測(cè)控電路李醒飛第五版第三章習(xí)題答案

1、第三章信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路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，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)，這一過程稱為解調(diào)。在信號(hào)

2、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)過調(diào)制的載

3、波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。3-3什么是調(diào)幅？請(qǐng)寫出調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。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)式可寫為：us（Ummx）cosct式中c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。3-4已知調(diào)幅信號(hào)表示為us=(10+0.5Xcos(2冗t)CO國(guó)2冗%)imv,確定載波信號(hào)頻率，調(diào)制信號(hào)頻率，調(diào)制度。載波信號(hào)頻率為104Hz,調(diào)制信號(hào)頻率為100Hz,調(diào)制度m=0.5/Xm。3-5什么是調(diào)頻？請(qǐng)寫出調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它

4、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)式可寫為：UsUmcos(cmx)t式中c載波信號(hào)的角頻率；Um調(diào)頻信號(hào)中載波信號(hào)的幅度；m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)頻信號(hào)的波形，它的頻率隨x變化。若x=XmcosQt,則調(diào)頻信號(hào)的頻率可在cmXm圍變化。為了避免發(fā)生頻率混疊現(xiàn)象，并便于解調(diào)，要求cmXm。xa)a)調(diào)制信號(hào) b)調(diào)頻信號(hào)b)3-6什么是調(diào)相？請(qǐng)寫出調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。調(diào)相就是用調(diào)制信號(hào)X去控制高頻

5、載波信號(hào)的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)X的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號(hào)Us的一般表達(dá)式可寫為：式中cUmmUsUmcos(ctmx)載波信號(hào)的角頻率；調(diào)相信號(hào)中載波信號(hào)的幅度；調(diào)制度。圖X3-3繪出了這種調(diào)相信號(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為載波信號(hào)的波形，圖c為調(diào)相信號(hào)的波形，調(diào)相信號(hào)與載波信號(hào)的相位差隨x變化。當(dāng)x0時(shí)，調(diào)相信號(hào)滯后于載波信號(hào)。x0時(shí)，則超前于載波信號(hào)。b)c)3-7什么是脈沖調(diào)寬？請(qǐng)寫出脈沖調(diào)寬信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。脈沖調(diào)制是指用脈沖作為載波信號(hào)的調(diào)制方法。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。脈沖調(diào)寬的

6、數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Bbmx式中b為常量，m為調(diào)制度。脈沖的寬度為調(diào)制信號(hào)x的線性函數(shù)。它的波形見圖X3-4,圖a為調(diào)制信號(hào)x的波形，圖b為脈沖調(diào)寬信號(hào)的波形。圖中T為脈沖周期，它等于載波頻率的倒數(shù)。3-8為什么說信號(hào)調(diào)制有利于提高測(cè)控系統(tǒng)的信噪比，有利于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(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，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。在將測(cè)量信號(hào)調(diào)制，并將它和噪聲分離，再經(jīng)放大等處理后，還要從已

7、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)，這一過程稱為解調(diào)。通過調(diào)制，對(duì)測(cè)量信號(hào)賦以一定的特征，使已調(diào)信號(hào)的頻帶在以載波信號(hào)頻率為中心的很窄的圍，而噪聲含有各種頻率，即近乎于白噪聲。這時(shí)可以利用選頻放大器、濾波器等，只讓以載波頻率為中心的一個(gè)很窄的頻帶的信號(hào)通過，就可以有效地抑制噪聲。采用載波頻率作為參考信號(hào)進(jìn)行比較，也可抑制遠(yuǎn)離參考頻率的各種噪聲。3-9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。3-10請(qǐng)舉若干實(shí)例，說明在傳感器中進(jìn)行幅值、頻率、相位、脈寬調(diào)制的方法。圖X3-5為通過交流供電實(shí)現(xiàn)幅

