測(cè)控電路課后習(xí)題集.(文本資料)

1、H習(xí)題參考答案（時(shí)間倉(cāng)促，難免有誤，請(qǐng)指正，謝謝?。?- 3試從你熟悉的幾個(gè)例子說(shuō)明測(cè)量與控制技術(shù)在生產(chǎn)、生活與各種工作中的廣泛應(yīng)用。為了加工出所需尺寸、形狀的高精度零件，機(jī)床的刀架與主軸必須精確地按所要求的軌 跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了煉出所需規(guī)格的鋼材，除了嚴(yán)格按配方配料外，還必須嚴(yán)格控制爐溫、 送風(fēng)、冶煉時(shí)間等運(yùn)行規(guī)程。為了做到這些，必須對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)它偏離規(guī)定要求，或有偏離規(guī)定要求的傾向時(shí)，控制它，使它按規(guī)定的要求運(yùn)行。計(jì)算機(jī)的發(fā)展首先取決于大規(guī)模集成電路制作的進(jìn)步。在一塊芯片上能集成多少個(gè)元件取決于光刻工藝能制作出多精細(xì)的圖案，而這依賴于光刻的精確重復(fù)定位，依賴于定位系

2、統(tǒng)的精密測(cè)量與控制。航天發(fā)射與飛行，都需要靠精密測(cè)量與控制保證它們軌道的準(zhǔn)確性。一部現(xiàn)代的汽車往往裝有幾十個(gè)不同傳感器，對(duì)點(diǎn)火時(shí)間、燃油噴射、空氣燃料比、 防滑、防碰撞等進(jìn)行控制。微波爐、照相機(jī)、復(fù)印機(jī)等中也都裝有不同數(shù)量的傳感器，通過(guò) 測(cè)量與控制使其能圓滿地完成規(guī)定的功能。1- 4測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？傳感器的輸出信號(hào)一般很微弱，還可能伴隨著各種噪聲，需要用測(cè)控電路將它放大，剔除噪聲、選取有用信號(hào)，按照測(cè)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(dòng)作的信號(hào)。在整個(gè)測(cè)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

3、求的特點(diǎn)。測(cè)控電路在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中起著十分關(guān)鍵的作用，測(cè)控系統(tǒng)、乃至整個(gè)機(jī)器和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度是取決于測(cè)控電路。1- 5影響測(cè)控電路精度的主要因素有哪些，而其中哪幾個(gè)因素又是最基本的，需要特別注意？影響測(cè)控電路精度的主要因素有：(1)噪聲與干擾；失調(diào)與漂移，主要是溫漂；線性度與保真度；（4）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。1-7為什么說(shuō)測(cè)控電路是測(cè)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(cè)量與控制的需要，要求測(cè)控系統(tǒng)具有選取所需的信號(hào)、靈活地進(jìn)行各種變換和對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種處理與運(yùn)算的能力，這些工作通常由測(cè)控電路完成。它包括：輸入與輸出阻抗

4、的影響。模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換；直流與交流、電壓與電流信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。幅值、相位、頻率與脈寬信號(hào)等之間 的轉(zhuǎn)換；量程的變換；(4)選取所需的信號(hào)的能力，信號(hào)與噪聲的分離，不同頻率信號(hào)的分離等；對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理與運(yùn)算，如求平均值、差值、峰值、絕對(duì)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- 9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(kāi)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(huì)有擾動(dòng)因 素作用在被控對(duì)象上，引起輸出的變化。利用傳感器對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)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(dòng)的影響，但是這種控制方式同樣不能

5、達(dá)到很高的精度。一是對(duì)擾動(dòng)的測(cè)量誤差影響控制精度。二是擾動(dòng)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)的基本組成見(jiàn)圖X1-3。它的主要特點(diǎn)是用傳感器直接測(cè)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(shí)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。這里系統(tǒng)和擾動(dòng)的傳需要引入適當(dāng)?shù)姆e分環(huán)節(jié)。在實(shí)際電路中，往往比較電路的輸出先經(jīng)放大再送然后再次放大。圖X1-3為原理性構(gòu)成。遞函數(shù)對(duì)輸出基本沒(méi)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(hào)與設(shè)定信號(hào)之差不直接送到放大電路，而先經(jīng)過(guò)一個(gè)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(shí)間，為了提高

