测控电路第二章信号放大电路

测控电路课后答案（张国雄_第四版）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？为了获得⾼质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运⾏。

例如，为了加⼯出所需尺⼨、形状的⾼精度零件，机床的⼑架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。

为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配⽅配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运⾏规程。

为了做到这些，必须对机器的运⾏状态进⾏精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运⾏。

为了保证产品质量，除了对⽣产过程的检测与控制外，还必须对产品进⾏检测。

这⼀⽅⾯是为了把好产品质量关，另⼀⽅⾯也是为了检测机器与⽣产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与⽣产过程进⾏控制，进⼀步完善对⽣产过程的控制。

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。

产品的质量离不开测量与控制，⽣产⾃动化同样⼀点也离不开测量与控制。

特别是当今时代的⾃动化已不是本世纪初主要靠凸轮、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。

⾃适应控制就是要使机器和系统能⾃动地去适应变化了的内外部环境与条件，按最佳的⽅案运⾏，这⾥⾸先需要的是对外部环境条件的检测，检测是控制的基础。

智能化是能在复杂的、变化的环境条件下⾃⾏决策的⾃动化，决策的基础是对内部因素和外部环境条件的掌握，它同样离不开检测。

1-2试从你熟悉的⼏个例⼦说明测量与控制技术在⽣产、⽣活与各种⼯作中的⼴泛应⽤。

为了加⼯出所需尺⼨、形状的⾼精度零件，机床的⼑架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。

为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配⽅配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运⾏规程。

第二章 信号放大电路2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？2-2 (1)利用一个741μA 和一只100k Ω的电位器设计可变电源，输出电压范围为1010S V u V -≤≤； (2)如果10S u V =时，在空载状态下将一个1k Ω的负载接到电压源上时，请问电源电压的变化量是多少？（741μA 参数：输入阻抗2d r =MΩ，差模增益200a V mV =，输出阻抗75o r =Ω）2-3 在图2-2所示的电路中，已知110R k =Ω，21R =MΩ，并令运算放大器的100B I n =A 和30OS I n =A ，在以下不同情况下，计算输出失调误差o u 。

(1)0P R =；(2)12P R R R =P ；(3)12P R R R =P ，并且把所有电阻阻值缩小为原来的10分之一；(4)在(3)条件的基础上，使用3OS I n =A 的运算放大器。

R R ou图2-2 题2-3图2-4 在图2-47所示的电路中，已知10R k =Ω,1C nF =和()00o u V =。

假设运算放大器有100B I n =A ，30OS I n =A 和输出饱和电压13sat V V ±=±，在不同情况下，计算运算放大器经过多长时间进入饱和。

(1)0P R =；(2)P R R =。

ou图2-47 题2-4图2-5 (1)在图2-48所示的电路中，运算放大器的10B I n =A ，所有电阻都为100R k =Ω，分析B I 对反相放大器性能的影响；(2)为了使o u 最小，在同相端上应该串联多大的电阻P R ？ou i图2-48 题2-5图2-6 图2-4b 所示中的运算放大器使用741μA ，电路增益为20V V A =-，为使电路输入电阻最大，求满足条件的电阻值（令输入失调可调范围为20mV ±，最大失调电流200OS I n =A ，最大失调电压6OS V mV =）。

第一章绪论1- 1 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。

在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。

测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。

1- 2 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？影响测控电路精度的主要因素有：（1）噪声与干扰；（2）失调与漂移，主要是温漂；（3）线性度与保真度；（4 ）输入与输出阻抗的影响。

其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。

1- 3 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？为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。

它包括：（1）模数转换与数模转换；（2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。

幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；（3）量程的变换；（4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；（5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。

1- 4 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。

随着传感器类型的不同，输入信号的类型也随之而异。

主要可分为模拟式信号与数字式信号。

随着输入信号的不同，测量电路的组成也不同。

图X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。

传感器包括它的基本转换电路，如电桥，传感器的输出已是电量（电压或电流）。

第二章信号放大电路2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。

对其基本要求是：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。

2-2 (1)利用一个741 和一只100k 的电位器设计可变电源，输出电压范围为10V u S 10V ；(2)如果u S 10V 时，在空载状态下将一个1k 的负载接到电压源上时，请问电源电压的变化量是多少？（741 参数：输入阻抗r 2 ，差模增益da V mV ，输出阻抗r o 75 ）200（1）电路设计如图X2-1 所示：15V25ku sI100kNL25kRL 15V图X2-1（2）由于电压跟随器属于输入串联、输出并联型结构，该结构下的输入、输出阻抗为：5 R r 1 T r 1 a 2 1 2 0 0 0 0V0 V 1 4 1 0i d dR r 1 T r 1 a 75 1 200000V V 1 0.375mo o o由上式我们可以看出，电压跟随器中的反馈增大了等效输入阻抗，减小了等效输出阻抗，可以达到阻抗变换的效果。

进一步计算得：I u R 10V 1k 10mL S Lu R I 0.375 m10m 3.75 VS o L12-3 在图2-2 所示的电路中，已知R1 10k ，R2 1 ，并令运算放大器的I B 100n 和I OS 30n ，在以下不同情况下，计算输出失调误差u o 。

(1) RP 0 ；(2) R P R1 R2 ；(3) R P R1 R2 ，并且把所有电阻阻值缩小为原来的10 分之一；(4)在(3)条件的基础上，使用I OS 3n 的运算放大器。

第一章绪论测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？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?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？第二章信号放大电路何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？什么是差动放大器？何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。

什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？图2-13b所示电路，N、Na为理想运算放大器, 试求其闭环电压放大倍数。

图2-14所示电路，N、N2、Z工作在理想状态，R=R2=1OOk0，R o=1Ok0，F3=RF20kO ，图2-13b电路是什么电路？试述其工作原理。

为使其具有所需性能，对电阻值有什么要求? F5=F6=60k」Nz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？试求增益可调式差动比例放大电路的电压放大倍数何谓电桥放大电路？应用于何种场合?试推导图2-16b所示电路u o的计算公式，并根据所推导的公式说明其特点。

图示电路是什么电路？图中R I=R2 >>R，试述其工作原理，写出其输出表达式（8分）线性电桥放大电路中（见图2-18 ）,若u采用直流，其值U = 10V, R= R= R= 120 Q ,请根据图2-29b ，画出可获得1、10、100十进制增益的电路原理图。

由图X2-3可得：当开关 A 闭合时，U 0=U i ;当开关B 闭合时，U =10U ，当开关C 闭合时,U =100U 。

根据图2-29c 和其增益表达式，若采用 6个电阻，请画出电路原理图，并计算电阻网络各电阻的阻值。

+R+ R 3+R>=5R ,什么是隔离放大电路？应用于何种场合?试分析图2-33b 电路中的限幅电路是如何工作的？并写出U o 的计算公式。

第三章信号调制解调电路什么是信号调制？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？什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？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。