測控電路課后習(xí)題答案

1、第一章 緒1- 1 測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？傳感器的輸出信號一般很微弱，還可能伴隨著各種噪聲，需要用測控電路將它放大，剔 除噪聲、選取有用信號，按照測量與控制功能的要求，進(jìn)行所需演算、處理與變換，輸出能 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的信號。在整個測控系統(tǒng)中，電路是最靈活的部分，它具有便于放大、便 于轉(zhuǎn)換、便于傳輸、便于適應(yīng)各種使用要求的特點。測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著十分關(guān) 鍵的作用，測控系統(tǒng)、乃至整個機(jī)器和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度是取決于測控電路。1- 2 影響測控電路精度的主要因素有哪些， 而其中哪幾個因素又是最基本的， 需要特別注意？ 影響測控電路精度的主要因素有：（ 1） 噪聲

2、與干擾；（ 2） 失調(diào)與漂移，主要是溫漂；（ 3） 線性度與保真度；（ 4 ） 輸入與輸出阻抗的影響。 其中噪聲與干擾，失調(diào)與漂移（含溫漂）是最主要的，需要特別注意。1- 3 為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？為了適應(yīng)在各種情況下測量與控制的需要，要求測控系統(tǒng)具有選取所需的信號、靈活地 進(jìn)行各種變換和對信號進(jìn)行各種處理與運算的能力，這些工作通常由測控電路完成。它包括：（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換；（2）直流與交流、電壓與電流信號之間的轉(zhuǎn)換。幅值、相位、頻率與脈寬信號等之間的 轉(zhuǎn)換；（3）量程的變換；（4）選取所需的信號的能力，信號與噪聲的分離，不同頻率信號的分離等；（5）

3、對信號進(jìn)行處理與運算，如求平均值、差值、峰值、絕對值，求導(dǎo)數(shù)、積分等、非 線性環(huán)節(jié)的線性化處理、邏輯判斷等。1- 4 測量電路的輸入信號類型對其電路組成有何影響？試述模擬式測量電路與增量碼數(shù)字式 測量電路的基本組成及各組成部分的作用。隨著傳感器類型的不同，輸入信號的類型也隨之而異。主要可分為模擬式信號與數(shù)字式 信號。隨著輸入信號的不同，測量電路的組成也不同。圖 X1-1 是模擬式測量電路的基本組成。傳感器包括它的基本轉(zhuǎn)換電路，如電橋，傳感器 的輸出已是電量（電壓或電流） 。根據(jù)被測量的不同，可進(jìn)行相應(yīng)的量程切換。傳感器的輸出 一般較小，常需要放大。圖中所示各個組成部分不一定都需要。例如，對于輸

4、出非調(diào)制信號 的傳感器，就無需用振蕩器向它供電，也不用解調(diào)器。在采用信號調(diào)制的場合，信號調(diào)制與 解調(diào)用同一振蕩器輸出的信號作載波信號或參考信號。利用信號分離電路（常為濾波器） ，將 信號與噪聲分離，將不同成分的信號分離，取出所需信號。有的被測參數(shù)比較復(fù)雜，或者為 了控制目的，還需要進(jìn)行運算。對于典型的模擬式電路，無需模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計算機(jī)，而直 接通過顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出，因此圖中將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計算機(jī)畫在虛線框內(nèi)。越來越多的模 擬信號測量電路輸出數(shù)字信號，這時需要模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。在需要較復(fù)雜的數(shù)字和邏輯運算、 或較大量的信息存儲情況下，采用計算機(jī)。圖 X1-1增量碼數(shù)字式測量電路的基本組成見圖X1-

