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 Uo2K2U0s2Kc2UcK2Uo2 所以 Uo2'K1K2'U0s2Kc21K2'UcK2K2'U0s2Kc2K2'Uc

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

'＇

＇

＇

Uo2K2(UiU0s2)Kc2UcK2UC2K2(UiU0s2)

Kc2UcK2(K2U0s2Kc2Uc)K2K2Ui

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

''UoK1(UiU0s1)Kc1UcK1'Uo2

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。

＇

1

将Uo２＝K２Ui代入上式，则得

Uo(K1K1K2)UiK1U0s1Kc1Uc

上式中的（K１+K1K２）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

U0sK1U0s1U0s1U0s1 '1KKK1K1K222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1μ差项Kc１Uc相当于输入端的共模误差电压Uc，即

′

V。共模信号误

UcKc1UcK1K1'K2Kc1UcUcUc K1K2K2CMRRCMRR1所以 CMRRK2CMRR1

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

2

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uous。uous，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

uo1220Usmcos(ct)cosctd(ct)Usmcos 2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Ucm远大于调幅信号us 的幅值Usm，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Ucm=Usm。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

U1m(UcmUsmcos)2(Usmsin)2 U2m(UcmUsmcos)2(Usmsin)2

当Ucm=Usm，上二式分别可简化为

U1m2Ucmcos2，U2m2Ucmsin2

先讨论0的情形，输出电压

uok(U1mU2m)2kUcm(cossin)22kUcmsin()2242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0时，与0相同。

uo Us φ Ψ1 -π _ π 0 2 π 2 sinU1 cos2 Ψ -Us

U2 Uc Ψ2 π 3 2

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H(j)是一个复函数，它的幅值

A()H(j)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H(j)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()arctgH(j) 二阶模拟滤波器传递函数的一般表达式为

b0s2b1sb2H(s)2

sa1sa2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b0b10，为低通滤波器。若b1b20，为高通滤波器。若b0b20，为带通滤波器。若b10，并且b2b0a2则为带阻滤波器。

2传递函数分母中，a20，a10，其中0为滤波器的固有频率，为

滤波器的阻尼系数。

20 α=0.1 α=0.2 α=0.33 α=0.5 0 -1 α=2.5 α=1.67 α=1.25 0 1 lg(ω/ω0) -20 α=0.8 -40 -60

4

20

α=0.1 α=0.2 α=0.33 20lgA/dB 0 -1 α=2.5 0 1 lg(ω/ω0)

-20 α=1.67 α=1.25 α=0.8 -40

Q=0.5 Q=1 Q=2.5 Q=5 Q=10 α=0.5 0 -1 0 1 lg(ω/ω0)

20lgA/dB -20 -40 -60

Q=100 Q=40 Q=20 5

0 -1 0 1 lg(ω/ω0) 20lgA/dB -20 Q=0.1 Q=0.2 -40 Q=0.5 Q=1 Q=2.5 Q=5 -60 五、图5为双重积分运算电路。图中

U1II3I21I3R 2sC2sCU2I3IRII543R sC22式中 s ——拉氏变换的变量符号。

由此可得 I1I3(12sRC)

Ui(I1I3)R2I3R(1sRC)

2UI3I52I311 I5I31，osCsCsCsRCsRC所以UoUisRC222， 即 Uo(t)1RC22U(t)(dt)i2

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。

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