《测控电路》书上重点题目答案南林 柱子老师所划.docx
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《测控电路》书上重点题目答案南林柱子老师所划
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。
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。
计算机的发展首先取决于大规模集成电路制作的进步。
在一块芯片上能集成多少个元件取决于光刻工艺能制作出多精细的图案，而这依赖于光刻的精确重复定位，依赖于定位系统的精密测量与控制。
航天发射与飞行，都需要靠精密测量与控制保证它们轨道的准确性。
一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器，对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、防滑、防碰撞等进行控制。
微波炉、照相机、复印机等中也都装有不同数量的传感器，通过测量与控制使其能圆满地完成规定的功能。
1-3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。
1-4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；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；量程的变换；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；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。
2-8图2-8b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2-8b和题设可得u01=ui1（1+R2/R1）=2ui1,u0=ui2（1+R4/R3）–2ui1R4/R3=2ui2–2ui1=2（ui2-ui1），所以其闭环电压放大倍数Kf=2。
2-9图2-9所示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，R1=R2=100k，RP=10k，R3=R4=20k，R5=R6=60kN2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uo=（uo2–uo1）R5/R3=3（uo2–uo1）,uo1=ui1（1+R1/Rp）–ui2R1/Rp=11ui1,uo2=ui2（1+R2/Rp）–ui1R2/Rp=–10ui1,即uo=3（–10ui1–11ui1）=–63ui1，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ui2=0，ui1的共模电压无法与ui2的共模电压相抵消。
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，R1＝R3=R＝120Ω，ΔR＝0.24Ω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）：
并将题设代入，可得Uo=–UΔR/（2R）=10mV。
设输入失调电压为u0s和输入失调电流为I0s，当输出失调电压小于1mV时，输入失调电压u0s﹤（1×10–3）/（1+R2/R1）=0.5mV；输入失调电流为I0s﹤（1×10–3）/[R1（1+R2/R1）]=4.17μA。
3-1什么是调幅？
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。
图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。
c）
a）
b）
t
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
3-2什么是调频？
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
。
b）
图X3-2调频信号的波形
a）调制信号b）调频信号
3-3什么是调相？
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：
式中
──载波信号的角频率；
──调相信号中载波信号的幅度；
m──调制度。
o
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
a）调制信号b）载波信号c）调相信号
b）
3-4什么是脉冲调宽？
请写出脉冲调宽信号的数学表达式，并画出它的波形。
脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。
在脉冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。
脉冲调宽的数学表达式为：
（3-23）
式中b为常量，m为调制度。
脉冲的宽度为调制信号x的线性函数。
它的波形见图X3-4，图a为调制信号x的波形，图b为脉冲调宽信号的波形。
图中T为脉冲周期，它等于载波频率的倒数。
x
T
图X3-4脉冲调宽信号的波形
a）调制信号波形b）调宽信号波形
3-5在测控系统中被测信号的变化频率为0~100Hz，应当怎样选取载波信号的
频率？
应当怎样选取调幅信号放大器的通频带？
信号解调后，怎样选取滤波器的通频带？
为了正确进行信号调制必须要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。
在这种情况下，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。
若被测信号的变化频率为0~100Hz，应要求载波信号的频率ωc>1000Hz。
调幅信号放大器的通频带应为900~1100Hz。
信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，即让0~100Hz的信号顺利通过，而将900Hz以上的信号抑制，可选通频带为200Hz。
4-7用单一运放设计一个增益为-1，
的三阶巴特沃斯高通滤波器。
首先参考式4-25确定相应低通滤波器的传递函数
，
=
利用频率变换关系
可以得到所求高通滤波器的传递函数
R3
然后确定电路结构。
用单一运放构成三阶电路，其中一阶环节可由增益为1的无源电路实现。
二阶环节增益为-1，可选无限增益多路反馈型电路，实际电路结构如下图。
对一阶电路有：
电容值可参考表4-2选择为
，电阻值可按下式计算：
可选公称值为5.6
的电阻。
对二阶电路有：
仍可参考表4-2选择为
，因为增益为-1，由式（4-45）可得
=。
这时还有三个未知元件、与和两个约束条件
因此答案不唯一。
如选择
，则
，
。
最后选择元件公称值为
，
。
4-9设计一个品质因数不低于10的多级带通滤波器，如要求每一级电路的品质因数不超过4，需要多少级级联才能满足设计要求？
取=5,即可满足设计要求。
级联后实际的品质因数为=10.37。
5-1本题没找到答案╮（╯▽╰）╭
5-2试画出一个能实现
的加减混合运算电路。
该加减混合运算电路如图X5-1所示。
图X5-1
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。
6-7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多少字位。
当满量程电压为UF=10V时，有：
取n=11，即输入端数字量要11位。
DG3
7-1图7-31为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差90的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B90、B导前A90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。
题7-1图
A、Uo1、Uo2的波形如图X7-1所示。
图X7-1