6、響應(yīng)速度常引入微分環(huán) 節(jié)。另外，當(dāng)輸出量在擾動(dòng)影響下作周期變化時(shí)，由于控制作用的滯后，可能產(chǎn)生振蕩。為 了防止振蕩， 入校正電路，圖X1-3閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成2- 2什么是高共模抑制比放大電路？應(yīng)用何種場(chǎng)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lOOdB的場(chǎng)合，例如人體心電測(cè)量。2- 3圖2-13b所示電路，Ni、Nb為理想運(yùn)算放大器，R4=R=R=R3=R,試求其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。K=2。由圖 2-13b 和題設(shè)可得 uoi =Uii (1+R / R) = 2 Uii , uo=Ui2(1+R / R) - 2uii R/

7、R3=2Ui2 - 2 uii =2( ui2-uii)，所以其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)2- 6何謂電橋放大電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和運(yùn)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(guò)電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào)。2- 9什么是CAZ運(yùn)算放大器？它與自動(dòng)調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場(chǎng)合下采較為合適？它通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)的切換， 使內(nèi)CAZ運(yùn)算放大器是輪換自動(dòng)校零集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱，它與自動(dòng)部?jī)蓚€(gè)性能

8、一致的運(yùn)算放大器交替地工作在信號(hào)放大和自動(dòng)校零兩種不同的狀態(tài)。調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個(gè)放大器輪換工作，因此始終保持有一個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大并輸出， 輸出穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，性能優(yōu)于由通用集成運(yùn)算放大器組成的自動(dòng)調(diào)零 放大電路，但是電路成本較高，且對(duì)共模電壓無(wú)抑制作用。 應(yīng)用于傳感器輸出信號(hào)極為微弱， 輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對(duì)共模電壓抑制要求不高的場(chǎng)合。2- 11何謂自舉電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？請(qǐng)舉一例說(shuō)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)108Q以上）的

9、測(cè)量放大電路中。圖 2-23所示電路就是它的例子。2- 12什么是可編程增益放大電路？請(qǐng)舉例說(shuō)明之。放大電路的增益通過(guò)數(shù)字邏輯電路由確定的程序來(lái)控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路，簡(jiǎn)稱PGA例如圖X2-2，程序?yàn)锳=0（開(kāi)關(guān)A斷開(kāi)）、B=0（開(kāi)關(guān)B斷開(kāi)）時(shí)，放大電路的電壓放大倍數(shù)為-RR ;當(dāng)程序?yàn)锳=1（開(kāi)關(guān)A閉合）、B=0（開(kāi)關(guān)B斷開(kāi)）時(shí)，放大倍數(shù)為-只2巴R（ R+R）;當(dāng)程序?yàn)?A=0（開(kāi)關(guān)A斷開(kāi)）、B=1（開(kāi)關(guān)B閉合）， 放大倍數(shù)為 -RF/ R（R+R）;當(dāng)程序?yàn)?A=1、B=1（開(kāi)關(guān)A、B均閉合），放大倍數(shù)為-RRR R（R Ra+Ri R + R R）。

10、因此可編程增益放大電路的增益是通過(guò)數(shù)字邏輯電路由確定的程序來(lái)控制。圖 X2-22-13請(qǐng)根據(jù)圖2-29b，畫(huà)出可獲得1、由圖X2-3可得：當(dāng)開(kāi)關(guān)A閉合時(shí),10、100十進(jìn)制增益的電路原理圖。U0=U;當(dāng)開(kāi)關(guān)B閉合時(shí)，LO=10UI，當(dāng)開(kāi)關(guān)C閉合時(shí),U=100U。9R90RUo圖 X2-3Ui2-14根據(jù)圖電阻的阻值。2-29c和式（2-32），若采用6個(gè)電阻，請(qǐng)畫(huà)出電路原理圖，并計(jì)算電阻網(wǎng)絡(luò)各N=6 :R +民=2 (R +R； + Rs +Rt)R +R+Rf3(R+R；+Rs),Rj+R +艮+R3=4( R+R；),R6 = R +R2 + Rs +F4 +F5 ,R6 +R5 +R4+

11、 R3+R2=5R,取 R=R,貝UF6=3R,F5=R,F4=F/2,R3=3R/10 ,R2=R5,R=F。見(jiàn)圖 X2-4。圖 X2-42- 15什么是隔離放大電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒(méi)有直接的電路耦合，即信號(hào)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有公共的接地端。隔離放大電路主要用于便攜式測(cè)量?jī)x器和某些測(cè)控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學(xué)人體測(cè)量、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)過(guò)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(hào)。3- 1什么是信號(hào)調(diào)制？在測(cè)控系統(tǒng)中為什么要采用信號(hào)調(diào)制？什么是解調(diào)？在測(cè)控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種?在精密測(cè)量中，進(jìn)入測(cè)量電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外

