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）。

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。

在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下，采用计算机。

图X1-1增量码数字式测量电路的基本组成见图X1-2。

一般来说增量码传感器输出的周期信号也是比较微小的，需要首先将信号放大。

传感器输出信号一个周期所对应的被测量值往往不够小，为了提高分辨力，需要进行内插细分。

可以对交变信号直接处理进行细分，也可能需先将它整形成为方波后再进行细分。

在有的情况下，增量码一个周期所对应的量不是一个便于读出的量（例如，在激光干涉仪中反射镜移动半个波长信号变化一个周期），需要对脉冲当量进行变换。

被测量增大或减小，增量码都作周期变化，需要采用适当的方法辨别被手动采样测量变化的方向，辨向电路按辨向结果控制计数器作加法或减法计数。

在有的情况下辨向电路还同时控制细分与脉冲当量变换电路作加或减运行。

采样指令到来时，将计数器所计的数送入锁存器，显示执行机构显示该状态下被测量量值，或按测量值执行相应动作。

在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下，采用计算机。

1-5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。

在开环系统中传递函数的任何变化将引起输出的变化。

其次，不可避免地会有扰动因素作用在被控对象上，引起输出的变化。

利用传感器对扰动进行测量，通过测量电路在设定上引入一定修正，可在一定程度上减小扰动的影响，但是这种控制方式同样不能达到很高的精度。

一是对扰动的测量误差影响控制精度。

二是扰动模型的不精确性影响控制精度。

比较好的方法是采用闭环控制。

闭环控制系统的的基本组成见图X1-3。

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值相比较，当发现它们之间有差异时，进行调节。

这里系统和扰动的传递函数对输出基本没有影响，影响系统控制精度的主要是传感器和比较电路的精度。

在图X1-3中，传感器反馈信号与设定信号之差不直接送到放大电路，而先经过一个校正电路。

这主要考虑从发现输出量变化到执行控制需要一段时间，为了提高响应速度常引入微分环节。

另外，当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于控制作用的滞后，可能产生振荡。

为了防止振荡，需要引入适当的积分环节。

在实际电路中，往往比较电路的输出先经放大再送入校正电路，然后再次放大。

图X1-3为原理性构成。

图X1-3 闭环控制系统的基本组成第二章信号放大电路2-4 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CAZ 运算放大器是轮换自动校零集成运算放大器的简称，它通过模拟开关的切换，使内部两个性能一致的运算放大器交替地工作在信号放大和自动校零两种不同的状态。

它与自动调零放大电路的主要区别是由于两个放大器轮换工作，因此始终保持有一个运算放大器对输入信号进行放大并输出，输出稳定无波动，性能优于由通用集成运算放大器组成的自动调零放大电路，但是电路成本较高，且对共模电压无抑制作用。

应用于传感器输出信号极为微弱，输出要求稳定、漂移极低，对共模电压抑制要求不高的场合。

2-5 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ICL7650的输出c c10s11i 2'11o )(U K U K U K K K U +++=（见式2－6），其共模信号误差项K c1U c 相当于输入端的共模误差电压U c ˊ，即CMRR U CMRR K U K K U K K K K U K U 'c12c 21c 1c 211c 1c c ==≈+='式中K 1、K c1分别为运算放大器N 1的开环放大倍数和开环共模放大倍数；K 1＇为运算放大器N 1由侧向端A 1输入时的放大倍数；K 2为运算放大器N 2的开环放大倍数。

设计中可使K 1＇≈K 1， K 2>>1，所以12CMRR K CMRR =，因此整个集成运算放大器的共模抑制比CMRR 比运算放大器N 1的共模抑制比CMRR 1（一般可达80dB ）提高了K 2倍。

2-6 何谓自举电路应用于何种场合请举一例说明之。

自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。

应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达108Ω以上）的测量放大电路中。

图2-7所示电路就是它的例子。

2-7 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。

2-8图2-8b 所示电路，N 1、N 2为理想运算放大器，R 4=R 2=R 1=R 3=R ，试求其闭环电压放大倍数。

由图2-8b 和题设可得u 01 =u i1 (1+R 2 /R 1) = 2u i1 , u 0=u i2 (1+R 4 /R 3 )–2u i1 R 4/R 3 =2u i2–2 u i1=2(u i2-u i1)，所以其闭环电压放大倍数K f =2。

2-9 图2-9所示电路，N 1、N 2、N 3工作在理想状态，R 1=R 2=100k ，R P =10k ，R 3=R 4=20k ，R 5=R 6=60k ，N 2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2-9和题设可得u o = (u o2–u o1) R 5 / R 3 =3(u o2–u o1 ), u o1 = u i1 (1 + R 1 /R p )–u i2 R 1/R p =11u i1, u o2= u i2(1+R 2/R p )–u i1 R 2/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N 2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。

2-11 何谓电桥放大电路应用于何种场合由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。

应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。

2-13 线性电桥放大电路中（见图2-14），若u 采用直流，其值Ｕ＝10V ，R 1＝R 3= R ＝120Ω，ΔR ＝Ω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应为多少 由图2-14电路的公式（式2-24）：u R R R R u R R R R R R R u 31231231312o ))(1(+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=并将题设代入，可得U o =–U ΔR /(2R )=10mV 。

设输入失调电压为u 0s 和输入失调电流为I 0s ，当输出失调电压小于1mV 时，输入失调电压u 0s ﹤(1×10–3)/ (1+R 2/R 1)=；输入失调电流为I 0s ﹤(1×10–3)/[R 1 (1+R 2/R 1)]=μA 。

2-15 请根据图2-22b ，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 o =U i ；当开关B 闭合时，U o =10U i ，当开关C 闭合时，U o =100U i 。

2-16 根据图2-22c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。

N=6 : R6 =R1+R2+ R3+R4+R5 , R6+R5 =2（R1+R2+ R3+R4）R6+R5+R4=3（R1+R2+ R3）, R6+R5+R4+ R3=4（R1+R2）,R6+R5+R4+ R3+R2=5R1,取R1=R，则R6=3R，R5=R，R4=R/2，R3=3R/10，R2=R/5，R1=R。

见图X2-4。

2-17 什么是隔离放大电路应用于何种场合隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。