5、2。一般來說增量碼傳感器輸出的周期信號也是比較微小的，需要首先將信號放大。傳感器輸出信號一個周期所對應(yīng)的被測量值往往不夠 小，為了提高分辨力，需要進(jìn)行內(nèi)插細(xì)分?？梢詫蛔冃盘栔苯犹幚磉M(jìn)行細(xì)分，也可能需先 將它整形成為方波后再進(jìn)行細(xì)分。在有的情況下，增量碼一個周期所對應(yīng)的量不是一個便于 讀出的量（例如，在激光干涉儀中反射鏡移動半個波長信號變化一個周期），需要對脈沖當(dāng)量進(jìn)行變換。被測量增大或減小，增量碼都作周期變化，需要采用適當(dāng)?shù)姆椒ū鎰e 被放大路-整形電路-鵬沖當(dāng)細(xì)分電變換電鎖存計 數(shù)計 算顯示執(zhí)行機(jī)11令鎖-一指令傳感器存|1手動采樣測量變化的方向，辨向電路按辨向結(jié)果控制計數(shù)器作加法或減法計數(shù)

6、。在有的情況下辨向電 路還同時控制細(xì)分與脈沖當(dāng)量變換電路作加或減運行。采樣指令到來時，將計數(shù)器所計的數(shù) 送入鎖存器，顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示該狀態(tài)下被測量量值，或按測量值執(zhí)行相應(yīng)動作。在需要較 復(fù)雜的數(shù)字和邏輯運算、或較大量的信息存儲情況下，采用計算機(jī)。1- 5為什么要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)？試述閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成及各組成部分的作用。在開環(huán)系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的任何變化將引起輸出的變化。其次，不可避免地會有擾動因素 作用在被控對象上，引起輸出的變化。利用傳感器對擾動進(jìn)行測量，通過測量電路在設(shè)定上 引入一定修正，可在一定程度上減小擾動的影響，但是這種控制方式同樣不能達(dá)到很高的精 度。一是對擾動的測量誤差影響控制

7、精度。二是擾動模型的不精確性影響控制精度。比較好 的方法是采用閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的的基本組成見圖X1-3。它的主要特點是用傳感器直接測量輸出量，將它反饋到輸入端與設(shè)定值相比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)它們之間有差異時，進(jìn)行調(diào)節(jié)。這里系統(tǒng)和擾動的傳 遞函數(shù)對輸出基本沒有影響，影響系統(tǒng)控制精度的主要是傳感器和比較電路的精度。在圖X1-3中，傳感器反饋信號與設(shè)定信號之差不直接送到放大電路，而先經(jīng)過一個校正電路。這主要 考慮從發(fā)現(xiàn)輸出量變化到執(zhí)行控制需要一段時間，為了提高響應(yīng)速度常引入微分環(huán)節(jié)。另外， 當(dāng)輸出量在擾動影響下作周期變化時，由于控制作用的滯后，可能產(chǎn)生振蕩。為了防止振蕩， 需要引入適當(dāng)?shù)姆e分環(huán)節(jié)。在實際

8、電路中，往往比較電路的輸出先經(jīng)放大再送入校正電路， 然后再次放大。圖 X1-3為原理性構(gòu)成。圖X1-3閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第二章信號放大電路2- 4什么是CAZ運算放大器？它與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場合下采用較 為合適？CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器的簡稱，它通過模擬開關(guān)的切換， 使內(nèi)部兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。它與自動調(diào) 零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個放大器輪換工作，因此始終保持有一個運算放大器對輸入 信號進(jìn)行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無波動，性能優(yōu)于由通用集成運算放大器組成的自動調(diào)零放 大電路，但是電路成本較高，且對共模

9、電壓無抑制作用。應(yīng)用于傳感器輸出信號極為微弱， 輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對共模電壓抑制要求不高的場合。2- 5請說明ICL7650斬波穩(wěn)零集成運算放大器是如何提高其共模抑制比的？ICL7650的輸出Uo （Ki Ki K2）Ui KiUosi KdUc （見式2-6）,其共模信號誤差項 KCiU相當(dāng)于輸入端的共模誤差電壓UL,即式中K、KCi分別為運算放大器 N的開環(huán)放大倍數(shù)和開環(huán)共模放大倍數(shù)；K；為運算放大器 N由側(cè)向端Ai輸入時的放大倍數(shù)；K2為運算放大器 2的開環(huán)放大倍數(shù)。設(shè)計中可使KKi, K21, 所以CMRR KzCMRRi，因此整個集成運算放大器的共模抑制比CMRI比運算放大器