12、，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱，將測(cè)量信號(hào)從含有噪聲的信號(hào)中分離出來(lái)是測(cè)量電路的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測(cè)量信號(hào)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(gè)信號(hào)（稱為調(diào)制信號(hào)）去控制另一作為載體的信號(hào)（稱為載波信號(hào)）， 讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。在將測(cè)量信號(hào)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(hào)中提取反映被測(cè)量值的測(cè)量信號(hào)，這一過(guò)程稱為解調(diào)。在信號(hào)調(diào)制中常以一個(gè)高頻正弦信號(hào)作為載波信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)有幅值、頻率、相位三個(gè)參數(shù)，可以對(duì)這三個(gè)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(hào) 作載波信號(hào)?？梢詫?duì)脈沖信號(hào)的

13、不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對(duì)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(hào)？什么是載波信號(hào)？什么是已調(diào)信號(hào)？調(diào)制是給測(cè)量信號(hào)賦以一定特征，這個(gè)特征由作為載體的信號(hào)提供。常以一個(gè)高頻正 弦信號(hào)或脈沖信號(hào)作為載體，這個(gè)載體稱為載波信號(hào)。用需要傳輸?shù)男盘?hào)去改變載波信號(hào)的 某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。這個(gè)用來(lái)改變載波信號(hào)的某一參數(shù)的信號(hào)稱調(diào)制信號(hào)。在 測(cè)控系統(tǒng)中需傳輸?shù)氖菧y(cè)量信號(hào)，通常就用測(cè)量信號(hào)作調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。3- 3什么是調(diào)幅？請(qǐng)寫(xiě)出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫(huà)出它的波形。調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào) x去控制高頻載波信號(hào)的幅值。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號(hào) 的幅

14、值按調(diào)制信號(hào)x線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號(hào) Us的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：Us(Um mx)cos ct式中載波信號(hào)的角頻率;Um調(diào)幅信號(hào)中載波信號(hào)的幅度; m調(diào)制度。圖X3-1繪出了這種調(diào)幅信號(hào)的波形。a)b)c)3-4什么是調(diào)頻？請(qǐng)寫(xiě)出調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫(huà)出它的波形。調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào) x去控制高頻載波信號(hào)的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào) x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號(hào)Us的一般表達(dá)式可寫(xiě)為：Us Um cos( c mx)t式中Um載波信號(hào)的角頻率；調(diào)頻信號(hào)中載波信號(hào)的幅度; 調(diào)制度。圖X3-2繪出了這種調(diào)頻信號(hào)的波形。圖a為調(diào)制信號(hào)x的波形，它可以按任意規(guī)律變化圖b為調(diào)頻信

15、號(hào)的波形，它的頻率隨 x變化。若 x=Xcos Q t，則調(diào)頻信號(hào)的頻率可在mXm范圍內(nèi)變化。為了避免發(fā)生頻率混疊現(xiàn)象，并便于解調(diào)，要求mXm。a)b)a)調(diào)制信號(hào)b)調(diào)頻信號(hào)3- 8為什么在測(cè)控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信號(hào)調(diào)制？為了提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求從信號(hào)一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號(hào)，因此常常在傳感器中進(jìn)行調(diào)制。3- 5什么是雙邊帶調(diào)幅？請(qǐng)寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫(huà)出它的波形?？梢约僭O(shè)調(diào)制信號(hào) x為角頻率為Q的余弦信號(hào)x=Xcos Qt，當(dāng)調(diào)制信號(hào)x不符合余弦規(guī) 律時(shí)，可以將它分解為一些不同頻率的余弦信號(hào)之和。在信號(hào)調(diào)制中必須要求載波信號(hào)的頻ct mX m cos Q t cos ctmXm

16、 cos( c Q)t mXm cos( c Q)t2 2:角頻率為c的載波信號(hào) Ucos 3 ct和角頻率分別為3 c ±x的信息，因此可以取 Ut=0,Us Um COSUm cos ct率遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)的變化頻率。由式(3-1 )調(diào)幅信號(hào)可寫(xiě)為：它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào)Q的上下邊頻信號(hào)。載波信號(hào)中不含調(diào)制信號(hào)，即不含被測(cè)量即只保留兩個(gè)邊頻信號(hào)。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制，對(duì)于雙邊帶調(diào)制mxmxUs cos( c Q )t cos( c Q)t mXmCOsQtcos ct Uxm cosQtcos ct2 2雙邊帶調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)波形見(jiàn)圖X3-9。圖a為調(diào)制信號(hào)，圖b為載波信號(hào)，圖c