可见，当A导前B90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A90时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。
7-2参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理，设计一电阻链二倍频细分电路。
该电阻链二倍频细分电路如图X7-2所示，其输出A、B为相位差90°的二路信号，它们的频率是输入信号频率的二倍。
图X7-2
9-1何谓PAM调速？
何谓PWM调速？
这两种调速方式有什么不同？
将变压与变频分开完成，即在把交流电整流为直流电的同时改变直流电压的幅值，而后将直流电压逆变为交流电时改变交流电频率的变压变频控制方式称为PAM调速。
将变压与变频集中于逆变器一起完成，即交流电整流为直流电时电压恒定，然后由逆变器既完成变频又完成变压的控制方式称为PWM调速。
PAM调速要采用可控整流器，并对可控整流器进行导通角控制，而PWM调速则采用不控整流器，工作时无需对整流器进行控制。
9-2在120°导电角控制电路中（见图9-3）环形移位寄存器的状态只能有六个，为什么？
当因某种干扰出现其它状态，如001110时，逆变器工作会出现什么情况？
如何防止这种情况的发生？
由于120°导通型逆变器正常工作的条件是每相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管各导通120°，上、下桥臂晶体管导通状态相互间隔60°，而且各项之间的相位差为120°，因而其开关导通状态只能有六个。
图9-3移位寄存器在LD脉冲作用下产生初始状态111100，在ub脉冲驱动下进行环形移位，刚好六个状态为一循环。
当出现其它状态时，120°导通型逆变器将不能正常工作。
为避免这种情况发生，必须在给逆变器加电之前将环形移位寄存器置于初始状态。
9-3180导通型逆变器正常工作的必要条件是什么？
180°导通型逆变器正常工作的必要条件是可靠地换流，即每一相上、下桥臂主晶闸管交换导通时，必须经过短暂的全关断状态，以避免上、下两个主晶闸管同时导通的情况。
根据180°导通型开关状态的工作顺序，让微处理机通过一个并口周期输出开关状态值，驱动晶闸管导通或关断，即可让逆变器工作。
9-7什么是SPWM控制？
采用SPWM控制有什么好处？
在基本的PWM控制电路中，若载频信号用等要三角波，而基准信号采用正弦波，这时的脉宽调制控制就是SPWM控制。
采用SPWM控制的好处是：
调频、调压都在逆变器内进行，控制及时，动态特性好，电动机的效率以及转矩脉动等都优于等宽PWM控制。
HELLOMOTO当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。
于是，我降临在了人间。
我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：
李清照。
小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。
小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置疑，小时侯的我快乐无虑。
“兴尽晚回舟，误入藕花深处。
争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。
”青春的我如同一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚任水流轻抚。
身影轻飘而过，留下一阵清风。
可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我那柔弱的心。
我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。
“寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。
最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。
在天堂里，我又见到了上帝。
上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。
我始终无法客观的评价我的一生。
我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我发现我错了。
于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。
我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一切的幸福：
我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这就够了。
天儿蓝蓝风儿轻轻，暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。
我拿起手中的笔，不禁想起曾经作诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言，写下了一时的感受：
人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。
这就需要我们静下心来阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。
“富不读书富不久，穷不读书终究穷。
”为什么从古到今都那么看重有学识之人？
那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。
那时因为读书能给人带来快乐。
自从看了《丑小鸭》这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别人交往，变得自信了……因为我知道：
即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自信，总有一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”……
我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。
还吵着闹着多看几本名着。
于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。
渐渐的，自己的语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。
于是，我便发展“业务”带动全家一起读书……现在，每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上，争先恐后“抢书”，当我说起我最小应该让我的时候，却没有人搭理我。
最后还把书给撕坏了，我生气地哭了，妈妈一边安慰我一边对外婆说：
“孩子小，应该让着点。
”外婆却不服气的说：
“我这一把年纪的了，怎么没人让我呀？
”大家人你一言我一语，谁也不肯相让……读书让我明白了善恶美丑、悲欢离合，读一本好书，犹如同智者谈心、谈理想，教你辨别善恶，教你弘扬正义。
读一本好书，如品一杯香茶，余香缭绕。
读一本好书，能使人心灵得到净化。
书是我的老师，把知识传递给了我；书是我的伙伴，跟我诉说心里话；书是一把钥匙，给我敞开了知识的大门；书更是一艘不会沉的船，引领我航行在人生的长河中。
其实读书的真真乐趣也就在于此处，不是一个人闷头苦读书；也不是读到好处不与他人分享，独自品位；更不是一个人如痴如醉地沉浸在书的海洋中不能自拔。
而是懂得与朋友，家人一起分享其中的乐趣。
这才是读书真正之乐趣呢！
这所有的一切，不正是我从书中受到的教益吗？
我阅读，故我美丽；我思考，故我存在。
我从内心深处真切地感到：
我从读书中受到了教益。
当看见有些同学宁可买玩具亦不肯买书时，我便想到培根所说的话：
“世界上最庸俗的人是不读书的人，最吝啬的人是不买书的人，最可怜的人是与书无缘的人。
”许许多多的作家、伟人都十分喜欢看书，例如毛泽东主席，他半边床上都是书，一读起书来便进入忘我的境界。
书是我生活中的好朋友，是我人生道路上的航标，读书，读好书，是我无怨无悔的追求。
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