10、N的共模抑制比CMRR（一般可達(dá)80dB）提高了 K?倍。2- 6何謂自舉電路？應(yīng)用于何種場合？請舉一例說明之。自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而 提高輸入阻抗的電路。應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高（如電容式，壓電式傳感器的輸出阻抗 可達(dá)108 Q以上）的測量放大電路中。圖 2-7所示電路就是它的例子。2- 7什么是高共模抑制比放大電路？應(yīng)用何種場合？有抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。應(yīng)用于要求共模抑制比大于100dB的場合，例如人體心電測量。2- 8圖2-8b所示電路，N、N為理想運算放大器，R4=Ra=R=R=

11、R,試求其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。由圖 2-8b和題設(shè)可得uoi=ui(1+R/R)= 2 Uii ,uo=U2(1+R / Rs) - 2unR/R =2ui2 - 2ui =2( U2-Uii)，所以其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kf=2。2-9 圖 2-9 所示電路，Ni、N2、Nb工作在理想狀態(tài)，R=R=i00k , R=i0k , R=Ft=20k , F5=R=60k ,Na同相輸入端接地，試求電路的差模增益？電路的共模抑制能力是否降低？為什么？由圖 2-9 和題設(shè)可得 Uo = (U02 - Uoi) R / Rs =3(Uo2 - Uoi ), Uoi = ui (i + R/R) - U2 R

12、/R=iiUii, Uo2= u i2(1+ R/ R) - Uii R2/ R= - 10ui,即 Uo=3 (- 10Uii - 11 Ui ) = - 63ui，因此，電路的差模增 益為63。電路的共模抑制能力將降低，因N2同相輸入端接地，即Ui2 =0, Uii的共模電壓無法與Ui2的共模電壓相抵消。2-ii何謂電橋放大電路？應(yīng)用于何種場合？由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和運算放大器構(gòu)成的電橋都稱為 電橋放大電路。應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通 過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運算放 大器直

13、接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。2-i3線性電橋放大電路中(見圖 2-i4 )，若U采用直流，其值 U = i0V, R = Rb= R= i20 Q, R=Q時，試求輸出電壓U。如果要使失調(diào)電壓和失調(diào)電流各自引起的輸出小于imV那么輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流應(yīng)為多少？由圖2-i4電路的公式(式 2-24):并將題設(shè)代入，可得 U=- UA R/(2 F)=i0mVo設(shè)輸入失調(diào)電壓為 Us和輸入失調(diào)電流為10s，當(dāng) 輸出失調(diào)電壓小于 imV時，輸入失調(diào)電壓 U0s (i X i0-3)/ (i+ R/R)=;輸入失調(diào)電流為ls = R +R + R3 +Rj +R ,Rs +R =2

14、 (R +R + R3 +R)Rs +R5+Rj=3(R+R2+ R3),R+R；+Ri+ R3=4(R+R?),R5 +R5 +R4+ R3+ R=5R.,取 R=R,貝UF6=3R,R=R,F4=R/2,R3=3R/10 ,R2=F/5,R=F。見圖 X2-4。丄2-17什么是隔離放大電路？應(yīng)用于何種場合？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中 沒有公共的接地端。隔離放大電路主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統(tǒng)(如生物醫(yī)學(xué)人 體測量、自動化試驗設(shè)備、工業(yè)過程控制系統(tǒng)等)中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑 制能力傳送信號。2- 18試分析圖2-41b電

