2026年傳感器信號調理電路設計試題含答案一、單選題（共10題，每題2分，總計20分）說明：下列每題只有一個正確選項。1.在傳感器信號調理電路中，濾波電路的主要目的是什么？A.放大信號B.抑制噪聲干擾C.變換信號頻率D.調節(jié)信號幅度2.以下哪種傳感器輸出信號通常需要放大電路調理？A.溫度傳感器（熱電偶）B.壓力傳感器（電容式）C.光纖傳感器D.霍爾傳感器3.在信號調理電路中，使用運算放大器設計儀表放大器時，其主要優(yōu)勢是什么？A.高輸入阻抗B.低輸出阻抗C.高帶寬D.高共模抑制比4.當傳感器輸出信號為微伏級時，通常需要采用什么電路進行信號放大？A.反相放大器B.儀表放大器C.電壓跟隨器D.差分放大器5.在傳感器信號調理中，接地干擾（GroundNoise）的主要來源是什么？A.傳感器本身故障B.電源噪聲C.信號線與地線距離過近D.放大器增益過高6.為防止傳感器信號在傳輸過程中受到干擾，通常采用什么方法？A.增加信號傳輸線粗細B.使用屏蔽電纜C.提高信號頻率D.降低信號幅度7.在傳感器信號調理電路中，A/D轉換器的主要作用是什么？A.放大模擬信號B.濾波數字信號C.將模擬信號轉換為數字信號D.調節(jié)信號相位8.當傳感器輸出信號包含直流和交流成分時，通常需要采用什么電路進行濾波？A.高通濾波器B.低通濾波器C.帶通濾波器D.帶阻濾波器9.在設計傳感器信號調理電路時，選擇運算放大器的關鍵參數是什么？A.增益帶寬積（GBW）B.輸入偏置電流C.壓擺率（SlewRate）D.共模抑制比（CMRR）10.以下哪種電路常用于傳感器信號的隔離？A.電阻分壓電路B.光耦合器C.運算放大器D.信號調理芯片二、多選題（共5題，每題3分，總計15分）說明：下列每題有多個正確選項。1.傳感器信號調理電路中常見的噪聲干擾類型包括哪些？A.差模噪聲B.共模噪聲C.接地噪聲D.電磁干擾（EMI）E.低頻噪聲2.在設計儀表放大器時，需要考慮哪些關鍵參數？A.共模抑制比（CMRR）B.輸入阻抗C.增益可調性D.帶寬E.功耗3.以下哪些電路可用于傳感器信號的濾波？A.RC濾波器B.LC濾波器C.有源濾波器D.無源濾波器E.調諧濾波器4.在傳感器信號調理電路中，電源噪聲的抑制方法包括哪些？A.使用線性穩(wěn)壓器B.加裝濾波電容C.采用差分電源供電D.使用磁珠濾波E.降低信號傳輸速率5.選擇傳感器信號調理電路的運算放大器時，需要考慮哪些因素？A.開環(huán)增益B.輸入失調電壓C.壓擺率D.電源電壓范圍E.噪聲電壓三、簡答題（共5題，每題5分，總計25分）說明：請簡要回答下列問題。1.簡述傳感器信號調理電路中濾波電路的作用及其常見類型。2.解釋什么是共模噪聲，并說明如何抑制共模噪聲干擾。3.說明傳感器信號調理電路中A/D轉換器的選擇依據及其關鍵參數。4.簡述接地干擾的產生原因及其解決方案。5.比較儀表放大器和反相放大器的優(yōu)缺點，并說明適用場景。四、計算題（共3題，每題10分，總計30分）說明：請根據題目要求進行計算并簡述設計步驟。1.題目：某傳感器輸出信號為0.5mV（峰峰值），信噪比為20dB。設計一個放大電路，要求放大倍數為100倍，輸出信號仍需保持較高的信噪比。請計算輸出信號幅度，并選擇合適的運算放大器參數（如增益帶寬積、噪聲電壓等）。2.題目：設計一個帶通濾波器，用于濾除傳感器信號中的50Hz工頻干擾。要求濾波器中心頻率為100Hz，帶寬為10Hz。請選擇合適的濾波電路類型（如LC、RC或有源濾波器），并計算關鍵元件參數。3.題目：某傳感器輸出信號為差分信號，幅度為1mV（峰峰值），共模電壓為5V。設計一個儀表放大器，要求增益為500倍，共模抑制比（CMRR）不低于80dB。請計算關鍵參數，并選擇合適的運算放大器型號。五、設計題（共2題，每題15分，總計30分）說明：請根據題目要求完成電路設計并說明設計思路。