测控电路李醒飞第五版第二章习题答案

第二章信号放大路何谓测量放大路？对基本求是什？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：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号；⑥高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。利用一741和一只k的电位设计可电源，输出压范围V；(2)如果u时，在空状态下一个1的负载接到电源上时，请电源电压的化量是少？（741参数：输入阻抗r差模增益d，输出阻r75o（1）电路设计如图所示：V

N

I

L

R

L图（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：ridd

00V0

410r

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：IL

S

V1mLI0.375SL

在图2-2所示电路中，已知k，并令运算放器的I1B和In在以不同情下，计算输失调误。o(1)R；(3)R，并且把所有电阻值缩小原来10分PP2P12一；在(条件的基础上，用In的运算大器。（1）直流噪声增益为：反相端输入的等效电阻为：故直流噪声输出电压为：

RR101VV219.91RR100mVo2（2）当时，直流噪声输出为：2101RRIo2（3）当同时把所有电阻减小1倍时，直流噪声输出为：o（4）采I的运算放大器时，直流噪声输出为：101RImVo1OS减小输出直流噪声的方法有：1、电阻匹配可以消除输入偏置电流产生的直流输出噪声；2、在合理范围内等倍数减小电阻阻值；3、采用输入失调电流更小的运算放大器。在图2-47所示的电路，知RkC和u运算放器有oInI30和输出饱和压，不同情下计算运放大器sat经过多时间进入饱。(1)0R。P（1）当时，充时间常数为s，而充电电压为直流噪声电压RImV，故输出端饱和时间为Tu0.013oBsato（2）当时，输入差变为umV，输出端饱和时间变为：OT0.043ssat(1)在2-48所的电路，运算放大的In，所有电阻都为R，析I对反放大器性能影响(2)为了使u最小同相端应该串联多的电阻？（1）假设运算放大器是理想的，根据“虚短”可知：在输入ui

时：

0RI2110021oB（2）运算放大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：

c'21c'21V所以可算出同相端串联的电阻值为：P

3410

k，取标值为kP（提示：此题不可简单将反馈电阻直接等效，采但是原理不可行）

的方法虽然结果对，图2-4b所示的运算大器使用

741电路增为，为使电输入电阻最，求满足条的电阻（令输入失可调范为mV最大失电流I200最大失电压V此时要联合考虑失调电压和失调电流的影响，由于两者的作用方向不一定相同，故直流噪声输出为：uR输入电阻为RR，R20，由题意可知：i解，故Rk，R（）112什么是运算大器它与自调零大电路主要区别是么？何场合下采用较合适？CAZ算放大器是轮换自动校零集成运算放大器的简称，它通过模拟开关的切换，使内部两个性能一致的运算放大器交替地工作在信号放大和自动校零两种不同的状态。它与自动调零放大电路的主要区别是由于两个放大器轮换工作因此始终保持有一个运算放大器对输入信号进行放大并输出，输出稳定无波动，性能优于由通用集成运算放大器组成的自动调零放大电路，但是电路成本较高，且对共模电压无抑制作用。应用于传感器输出信号极为微弱，输出要求稳定、漂移极低，对共模电压抑制要求不高的场合。请说明斩波稳集成运放大器是如提高其模抑制比的ICL7650的输UKKKUKU其共模信号误差项U相当于i输入端的共模误差电压Uˊ，即cKUKUUUUKKKK

式中、K分别为运算放大器N的开环放大倍数和开环共模放大倍数；1c1

1

为运算放大器由侧向端A输入时的放大倍数；K为运算放大器N的开环放大倍数。设122计中可使K＇≈K，K>>1所CMRRCMRR因此整个集成运算放大器的共模1抑制比CMRR运算放大器N的共模抑制比（一般可达）提高了K倍。12何谓自举电路应用于种场？请举例说明之。

3333333321232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，压电式传感器的输出阻抗可达10

8

Ω以上）的测量放大电路中。何谓电桥放大路？应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。图2-32所示线性电桥放电路中u采用直值URR1且0.24时，试求出电压Ｕ。如要使失电压和失调流各自起的输小于，那么输入调电压输入失调电各为多？由公式：

)()并将题设代入，可得U=UΔ。设输入失调电压为u和输入失调电o流为I当输出失调电压小1mV时输入失调电压u﹤(1×10)/(1+/R)=0.5mV；0s输入失调电流为I﹤×10)/[R(1+R/R)]=4.17μA。02什么是可编程益放大路？请举例明。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称程控增益放大电路称PGA如图X2-2序为A=0(开关A断开)、=0(开断开)时，放大电路的电压放大倍数为RR；当程序为=1(开关A闭合、1=0(开断开)时大倍数为-R/[（R+]程序为A开关断开)=1(开212关闭合)，放大倍数为–RR/[（R）]；当程序为A、B开关、B均闭合，放大倍数为–RRR/[（+RRR）]因此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。

2

A

U

i

31

B

－

∞N

U

o图

oo请根据图，画出可得、10进制增的电路理图。由图X2-3可得：当开关A合时，U=U；当开关B闭合时，UU，当开关Coii闭合时，U=100U。oi90RC

－

∞N

U

o图

U

i根据图和式（2-32若采用6个电阻，请画出路原理图，计算电网络各电的阻值。N=6:+R2+R3+R5,R6+R5（R3+R4）+R4=3（+）+R4+R3=4（R1+R2,+R4+R3+R2=5R1,取R=R，则R=3R，RR，=R/2，=3R/10，=/5=R。见图X2-4。16431U

i

－∞N

U

o

5摸拟开关/5RR/23R图请简述图2-25a所的同交流放电路何有高入阻抗特性对于交流来讲，在不接之前，输入阻抗为；接C后，由于运算放大22器的“虚短”特性，R两端的电压很小，吸取的电流是很小的，对于交流来说，1输阻抗无穷大。证明图所示电为差分V/I转换器，有IooR中RR21由叠加原理得：

。uo43

o1ooo1ooKCL得uuILL12将以上两式联立得：Io

11

u2

V33L21oR其中R2RR24

。若，则I。1o11o什么是隔离放电路？用于何种场？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。试分析图2-