15、路中的限幅電路是如何工作的？并寫出Uo的計算公式。當(dāng)輸入過載時，即輸入正向(或反向)電壓突然很大時，低漂移斬波穩(wěn)零運算放大器 235L 輸出飽和電平，限幅電路的正向(或反向)二極管導(dǎo)通，使放大器的增益減小，輸出從飽和 狀態(tài)迅速恢復(fù)。運算放大器235L的輸出為U= ( R+F4) F2U/ ( RR) =1000U, AD277隔離放大器的電壓放 大倍數(shù)約為，所以 Uo= ( R+F4) RU/ (R Ri) =196078 Ui。雄：U= ( R+R+ R3 R2/ R4) U/R, 何處來第三章信號調(diào)制解調(diào)電路3- 1什么是信號調(diào)制？在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？什么是解調(diào)？在測控系統(tǒng)中

16、常用 的調(diào)制方法有哪幾種？在精密測量中，進(jìn)入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而 傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一 項重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要 功用。調(diào)制就是用一個信號(稱為調(diào)制信號)去控制另一作為載體的信號(稱為載波信號)，讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后， 還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調(diào)。在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位 三個參數(shù)，可以對這三

17、個參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用脈沖信號作 載波信號。可以對脈沖信號的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱 為脈沖調(diào)寬。3- 2什么是調(diào)制信號？什么是載波信號？什么是已調(diào)信號？調(diào)制是給測量信號賦以一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦 信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用需要傳輸?shù)男盘柸ジ淖冚d波信號的某 一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。這個用來改變載波信號的某一參數(shù)的信號稱調(diào)制信號。在測控系統(tǒng)中需傳輸?shù)氖菧y量信號，通常就用測量信號作調(diào)制信號。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫已調(diào)信號。3- 3 為什么說信號調(diào)制有利于提高測控系統(tǒng)的信噪比， 有利于

18、提高它的抗干擾能力？它的作用通 過哪些方面體現(xiàn)？在精密測量中，進(jìn)入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而 傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一 項重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要 功用。在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，再經(jīng)放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號 中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調(diào)。通過調(diào)制，對測量信號賦以一定的特征，使已調(diào)信號的頻帶在以載波信號頻率為中心的 很窄的范圍內(nèi)，而噪聲含有各種頻率，即近乎于白噪聲。這時可以利用選頻放大器、濾波器 等，只讓以載波頻率為

19、中心的一個很窄的頻帶內(nèi)的信號通過，就可以有效地抑制噪聲。采用 載波頻率作為參考信號進(jìn)行比較，也可抑制遠(yuǎn)離參考頻率的各種噪聲。3- 4 為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信號調(diào)制？為了提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常常在傳 感器中進(jìn)行調(diào)制。3- 5在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0100Hz ,應(yīng)當(dāng)怎樣選取載波信號的頻率？應(yīng)當(dāng)怎樣選取調(diào)幅信號放大器的通頻帶？信號解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？為了正確進(jìn)行信號調(diào)制必須要求3 cQ，通常至少要求 3 c10 Q。在這種情況下，解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號。若被測信號的變化頻率為 01

20、00Hz，應(yīng)要求載波信號的頻率3 c1000 Hz。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應(yīng)為9001100 Hz。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)100 Hz，即讓0100Hz的信號順利通過，而將900 Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為 200 Hz。3-6 相 敏 檢 波 電 路 與 包 絡(luò) 檢 波 電 路 在 功 能 、 性 能 與 在 電 路 構(gòu) 成 上 最 主 要 的 區(qū) 別 是什么？相敏檢波電路與包絡(luò)檢波電路在功能上的主要的區(qū)別是相敏檢波電路能夠鑒別調(diào)制信號 相位，從而判別被測量變化的方向、在性能上最主要的區(qū)別是相敏檢波電路具有判別信號相 位和頻率的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，

21、相敏檢波電路的主要 特點是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來 鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應(yīng)與所需解調(diào)的調(diào)幅信號具有同樣的頻率，采用載波 信號作參考信號就能滿足這一條件。3-7 從 相 敏 檢 波 器 的 工 作 機(jī) 理 說 明 為 什 么 相 敏 檢 波 器 與 調(diào) 幅 電 路 在 結(jié) 構(gòu) 上 有 許 多相似之處？它們又有哪些區(qū)別？只要將輸入的調(diào)制信號 Ux UxmCOSQ t乘以幅值為1的載波信號cos ct就可以得到雙 邊頻調(diào)幅信號Us ux cos ct UxmCOSQ t cos ct。若將Us再乘以cos ct ,就得到利用低通濾波器濾

