测控电路试卷及答案

中国矿业大学2011～2012学年第 二 学期

《 测控电路 》试卷（A）卷

考试时间：100 分钟 考试方式：开 卷

学院 机电学院 班级 姓名 学号

一、简答题（本题共4小题，每小题4分，共16分） 1、运算放大器的输入失调电压 2、差动放大电路

3、调幅信号的包络检波

4、PWM电路的基本构成和直流电动机的PWM调速的基本原理 二、问答题（本题共3小题，每小题8分，共24分） 1、用二极管和运算放大器构成的基本对数运算放大电路实际应用中需要做哪些改进? 2、输入信号为正弦波形，画出此信号经过一般过零比较器和滞回比较器的输出波形图，并简单说明滞回比较器的优点 3、比较巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特点

三、如图为辨向电路。输入信号为A、B为方波脉冲信号。正向移动时，A超

前B信号90度，反向移动时，B超前A信号90度。回答以下问题： （1）画出在正向移动时指明各点A、B、C、D、Y1、Y2的波形。

（2）简述对输出信号YI、Y2如何处理，可以实现辨向。（15分）

（第三题图）

四、无限增益多路反馈二阶滤波电路传递函数的一般公式为：

A

H(s)

Y1Y2

(Y1Y2Y3Y4)Y5Y2Y3

如图为一实际滤波电路。参数为R1=33k，R2=43k，R3=68k，C1=0.01uF，C2=0.0015uF。

（1）求电路的传递函数。

（2）根据电路传递函数求电路的增益、固有频率。（15分）

（第四题图）

五、就直流电机回答以下问题：

（1）直流电机的PWM的调速原理。

（2）给出一种三角波发生电路，就其工作过程作解释。（15分） 六、如图所示电路，回答以下问题：

（1）推导出输出电压Uo与输入电压U1、U2之间的关系式。 （2）在应用时如何选择器件？

（3） 设输入差模信号在10~40mV之间变化。取R4=40k，R3=20k，R1=R2=10k，

试卷A参考答案

一、（每小题4分，共16分）

1、输出为零时加在输入端的补偿电压。

2、将两输入信号分别加在运放的同相和反相输入端，输出为两信号的差模放大信号的电

路。

3、检出调幅信号包络线的解调方法。。

4、PWM电路基本构成和直流电动机的PWM调速的基本原理。PWM电路基本构成：三角波

发生器、加法器和比较器。通过调整脉宽的变化，使电枢电压的平均值也发生改变，从而达到调节速度的目的。 二、问答题（每小题8分，共24分）

1、失调补偿，选输入偏置电流和输入失调电压小的器件，必要时进行补偿。

温度补偿，IS、UT是温度函数极大影响运算精度，可以用对管和热敏电阻进行补偿。 安全保护和校正。防止放大器击穿加反相限幅环节。保证稳定性加RC校正环节。

2、消除振铃现象大大提高抗干扰性。图示转换正确，正向反向均可。

3、比较巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特点。通带内前者平坦，后者有波动。同价比较过

渡带后者比前者陡。 三、正向图10分。辨向分析5分。

Y1、Y2接可逆计数器，加减计数。预置起

始点初值，计数器中的数增大表示一个方向，减小表示另一个方向。可测绝对位置。正反运动位移和。

A

/A

C

D

B

Y1

Y2

四、(推导9分,计算6分)

H(s)