17、為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。b)a)c)圖X3-9 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)a）調(diào)制信號(hào)b）載波信號(hào)c）雙邊帶調(diào)幅信號(hào)3-12測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0100Hz,應(yīng)當(dāng)怎樣選取載波信號(hào)的頻率？應(yīng)當(dāng)怎樣選取調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶？信號(hào)解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？為了正確進(jìn)行信號(hào)調(diào)制必須要求3 c>>Q,調(diào)時(shí)濾波器能較好地將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分開(kāi)， 0100Hz,應(yīng)要求載波信號(hào)的頻率 3 c>1000 Hz。 信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100 Hz,即讓的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200 Hz。通常至少要求 3 c>10Q。在這種情況下，解 檢出調(diào)制信號(hào)。若被測(cè)信號(hào)的變化頻率為

18、 調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為9001100 Hz。0100Hz的信號(hào)順利通過(guò)，而將900 Hz以上3- 13什么是包絡(luò)檢波？試述包絡(luò)檢波的基本工作原理。致。從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)或檢波。 幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號(hào)的幅值隨 調(diào)制信號(hào)的值變化，因此調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號(hào)一致。 只要能檢出調(diào)幅信號(hào)的包 絡(luò)線即能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波。從圖X3-10中可以看到，只要從圖 a所示的調(diào)幅信號(hào)中，截去它的下半部，即可獲得 圖b所示半波檢波后的信號(hào) （經(jīng)全波檢波也可），再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號(hào)，即可獲得 所需調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上的。圖 X3-1

19、0a）調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的工作原理b）半波檢波后的信號(hào)3-14為什么要采用精密檢波電路？試述圖 哪些電阻的阻值必須滿足一定的匹配關(guān)系，并說(shuō)明其阻值關(guān)系。二極管和晶體管 V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、 晶體管的發(fā)射結(jié)電壓超過(guò) 一定值時(shí)才導(dǎo)通，它們的特性也是一根曲線。二極管和晶體管 V的特性偏離理想特性會(huì)給檢波帶來(lái)誤差。在一般通信中，只要這一誤差不太大，不致于造成明顯的信號(hào)失真。而在精密測(cè)量與控制中，則有較嚴(yán)格的要求。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為 線性檢波電路。圖3-11b是一種由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的精密檢波電路。在調(diào)幅波 由于運(yùn)算放大器 N的倒相作用，Ni輸出低電平，

20、因此 V1導(dǎo)通、V2截止， 0。在Us的負(fù)半周，有Ua輸出。若集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于 圖上所標(biāo)注的極性，可寫(xiě)出下列方程組：3-11 b所示全波線性檢波電路工作原理，電路中us為正的半周期，A點(diǎn)接近于虛地，ua 艮，貝y i - i1。按usus iR1uau iR2usua其中Kd為Ni的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。解以上聯(lián)立方程組得到KdUsUsRi邑丄(1 *)山(1 )uR2Kdr/KdR2通常，N的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù) Kd很大，這時(shí)上式可簡(jiǎn)化為:us単 uauR2RuuaR2 g二極管的死區(qū)和非線性不影響檢波輸出。圖3-11b中加入Vi反饋回路一是為了防止在Us的正半周期因V2截止而使運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)

21、狀態(tài)而進(jìn)入飽和，另一方面也使Us在兩個(gè)半周期負(fù)載基本對(duì)稱。圖中Nb與R3、R、C等構(gòu)成低通濾波器。對(duì)于低頻信號(hào)電容C接近開(kāi)路，濾波器的增益為 -F4/R。對(duì)于載波頻率信號(hào)電容C接近短路，它使高頻信號(hào)受到抑制。 因?yàn)殡娙軨的左端接虛地，電容C上的充電電壓不 會(huì)影響二極管V2的通斷，這種檢波器屬于平均值檢波器。為了構(gòu)成全波精密檢波電路需要將為了實(shí)現(xiàn)全波精密檢波必須要求R3Us通過(guò)R3與Ua相加，圖3-11b中N2組成相加放大器, 2R3。在不加電容器 C時(shí)，N2的輸出為：圖X3-11a為輸入調(diào)幅信號(hào)輸出的全波整流信號(hào)u。電容R(Ua 牛)R32Us的波形，圖b為N輸出的反相半波整流信號(hào) Ua,圖C

