测控电路(第5版)第二章习题及答案
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测控电路习题详解第一章绪论 (2)第二章信号放大电路 (7)第四章信号分离电路 (14)第五章信号运算电路 (25)第六章信号转换电路 (29)第七章信号细分与辨向电路 (34)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。
第一章绪论1-1测控电路在整个测控系统中起着什么样得作用?传感器得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得要求,进行所需演算、处理与变换,输出能控制执行机构动作得信号。
在整个测控系统中,电路就是最灵活得部分,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得特点。
测控电路在整个测控系统中起着十分关键得作用,测控系统、乃至整个机器与生产系统得性能在很大程度就是取决于测控电路。
1-2影响测控电路精度得主要因素有哪些,而其中哪几个因素又就是最基本得,需要特别注意?影响测控电路精度得主要因素有:(1)噪声与干扰;(2)失调与漂移,主要就是温漂;(3)线性度与保真度;(4)输入与输出阻抗得影响。
其中噪声与干扰,失调与漂移(含温漂)就是最主要得,需要特别注意。
1-3为什么说测控电路就是测控系统中最灵活得环节,它体现在哪些方面?为了适应在各种情况下测量与控制得需要,要求测控系统具有选取所需得信号、灵活地进行各种变换与对信号进行各种处理与运算得能力,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得转换。
幅值、相位、频率与脉宽信号等之间得转换;(3)量程得变换;(4)选取所需得信号得能力,信号与噪声得分离,不同频率信号得分离等;(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、非线性环节得线性化处理、逻辑判断等。
1-4测量电路得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得基本组成及各组成部分得作用。
随着传感器类型得不同,输入信号得类型也随之而异。
主要可分为模拟式信号与数字式信号。
随着输入信号得不同,测量电路得组成也不同。
图X1-1就是模拟式测量电路得基本组成。
传感器包括它得基本转换电路,如电桥,传感器得输出已就是电量(电压或电流)。
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)。
根据被测量的不同,可进行相应的量程切换。
传感器的输出一般较小,常需要放大。
图中所示各个组成部分不一定都需要。
例如,对于输出非调制信号的传感器,就无需用振荡器向它供电,也不用解调器。
在采用信号调制的场合,信号调制与解调用同一振荡器输出的信号作载波信号或参考信号。
利用信号分离电路(常为滤波器),将信号与噪声分离,将不同成分的信号分离,取出所需信号。
有的被测参数比较复杂,或者为了控制目的,还需要进行运算。
对于典型的模拟式电路,无需模数转换电路和计算机,而直接通过显示执行机构输出,因此图中将模数转换电路和计算机画在虚线框内。
越来越多的模拟信号测量电路输出数字信号,这时需要模数转换电路。
答案第一章 电路模型和电路定律【题1】:由U A B =5V 可得:I AC .=-25A :U D B =0:U S .=125V 。
【题2】:D 。
【题3】:300;-100。
【题4】:D 。
【题5】:()a i i i =-12;()b u u u =-12;()c ()u u i i R =--S S S ;()d ()i i R u u =--S S S 1。
【题6】:3;-5;-8。
【题7】:D 。
【题8】:P US1=50 W ;P U S 26=- W ;P U S 3=0;P I S 115=- W ;P I S 2 W =-14;P I S 315=- W 。
【题9】:C 。
【题10】:3;-3。
【题11】:-5;-13。
【题12】:4(吸收);25。
【题13】:0.4。
【题14】:3123I +⨯=;I =13A 。
【题15】:I 43=A ;I 23=-A ;I 31=-A ;I 54=-A 。
【题16】:I =-7A ;U =-35V ;X 元件吸收的功率为P U I =-=-245W 。
【题17】:由图可得U E B =4V ;流过2 Ω电阻的电流I E B =2A ;由回路ADEBCA 列KVL 得U I A C =-23;又由节点D 列KCL 得I I C D =-4;由回路CDEC 列KVL 解得;I =3;代入上 式,得U A C =-7V 。
【题18】:P P I I 12122222==;故I I 1222=;I I 12=; ⑴ KCL :43211-=I I ;I 185=A ;U I I S =-⨯=218511V 或16.V ;或I I 12=-。
⑵ KCL :43211-=-I I ;I 18=-A ;U S =-24V 。
第二章 电阻电路的等效变换【题1】:[解答] I =-+9473A =0.5 A ;U I a b .=+=9485V ;I U162125=-=a b.A;P=⨯6125.W=7.5W;吸收功率7.5W。
答案及解析 115答案第一章电路模型和电路定律【题 1】:由 U AB 5V 可得: I AC 2.5A :U DB0:U S125. V 。
【题 2】: D 。
【题 3】: 300; -100 。
【题 4】: D 。
【题 5】: a ii 1 i 2 ; b uu 1 u 2 ; cu uSi i S R S ; di iS1。
u u SR S【题 6】: 3;-5; -8。
【题 7】: D 。
【题 8】: P US1 50 W ; P US26W ;P US30 ; P IS115 W ; P IS214W ;P IS315W 。
【题 9】: C 。
【题 10】: 3; -3。
【题 11】:-5 ; -13。
【题 12】: 4(吸收);25。
【题 13】: 0.4。
【题 14】: 3 I123;I1 。
