测控电路李醒飞第五版第二章习题答案文件-精品

1、第二章信号放大电路2-1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：输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；一定的放大倍数和稳定的增益； 低噪声；低的输入失调电压和输入 失调电流以及低的漂移；足够的带宽和转换速率(无畸变的放大瞬态信号)；高输入共模范围(如达几百伏)和高共模抑制比； 可调的闭环增益；线性好、精度高；成本低。2-2 (1 利用一个741和一只100k的电位器设计可变电源，输出电压范围为10V us 10V; (2如果us 10V寸，在空载状态下将一个1k的负载接到电压源

2、上时，请问电源电压的变化量是多少？ ( 741参数：输入阻抗r 2，差模增益d亠八a V mV，输出阻抗r。75)200(1)电路设计如图X2-1所示:IL15V图 X2-1(2)由于电压跟随器属于输入串联、输出并联型结构，该结构下的输入、输出阻抗为：+)=/( + !p)=Q/( +/ x )=R r 1Tr 1a212 0 0 0 0V0 V 14 1 0iddR r 1Tr 1 a751 200000V 10.375mooo/=/ n = a由上式我们可以看出，电压跟随器中的反馈增大了等效输入阻抗，减小了等效输出 阻抗，可以达到阻抗变换的效果。进一步计算得：I u R 10V 1k 10

3、mLS Lu R I 0.375m S o L10m3.75 V精品2-3在图2-2所示的电路中，已知 和Ios 30n，在以下不同情况下，(1)FP 0； (2)FP R R; (3)FP 一；(4)在 (3条件的基础上，使用(1)直流噪声增益为：,并且把所有电阻阻值缩小为原来的10分之3n的运算放大器R 1Qk ,理1并令运算放大器的Ib 100n计算输出失调误差4。R2，I OSoB1+R R2 1101VV反相端输入的等效电阻为:9.9kR I 10112 NR R I 100mV12 B故直流噪声输出电压为：u 101o(2)时，直流噪声输出为:2= U u 101 R o)耳士30

4、mVOS(3)(4)10倍时，直流噪声输出为：u 101 R R I 3mVo = X | L 2)OS 采用I 3n的运算放大器时，直流噪声输出为：OS当同时把所有电阻减小= A1、2、)=u 101 R R I 0.3mVo12 OS减小输出直流噪声的方法有：电阻匹配可以消除输入偏置电流产生的直流输出噪声; 在合理范围内等倍数减小电阻阻值； 采用输入失调电流更小的运算放大器。2-47所示的电路中，已知R100n，Ios 30n和输出饱和电压 2-4在图IB经过多长时间进入饱和。(1)R 0； (2) R RPP(1)当R p 0时，充电时间常数为1mV故输出端饱和时间为：BR时，输入误差变

5、为：LOuo(2)当RI RINT Vsat0.043s2-5 (1)在 图10k ,C 1nF和uo 0 0V。假设运算放大器有 VSat13V,在不同情况下，计算运算放大器2-48所示的电路中，运算放大器的RCROs=610 S，而充电电压为直流噪声电压T Vat u。0.013s=A= Q0.3mV输出端饱和时间变为：10I n，所有电阻都为 R 100k，分B析I B对反相放大器性能的影响；(2)为了使u最小，在同相端上应该串联多大的电阻R ？(1)假设运算放大器是理想的，根据o“虚短”可知:在输入源Ui 0V时:u 0Vpu 21 RI 21 10n100 k2trV（ 2）运算放大

6、器同相输入端串接的电阻是为运算放大器提供补偿，以抵消I 对直B 流电压输出的影响。在仅考虑同相端输入时，假设运算放大器理想，利用基尔霍夫 电压定律可求得同相放大增益，即为同相噪声增益：A 34 V V = /所以可算出同相端串联的电勺（提示:21mV34Rp?61.8k取称为A10n此题不可单将电阻直接等效，采取62R pkR R 2的方法釁果对但是原理不可行）2-6图4 b所示中的运算放大器使用741电增益为0V V，使路输电阻最大求足条件的阻（令入失可调围20mV最大失i电I=200n，最大失蠅压 6mV）。=OSOS此要联考虑电压失电流的影响，由于两者的作用方向不一定相同，故直流噪声输为

