测控电路第5版_CH5运算电路

第三章信号调制解调电路3-1什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用的调制方法有哪几种？在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。

而传感器的输出信号一般乂很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出來是测量电路的一项重要任务。

为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。

调制就是用一个信号(称为调制信号)去控制另一作为载体的信号(称为载波信号)，让后者的某一特征参数按前者变化。

在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从己经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。

在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。

一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相。

也可以用脉冲信号作载波信号。

可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽。

3-2什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？调制是给测量信号赋以一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。

常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。

用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。

这个用來改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。

在测控系统中需传输的是测量信号，通常就用测量信号作调制信号。

经过调制的载波信号叫己调信号。

3-3什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。

调幅就是用调制信号X去控制高频载波信号的幅值。

常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号X线性函数变化。

调幅信号“.的一般表达式可写为：u z = ((/m + iwc) cos a)c t式中哄一载波信号的角频率；(/m—调幅信号中载波信号的幅度；m——调制度。

图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。

3-4已知调幅信号表示为Ws(0=(10+0.5xcos(27rxl00r))cos(2^xio40 mV,确定载波信号频率，调制信号频率，调制度。

第五章 信号运算电路5-1推导题图5-43中各运放输出电压，假设各运放均为理想运放。

(a)该电路为同相比例电路，故输出为：()0.36V V 3.02.01o =⨯+=U(b)该电路为反相比例放大电路，于是输出为：V 15.03.021105i o -=⨯-=-=U U(c)设第一级运放的输出为1o U ，由第一级运放电路为反相比例电路可知：()15.03.0*2/11-=-=o U后一级电路中，由虚断虚短可知，V 5.0==+-U U ，则有：()()k U U k U U o 50/10/1o -=--- 于是解得：V 63.0o =U(d)设第一级运放的输出为1o U ，由第一级运放电路为同相比例电路可知：()V 45.03.010/511o =⨯+=U 后一级电路中，由虚断虚短可知，V 5.0==+-U U ，则有：()()k U U k U U o 50/10/1o -=--- 于是解得：V 51.0o =U5-2)8i 7i 11U U ++运算的电路。

图X5-15-3由理想放大器构成的反向求和电路如图5-44所示。

（1）推导其输入与输出间的函数关系()4321,,,u u u u f u o =；（2）如果有122R R =、134R R =、148R R =、Ω=k 101R 、Ω=k 20f R ，输入4321,,,u u u u 的范围是0到4V ，确定输出的变化范围，并画出o u 与输入的变化曲线。

（1）由运放的虚断虚短特性可知0==+-U U ，则有：fR u R u R u R u R u 044332211-=+++ 于是有：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++-=44332211o U R R U R R U R R U R R U f f f f（2）将已知数据带入得到o U 表达式：()4321o 25.05.02i i i i U U U U U +++-=函数曲线可自行绘制。

第5章晶闸管相控触发电路5.1 对相控触发电路的要求5.2 控制角的移相控制方法5.3 相控触发电路的同步方式5.4 单结晶体管移相触发电路5.5 垂直移相相控触发电路引言¾相控电路：¾晶闸管可控整流电路，通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小.¾采用晶闸管相控方式时的交流－交流电力变换电路和交－交变频电路（第4章）¾相控电路的驱动控制¾为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。

引言¾大、中功率的变流器对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，故广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多．U G D H I A U G TC B J 5-2(b) 晶闸管门极伏安特性O ΙGF MF KD E A U G F M L G U G T U GΙGΙGTC B门极伏安特性区域¾允许瞬时最大功率限制线－－－ＥＦ 门极正向峰值电压－－ＵＧＦＭ 门极正向峰值电流－－ＩＧＦＭ5.1.1 晶闸管的门极伏安特性¾脉冲变压器不饱和时，由于E为常数，所以dB/dt也为常数，磁通密度B 线性增加，则输出电压u2为恒值，将矩形波传输到二次侧。

¾脉冲变压器进入饱和时，dB/dt减少，晶体管V退出饱和，管压降加大，同时电流也变大，则输出电压u降小。

2¾如磁路完全饱和，则输出电压u为零，就不能将矩形波传输到二次侧。

2负阻区－－－U e <ηU bb + △U VDＶＤ导通→Ｒb1↓→ＵA ↓→I e ↑→U e ↓→(Ｕe -U A )↓→I e ↑从而形成正反馈，ＰＶ段为负阻区¾Ｐ点为峰点，其电流为峰点电流Ｉp ，电压为峰点电压Ｕp ，其值为饱和区－－－电流大于ＩV 。

第一章绪论1-1为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术？1-2为什么说科学技术的发展、高科技的发展都离不开测控技术？1-3试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、科学研究、生活与各种工作中的广泛应用。

1-4测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？1-5影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？1-6为什么说科技发展对测控电路的可靠性提出了越来越高的要求？1-7为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？1-8测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响？试述模拟式测量电路与增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。