1.題目：設計一個傳感器信號調理電路，用于測量溫度傳感器（輸出為0.1-1V，噪聲為10μV）的溫度變化。電路需包括信號放大（增益為1000倍）、濾波（去除50Hz工頻干擾）和A/D轉換（精度12位，采樣率1kHz）。請畫出電路框圖，并說明各部分設計依據。2.題目：設計一個用于工業(yè)環(huán)境中的振動傳感器信號調理電路。傳感器輸出為微弱信號（0.1mV，共模電壓為250V），需進行信號放大（增益為1000倍）、隔離（防止高壓干擾）和濾波（去除噪聲）。請畫出電路原理圖，并說明關鍵元件的選擇理由。答案與解析一、單選題答案1.B2.A3.D4.B5.C6.B7.C8.C9.C10.B解析：1.濾波電路主要用于抑制噪聲干擾，提高信號質量。2.熱電偶輸出信號通常為微弱電壓，需放大。3.儀表放大器具有高CMRR，適合差分信號放大。4.微伏級信號需要高增益、低噪聲的儀表放大器。5.接地干擾主要源于信號線與地線距離過近，形成環(huán)路電流。6.屏蔽電纜可有效防止電磁干擾。7.A/D轉換器將模擬信號轉換為數字信號，便于處理。8.帶通濾波器可保留特定頻率范圍，濾除其他干擾。9.壓擺率決定了放大器輸出電壓的快速變化能力。10.光耦合器用于信號隔離，防止高壓干擾。二、多選題答案1.A,B,C,D,E2.A,B,C,D,E3.A,B,C,D4.A,B,C,D,E5.A,B,C,D,E解析：1.噪聲類型包括差模、共模、接地、EMI和低頻噪聲。2.儀表放大器需考慮CMRR、輸入阻抗、增益、帶寬和功耗。3.濾波電路類型包括RC、LC、有源和無源濾波器。4.抑制電源噪聲的方法包括線性穩(wěn)壓器、濾波電容、差分電源、磁珠濾波和降低傳輸速率。5.運算放大器需考慮開環(huán)增益、輸入失調電壓、壓擺率、電源電壓范圍和噪聲電壓。三、簡答題答案1.濾波電路的作用：抑制信號中的噪聲和干擾，提高信噪比；常見類型包括RC濾波器（低通、高通、帶通）、LC濾波器和有源濾波器（如Sallen-Key、Butterworth）。2.共模噪聲：指兩個輸入端相對于地線電壓相同且變化一致噪聲。抑制方法：使用高CMRR的運算放大器（如儀表放大器）、差分放大電路、屏蔽電纜等。3.A/D轉換器選擇依據：精度（如12位）、采樣率（如1kHz）、輸入電壓范圍、功耗和接口類型。關鍵參數包括分辨率、轉換時間、噪聲密度等。4.接地干擾：產生原因：信號線與地線距離過近形成環(huán)路電流，引入噪聲。解決方案：采用星形接地、屏蔽電纜、差分接地等。5.儀表放大器vs反相放大器：-儀表放大器：高CMRR、高輸入阻抗，適合差分信號；反相放大器：結構簡單，增益可調，但CMRR較低。-適用場景：儀表放大器用于精密測量，反相放大器用于一般信號放大。四、計算題答案1.計算：-輸入信號幅度：0.5mV（峰峰值）→峰值=0.5/2=0.25mV。-放大后輸出幅度=0.25mV×100=25mV（峰值）。-輸出峰峰值=25mV×2=50mV。-信噪比：放大后SNR=20dB+20log(100)=40dB（假設噪聲不變）。-選擇運算放大器：低噪聲（噪聲電壓<1μV），高GBW（>10MHz），高CMRR（>80dB）。2.帶通濾波器設計：-類型：LC有源濾波器（Q值高，適合窄帶濾波）。-中心頻率：100Hz，帶寬10Hz，Q值=100/10=10。-計算元件：LC電路參數需通過公式計算（如諧振頻率公式），或使用濾波器設計工具。3.儀表放大器參數：-輸出電壓=1mV×500=500mV。-CMRR要求：80dB→差模增益/共模增益=10000。-選擇運算放大器：如AD8221（CMRR>80dB，增益可調）。五、設計題答案1.電路框圖：-信號放大（儀表放大器，增益1000）→濾波（有源帶通濾波器，中心100Hz，帶寬