最新上海海事大学测控电路考试资料资料Word格式文档下载.docx

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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。

测控电路的特点：

精度高（低噪声与高抗干扰能力、低漂移，高稳定性、线性与保真度好、有合适的输入与输出阻抗）、动态性能好（响应快和动态失真小）、高的识别和分析能力（模数转换与数模转换、电量参数的转换、量程的变换、信号的处理与运算）、可靠性高、经济性好。

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。

1.3测控电路的输入与输出信号

测控电路的输入信号是由传感器送来的，即传感器的输出信号为测控电路的输入信号，主要可分为模拟信号（已调制信号（可分为调幅、调频、调相信号）和非调信号（输入信号的参数与被测信号的参数相一致））、数字信号（增量码信号（被测量值的增量与传感器输出信号的变化周期成正比，与模拟信号的主要区别是：

其信号波形不由被测量值或其增量决定）、绝对码信号（一种与状态相对应的信号））和开关量信号。

1.4测控电路的类型与组成

测量电路

模拟式测量电路（需要模数（A/D）转换电路，方框图在书上P8）

增量码数字式测量电路

控制电路

开环控制

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（书上更完整）

第二章信号放大电路

放大电路的性能指标:

输入阻抗RI和输出阻抗RO

输入失调电压U0s和输入失调电流I0s

输入偏置电流IIB（nA级）

开环增益K和闭环增益Kf＝uo/ui

差模增益Kd和共模增益Kc

共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc

噪声的基础知识：

通常传感器的输出信号只有几毫伏，甚至更小，而输入到放大器的噪声与放大器自身产生的噪声，往往就大于放大器的输入。

噪声广义：

干扰有用信号的某种不希望的扰动。

内部的称为噪声，外部称为干扰。

噪声可分为白噪声和色噪声

白噪声：

噪声的波形是随机的，即它的幅值、相位、频率都是随机的，其瞬时值不能预测，但每Hz带宽内包含的噪声功率从统计观点看是一个常数。

色噪声：

噪声的频率是固定的，是可以预测的，但幅值与相位有可能是随机的。

例如接地噪声。

固有噪声：

热噪声（导体中电荷载流子的热激振动引起的）、低频噪声（低频噪声电压的方均值与频率大小成反比，又称1/f噪声）、散弹噪声（由于流过二极管、三极管位垒区的载流子不是连续的，显脉冲性质，这种脉冲电流的平均值为0，方均值不为0，白噪声）

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：

2入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；

3定的放大倍数和稳定的增益；

4噪声；

4的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；

5够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；

6输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；

7调的闭环增益；

8性好、精度高；

9本低。

典型电路

什么是差动放大器？

差动放大器:

是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相

二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。

什么是高共模抑制比放大电路？

应用于何种场合？

用来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。

一般的运放共模抑制比80db左右所以我们采用多运放组合而成的测量放大电路，共模抑制比100～120dB

双运放高共模抑制比放大电路

什么是有源屏蔽驱动电路？

应用于何种场合？

请举例说明之。

将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例差动放大后，使其输入端的共模电压1∶1地输出，并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。

它消除了屏蔽电缆电容的影响，提高了电路的共模抑制能力，因此

经常使用于差动式传感器，如电容传感器、压阻传感器和电感传感器等组成的高精度测控系统中。

高输入阻抗放大电路

应用：

用于作电容、压电式传感器的后继测量放大电路。

实现方式：

同相放大器

电压跟随器（缓冲器）＋反相放大器

高输入阻抗集成芯片

自举式高输入阻抗放大电路

何谓自举电路？

应用于何种场合？

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。

何谓电桥放大电路？

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。

用于电参量式传感器的后级放大。

如：

电感式、电阻应变式、电容式传感器等

构成形式：

传感器电桥＋运放

传感器和运放共同构成电桥

单端输入电桥放大电路

差动输入电桥放大电路

线性电桥放大电路

什么是隔离放大电路？

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。

隔离方式主要有电磁（变压器）耦合（成熟，带窄）和光电耦合（前景好，带宽）。

隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统（如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程控制系统、核电站等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。

可调增益放大电路应用：

幅值相差较大的不同信号的输入

可调电阻＋运放模拟开关＋电阻网络＋运放可编程增益放大器（PGA）

第三章信号调制解调电路

在测控系统中为什么要采用信号调制？

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又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来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。

什么是信号调制？

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。

什么是解调？

在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已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。

在测控系统中常用的调制方法有哪几种？

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。

调频和调相都是使的高频载波信号的相位角受到调变，电子学中常将它们统称为角度调制或调角。

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。

这个用来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。

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：

式中──载波信号的角频率；

──调幅信号中载波信号的幅度；

m──调制度。

在信号调制中必须要求载波信号的频率远高于调制信号的变化频率，包括高于其高次谐波的变化频率

图X3-1双边带调幅信号

a）调制信号b）载波信号c）双边带调幅信号

什么是调频？

请写出调频信号的数学表达式，并画出它的波形。

调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。

常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。

调频信号us的一般表达式可写为：

式中──载波信号的角频率；

──调频信号中载波信号的幅度；

m──调制度。

图X3-2绘出了这种调频信号的波形。

图a为调制信号x的波形,它可以按任意规律变化;

图b为调频信号的波形,它的频率随x变化。

若x=XmcosΩt，则调频信号的频率可在范围内变化。

为了避免发生频率混叠现象，并便于解调，要求。

图X3-2调频信号的波形

a）调制信号b）调频信号

什么是调相？

请写出调相信号的数学表达式，并画出它的波形。

调相就是用调制信号x去控制高频载波信号的相位。

常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号x的线性函数变化。

调相信号us的一般表达式可写为：

──调相信号中载波信号的幅度；

m──调制度。

图X3-3绘出了这种调相信号的波形。

图a为调制信号x的波形，它可以按任意规律变化；

图b为载波信号的波形，图c为调相信号的波形，调相信号与载波信号的相位差随x变化。

当时，调相信号滞后于载波信号。

时，则超前于载波信号。

图X3-3调相信号的波形