1-9为什么要采用闭环控制系统？试述闭环控制系统的基本组成及各组成部分的作用。

第二章绪论1-10为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术？为了保证产品质量，必须对产品进行检测，把好产品质量关。

测控的目的不仅仅是了解产品质量，更主要是提高质量的产品。

为此要求机器在测控系统控制下按照给定的规程运行。

生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。

为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。

要做到这两点，还是离不开测量与控制。

当今时代的自动化已不是20世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。

越是柔性的系统就越需要检测。

没有检测，机器和生产系统就不可能按正确的规程自动运行。

1-11为什么说科学技术的发展、高科技的发展都离不开测控技术？实践是检验真理的唯一标准，没有经过实践的检验，一些新的思想只能是假说或学说，只有经过测量等实践检验，才能将假说或学说变为科学。

许多重大发现和发明从都是测试和仪器仪表的进步开始。

哈勃望远镜对天体科学的发展，扫描隧道显微镜对纳米科技的形成，起了关键作用。

第六章信号转换电路6-1 信号转换电路有哪些类型？试举例说明其功能。

6-2 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。

6-3 采样/保持器外接存储电容，当电路正在对存储电容充电时由采样转到保持，其介质吸附效应会使电容器上的电压下降，被保持的电压低于采样转保持瞬间的输入电压，试分析原因。

6-4 电容的介质吸附效应在采样/保持器和峰值检波器中对输出的影响不同，为什么？6-5 试用多路模拟开关CD4051（参见图6-5）设计一程控放大电路。

166167图6-5 题6-5图6-6 试分析图6-47中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。

6-7 如图6-48，已知R 2=10 k Ω，R 3=20k Ω，U OM =±12V ，U R =6V 。

当输入u i 为如图所示的波形时，画出输出U o 的波形。

图6-47 题6-6图a)b)∞-+ + N R 1R 2R 3u ou i U RV S1 V S2∞- + + NR 1R 2 R 3u o u i U RV SV D1 V D2 R2 3 56 7 输入/输出A B C输出/输入+E 12逻辑电平转换电路 8选1译码电路1314 15 12 1524 16 1110 9 687INHS 1 S 2S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 814168图6-48 题6-7图6-8 某汽车空调电子温控器如图6-49所示，试分析该电路工作原理。

图6-49 题6-8图6-9 为保障一定的转换精度，V/I 转换器应具有高的输入阻抗及输出阻抗，为什么？6-10 如果要将4～20mA 的输入直流电流转换为1～5V 的输出直流电压， 试设计其转换电路。

6-11 查阅LM324数据手册的输出电流和输出电压范围的关系，分析V/I 转换u i-2V -4V2V 4V 6V tD1 1N4001KDLM393-1 R P KD -1LM393-2 D2 R 1 R 2 R 3 R t R 4R 5 R 6 V 1 6.2k2.2k3k4.3k3k 25︒C390k3k90130.1μC 1 -1+1 #-1 +1#N 1N 2离合器169器的驱动能力。

第五章 信号运算电路5-1推导题图5-43中各运放输出电压，假设各运放均为理想运放。

(a)该电路为同相比例电路，故输出为：()0.36V V 3.02.01o =⨯+=U(b)该电路为反相比例放大电路，于是输出为：V 15.03.021105i o -=⨯-=-=U U(c)设第一级运放的输出为1o U ，由第一级运放电路为反相比例电路可知：()15.03.0*2/11-=-=o U后一级电路中，由虚断虚短可知，V 5.0==+-U U ，则有：()()k U U k U U o 50/10/1o -=--- 于是解得：V 63.0o =U(d)设第一级运放的输出为1o U ，由第一级运放电路为同相比例电路可知：()V 45.03.010/511o =⨯+=U 后一级电路中，由虚断虚短可知，V 5.0==+-U U ，则有：()()k U U k U U o 50/10/1o -=--- 于是解得：V 51.0o =U5-211图X5-15-3由理想放大器构成的反向求和电路如图5-44所示。

（1）推导其输入与输出间的函数关系()4321,,,u u u u f u o =；（2）如果有122R R =、134R R =、148R R =、Ω=k 101R 、Ω=k 20f R ，输入4321,,,u u u u 的范围是0到4V ，确定输出的变化范围，并画出o u 与输入的变化曲线。

（1）由运放的虚断虚短特性可知0==+-U U ，则有：fR u R u R u R u R u 044332211-=+++ 于是有：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++-=44332211o U R R U R R U R R U R R U f f f f（2）将已知数据带入得到o U 表达式：()4321o 25.05.02i i i i U U U U U +++-=函数曲线可自行绘制。

5-4理想运放构成图5-45a 所示电路，其中Ω==k 10021R R 、uF 101=C 、uF 52=C 。