测控电路期末考试试题五答案(广石化)

（广石化）

试题五答案

一、图1是斩波稳零集成运算放大器。图中N１为主放大器，N２为调零放大器，A１、A２分别为N１、N２的侧向输入端，Sa1、Sa2和Sb1、Sb2为模拟开关，由内部或外部时钟驱动。当时钟为高电平时，为误差检测和寄存阶段，模拟开关Sa1、Sa2闭合，Sb1、Sb2断开，N2两输入端被短接，只有输入失调电压U0s２和共模信号Uc作用并输出，由电容C２寄存，同时反馈到N２的侧向输入端A２，此时        

所以            

式中　K２——运算放大器N２的开环放大倍数；

　　　Kc２——运算放大器N２的开环共模放大倍数；

　　　K2＇——运算放大器N２的侧向端A２输入时的放大倍数（K2＇>> 1 ）。

也即C２两端电压UC２＝Uo2≈（K２U0s２+Kc２Uc）/K2＇。

    另半周，时钟为低电平时，为校零和放大阶段，模拟开关Sa1、Sa2断开，Sb1、Sb2闭合，输入信号Ui同时作用到N１、N２的输入端。N２除输入Ui、U0s２和Uc外，在侧向端A２还作用着UC２，所以，此时N２的输出为

由此可见，N２的失调电压U0s２和共模电压Uc在时钟的另半周期全部被消除，达到稳零目的。N２的输出Uo２通过开关Sb2由电容C１寄存，同时还输至N１的侧向输入端A１进行放大，此时主放大器N１的输出Uo为

式中　K１、Kc１——分别为运算放大器N１的开环放大倍数和开环共模放大倍数；

　　　U0s1——运算放大器N１的输入失调电压；

　　　K1＇——运算放大器N１由侧向端A１输入时的放大倍数。

将Uo２＝K２Ui代入上式，则得

上式中的（K１+K1＇K２）为整个放大器的开环放大倍数，一般设计中可使K1＇≈K１，K２>>1，所以该放大器开环放大倍数近似为K１K２，电路增益大为提高，可达140～160 dB。上式中的（K１U0s１+Kc１Uc）为输入失调电压和共模信号产生的误差项，其中失调电压K１U0s１误差项可等效为输入失调电压U0s

由上式可见，整个集成运算放大器的失调电压为U0s，相当于把N１的输入失调电压U0s１缩小至1/K２，K２约100 dB，则U0s可小于1μV。共模信号误差项Kc１Uc相当于输入端的共模误差电压Uc′，即

所以                       

因此整个集成运算放大器的共模抑制比CMRR比N１的共模抑制比CMRR１提高了K2倍。内部的箝位电路是用来防止因强干扰而使输入阻塞。内部调制补偿电路是使放大电路具有较宽的频响特性。

二、调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。包络检波通过对调幅信号进行半波或全波整流实现，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位和频率。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，需采用相敏检波电路。它不仅能鉴别被测参数变化的方向，而且能在一定程度上识别信号和干扰，具有较强的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了需要解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。

图2为一种全波精密检波电路，可用于包络检波和绝对值的计算。图中N1为反相放大器，N2为跟随器。us>0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，uo=us；us<0时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止，取R1=R4，，所以。为减小偏置电流影响，取R2=R1∥R4，R3=R5。

三、如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压

即输出信号随相位差的余弦而变化，这就是相敏检波电路的鉴相特性。

在用于调幅信号的解调时，要求参考信号uc 的幅值远大于调幅信号us 的幅值，使开关器件的通断完全由参考信号决定；而在用于调相信号的解调时常取=。在相加型相敏检波电路中，作用在两个二极管VD1和VD2的电压分别为U1= Uc+Us和U2 =Uc-Us（这里设Us1= Us2= Us），如图所示

当=，上二式分别可简化为

，

先讨论的情形，输出电压

这里k是半波（或全波）整流器的整流系数。这种鉴相器的特性要比Ucm>>Usm时要好，因为正弦函数的自变量变化范围减小了一半。因此，在用作鉴相器时，常取Ucm=Usm。当时，与相同。

四、滤波器的输出与输入信号电压(或电流)拉氏变换之比称之为它的传递函数。在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数，简称频率特性。频率特性是一个复函数，它的幅值称为幅频特性，滤波器的频率选择特性主要由其幅频特性决定。频率特性复函数的幅角表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性

二阶模拟滤波器传递函数的一般表达式为

滤波器的通频带，即它具有低通、高通、带通、带阻特性由传递函数的分子中的参数决定。若，为低通滤波器。若，为高通滤波器。若，为带通滤波器。若，并且则为带阻滤波器。

传递函数分母中，，，其中为滤波器的固有频率，为滤波器的阻尼系数。

-60

-40

0

-1

五、图5为双重积分运算电路。图中

式中  s ——拉氏变换的变量符号。

由此可得                

，

所以， 即  

六、图6-32为2位并行比较式A/D转换器。当Ui﹥UR/2时，N2输出“1”电平，d1=1；当Ui﹥3UR/4时，N3输出“1” 电平，d0=1；当UR/2﹥Ui﹥UR/4时，N2输出“0”， N1输出“1”，d0=1。