22、除頻率為2 c Q和2 c Q的高頻信號后就得到調(diào)制信號UxmCOsQt，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調(diào)制信號ux乘以幅值為1的載波信號cos ct 就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號 Us，將雙邊頻調(diào)幅信號 Us再乘以載波信號cos ct，經(jīng)低通濾波后 就可以得到調(diào)制信號 Ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。相敏檢波器與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是調(diào)幅電路實現(xiàn)低頻調(diào)制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾 波后輸出低頻解調(diào)信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。3-8試述圖3-17開關(guān)式全波相敏檢波電

23、路工作原理，電路中哪些電阻的阻值必須滿足一定的匹配關(guān)系？并說明其阻值關(guān)系。圖a中，在U=1的半周期，同相輸入端被接地，us只從反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為-1，輸出信號uo如圖c和圖d中實線所示。在 UC=0的半周期，V截止，us同時從同相 輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為+1,輸出信號uo如圖c和圖d中虛線所示。圖b中，取 R= R2= R3= R4= R5= R6/2。在U=1的半周期，Vi導(dǎo)通、V2截止，同相輸入端被 接地，us從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為2/ R2 R31。在U=0的半周期，V截止、V導(dǎo)通，反相輸入端通過 Rs接地，us從同相輸入端輸入，放大倍數(shù)為 R5

24、(1 R6) - 3 1。效果與圖a相同，實現(xiàn)了全波相敏檢波。R= F2= F3= R=F5=Ri R4 R5R33F6/2是阻值必須滿足的匹配關(guān)系。3-9什么是相敏檢波電路的鑒相特性與選頻特性？為什么對于相位稱為鑒相，而對于頻率稱為選頻？相敏檢波電路的選頻特性是指它對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。以參考信號 為基波，所有偶次諧波在載波信號的一個周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。 對于n=1,3,5等各次諧波，輸出信號的幅值相應(yīng)衰減為基波的1/ n等，即信號的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對高次諧波有一定抑制作用。對于頻率不是參考信號整數(shù)倍的輸入信 號，只要二者頻率不太接近，

25、由于輸入信號與參考信號間的相位差不斷變化，在一段時間內(nèi) 的平均輸出接近為零，即得到衰減。如果輸入信號 us為與參考信號 uc(或UL)同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓u UsmCOS 2，即輸出信號隨相位差的余弦而變化。由于在輸入信號與參考信號同頻，但有一定相位差時，輸出信號的大小與相位差有確定的函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號的大小確定相位差的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒相特性。而在輸入信號與參考信號不同頻情況下，輸出信號與輸入信號間無確定的函數(shù)關(guān)系， 不能根據(jù)輸出信號的大小確定輸入信號的頻率。只是對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞關(guān) 系，這種特性稱為選頻特性。3-10 試述圖3-34所示

26、雙失諧回路鑒頻電路的工作原理，工作點應(yīng)怎么選取？兩個調(diào)諧回路的固有頻率f01、f 02分別比載波頻率fc高和低 fo。隨著輸入信號us的頻率變化，回路1的輸出us1和回路2的輸出us2如圖3-34d和e所示?；芈?的輸出靈敏度，即 單位頻率變化引起的輸出信號幅值變化Um/隨著頻率升高而增大，而回路2的輸出靈敏度隨著頻率升高而減小?？傒敵鰹槎呓^對值之和，采用雙失諧回路鑒頻電路不僅使輸出靈 敏度提高一倍，而且使線性得到改善。圖a中二極管 V V2用作包絡(luò)檢波，電容 C、C2用于濾除高頻載波信號。RL為負(fù)載電阻。濾波后的輸出如圖f所示。工作點應(yīng)選在圖b中回路1和回路 2 幅頻特性線性段中點，也即斜