Y1Y2

-11111(Y1Y2Y3Y4)Y5Y2Y3

（C1s)C2sR1R2R3R2R3

11

R1R2

11R1R2



11111

C1C2s2（)C2s

R1R2R3R2R3R31R1C1C2R2R3



11111s2（)s

R1R2R3C1C1C2R2R3-2.062.28107

2

s6.83103s2.28107

0

1

2.281074774.92

R2R3C1C2

f760HzR68

Kp32.06

R133

五、（1）8分，（2）11分。

（1）AB-BC-CA。 AC-CB-BA。按正逻辑和负逻辑画均可以。以下为正逻辑正转波形，

（2

）电路设计不唯一，可任意设计一种中的一相电路即可。要有电机线圈，驱动管及控

制脉冲的位置等。要分析通电状态和断电状态及保护，如设计高低压驱动，要有高压低压状态分析。如恒流，要有反馈分析。 六、（1）7分，（2）6分，（3）6分

（1）为了消除N1、N2偏置电流等的影响，R1=R2，N1、N2性能应一致。为了获得高的共

模抑制比，必须选取N3具有高的共模抑制比，同时精选外接电阻，精度应控制在O.1%内。通常将输入级的 增益Kd设计得大些，输出级的增益Kd3设计得小些。 （2）

IUo2U2U2U1U1Uo1

RP

R2RPR1

UR2RPo2

RPUR2

2RPU1 UR1RPo1

RPUR1

1RP

U2 U(1

R1R2)

o2Uo1RP

(U2U1)

U4o

RR3(1R1R2Rp

)(U2U1) （3）

Rp

R1R210UoR31050000.161 ~0.408k

UU120

1

21R4

20~5040

中国矿业大学2011～2012学年第 二 学期

《 测控电路 》试卷（B）卷

考试时间：100 分钟 考试方式：开 卷

学院 机电学院 班级 姓名 学号

一、简答题（本题共4小题，每小题4分，共16分） 1、增益调整放大电路 2、信号的相位调制 3、滤波器的灵敏度 4、采样/保持电路

二、问答题（本题共3小题，每小题8分，共24分） 1、用运放构成的基本微分电路有何不足？如何改进？

2、比较巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特点。 3、双边带调幅信号为什么要用相敏检波？

三、如图为辨向电路。输入信号为A、B为方波脉冲信号。正向移动时，A超

前B信号90度，反向移动时，B超前A信号90度。回答以下问题： （1）画出在正向移动时指明各点A、B、C、D、E、Y1、Y2的波形。 （2）简述对输出信号YI、Y2如何处理，可以实现辨向。（15分）

（第三题图）

四、如图所示电路。输入差模信号20mV。回答以下问题：

（1）推导输出电压Uo与输入电压U1、U2之间的关系式。 （2）取R4=40k，R3=20k，R1=R2=5k，输出电压Uo=1~5V可调，

五（1（2六、V1（1（2（3

试卷B参考答案

一、（每小题4分，共16分）

1、既方便调整放大电路增益，又不降低放大电路共模抑制比的专门电路。

2、用调制信号x去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位

按调制信号x的线性函数变化。

3、滤波器的某一元件参数的相对变化引起的某一性能指标的相对变化量。

4、在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，信号离散时，采集某一时刻连续信号

值得过程。保持是保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。 二、问答题（每小题8分，共24分）

1、微分电路幅频特性是一条+20dB/10倍频程斜直线。但稳定性差、高频噪声大和高频输

入阻抗低等不足，必须加以克服，否则无法使用。 反馈回路的相移是滞后的，频率越高相移滞后越大，其相移为0～90°，单极点的放大器本身的相移为0～90°，因此与运算放大器的滞后结合在一起，相移已接近-180°，产生振荡。解决这个问题的简单的方法是在微分电容上串联一个电阻。

2、切比雪夫逼近过渡带最为陡峭，如果在通带内不允许有波纹，显然巴特沃斯型比切比

雪夫型更可取，反之，则切比雪夫型是最好的。切比雪夫逼近线性度最差。

3、包络检波无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位，本身不具有区分不同载波频率的

信号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。 三、正转图及简单分析各8分。辨向分析7分

A

A

B

（2）Y1、Y2接可逆计数器，加减计数。

B

预置起始点初值，计数器中的数增大表示一

C

C

个方向，减小表示另一个方向转。可测绝对

D

位置。正反速度等。

EF

D

E

F

Y1Y1

Y2Y2

四、 （1）（8分）

IR

u1uo1uo2u2ui2ui1



R1R2RP

RPR1R1u1ui1ui2

RPRP

uo2

R2RPR2

u2ui1 uo1uo2

RPRP

uo



RP200

(u1u2) RP

R4RpR1R2

(uo1uo2)

