測(cè)控電路李醒飛第五版第二章習(xí)題答案

1、第二章 信號(hào)放大電路2-1 何謂測(cè)量放大電路？對(duì)其基本要求是什么？ 在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。對(duì)其基本要求是：輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；低噪聲；低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無(wú)畸變的放大瞬態(tài)信號(hào)）；高輸入共模范圍（如達(dá)幾百伏）和高共模抑制比；可調(diào)的閉環(huán)增益；線性好、精度高；成本低。2-2 (1)利用一個(gè)和一只的電位器設(shè)計(jì)可變電源，輸出電壓范圍為； (2)如果時(shí)，在空載狀態(tài)下將一個(gè)的負(fù)載接到電壓源上時(shí)，請(qǐng)問(wèn)電源電壓的變化量是多少？（參數(shù)：輸入阻

2、抗，差模增益，輸出阻抗）（1）電路設(shè)計(jì)如圖X2-1所示：圖X2-1（2）由于電壓跟隨器屬于輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下的輸入、輸出阻抗為： 由上式我們可以看出，電壓跟隨器中的反饋增大了等效輸入阻抗，減小了等效輸出阻抗，可以達(dá)到阻抗變換的效果。進(jìn)一步計(jì)算得：2-3 在圖2-2所示的電路中，已知，并令運(yùn)算放大器的和，在以下不同情況下，計(jì)算輸出失調(diào)誤差。(1)；(2)；(3)，并且把所有電阻阻值縮小為原來(lái)的分之一；(4)在(3)條件的基礎(chǔ)上，使用的運(yùn)算放大器。（1）直流噪聲增益為：反相端輸入的等效電阻為：故直流噪聲輸出電壓為：（2）當(dāng)時(shí)，直流噪聲輸出為：（3）當(dāng)同時(shí)把所有電阻減小倍時(shí)，直流噪聲

3、輸出為：（4）采用的運(yùn)算放大器時(shí)，直流噪聲輸出為：減小輸出直流噪聲的方法有：1、 電阻匹配可以消除輸入偏置電流產(chǎn)生的直流輸出噪聲；2、 在合理范圍內(nèi)等倍數(shù)減小電阻阻值；3、 采用輸入失調(diào)電流更小的運(yùn)算放大器。2-4 在圖2-47所示的電路中，已知,和。假設(shè)運(yùn)算放大器有，和輸出飽和電壓，在不同情況下，計(jì)算運(yùn)算放大器經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入飽和。(1)；(2)。（1）當(dāng)時(shí)，充電時(shí)間常數(shù)為，而充電電壓為直流噪聲電壓，故輸出端飽和時(shí)間為：（2）當(dāng)時(shí)，輸入誤差變?yōu)椋?，輸出端飽和時(shí)間變?yōu)椋?-5 (1)在圖2-48所示的電路中，運(yùn)算放大器的，所有電阻都為，分析對(duì)反相放大器性能的影響；(2)為了使最小，在同相端上應(yīng)

4、該串聯(lián)多大的電阻？（1）假設(shè)運(yùn)算放大器是理想的，根據(jù)“虛短”可知：在輸入源時(shí)：（2）運(yùn)算放大器同相輸入端串接的電阻是為運(yùn)算放大器提供補(bǔ)償，以抵消對(duì)直流電壓輸出的影響。在僅考慮同相端輸入時(shí)，假設(shè)運(yùn)算放大器理想，利用基爾霍夫電壓定律可求得同相放大增益，即為同相噪聲增益：所以可算出同相端串聯(lián)的電阻值為：，取標(biāo)稱值為（提示：此題不可簡(jiǎn)單將反饋電阻直接等效，采取的方法雖然結(jié)果對(duì)，但是原理不可行）2-6 圖2-4b所示中的運(yùn)算放大器使用，電路增益為，為使電路輸入電阻最大，求滿足條件的電阻值（令輸入失調(diào)可調(diào)范圍為，最大失調(diào)電流，最大失調(diào)電壓）。此時(shí)要聯(lián)合考慮失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，由于兩者的作用方向不一定

5、相同，故直流噪聲輸出為：輸入電阻為，由題意可知：解得，故取，（1%）2-7 什么是CAZ運(yùn)算放大器？它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場(chǎng)合下采用較為合適？CAZ運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱，它通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)的切換，使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)性能一致的運(yùn)算放大器交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種不同的狀態(tài)。它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個(gè)放大器輪換工作，因此始終保持有一個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的自動(dòng)調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對(duì)共模電壓無(wú)抑制作用。應(yīng)用于傳感器輸出信號(hào)極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對(duì)共模電壓抑制