27、率最大、線性最好的點上。3-11 在用數(shù)字式頻率計實現(xiàn)調(diào)頻信號的解調(diào)中，為什么采用測量周期的方法， 而不用測量頻率的方法？采用測量周期的方法又有什么不足？測量頻率有兩種方法： 一種是測量在某一時段內(nèi) （例如 1 秒或秒內(nèi)） 信號變化的周期數(shù)， 即測量頻率的方法。這種方法測量的是這一時段內(nèi)的平均頻率，難以用于測量信號的瞬時頻 率，從而難以用于調(diào)頻信號的解調(diào)；另一種方法基于測量信號的周期，根據(jù)在信號的一個周 期內(nèi)進(jìn)入計數(shù)器的高頻時鐘脈沖數(shù)即可測得信號的周期，從而確定它的頻率。后一種方法可 用于調(diào)頻信號的解調(diào)。它的缺點是進(jìn)入計數(shù)器的脈沖數(shù)代表信號周期，它與頻率間的轉(zhuǎn)換關(guān) 系是非線性的。3-12 在

28、本 章 介 紹 的 各 種 鑒 相 方 法 中 ， 哪 種 方 法 精 度 最 高 ？ 主 要 有 哪 些 因 素 影 響 鑒相誤差？它們的鑒相范圍各為多少？RS觸發(fā)器鑒相精度最高，因為它線性好，并且對U和UC的占空比沒有要求。影響鑒相誤差的主要因素有非線性誤差，信號幅值的影響，占空比的影響，門電路與時鐘脈沖頻率影 響等。用相敏檢波器或乘法器鑒相從原理上說就是非線性的，其輸出與相位差（或其半角） 的余弦成正比。脈沖采樣式鑒相中鋸齒波的非線性也直接影響鑒相誤差。用相敏檢波器或乘 法器鑒相時信號的幅值也影響鑒相誤差。采用異或門鑒相時占空比影響鑒相誤差。門電路的 動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對通過相位

29、脈寬變換鑒相方法精度有影響，但一般誤差較小。用相敏檢波電路或乘法器構(gòu)成的鑒相器鑒相范圍為n2 ,異或門鑒相器的鑒相范圍為 0 n,RS觸發(fā)器鑒相和脈沖采樣式鑒相的鑒相范圍接近2 n 。3-13 在圖 3-47c 所示數(shù)字式相位計中鎖存器的作用是什么？為什么要將計數(shù)器 清零，并延時清零？延時時間應(yīng)怎樣選?。繄D 3-47c 所示數(shù)字式相位計中計數(shù)器計的脈沖數(shù)是隨時變化的，當(dāng)Uo 的下跳沿來到時，計數(shù)器計的脈沖數(shù) N反映US和UC的相位差 ，為了記錄這一值，需要將它送入鎖存器。為了 在下一周期比相時，計的是下一周期U和UC的相位差 ，要在鎖存后將計數(shù)器清零，否則計數(shù)器計的是若干周期總共脈沖數(shù)，而不是

30、U和UC到來之間的脈沖數(shù)。但是只有在鎖存后才能將計數(shù)器清零，所以要延時片刻后才將計數(shù)器清零。延時時間應(yīng)大于鎖存所需要的時間，但 又應(yīng)小于時鐘脈沖周期，以免丟數(shù)。3-14 脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有哪些方式？脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有兩種方式。 一種是將脈寬信號 Uo 送入一個低通濾波器， 濾波 后的輸出uo與脈寬B成正比。另一種方法是 Uo用作門控信號，只有當(dāng) U為高電平時，時鐘 脈沖Cp才能通過門電路進(jìn)入計數(shù)器。這樣進(jìn)入計數(shù)器的脈沖數(shù) N與脈寬B成正比。兩種方法均具有線性特性。第四章 信號分離電路4- 1 簡述濾波器功能、分類及主要特性參數(shù) 濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統(tǒng)。按所處理