8、值調(diào)制的一例。這里用4個(gè)應(yīng)變片測(cè)量梁的變形，并由此確定作用在梁上的力F的大小。4個(gè)應(yīng)變片接入電橋，并采用交流電壓U供電設(shè)4個(gè)應(yīng)變片在沒有應(yīng)力作用的情況下它們的阻值R1=R2=R3=R4=R,電橋的輸出R2RR3R4實(shí)現(xiàn)了載波信號(hào)U與測(cè)量信號(hào)的相乘，即幅值調(diào)制R1R3R2. R4l圖X3-5應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)的調(diào)制圖X3-6是在傳感器中進(jìn)行頻率調(diào)制的例子。這是一個(gè)測(cè)量力或壓力的振弦式傳感器，振弦3的一端與支承4相連，另一端與膜片1相連接，振弦3的固有頻率隨力T變化。振弦3在磁鐵2形成的磁場(chǎng)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其輸出為調(diào)頻信號(hào)。I，T圖X3-6振弦式傳感器圖X3-7是在傳感器中進(jìn)行相位調(diào)制的例子

9、。在彈性軸1上裝有兩個(gè)相同的齒輪2與5。齒輪2以恒速與軸1一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在感應(yīng)式傳感器3和4中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。由于扭矩M的作用，使軸1產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使傳感器4中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為一調(diào)相信號(hào)，它和傳感器圖X3-8是在傳感器中進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的例子。由激光器4發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡5與6反射后，照到掃描棱鏡2的表面。棱鏡2由電動(dòng)機(jī)3帶動(dòng)連續(xù)回轉(zhuǎn)，它使由棱鏡2表面反射返回的光束方向不斷變化，掃描角9為棱鏡2中心角的2倍。透鏡1將這一掃描光束變成一組平行光，對(duì)工件8進(jìn)行掃描。這一平行光束經(jīng)透鏡10匯聚，由光電元件11接收。7和9為保護(hù)玻璃，使光學(xué)系統(tǒng)免受污染。當(dāng)光束掃過工件時(shí)，它被工件擋住，沒有光線照到光電元件11

10、上，對(duì)應(yīng)于“暗”的信號(hào)寬度與被測(cè)工件8的直徑成正比，即脈沖寬度受工件直徑調(diào)制1圖X3-8用激光掃描的方法測(cè)量工件直徑3-11用電路進(jìn)行幅值、頻率、相位、脈寬調(diào)制的基本原理是什么？在電路進(jìn)行調(diào)制的基本原理是用測(cè)量信號(hào)Ux去控制（改變）載波信號(hào)幅值、頻率、相位或脈寬，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制只要用乘法器將測(cè)量信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）Ux與載波信號(hào)Uc相乘，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。用調(diào)制信號(hào)去控制產(chǎn)生載波信號(hào)的振蕩器頻率，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。用調(diào)制信號(hào)與鋸齒波載波信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)它們的值相等時(shí)電壓比較器發(fā)生跳變，電壓比較器的輸出就是調(diào)相信號(hào)。利用調(diào)制信號(hào)去改變方波發(fā)生器的脈寬就可以實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。3-12什么是雙邊帶調(diào)幅？請(qǐng)寫出其

11、數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出它的波形?？梢约僭O(shè)調(diào)制信號(hào)X為角頻率為。的余弦信號(hào)X=XmCOSQt,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)的頻率遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)的變化頻率。調(diào)幅信號(hào)可寫為：UsUmcosctmXmCosQtcosctmXm , U m cos ct cos(2、，mXm ,、,Q)t cos( c Q)t它包含三個(gè)不同頻率的信號(hào)：角頻率為c的載波信號(hào)Umcosct和角頻率分別為coc±。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X的信息，因此可以取Um=0,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

