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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。
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。
2-2什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测量。
2-3图2-17b所示电路，N1、N2为理想运算放大器，R4=R2=R1=R3=R，试求其闭环电压放大倍数。
由图2-17b和题设可得u01 =u i1 (1+R2 /R1) = 2u i1 , u0=u i2 (1+R4 /R3 )–2u i1 R4/R3 =2u i2–2 u i1=2(u i2-u i1)，所以其闭环电压放大倍数K f=2。
2-4图2-18所示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，R1=R2=100kΩ，R P=10kΩ，R3=R4=20kΩ，R5=R6=60kΩ，N2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？由图2-18和题设可得u o = (u o2–u o1) R5 / R3 =3(u o2–u o1 ), u o1 = u i1 (1 + R1 /R p)–u i2 R1/R p=11u i1, u o2= u i2(1+R2/R p)–u i1 R2/R p=–10u i1, 即u o=3（–10u i1–11u i1）=–63u i1，因此，电路的差模增益为63。
电路的共模抑制能力将降低，因N2同相输入端接地，即u i2=0，u i1的共模电压无法与u i2的共模电压相抵消。
第一章绪论1、测控系统主要由传感器（测量装置）、测量控制电路（测控电路）、执行机构组成2、测控电路的主要要求：精、快、灵、可靠3、测控电路的特点：精度高、动态性能好、高的识别和分析能力、可靠性高、经济性好4、为了提高信号的抗干扰能力，往往需要对信号进行调制。
在紧密测量中希望从信号一形成就成为已调制信号，因此常在传感器中进行调制。
5用电感传感器测量工件轮廓形状时—这是一个幅值按被测轮廓调制的已调制信号---称为调幅信号6、用应变片测量梁的变形，并将应变片接入交流电桥。
这时电桥的输出也是调幅信号，载波信号的频率为电桥供电频率，电桥输出信号的幅值为应变片的变形所调制。
7、采用光栅、激光干涉法等测量位移时时传感器的输出为增量码信号。
8、增量码信号是一种反映过程的信号，或者说是一种反映变化增量的信号。
它与被测对象的状态并无一一对应的关系。
9、绝对码信号是一种与状态相对应的信号。
10、开关信号可视为绝对码信号的特例，当绝对码信号只有一位编码时，就成了开关信号。
开关信号只有0和1两个状态。
11、控制方式可分为开环控制与闭环控制。
12、闭环控制的特点：它的主要特点是用传感器直接测量输出量，将它反馈到输入端与设定电路的输出相比较，当发现他们之间有差异时，进行调节补充:1、信息时代的标志——高性能计算机的发展，速度和容量为其主要标志2、影响测控电路精度的主要因素有哪些？其中那几个因素是最基本的？（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第二章信号放大电路1、输入失调电压u0s：对于理想运算放大器，输入电压为零，输出电压也必然为零。
然而，实际运算放大器中，前置级的差动放大器并不一定完全对称，必须在输入端加上某一直流电压后才能使输出为零，这一直流电压称之。
2、零点漂移：失调电压随时间和温度而变化，即零点在变动，称之3、输出失调电压u0=(1+R2/R1)u0s4、输出端产生的失调电压u02=-R2I b1+(1+R2/R1)R3I b2若取R3=R1//R2,则u02=R2(I b2-I b1)=R2I0s I0s称为输入失调电流5、绝大部分的运算放大器都是用于反馈状态6、由于运算放大器通常使用在负反馈状态，本来就有1800的相位差，再加上外接和内部电路的RC网络，有可能出现3600的相位差，使电路振荡。
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 常用的信号转换电路有哪些种类？试举例说明其功能。
常用的信号转换电路有采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f（电压/频率）转换器、f/V（频率/电压）转换器、V/I（电压/电流）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D （模/数）转换器、D/A（数/模）转换器等。
采样/保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，根据需要保持并输出采集的电压数值的功能。
这种电路多用于快速数据采集系统以及一切需要对输入信号瞬时采样和存储的场合，如自动补偿直流放大器的失调和漂移、模拟信号的延迟、瞬态变量的测量及模数转换等。
模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小的电路。
比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系。
比较器的输入量是模拟量，输出量是数字量，所以它兼有模拟电路和数字电路的某些属性，是模拟电路和数字电路之间联系的桥梁，是重要的接口电路。
可用作鉴零器、整形电路，其中窗口比较电路的用途很广，如在产品的自动分选、质量鉴别等场合均用到它。
V/f（电压/频率）转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，广泛地应用于调频、调相、模/数转换器、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。
f/V（电压/频率）转换器把频率变化信号线性地转换成电压变化信号。
广泛地应用于调频、调相信号的解调等。