31、信號形式不同，濾波器可 分為模擬濾波器與數(shù)字濾波器兩類；按功能濾波器可分為低通、高通、帶通與帶阻四類。濾 波器主要特性參數(shù)包括：1）特征頻率濾波器的頻率參數(shù)主要有： 通帶截頻fpp/2n為通帶與過渡帶的邊界點，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。阻帶截頻frr/2n為阻帶與過渡帶的邊界點，在該點信號衰耗（增益的倒數(shù)）下降到一個人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率fc c/2n為信號功率衰減到1/2（約3dB）時的頻率，在很多情況下，也常以fc作為通帶或阻帶截頻。當(dāng)電路沒有損耗時，固有頻率foo/2n，就是其諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個固有頻率。2）增益與衰耗 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。對低通濾波器

32、通帶增益KP 般指 0時的增益；高通指時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。對帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。通帶增益變化量Kp指通帶內(nèi)各點增益的最大變化量，如果 Kp以dB為單位，則指增益 dB值的變化量。3 ）阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù) 阻尼系數(shù) 是表征濾波器對角頻率為 0信號的阻尼作用，是 濾波器中表示能量衰耗的一項指標(biāo)， 它是與傳遞函數(shù)的極點實部大小相關(guān)的一項系數(shù)。它可由式（4-3 ）所示的傳遞函數(shù)的分母多項式系數(shù)求得 ：的倒數(shù)Q 1/稱為品質(zhì)因數(shù)，是評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標(biāo)，Q為:式中的為帶通或帶阻濾波器的 3dB帶寬，0為中心頻率，在很多情況下中心頻率

33、與固有頻率0相等。4）靈敏度 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。 濾波器某一性能指標(biāo) y對某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作 S：，定義為：靈敏度是濾波電路設(shè)計中的一個重要參數(shù)，可以用來分析元件實際值偏離設(shè)計值時，電 路實際性能與設(shè)計性能的偏離；也可以用來估計在使用過程中元件參數(shù)值變化時，電路性能變化情況。該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容 錯能力越強，穩(wěn)定性也越高。5） 群時延函數(shù)當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計要求時，為保證輸出信號失真度不超過允許 范圍，對其相頻特性 （）也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計中，常用群時延函數(shù)（）d評價

34、信號經(jīng)濾波后相位失真程度。（）越接近常數(shù)，信號相位失真越小。d4- 3試確定圖4-3所示的低通濾波器的群時延函數(shù)（），并證明當(dāng)0時，貝賽爾逼近Q 1/3可使（）最接近常數(shù)。（提示：將（）展成幕級數(shù)，并略去（/ 0）4及更 高次項）由式（4-12）可以得到當(dāng)0時，將其展成幕級數(shù)又可以得到當(dāng) 3時略去（/。）4及更高次項4-8 一電路結(jié)構(gòu)如圖4-26。其中 R0R1 Rs 10k , R? 4.7k , R3 47k ,R4 33k , C1 C2 0.1 F。試確定當(dāng)電阻 R0斷開與接入時電路功能分別是什么？ 并計算相應(yīng)的電路參數(shù) Kp、f0與Q。令 R0斷路，輸出 U1（S）f1（S）Uj（S

35、）；令 R1 斷路，輸出 Uo2（s） f2（s）Uo（s）。因 R0R1 ,故 f1（s） f2（s） f （s）,17A gA gJk-1I I-J-+-X+ Ni+ N2C2Uo(t習(xí)題4-8圖TCUi(tF2 )o電阻R0斷開時，前級電路與圖4- 14C完全一樣，是一個無限增益多路反饋型二階帶通濾波器，后級是一個反相放大器，增益為R5 / R40.3030。這時電路功能仍為帶通濾波器KpR5R3C1F4 Ri (Ci C2)0.7121， foRiR22 冗、Ri R2 R3C1C2129.8Hz電阻R0接入時，最后可得到其傳遞函數(shù)在選定參數(shù)情況下仍為帶通濾波器，電路參數(shù)f。不變，Kp