A3【题 15】: I 4 3A ; I 2 3A ; I 3 1A ; I 5 4 A 。
【题 16】: I7 A ;U 35 V ; X 元件吸收的功率为 PUI245W 。
【题 17】:由图可得 U E B4 V ;流过2电阻的电流 I E B 2 A ;由回路 ADEBCA 列 KVL 得U AC 2 3I ;又由节点D 列 KCL 得I CD4 I ;由回路 CDEC 列 KVL 解得; I3 ;代入上式,得 U AC7 V 。
【题 18】:P 1 2 I 1 22 ;故 22I 2 ;P 22I 1I 2; I 1I 2KCL : 43 I 1;I 1 8 8 ⑴ I 1A ;U S 2I 11 I 1V 或1.6V ;或 I 1I2 。
255⑵ KCL : 4 3 8A ;U SI 1I 1;I 1。
2 4 V2第二章 电阻电路的等效变换【题 1】: [解答 ]94 A =0 .5 A ; U ab4 8.5 V ;I3 9 I 7Uab66 1.25 W = 7.5 W ;吸I 121.25A ; P收功率 7.5W 。
电路习题答案第五版电路习题答案第五版电路是电子工程中的重要基础知识,掌握电路的原理和解题方法对于电子工程师来说至关重要。
而习题是巩固和应用知识的有效方式,因此电路习题的解答对于学习电路来说也是至关重要的。
在这篇文章中,我们将为大家提供电路习题第五版的解答,希望能够帮助大家更好地理解和掌握电路知识。
第一章:基本电路1. 串联电阻电路中,三个电阻分别为R1=10Ω,R2=20Ω,R3=30Ω,求总电阻。
解答:串联电阻的总电阻等于各个电阻之和,所以总电阻为R=R1+R2+R3=10Ω+20Ω+30Ω=60Ω。
2. 并联电阻电路中,三个电阻分别为R1=10Ω,R2=20Ω,R3=30Ω,求总电阻。
解答:并联电阻的总电阻等于各个电阻的倒数之和的倒数,所以总电阻为1/R=1/R1+1/R2+1/R3=1/10Ω+1/20Ω+1/30Ω=1/6Ω。
3. 一个电阻为R的电路,通过电流I,求电阻两端的电压。
解答:根据欧姆定律,电阻两端的电压等于电流乘以电阻,所以电压U=I*R。
第二章:交流电路1. 交流电路中,电压的有效值为Vrms=220V,频率为f=50Hz,求峰值电压。
解答:峰值电压等于有效值电压乘以√2,所以峰值电压Vpeak=Vrms*√2=220V*√2≈311.13V。
2. 一个电感为L的电路,通过交流电流I,求电感两端的电压。
解答:电感两端的电压等于电流乘以角频率乘以电感,所以电压U=L*I*ω,其中角频率ω=2πf。
3. 一个电容为C的电路,通过交流电压U,求电容两端的电流。
解答:电容两端的电流等于电压乘以角频率乘以电容的倒数,所以电流I=U*ω*C。
第三章:放大电路1. 一个放大器的电压增益为Av=100,输入电压为Vin=0.1V,求输出电压。
解答:输出电压等于输入电压乘以电压增益,所以输出电压Vout=Vin*Av=0.1V*100=10V。
2. 一个放大器的电流增益为Ai=50,输入电流为Iin=0.01A,求输出电流。
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?
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 o
u
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 =。
o
u
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 ?
o
u 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 =)。
i
u 12
P R R R =
图2-4b 题2-6图
2-7 什么是CAZ 运算放大器?它与自动调零放大电路的主要区别是什么?何种场合下
采用较为合适?
2-8 请说明ICL7650斩波稳零集成运算放大器是如何提高其共模抑制比的?
2-9 何谓自举电路?应用于何种场合?请举一例说明之。
2-10 何谓电桥放大电路?应用于何种场合?
2-11 图2-32所示线性电桥放大电路中,若u 采用直流,其值V 10=U ,Ω===12031R R R ,
且Ω==∆24.0σR R 时,试求输出电压Uo 。
如果要使失调电压和失调电流各自引起的输出小于1mV ,那么输入失调电压和输入失调电流各为多少?
图2-32 题2-11图
2-12 什么是可编程增益放大电路?请举例说明。
2-13 请根据图2-37b ,画出可获得1、10、100十进制增益的电路原理图。
图2-37b 题2-13图
2-14 根据图2-37c 和式(2-32),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。
图2-37c 题2-14图
R = R (1+δ)
R 1
式(2-32)
2-15 请简述图2-25a 所示的同相交流放大电路为何有高输入阻抗特性?
R o
i
u
图2-25a 题2-15图
2-16 证明图2-49所示电路为差分式V/I 转换器,并有()()()12111o o L I R u u R V =--,式中()()
2
2143o R R R R R R =
-。
u u I o
图2-49 题2-16图
2-17 什么是隔离放大电路?应用于何种场合?
⎥⎥
⎥
⎥⎥
⎥
⎥⎥
⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---⋅=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡-----------------------1233211111111)2(111111)3()3(11111333311122222111
1
1
11
1
123421N N N R R R R R R R N N N N N N M M ΛΛΛM M M M M M M M ΛΛΛ
2-18 试分析图2-41电路中的限幅电路是如何工作的?并写出Uo 的计算公式。
图2-41 题2-18图
第三章 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)
(1)电路设计如图X2-1所示:
50Hz
~220V。