V/I（电压/电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。
例如，在远距离监控系统中，必须把监控电压信号转换成电流信号进行传输，以减少传输导线阻抗对信号的影响。
I/V （电流/电压）转换器进行电流、电压信号间的转换。
例如，对电流进行数字测量时，首先需将电流转换成电压，然后再由数字电压表进行测量。
在用光电池、光电阻作检测元件时，由于它们的输出电阻很高，因此可把他们看作电流源，通常情况下其电流的数值极小，所以是一种微电流的测量。
随着激光、光纤技术在精密测量仪器中的普及应用，微电流放大器越来越占有重要的位置。
在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中，必须将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，为此要使用模/数转换器（简称A/D转换器或ADC）。
相反，经计算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构如执行电动机等，因此还需要数/模转换器（简称D/A转换器或DAC）将数字量转换成相应的模拟信号。
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。
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。
6-3 为了使NMOS 场效应晶体管工作在饱和区（或放大区），请写出U GS 、U DS 应有的极性和U DS
应有的大小范围。
u GS >U T >0, u DS > u GS - U T
6-4 试用多路模拟开关CD4051（参见图6-7）设计一程控放大电路
6-5 试分析图6-36中各电路的工作原理，并画出电压传输特性曲线。
此电路为一施密特电路。
比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值U Z 、-U Z ，因此运算放大器同相端两个门限电压为：
当u i < U R 时，V D1截止，u o 输出为稳压管稳压值U Z ；当u i > U R 时，V D1导通，运算放大器输出负向饱和电压-E ，V D2截止，u o =0，此时运算放大器同相端门限电压为： 当 u i 由大变小并小于U T 时，u o = U Z 。
其电压传输特性如图X6-2所示：
Z 2
U R -
图6-36 题6-5图
a)
o
u i U u o u U S
D2 ,
R
3
23Z 322
1U R R R U R R R U +++=
R
3
23
Z 3222U R R R U R R R U +++-
=图X6-1
1
u i u i
6-6 如果要将4～20mA 的输入直流电流转换为0～10V 的输出直流电压， 试设计其转换电路。
该转换电路如图X6-3所示。
根据图X6-3电路，有
取R 1=250Ω，当i =4mA 时，u i =1V ，当i =20mA 时，u i =5V 。
因此要求
有 R 3/ R 2=6/5，U b =5/6(V)，取R 2=10k ，R 3=12k ，R 4= R 2// R 3=5.45k ，取R 4=5.6k 。
6-7 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。
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。
6-8 图6-25所示为加权电阻网络D/A 转换器，若取n =8，U R =10V ， R =2R 1， 试求D in =00110011
时的值。
根据公式
当D in=00110011时，输出电压为：
6-9 一个6bit 的D/A 转换器，具有单向电流输出，当D in =110100时，i o =5mA ，试求D in =110011
i
n
i i
d
R
R U R I u -=⨯-
=-=∑221
1
R 1o o ()
8
76543211
1
o 21212020212120202102--------⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯-
=R R u 99
.1o -=u ,mV 52F
=n
U 2000
2=n ,1b 2
3
=U R R 115)1(2
3
=⨯+
R R b 2
3123o )1(U R R
iR R R u -+
=
时的i o 值。
当
D in =110100时，k 值为：
因此当D in =110011时，i o 为：
6-10 一个6bit 逐次逼近式A/D 转换器，分辨率为0.05V ，若模拟输入电压u i =2.2V ，试求
其数字输出量的数值。
根据题意可知，2.2V 的输入电压对应的数字量为101100。
6-11 试述双积分A/D 转换器的操作流程。
双积分A/D 转换器（见图6-30）的工作过程分为采样和比较两个阶段。
转换前，逻辑控制电路使计数器全部清零、积分电容C 放电至零。
采样脉冲到来时，转换开始，模拟开关使输入信号U i 加到反相积分器输入端，以)/(i RC U 速率在固定时间T 1内向电容器充电，使积分器输出端电压U C 从0开始增加（极性与U i 相反），同时启动计数器对时钟脉冲从零开始计数。
当到达预定时间T 1时，计数器的计数值表示为N 1，采样阶段结束。
此时计数器发出溢出脉冲使计数器复零，根据U i 的极性，电子开关将与U i 极性相反的基准电压U R 或-U R 加到反相积分器输入端，积分器对U R 或-U R 以固定速率反向积分，其输出端电压从U C (T 1)向零电平方向斜变，与此同时计数器重新开始计数，进入比较阶段。
当
U C 下降到零，过零比较器输出端发出关门信号，关闭计数门停止计数，此时计数器值为N 2，
对应时间间隔为T 2。
至此一次转换过程结束。
计数器记录的脉冲数N 2表示了被测电压U i 在T 1时间内的平均值U iav ，从而实现了A/D 转换。
(),
220055o D D k i +⋅⋅⋅+=525
22252
45=++=
k ()mA 904.4122252
5145
o =+++=
i。