36、 2.474 ,0.15。4- 11 一個二階帶通濾波器電路如圖4-11 c所示，其中R1 56k , R2 2.7k,R3 4.7k , R0 20k, R 33k , C1 1 F, C20.1 F。求電路品質(zhì)因數(shù)Q與通帶中心頻率f0。當(dāng)外界條件使電容 C2增大或減小1%寸，Q與f0變?yōu)槎嗌伲?當(dāng)電阻R2增大或減小1%或當(dāng)電阻R2減小5%寸Q與f0變?yōu)槎嗌?？由?4-36)與(4-37)可得到：當(dāng)電容C2增大1%寸，仍按上面兩式計算得到f0 143.9Hz , Q=。當(dāng)電容C2減小1%寸，f。 145.4Hz , Q=。當(dāng)電阻R2增大1%寸，f。 144.0Hz , Q=。當(dāng)電阻R2減小1

37、%寸 f0145.3Hz , Q=。當(dāng)電阻R2減小5%寸，Q值變負(fù)，電路自激振蕩。4- 12在圖4-19中，當(dāng)R03開路，并且R01R3 %2只2時U0為高通輸出，u/俞出性質(zhì)如何？ 因為u0為高通輸出，u0經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)輸出，相當(dāng)于乘以一個積分運算符U21/(R5C2S)，所以比為帶通輸出。從傳遞函數(shù)也可以證明這一點，令第一級運放輸出為Uo(s)密口2(9 単 Ui(s) , U1(s)- Uo(s)R3R02R5C2s解之得到因為R01R3R02R2，所以u1為帶通輸出。第五章信號運算電路5- 1 圖5-37中所示的電路稱為放大極性系數(shù)電路，試推導(dǎo)出其輸出電壓U0與輸入電壓U的關(guān)系表達(dá)式

38、。輸出電壓U0與輸入電壓U的關(guān)系表達(dá)式為：U o 2nq n U i5- 5 圖5-14 a所示的積分電路中，積分電容C=1 F,=100ms，若放大器的U0s=2mV要求輸入偏置電流lb對積分器的影響不超過 U0S影響，試選擇運算放大器的lb。5- 7 圖5-22所示的積分電路中，若U為占空比1:1的方波信號，其幅值為 2V,周期為20ms,試畫出相應(yīng)的 U0波形圖。設(shè)t=0時，U=0, R=R=10k，C=1 F。5- 8試畫出能檢測一個任意波形的正向峰值電壓的電路原理圖。D2Uo/V 兒Uo102030t/ms信號40-22試述在S/H電路中對模擬開關(guān)、存儲電容及運算放大器這三種主要元器

39、件的選擇有什么要求。 模擬開關(guān)：要求模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。存儲電容：要選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的和泄漏電阻大的電容。運算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉(zhuǎn)換速率（上升速率）大的運算放大器; 輸入運放還應(yīng)具有大的輸出電流。3、存儲電容：選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小和泄漏電阻大的電容器，如聚苯乙烯，鉭電容和聚碳酸脂電容器等。（原因：當(dāng)電路從采樣轉(zhuǎn)到保持，介質(zhì)的吸附效應(yīng)會使電容器上的電壓下降，被保持的電 壓低于采樣轉(zhuǎn)保持瞬間的輸入電壓，峰值檢波器復(fù)位時，電容放電，介質(zhì)吸附效應(yīng)會使放電 后的電容電壓回升，引起小信號峰值的檢波誤差。電容器的泄漏電阻引起電容上的保持電壓 隨時間逐漸減小，降低保持精度）4、什么是電容的吸附效應(yīng)？在實際電容器中，電容器介質(zhì)的偶極子及其界面極化的形成和消失都不可能瞬時實現(xiàn), 往往需要一定的時間，因而使電介質(zhì)常數(shù)隨信號頻率和環(huán)境溫度變化，不能近似為常數(shù)5、從元件方面來看，提高精度的重要措施是：1、減小各種漏電流和偏置電流，選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小的電容器，減小開關(guān)導(dǎo)通電阻等的影 響。2、提高工作速度的措施是提高開關(guān)速度，減小開關(guān)極間電容的影響，選用上升速率和輸