7、输为R ,1,所以/1Ki, K2i,所以抑制比CMRR匕运算放大器 Ni的共模抑制比 CMRR(般可达80dB提高了 K2倍2-9 何谓自电举路？用应于何种场合？请举一例明说之。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8输出阻抗可达10Q以上）的测量放大电路中。2-10何谓电桥放大电路？应用于何种场合？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

8、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。2-11图2-32所示线性电桥放大电路中，若u采用直流，其值U 10V,R R3 R 120且 R R 0.24时，试求输出电压 U。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各为多少?由公式:3)( )R R R113Uo(1RRR2 u 32 uRRR113并将题设代入，可得Uo= - UA R/（E）=10mV设输入失调电压为Uos和输入失调电3）/ （1+R/R）=0.5m；流为怙当输出失调电压小于1mV寸，输入失调电压 Uosv （1X 10-

9、3)/R (1+R/R)=4.17|i A。输入失调电流为los (1X 10 2-12什么是可编程增益放大电路？请举例说明。放大电路的增益通过数字逻辑电路由确定的程序来控制，这种电路称为可编程增益放大电路，亦称程控增益放大电路，简称PGA例如图X2-2程序为A=0开关A断开）、B=0开关B断开）时，放大电路的电压放大倍数为-RR;当程序为 A=1开关A闭合）、关B闭合），放大倍数为 冷邮（丈R）;当程序为R+& R+R R 。B=0开关B断开）时，放大倍数为-RR/R （ R+F）:当程序为 A=0开关A断开）、B=1开 A=1 B=1开关A B均闭合），放大倍数为-2RR/R （ R2因此

10、可编程增益放大电路的增益是通过数字逻辑电路由确定的程序来控制OO+N图 X2-22-13请根据图2-37b画出可获得 1、10 10（十进制增益的电路原理图。由图X2-3可得：当开关 A闭合时，Uo=U;当开关B闭合时，U=10U，当开关C 闭合时，U=100U9R90RA 00Uo图 X2-32-14根据图2-37（和式（2-32，若采用6个电阻，请画出电路原理图，并计算电阻网 络各电阻的阻值。N=6 : R6 =R1 +R2 + R3 +R4 +R5R6 +R5 +R4=0R1 +R2 + R3,R6 +R5 =2 R1 +R2 + R3 +R4R6 +R5 +R4+ R3=4R1 +R2

11、 ,R6 +R5 +R4+ R3+R2=5R1,取 r=r 贝y r=3R r=r r=R2 F3=3F/10 F2=R/5 R=R。见图 X2-4UiUo5路摸拟开关R/5 3R/10R/2 R 3R图 X2-42-15请简述图2-25a所示的同相交流放大电路为何有高输入阻抗特性？对于交流来讲，在不接入 C之前，输入阻抗为 R眾；接入C2后，由于运算放大器的“虚短”特性， 输阻抗无穷大。2R两端的电压很小，故 R吸取的电流是很小的，对于交流来说，12-16证明图2-49所示电路为差分式 V/I转换器，并有I。 1R/a Xu -1 R-VL /式）R中R2。R R R R2143由叠加原理得

12、：UoR / Rn 1 R/ RV由KCL得uI o2V LR1uoV-LR2将以上两式联立得1R RVL33Iuuo21RR RR o=oC-(/)-(/)/1f21其中RoR2。若R R2 1R R，43则Io 1 R a u，且 RoR R R R21432-17什么是隔离放大电路？应用于何种场合?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、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境下以高阻 抗、高共模抑制能力传送信号。2-18试分析图2-41电路中的限幅电路是如何工作的？并写出U。的