R3Rp

（2）（7分）

uo

R4RpR1R2

(uo1uo2)1~5V

R3Rp

将有关电阻参数带入计算Rp=81~416欧

四、（1）7分。

U2-U1=[R1/（R1+R2）]*（UoH-UoL）=1V [R1/（R1+R2）]*（5+5）=1V R2=9*R1 （2）7分

U1=UR*R2/(R1+R2)+ UoL*R1/(R1+R2)=0.4 UR*9*R1/(10*R1)-5*R1/(10*R1)=0.4 UR=1V （3）6分。图的滞后关系要清楚。

参考答案B 一、

（1）10分。S1、S2闭合，S3、S4断开时，输入信号没有，输出为失调，保存在电容C。

UC1=-(UOS2+UO1)K2 UO1=-(UC1-UOS1)K1

得出UC1≈UOS1-UOs2/K1≈UOS1

S1、S2断开闭合，S3、S4断开闭合时。信号放大

UO1=-UiR2/R1-UOS1K1+UC1K1=-UiR2/R1 得到调零。 （2）10分。K1=K2=K，按上面的式子不近似计算有：

UC1=UOS1*K2/(1+K2)- UOS2*K/(1+K2) UO1=-UiR2/R1-UOS1K1+UC1K1

3222

=- UiR2/R1+ UOS1*[K/(1+K)-K]- UOS2*K/(1+K)

=-1*50/10+2*10-3*[1012/(1+108)-104]-4*10-3*108/(1+108)=-4.996V 二、

(1)10分（计算6分，标称6分）

φ1=arctanR1/R2=30° φ2=arvtanR3/R4=60°

R1/R2=0.57735 R3/R4=1.73205 R1+R2=R3+R4=80k

R1=29.28k R2=29.28k R3=50.72k R4=29.28k 取：R1=27k R2=47k R3=47k R4=27k (2)10分（5+5）以标称值算：

Uom=5*(R12+R22)1/2/ (R1+R2)=3.66V φ1=arctanR1/R2=29.88° φ2=arvtanR3/R4=60.12° U2=3.66sin(10t+29.88°) U3=3.66sin(10t+60.12°)

三、20分。其中传递函数10分。比较10分。 H(s)=[Kp*ωc/(s+ωc)]*[ωc2/(s2+2*ωcsinθ1s+ωc2)] n=3, 2N+1=3 N=1 k=1

θ1=(2-1)π/(2*3)= π/6 sinθ1=0.5 Kp=2. 2πfc=ωc=2π*1*1000

H(s)= [2*ωc/(s+ωc)]*[ωc2/(s2+ωcs+ωc2)]=[12566.37/(s+6283)]*[62832//(s2+6283s+62832)] 巴特沃斯滤波器a和切比雪夫滤波器b比较要点：a无波纹，b有一定的波动。b的过渡带陡峭，失真大。b频率特性差。 四、（20分）

1、8分。要描述电压上升与下降两个过程。（要点）假设Uo为高，Ua大于零，A1输出大

于零。A2积分器反相积分，U0慢慢下降，到小于零的某一值时，Ua小于等于零，A1输出小于零。A2积分器反相积分，U0又慢慢上升，到大于零的某一值时，Ua大于等

于零，A1输出又翻转，形成振荡。

、12分。两个峰值电压（振幅）各3分，振荡周期推导6分。 (U+-0)/R3=[0-(-U1)]/R2

U+=(R3/R2)U1

同理：U-=-(R3/R2)U1

充放电对称，只计算周期的一半。

Uo(t)=-[t/(R1+Rw)C]*U1+Uo(0)