6、要求不高的場(chǎng)合。2-8 請(qǐng)說(shuō)明ICL7650斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器是如何提高其共模抑制比的？ICL7650的輸出，其共模信號(hào)誤差項(xiàng)Kc1Uc相當(dāng)于輸入端的共模誤差電壓Uc，即式中K1、Kc1分別為運(yùn)算放大器N1的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和開(kāi)環(huán)共模放大倍數(shù)；K1為運(yùn)算放大器N1由側(cè)向端A1輸入時(shí)的放大倍數(shù)；K2為運(yùn)算放大器N2的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。設(shè)計(jì)中可使K1K1， K2>>1，所以，因此整個(gè)集成運(yùn)算放大器的共模抑制比CMRR比運(yùn)算放大器N1的共模抑制比CMRR1（一般可達(dá)80dB）提高了K2倍。2-9 何謂自舉電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？請(qǐng)舉一例說(shuō)明之。自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減

7、小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高（如電容式，壓電式傳感器的輸出阻抗可達(dá)108以上）的測(cè)量放大電路中。2-10 何謂電橋放大電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào)。2-11 圖2-32所示線性電橋放大電路中，若u采用直流，其值,且時(shí)，試求輸出電壓o 。如果要使失調(diào)電壓和失調(diào)電流各自引起的輸出小于

8、1mV，那么輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流各為多少？ 由公式：并將題設(shè)代入，可得Uo=UR/(2R)=10mV。設(shè)輸入失調(diào)電壓為u0s和輸入失調(diào)電流為I0s，當(dāng)輸出失調(diào)電壓小于1mV時(shí)，輸入失調(diào)電壓u0s(1×103)/ (1+R2/R1)=0.5mV；輸入失調(diào)電流為I0s(1×103)/R1 (1+R2/R1)=4.17A。2-12 什么是可編程增益放大電路？請(qǐng)舉例說(shuō)明。放大電路的增益通過(guò)數(shù)字邏輯電路由確定的程序來(lái)控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路，簡(jiǎn)稱PGA。例如圖X2-2，程序?yàn)锳=0(開(kāi)關(guān)A斷開(kāi)) 、B=0(開(kāi)關(guān)B斷開(kāi))時(shí)，放大電路的電壓放大倍數(shù)

9、為-R/R1；當(dāng)程序?yàn)锳=1(開(kāi)關(guān)A閉合) 、B=0(開(kāi)關(guān)B斷開(kāi))時(shí)，放大倍數(shù)為- R2R/R1（R2+R）；當(dāng)程序?yàn)锳=0(開(kāi)關(guān)A斷開(kāi))、B=1(開(kāi)關(guān)B閉合)，放大倍數(shù)為 R3R/R1（R3+R）；當(dāng)程序?yàn)锳=1、B=1(開(kāi)關(guān)A、B均閉合)，放大倍數(shù)為R2R3R/R1（R2 R3+R3 R +R R2）。因此可編程增益放大電路的增益是通過(guò)數(shù)字邏輯電路由確定的程序來(lái)控制。+NRUoUiBAR1R2R3圖X2-22-13 請(qǐng)根據(jù)圖2-37b，畫(huà)出可獲得1、10、100十進(jìn)制增益的電路原理圖。由圖X2-3可得：當(dāng)開(kāi)關(guān)A閉合時(shí)，Uo=Ui；當(dāng)開(kāi)關(guān)B閉合時(shí)，Uo=10Ui，當(dāng)開(kāi)關(guān)C閉合時(shí)，Uo=100

10、Ui。CR+NUoBAUi9R90R圖X2-32-14 根據(jù)圖2-37c和式（2-32），若采用6個(gè)電阻，請(qǐng)畫(huà)出電路原理圖，并計(jì)算電阻網(wǎng)絡(luò)各電阻的阻值。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，則R6=3R，R5=R，R4=R/2，R3=3R/10，R2=R/5，R1=R。見(jiàn)圖X2-4。Uo+N5路摸擬開(kāi)關(guān)RR/5R3RUi3R/10R/2圖X2-42-15 請(qǐng)

11、簡(jiǎn)述圖2-25a所示的同相交流放大電路為何有高輸入阻抗特性？對(duì)于交流來(lái)講，在不接入之前，輸入阻抗為；接入后，由于運(yùn)算放大器的“虛短”特性，兩端的電壓很小，故吸取的電流是很小的，對(duì)于交流來(lái)說(shuō)，輸阻抗無(wú)窮大。2-16 證明圖2-49所示電路為差分式V/I轉(zhuǎn)換器，并有，式中。 由疊加原理得：由得將以上兩式聯(lián)立得：其中。若，則，且。2-17 什么是隔離放大電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒(méi)有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端。隔離放大電路主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)等）中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信