信号检测与处理电路 （文字材料） 本章概要 本章首先介绍了信号检测系统的基本原理及信号检测与处理电路在系统中的作用，然后分别介绍了系统中常用的测量放大器、隔离放大器、RC 有源滤波器和电压比较器的工作原理。 本章内容的组成及结构 信号检测系统的基本组成 测量放大器：三运放测量放大器 隔离放大器：光电耦合隔离放大器、变压器耦合隔离放大器 滤波器的功能 滤波器的一般概念 滤波器的分类 滤波器的主要参数 一阶有源低通滤波器 二阶有源低通滤波器 一阶有源高通滤波器 二阶有源高通滤波器 带通滤波器和带阻滤波器 比较器的功能 比较器的基本概念 比较器的类型 比较器的主要参数 零电平比较器 非零电平比较器 反相输入迟滞比较器 同相输入迟滞比较器 学习目标 （1）熟练掌握测量放大器的电路结构及工作原理； （2）熟练掌握滤波器的基本知识； （3）熟练掌握一阶有源低通及高通滤波器的特性分析； （4）熟练掌握电压比较器的特性和分析方法； （5）理解隔离放大器的结构及基本工作原理； （6）了解信号测量系统的基本组成。 重难点指导 重点： 低通滤波器分析 高通滤波器分 有源滤波器 单门限比较器分析 比较器 信号检测与处理电路 检测系统中的放大电路 迟滞比较器分析
（1）三运放测量放大器的电路结构及工作原理； （2）一阶有源低通及高通滤波器的特性分析； （3）电压比较器的组成和特性分析。 难点： （1）运算放大器的非线性分析方法； （2）如何绘制比较器电路的传输特性。 本章导学 1. 信号检测系统 基本组成：传感器（或电极、互感器等）、放大器、滤波器、采用-保持器和A/D转换器等自然界的信号分成两大类：电类和非电类 电类：如心电信号、脑电信号，微弱信号可以通过电极引入测量系统。而电力系统的信号都是大电压和大电流，必须通过互感器（电压互感器或电流互感器）转化为小信号再引入测量电路。 非电类：如压力、速度、温度等，这些信号需要通过传感器将非电信号转化为电信号，引入测量系统。 在信号处理电路中，后续测量系统应根据实际情况合理选择电路组成。 2. 检测系统中的放大电路 1）测量放大器 测量放大器又称仪表放大器，具有高增益、高输入阻抗、高共模抑制比、直接耦合放大电路。电路采用三运放放大电路，用于热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量等有交大共模干扰的直流缓变信号的检测。 2）隔离放大器 隔离放大器是一种特殊的测量放大电路，器输入回路和输出回路是电气绝缘的，但信号相通。 隔离的目的：安全性和抗干扰 3. 有源滤波器 1）滤波器的功能：允许一部分频率的信号顺利通过，而对另一部分频率的信号进行抑制。 2）滤波器性能的描述方法：滤波器的性能常用传递函数、幅频特性和一些参数来描述。 3）滤波器的分类 a．按被处理信号是连续的还是离散的，可分为模拟滤波器和数字滤波器。 b．按滤波器中有无使用有源器件，可分为无源滤波器和有源滤波器两种。 无源滤波器：只使用无源元件（R、L、C）组成。它主要利用电感或电容的电抗随信号频率变化而改变来设计。这种滤波器的优点是电路简单、可靠；可以在大电流或高电压下使用；不需要工作电源。缺点是对通带内的信号有损耗；负载对滤波特性影响较大，所以不容易通过级连获得更好的滤波特性；当使用电感组成滤波器时还有体积大、重量重、容易产生电磁干扰等问题。 有源滤波器：由无源的滤波网络（一般是RC网络）和有源器件（如集成运算放大器）组成。这种滤波器的优点是可以对通带内的信号进行放大；负载对滤波特性影响小，容易通过级连获得更好的滤波特性；体积小、重量轻。但这种滤波器需要直流电源供电，可靠性也比无源滤波器低；不适合在大电流、高电压和高频场合下使用。
模拟语音信号处理电路设计
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湖北民族学院信息工程学院电子线路课程设计实验报告 实验名称：模拟语音信号处理电路设计 姓名：霍敏 学号：K030841410 专业：电气工程及其自动化 指导教师：易金桥 实验时间：2010年10月
一、设计任务与要求 功能要求：设计一个模拟语音信号产生电路，信号频率可调，经滤波和功率放大处理后，最后采用扬声器输出，并设计一个直流稳压电源给整个电路供电。系统框图如下。 模拟语音信号 滤波器功率放大器扬声器发生器 直流稳压电源 技术指标： 1.模拟语音信号发生器输出正弦信号，其频率调节范围为 50Hz-15kHz，供电电压为5V，输出信号Vp-p=5V； 2.滤波器的截止频率f H=3000Hz,f L=300Hz，阻带衰减速率为-40dB/10 倍频程，供电电压±12V； 3.功率放大器Vi=0.2V，RL=8Ω（即扬声器），Po≥2W，γ<3%， 供电电压±12V，采用集成功放LM386设计。 4.直流稳压电源采用集成三端稳压器，输出电压为±12V，+5V， 的Iomax=0.2A，，+5V的Iomax=0.5A；纹波电压△V op-p≤5mV，稳压系数Sv≤5Ｘ10-3。