设t=0, Uo(0)=U-=-(R3/R2)U1

则t=T/2, Uo(T/2)=U+=(R3/R2)U1

代入上式：(R3/R2)U1=(T/2)/[(R1+Rw)C]*U1-(R3/R2)U1

T=4*R3*(R1+Rw)*C/R2

11 2

中国矿业大学2011～2012学年第 二 学期

《 测控电路 》试卷（A）卷

考试时间：100 分钟 考试方式：开 卷

学院 机电学院 班级 姓名 学号

一、简答题（本题共4小题，每小题4分，共16分） 1、运算放大器的输入失调电压 2、差动放大电路

3、调幅信号的包络检波

4、PWM电路的基本构成和直流电动机的PWM调速的基本原理 二、问答题（本题共3小题，每小题8分，共24分） 1、用二极管和运算放大器构成的基本对数运算放大电路实际应用中需要做哪些改进? 2、输入信号为正弦波形，画出此信号经过一般过零比较器和滞回比较器的输出波形图，并简单说明滞回比较器的优点 3、比较巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特点

三、如图为辨向电路。输入信号为A、B为方波脉冲信号。正向移动时，A超

前B信号90度，反向移动时，B超前A信号90度。回答以下问题： （1）画出在正向移动时指明各点A、B、C、D、Y1、Y2的波形。

（2）简述对输出信号YI、Y2如何处理，可以实现辨向。（15分）

（第三题图）

四、无限增益多路反馈二阶滤波电路传递函数的一般公式为：

A

H(s)

Y1Y2

(Y1Y2Y3Y4)Y5Y2Y3

如图为一实际滤波电路。参数为R1=33k，R2=43k，R3=68k，C1=0.01uF，C2=0.0015uF。

（1）求电路的传递函数。

（2）根据电路传递函数求电路的增益、固有频率。（15分）

（第四题图）

五、就直流电机回答以下问题：

（1）直流电机的PWM的调速原理。

（2）给出一种三角波发生电路，就其工作过程作解释。（15分） 六、如图所示电路，回答以下问题：

（1）推导出输出电压Uo与输入电压U1、U2之间的关系式。 （2）在应用时如何选择器件？

（3） 设输入差模信号在10~40mV之间变化。取R4=40k，R3=20k，R1=R2=10k，

试卷A参考答案

一、（每小题4分，共16分）

1、输出为零时加在输入端的补偿电压。

2、将两输入信号分别加在运放的同相和反相输入端，输出为两信号的差模放大信号的电

路。

3、检出调幅信号包络线的解调方法。。

4、PWM电路基本构成和直流电动机的PWM调速的基本原理。PWM电路基本构成：三角波

发生器、加法器和比较器。通过调整脉宽的变化，使电枢电压的平均值也发生改变，从而达到调节速度的目的。 二、问答题（每小题8分，共24分）

1、失调补偿，选输入偏置电流和输入失调电压小的器件，必要时进行补偿。

温度补偿，IS、UT是温度函数极大影响运算精度，可以用对管和热敏电阻进行补偿。 安全保护和校正。防止放大器击穿加反相限幅环节。保证稳定性加RC校正环节。

2、消除振铃现象大大提高抗干扰性。图示转换正确，正向反向均可。

3、比较巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特点。通带内前者平坦，后者有波动。同价比较过

渡带后者比前者陡。 三、正向图10分。辨向分析5分。

Y1、Y2接可逆计数器，加减计数。预置起

始点初值，计数器中的数增大表示一个方向，减小表示另一个方向。可测绝对位置。正反运动位移和。

A

/A

C

D

B

Y1

Y2

四、(推导9分,计算6分)

H(s)