22、為N2 C起濾除載波頻率信號(hào)的作用。a)Uaioc)b)圖X3-11線性全波整流信號(hào)的形成a）輸入信號(hào)b）半波整流信號(hào)波形C） 全波整流輸出3-15什么是相敏檢波？為什么要采用相敏檢波?相敏檢波電路是能夠鑒別調(diào)制信號(hào)相位的檢波電路。包絡(luò)檢波有兩個(gè)問(wèn)題： 一是解調(diào)的主要過(guò)程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無(wú)法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。在圖1-3所示用電感傳感器測(cè)量工件輪廓形狀的例子中，磁芯3由它的平衡位置向上和向下180 °。從包絡(luò)檢波電路的輸出無(wú)移動(dòng)同樣的量，傳感器的輸出信號(hào)幅值相同，只是相位差法確定磁芯向上或向下移動(dòng)。第二，包絡(luò)檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號(hào)的能

23、力。對(duì)于不同載波頻率的信號(hào)它都以同樣方式對(duì)它們整流，以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，這就是說(shuō)它不具有鑒別信號(hào)的能力。為了使檢波電路具有判別信號(hào)相位和頻率的能力，提高抗干擾能力， 需采用相敏檢波電路。3-16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(hào)相位，從而判別被測(cè)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(hào)相位和頻率的能力，從而提高測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點(diǎn)是，除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外，還要輸入一個(gè)參考信號(hào)。有了參考信號(hào)就可以用它 來(lái)鑒別輸入信號(hào)的相位和

24、頻率。參考信號(hào)應(yīng)與所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)具有同樣的頻率，采用載波信號(hào)作參考信號(hào)就能滿足這一條件。3- 19什么是相敏檢波電路的鑒相特性與選頻特性？為什么對(duì)于相位稱為鑒相，而對(duì)于頻率 稱為選頻？相敏檢波電路的選頻特性是指它對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同的傳遞特性。以參考信號(hào)為基波，所有偶次諧波在載波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。對(duì)于n=1,3,5等各次諧波，輸出信號(hào)的幅值相應(yīng)衰減為基波的1/ n等，即信號(hào)的傳遞系數(shù)隨諧波次數(shù)增高而衰減，對(duì)高次諧波有一定抑制作用。對(duì)于頻率不是參考信號(hào)整數(shù)倍的 輸入信號(hào)，只要二者頻率不太接近， 由于輸入信號(hào)與參考信號(hào)間的相位差不斷變化，在一段時(shí)間內(nèi)

25、的平均輸出接近為零，即得到衰減。如果輸入信號(hào) Us為與參考信號(hào) Uc（或UC）同頻信號(hào)，但有一定相位差，這時(shí)輸出電壓Uo UsmCOS /2，即輸出信號(hào)隨相位差的余弦而變化。由于在輸入信號(hào)與參考信號(hào)同頻，但有一定相位差時(shí)， 確定的函數(shù)關(guān)系，可以根據(jù)輸出信號(hào)的大小確定相位差 為鑒相特性。而在輸入信號(hào)與參考信號(hào)不同頻情況下， 關(guān)系，不能根據(jù)輸出信號(hào)的大小確定輸入信號(hào)的頻率。 傳遞關(guān)系，這種特性稱為選頻特性。4- 1簡(jiǎn)述濾波器功能、分類及主要特性參數(shù)輸出信號(hào)的大小與相位差有的值，相敏檢波電路的這一特性稱 輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間無(wú)確定的函數(shù) 只是對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同的按所處理信號(hào)形式不同，濾波器可

26、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 fp P/2n為通帶與過(guò)渡帶的 邊界點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。阻帶截頻fr r/2n為阻帶與過(guò)渡帶的邊界點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗 （增益的倒數(shù)）下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率fcc/2n為信號(hào)功率衰減到1/2（約3dB）時(shí)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(méi)有損耗時(shí)，固有頻率fo0 /2n，就是其諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)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(duì)低通濾波器通帶增益Kp

27、般指0時(shí)的增益；高通指時(shí)的增益；帶通則指中心頻率處的增益。對(duì)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(diǎn)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(duì)角頻率為0信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)，它是與傳遞函數(shù)的極點(diǎn)實(shí)部大小相關(guān)的一項(xiàng)系數(shù)。它 可由式（4-3 ）所示的傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式系數(shù)求得：fo濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)。ajiaj2 0的倒數(shù)Q 1/稱為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo),為：式中的為帶通或帶阻濾波器的 3dB

