测控电路 张国雄

第一章 绪论

1-1 为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技

术？

为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。例如，为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。

为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。

生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。要做到这两点，还是离不开测量与控制。

产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性

第一章

绪论

1-1 为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技

术？

为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。例如，为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。

为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。

生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。要做到这两点，还是离不开测量与控制。 产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。特别是当今时代的自动化已不是本世纪初

第一章

绪论

1-1 为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技

术？

为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。例如，为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。

为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。

生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高，其控制系统性能优异。要做到这两点，还是离不开测量与控制。 产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。特别是当今时代的自动化已不是本世纪初

一．1测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？

传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。

2影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？

影响测控电路精度的主要因素有：

（1） 噪声与干扰；

（2） 失调与漂移，主要是温漂；

（3） 线性度与保真度；

（4） 输入与输出阻抗的影响。

其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。 3为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？

为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。它包括：

（1）模数转换与数模转换；

（2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽

信号等之间的转换；

（3）量

[重点实用参考文档资料]

习题参考答案

（时间仓促，难免有误，请指正，谢谢！）

1-3 试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、生活与各种工作中的广泛应用。

为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。

计算机的发展首先取决于大规模集成电路制作的进步。在一块芯片上能集成多少个元件取决于光刻工艺能制作出多精细的图案，而这依赖于光刻的精确重复定位，依赖于定位系统的精密测量与控制。航天发射与飞行，都需要靠精密测量与控制保证它们轨道的准确性。

一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器，对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、防滑、防碰撞等进行控制。微波炉、照相机、复印机等中也都装有不同数量的传感器，通过测量与控制使其能圆满地完成规定的功能。 1-4 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？

传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除

测控电路发展趋势探究

测控电路发展趋势

测控系统主要由传感器、测量控制电路和执行机构三部分组成。在测控系统中电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。。现代测控系统的含义，已不仅仅局限于工业领域中的测控系统，而是包括在科学研究、农业、医学和日常生活等各个领域中的测量与控制系统，这些测控系统包括各式各样的仪器仪表、控制装置，涉及人类生活的方方面面。许多测控系统是一些设备中的核心，如智能洗衣机、空调和数字化电视机中的控制系统。现代测控系统已无一例外地采用电子技术作为其基础。

测控系统乃至整个机器和生成系统的性能在很大程度上取决于测控电路。测控电路主要包括信号放大电路、信号调制解调电路、信号分离电路、信号运算电路、信号转换电路、信号细分与辨向电路、电量测量电路、连续信号控制电路、逻辑与数字控制电路等。实际上，测控电路是模拟电子技术和数字电子技术的进一步延伸

摘要

湿度在人们的生活中有着广泛的影响，如食品企业、GMP医药厂房、电子厂房、机房、孵房、温室等对环境湿度要求都是比较严格的。报警器是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示人们应当采取某种行动的电子产品。报警器经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测、湿度检测以及温度检测等各个领域，如湿度报警器、红外报警器、水位报警器和煤气感应报警器等。放大电路能够将一个微弱的交流小信号（叠加在直流工作点上），通过一个装置（核心为三极管、场效应管），得到一个波形相似（不失真），但幅值却大很多的交流大信号的输出。实际的放大电路通常是由信号源、晶体三极管构成的放大器及负载组成。

本设计使用传感器及附设电路，对湿度进行检测控制，设计了一个湿度的自动控制系统。系统主要有湿度检测和控制电路组成，可自动实施加湿通风等功能。

关键字：湿度 控制电路 湿度检测 报警器 湿度传感器

目录

引言.....................................................................................................

《测控电路》复习题

1． 右图所示电路为自举组合电路，其输入电流i为：

2． 右图所示电路的输出电压为：

ui 100kΩ∞ i ui 20kΩ10kΩ - + N+ 1 100kΩ uo 20kΩ ∞ uo2 + - N2 + R（1－δ） R（1+δ） ∞ R R - + N + uo 3. 右图所示电路中的R为电感传感器，当对被测量进行测量时，该电路输出为： A. 调幅信号 B. 调相信号 C. 调频信号

D. 调宽信号 （ ）

2KP(S2??0)4. 公式H(S)?2为 2S???0S??0T U C R Us A. 二阶有源低通滤波器的传递函数 B. 二阶有源高通滤波器的传递函数 C. 二阶有源带通滤波器的传递函数

C. 二阶有源带阻滤波器的传递函数 （ ）

5. 右图所示电路的输入信号ui是代表测量振动幅值的交变信号，该电路可实现 A. 负峰值运算 B. 正峰值运算 C. 峰峰值运算

D. 绝对值运算 （ ）

Ui R2 ∞ N1 VD2 VD1 R3 R1 UC S C ∞ N2 Uo 6. 一个10bit逐次逼近A/D转换器

第三章 半导体二极管及基本电路

3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料

导体(conductor)：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体(semiconductor)：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。

半导体(insulator)：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。

半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。 3.1.2 本征半导体和杂志半导体

本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。成分：载流子、自由电子和空穴。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。

杂质半导体：掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。包括P型半导体和N型半导体。 3.2 PN结的形成及特性 3.2.1 PN结的形成

漂移运动：内电场越强，就使漂移(drift)运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散运动：扩散(

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：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。 2-2 什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？

有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测量。

2-3 图2-17b所示电路，N1、N2为理想运算放大器，R4=R2=R1=R3=R，试求其闭环电压放大

倍数。

由图2-17b和题设可得u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )–2ui1 R4/R3 =2ui2–2 ui1=2(ui2-ui1)，所以其闭环电压放大倍数Kf=2。

2-4 图2-18所示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，R1=R2=