Y1Y2

-11111(Y1Y2Y3Y4)Y5Y2Y3

（C1s)C2sR1R2R3R2R3

11

R1R2

11R1R2



11111

C1C2s2（)C2s

R1R2R3R2R3R31R1C1C2R2R3



11111s2（)s

R1R2R3C1C1C2R2R3-2.062.28107

2

s6.83103s2.28107

0

1

2.281074774.92

R2R3C1C2

f760HzR68

Kp32.06

R133

五、（1）8分，（2）11分。

（1）AB-BC-CA。 AC-CB-BA。按正逻辑和负逻辑画均可以。以下为正逻辑正转波形，

（2

）电路设计不唯一，可任意设计一种中的一相电路即可。要有电机线圈，驱动管及控

制脉冲的位置等。要分析通电状态和断电状态及保护，如设计高低压驱动，要有高压低压状态分析。如恒流，要有反馈分析。 六、（1）7分，（2）6分，（3）6分

（1）为了消除N1、N2偏置电流等的影响，R1=R2，N1、N2性能应一致。为了获得高的共

模抑制比，必须选取N3具有高的共模抑制比，同时精选外接电阻，精度应控制在O.1%内。通常将输入级的 增益Kd设计得大些，输出级的增益Kd3设计得小些。 （2）

IUo2U2U2U1U1Uo1

RP

R2RPR1

UR2RPo2

RPUR2

2RPU1 UR1RPo1

RPUR1

1RP

U2 U(1

R1R2)

o2Uo1RP

(U2U1)

U4o

RR3(1R1R2Rp

)(U2U1) （3）

Rp

R1R210UoR31050000.161 ~0.408k

UU120

1

21R4

20~5040

中国矿业大学2011～2012学年第 二 学期

《 测控电路 》试卷（B）卷

考试时间：100 分钟 考试方式：开 卷

学院 机电学院 班级 姓名 学号

一、简答题（本题共4小题，每小题4分，共16分） 1、增益调整放大电路 2、信号的相位调制 3、滤波器的灵敏度 4、采样/保持电路

二、问答题（本题共3小题，每小题8分，共24分） 1、用运放构成的基本微分电路有何不足？如何改进？

2、比较巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特点。 3、双边带调幅信号为什么要用相敏检波？

三、如图为辨向电路。输入信号为A、B为方波脉冲信号。正向移动时，A超

前B信号90度，反向移动时，B超前A信号90度。回答以下问题： （1）画出在正向移动时指明各点A、B、C、D、E、Y1、Y2的波形。 （2）简述对输出信号YI、Y2如何处理，可以实现辨向。（15分）

（第三题图）

四、如图所示电路。输入差模信号20mV。回答以下问题：

（1）推导输出电压Uo与输入电压U1、U2之间的关系式。 （2）取R4=40k，R3=20k，R1=R2=5k，输出电压Uo=1~5V可调，

五（1（2六、V1（1（2（3

试卷B参考答案

一、（每小题4分，共16分）

1、既方便调整放大电路增益，又不降低放大电路共模抑制比的专门电路。

2、用调制信号x去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位

按调制信号x的线性函数变化。

3、滤波器的某一元件参数的相对变化引起的某一性能指标的相对变化量。

4、在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，信号离散时，采集某一时刻连续信号

值得过程。保持是保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。 二、问答题（每小题8分，共24分）

1、微分电路幅频特性是一条+20dB/10倍频程斜直线。但稳定性差、高频噪声大和高频输

入阻抗低等不足，必须加以克服，否则无法使用。 反馈回路的相移是滞后的，频率越高相移滞后越大，其相移为0～90°，单极点的放大器本身的相移为0～90°，因此与运算放大器的滞后结合在一起，相移已接近-180°，产生振荡。解决这个问题的简单的方法是在微分电容上串联一个电阻。

2、切比雪夫逼近过渡带最为陡峭，如果在通带内不允许有波纹，显然巴特沃斯型比切比

雪夫型更可取，反之，则切比雪夫型是最好的。切比雪夫逼近线性度最差。

3、包络检波无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位，本身不具有区分不同载波频率的

信号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。 三、正转图及简单分析各8分。辨向分析7分

A

A

B

（2）Y1、Y2接可逆计数器，加减计数。

B

预置起始点初值，计数器中的数增大表示一

C

C

个方向，减小表示另一个方向转。可测绝对

D

位置。正反速度等。

EF

D

E

F

Y1Y1

Y2Y2

四、 （1）（8分）

IR

u1uo1uo2u2ui2ui1



R1R2RP

RPR1R1u1ui1ui2

RPRP

uo2

R2RPR2

u2ui1 uo1uo2

RPRP

uo



RP200

(u1u2) RP

R4RpR1R2

(uo1uo2)