28、帶寬，0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率 0相等。4)靈敏度 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo) y對(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作 S；，定義為：Sxydy/ydx'x靈敏度是濾波電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù),可以用來(lái)分析元件實(shí)際值偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，電路實(shí)際性能與設(shè)計(jì)性能的偏離；也可以用來(lái)估計(jì)在使用過(guò)程中元件參數(shù)值變化時(shí)，電路性能 變化情況。該靈敏度與測(cè)量?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電 路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。5)群時(shí)延函數(shù)當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出信號(hào)失真度不超過(guò)允()越接近常數(shù)，信

29、號(hào)相位失真越小。許范圍，對(duì)其相頻特性()也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常用群時(shí)延函數(shù)()評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度。d4- 4 如果帶通濾波器可等效成低通與高通濾波電路的級(jí)聯(lián)，那么帶阻濾波器呢？試以式(4-18)證明之。帶阻濾波器可等效成低通與高通濾波電路的并聯(lián)，但是要求低通濾波器的通帶截頻低 于高通濾波器的通帶截頻，并且相位相同。設(shè)電路原理框圖如下如果Vi(s) jH2(s)Vo (s) H 1 (s)Vi (s)Hi(s)H2(s)+H2(s)Vi (s)Hi(s)H2(s)Vi(s)Kp20Kp 22 soS202SoS/Q20Kp2SKpS22 s0S202S0S/Q204-10

30、C2R3R25-15-2H(s)了Kp(s2oS/Q0)20按圖4-11a二階巴特沃斯低通濾波器，型電路按書(shū)中表 4-2與表4-3設(shè)計(jì)。由表 4-2 確定圖 4-14 a 電路100/(C1 fc)10，查表 4-3 得到 r1fc 1kHz電容C13.111k，Kp 1，其中無(wú)限增益多路反饋O.2C1。然后可以得到電路實(shí)際參數(shù)，R131.11k，C10.0139k，R330k，0.01 F，相應(yīng)的換標(biāo)系數(shù)r24.072k，r33.111k，31.11k， R2 40.72k，F(xiàn)，C2 0.002 F。最后選擇元件公稱值 R 30kC1 0.01 F，C2 0.002略。試畫(huà)出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)Uo1

31、5Ui1 Ui2Ui5106 Ui7 U |8的加減混合3運(yùn)算電路。5-3略5-4 解:Uo1R1C1dUjdtUoR2C2圖 X?<lt0Ui(t)dt6-4如果要將420mA的輸入直流電流轉(zhuǎn)換為 010V的輸出直流電壓，試設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)換電路。該轉(zhuǎn)換電路如圖X6-3所示。根據(jù)圖X6-3電路，有Uo (1R3r3取 R=250Q，當(dāng)因此要求11R3（1瓦）11有 R3/ R2=6/5 ,6-5如果要求一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器能分辨5mV的電壓，設(shè)其滿量程電壓為 10V,試問(wèn)其輸入端數(shù) 字量要多少數(shù)字位。當(dāng)滿量程電壓為 UF =10V時(shí)，有：Ub=5/6(V)，取 R=10k,R=12k,Rt= R

32、2/ R3=5.45k，取 R4=5.6k。牛5mV2n2n 2000取n=11,即輸入端數(shù)字量要 11位。6-6圖6-28所示為加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器，若取n=8,LR=10V，R=2R,試求Dn=00110011時(shí)的值。根據(jù)公式Uo I oR12UrR ndi 2 i1當(dāng) Dn=00110011 時(shí),輸出電壓為:uo0 2 5 0 2 6 1 2 7 1 2 86-7 一個(gè)時(shí)的U。1.99的D/A轉(zhuǎn)換器, i o值。6bit具有單向電流輸出，當(dāng)Dn =110100時(shí)，io=5mA試求Dn =110011io k D525D020Dn =110100 時(shí)，k 值為:525 24 22552因此當(dāng)Dn =110011時(shí),i o為:4.904 mA5_ 5_ 4_ 1.io2 2 2 1526-8 一個(gè)6bit逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為0.05V，若模擬輸入電壓u =2.2V，試求其數(shù)字輸出量的數(shù)值。根據(jù)逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理可得, 數(shù)字量100000對(duì)應(yīng)的電壓為1.6V，小于2.2V，數(shù)字量數(shù)字