二、实验原理 此电路由模拟语音信号产生电路、滤波器、功率放大电路、直流稳压电源组成。在试验中由模拟语音信号产生电路产生频率为50HZ~15KHZ的正弦波，然后经过低通滤波器和高通滤波器、最后产生300Hz ~3000Hz的波形，由于要求带宽范围很广，采用一级二阶高通滤波器和一级低通滤波器相极级联的方法，获得所要的波段，滤波器的带宽有两个滤波器的截止频率锁决定。最后经过功率放大器进行放大。 原理图 三、设计方法与过程 A、带通滤波器的设计 由于要求带宽范围很广，采用一级二阶高通滤波器和一级低通滤
应变测试操作指南 （仅供参考） 方彧常鹏 本操作指南用DH3815N做演示 一、硬件连接 首先连接硬件，将DH3815N电源/控制器通过DH3815N扩展线与DH3815N 采集箱相连接，见图一、图二。 图一DH3815N电源/控制器通讯 如图一所示，图片左上角的蓝线为USB线，负责计算机与DH3815N控制器的通讯；蓝线下面为DH3815N从机扩展线，负责控制器与采集箱的通讯，另一头与采集箱相连（见图二）。控制器也可以通过面板上的“主机扩展输入”、“主机扩展输出”和DH3815N主机扩展线和别的控制器相连，前提是每台控制器的机号不能重复，“主机扩展输入”、“主机扩展输出”在风扇的左侧。而采集箱也可以通过“从机扩展输入”、“从机扩展输出”和DH3815N从机扩展线和别的采集箱扩展通讯，前提是每台采集箱的机号也不能重复。右上角为电源线；电源线左边为接地端，用来接地以减少电路干扰特别是50Hz工频干扰，图二中的右上角也是接线端，使用DH3815N前(特别是户外试验)用导线（最好线径大于0.5mm）
将控制器与采集箱的接地端相连，再引入到大地中去；图片下方的三幅图为1/4桥、半桥、全桥连接方式示意图。图二中的下方为测点，共分两排，第一排的左边第一排接线端为补偿点，每排的补偿点之后的八排接线端均为工作测点，第一排的工作测点号为一至八号测点，图二中的采集箱为2号机，所以测点即2-1、2-2……2-8测点；而第二排的工作测点为九至十六号测点，即2-9、2-10……2-16测点。测点上可以接1/4桥、半桥、全桥形式布置的应变片，或者应变式位移传感器、荷重传感器等基于应变测试原理的桥式传感器。 图二DH3815N采集箱通讯 采集箱上的每个测点共有六个接点，第一个接点为+Eg(正桥压输入)，第二个测点为Vi+(正信号输出)、第四个接点为-Eg(负桥压输入)，第五个测点为Vi+(负信号输出)，第六个测点为屏蔽端G，在第八、十六号测点后面有标记。每种桥路方式对应的采集箱面板上的铜片的布置方式（插入或拔出）以及所应接的接点各不相同，图三至图五分别为1/4桥、半桥、全桥接线时的接线图。 图三中，应变片接在了第二排测点，1/4桥需要接补偿片，一片补偿片可以补偿一排共八个测点。补偿片接入+Eg 、Vi+，工作片也接入+Eg 、Vi+。如果使用的应变片外接长导线带有屏蔽线，则接入G端。 图四中，应变片|传感器接在了第二排测点的九号测点，半桥桥路中，补偿测点上不用接线，工作片上的单独一根线接入+Eg，补偿片上的单独一根线接入-Eg，工作片、补偿片上的另一根线并起来接入Vi+；如果使用的应变片|传感器的外接长导线带有屏蔽线，则接入G端，全桥同。 图五中，应变片接在了第二排测点的九号测点，全桥不用接补偿片。分别接入+Eg、Vi+、-Eg 、Vi+测点。
南京师范大学中北学院 毕业设计（论文） （2013届） 题目：信号处理电路的研究与设计 专业：电子信息工程 姓名：学号： 指导教师：职称：教授 填写日期： 2013-05-20 南京师范大学中北学院教务处制
摘要 目前，信号产生与处理电路应用非常广泛。例如，在测量、遥控、通信、自动控制、和超声波电焊等加工设备之中，都有正弦波振荡器的应用；在工程应用中，例如在实验用的低频及高频信号产生电路中，往往要求正弦波震荡电路的震荡频率有一定的稳定度，有时要求震荡频率十分稳定，如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。非正弦波在一些电子系统中有着日益广泛的应用，如数字系统需要的特殊信号，如方波﹑三角波都可以通过非正弦波产生电路来得到。此外，在电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 基于TL082CD，本设计介绍了正弦波信号的产生，以及基于555定时器构成的多谐振荡电路的探究与设计。同时也介绍了信号处理的相关内容，其中包括信号的叠加和二阶有源滤波放大电路的探究与设计。使用Multisim电路仿真软件对其进行仿真，用来验证电路理论设计的正确性和可行性。 关键词：正弦波信号产生方波信号产生信号叠加二阶有源滤波放大
Abstract Currently, the signal generation and processing circuit is widely used. For example, in the measurement, remote control, communication, automatic control, and ultrasonic welding and other processing equipment into, has a sine wave oscillator is applied; in engineering applications, for example in the experiment with the low and high frequency signal generating circuit, it is often sine-wave oscillation frequency of the oscillator circuit has a certain degree of stability, sometimes requires the oscillation frequency is very stable, as the radio communication system oscillation circuit, a digital system clock generating circuit. Non-sinusoidal in some electronic systems has become increasingly wide range of applications, such as digital systems require a special signal, such as a square wave triangle wave ﹑are available through the non-sinusoidal wave generating circuit to get. In addition, various types of telecommunications equipment and control systems, the filter wide range of applications; filter will directly determine the merits of products, so the research and production of the filter has always been valued by all countries. Based TL082CD, this design introduces the sine wave signal generation, and on the 555 timer consisting of multivibrator circuit inquiry and design. Also introduced the signal processing, including the signal superposition and second-order active filter amplifier circuit of inquiry and design. Its use Multisim circuit simulation software simulation, circuit theory is used to verify the correctness and feasibility of the design. Key words: Sine wave signal generator Square wave signal generation Signal superimposed Second-order active filter amplifier