R3Rp

（2）（7分）

uo

R4RpR1R2

(uo1uo2)1~5V

R3Rp

将有关电阻参数带入计算Rp=81~416欧

四、（1）7分。

U2-U1=[R1/（R1+R2）]*（UoH-UoL）=1V [R1/（R1+R2）]*（5+5）=1V R2=9*R1 （2）7分

U1=UR*R2/(R1+R2)+ UoL*R1/(R1+R2)=0.4 UR*9*R1/(10*R1)-5*R1/(10*R1)=0.4 UR=1V （3）6分。图的滞后关系要清楚。

参考答案B 一、

（1）10分。S1、S2闭合，S3、S4断开时，输入信号没有，输出为失调，保存在电容C。

UC1=-(UOS2+UO1)K2 UO1=-(UC1-UOS1)K1

得出UC1≈UOS1-UOs2/K1≈UOS1

S1、S2断开闭合，S3、S4断开闭合时。信号放大

UO1=-UiR2/R1-UOS1K1+UC1K1=-UiR2/R1 得到调零。 （2）10分。K1=K2=K，按上面的式子不近似计算有：

UC1=UOS1*K2/(1+K2)- UOS2*K/(1+K2) UO1=-UiR2/R1-UOS1K1+UC1K1

3222

=- UiR2/R1+ UOS1*[K/(1+K)-K]- UOS2*K/(1+K)

=-1*50/10+2*10-3*[1012/(1+108)-104]-4*10-3*108/(1+108)=-4.996V 二、

(1)10分（计算6分，标称6分）

φ1=arctanR1/R2=30° φ2=arvtanR3/R4=60°

R1/R2=0.57735 R3/R4=1.73205 R1+R2=R3+R4=80k

R1=29.28k R2=29.28k R3=50.72k R4=29.28k 取：R1=27k R2=47k R3=47k R4=27k (2)10分（5+5）以标称值算：

Uom=5*(R12+R22)1/2/ (R1+R2)=3.66V φ1=arctanR1/R2=29.88° φ2=arvtanR3/R4=60.12° U2=3.66sin(10t+29.88°) U3=3.66sin(10t+60.12°)

三、20分。其中传递函数10分。比较10分。 H(s)=[Kp*ωc/(s+ωc)]*[ωc2/(s2+2*ωcsinθ1s+ωc2)] n=3, 2N+1=3 N=1 k=1

θ1=(2-1)π/(2*3)= π/6 sinθ1=0.5 Kp=2. 2πfc=ωc=2π*1*1000

H(s)= [2*ωc/(s+ωc)]*[ωc2/(s2+ωcs+ωc2)]=[12566.37/(s+6283)]*[62832//(s2+6283s+62832)] 巴特沃斯滤波器a和切比雪夫滤波器b比较要点：a无波纹，b有一定的波动。b的过渡带陡峭，失真大。b频率特性差。 四、（20分）

1、8分。要描述电压上升与下降两个过程。（要点）假设Uo为高，Ua大于零，A1输出大

于零。A2积分器反相积分，U0慢慢下降，到小于零的某一值时，Ua小于等于零，A1输出小于零。A2积分器反相积分，U0又慢慢上升，到大于零的某一值时，Ua大于等

于零，A1输出又翻转，形成振荡。

、12分。两个峰值电压（振幅）各3分，振荡周期推导6分。 (U+-0)/R3=[0-(-U1)]/R2

U+=(R3/R2)U1

同理：U-=-(R3/R2)U1

充放电对称，只计算周期的一半。

Uo(t)=-[t/(R1+Rw)C]*U1+Uo(0)

设t=0, Uo(0)=U-=-(R3/R2)U1

则t=T/2, Uo(T/2)=U+=(R3/R2)U1

代入上式：(R3/R2)U1=(T/2)/[(R1+Rw)C]*U1-(R3/R2)U1

T=4*R3*(R1+Rw)*C/R2

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