12、調(diào)制。mYmYImzmm"、muscos(cQ)tcos(cQ)tmXmcosQtcosctUxmcosQtcosct22雙邊帶調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)波形見圖X3-9。圖a為調(diào)制信號(hào)，圖b為載波信號(hào)，圖c為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。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)3-13已知載波信號(hào)為uc(t)=5cos(2TtWtimV,調(diào)制信號(hào)為x(t)=3cos(2TtWtimV,調(diào)制度m=0.3,繪制調(diào)幅信號(hào)一般形式、雙邊帶以及單邊帶調(diào)幅信號(hào)的波形及頻譜。Us(Um0mx)cosntUm0cos3ctmXmcosQtcos3ctmXm_.U m0 cos wctcos( 3c

13、250.3 3=5cos(2 10 t) cos、，mXm ,、，Q)t+cos( wc-Q)t2530.3 3210210 t _5_3cos 210210 t波形如圖X3-10所示5VUs0.45V10.45V1f (Hz)105 103105105 1030.45V105 103f (Hz)單邊帶調(diào)幅信號(hào)圖X3-10雙邊帶調(diào)幅信號(hào)3-14在測(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c>>Q,通常至少要求c>10Qo在這種情況下,解調(diào)時(shí)濾波器能

14、較好地將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分開，檢出調(diào)制信號(hào)。若被測(cè)信號(hào)的變化頻率為0100Hz,應(yīng)要求載波信號(hào)的頻率c>1000Hz。調(diào)幅信號(hào)放大器的通頻帶應(yīng)為9001100Hz=信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100Hz,即讓0100Hz的信號(hào)順利通過,而將900Hz以上的信號(hào)抑制，可選通頻帶為200Hz。3-15什么是包絡(luò)檢波？試述包絡(luò)檢波的基本工作原理從已調(diào)信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(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X3-11中可以看到，只要從圖a所示的調(diào)幅信

15、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X3-11包絡(luò)檢波的工作原理a）調(diào)幅信號(hào)b）半波檢波后的信號(hào)3-16如圖3-9a的二極管包絡(luò)檢波電路，已知輸入信號(hào)的載波頻率為500kHz,調(diào)制信號(hào)頻率為6kHz,調(diào)制度為0.3,負(fù)載電路Rl=10kQ,確定濾波電容C2的大小。1叫=RlC2=1。則_11_9_3.210F=C2=2,710F可取300pF。3-17為什么要采用精密檢波電路？試述圖3-10b所示全波線性檢波電路工作原理，電路中哪些電阻的阻值必須滿足一定的匹

16、配關(guān)系，并說明其阻值關(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3-10b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us為正的半周期，由于運(yùn)算放大器N1的倒相作用，N1輸出低電平，因此V1導(dǎo)通、V2截止，A點(diǎn)接近于虛地，ua-0o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R2,則

17、i-i1。按圖上所標(biāo)注的極性，可寫出下列方程組：usiRususiRUaUUaUiR?us其中Kd為Ni的開環(huán)放大倍數(shù)uaKdus解以上聯(lián)立方程組得到us R2Kd(1R21)ua (1KdRiR2)u通常，N1的開環(huán)放大倍數(shù)Kd很大,這時(shí)上式可簡(jiǎn)化為:UsRi一uaR2UaRRTUs二極管的死區(qū)和非線性不影響檢波輸出圖3-10b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 于開環(huán)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 N2與R3、 R4、C等構(gòu)成低通濾波器。對(duì)于低頻信號(hào)電容 C接近開路，濾波器的增益為-R4/R3。對(duì) 于載波頻率信號(hào)電容C接近短

18、路，它使高頻信號(hào)受到抑制。因?yàn)殡娙?C的左端接虛地，電容C上的充電電壓不會(huì)影響二極管為了構(gòu)成全波精密檢波電路需要將 大器，為了實(shí)現(xiàn)全波精密檢波必須要求V2的通斷，這種檢波器屬于平均值檢波器。us通過R3與ua相加，圖3-10b中N2組成相加放R3 2R3o在不加電容器C時(shí)，N2的輸出為：UoR4R3us(ua 萬)圖X3-12a為輸入調(diào)幅信號(hào) 為N2輸出的全波整流信號(hào)uoous的波形，圖b為N1輸出的反相半波整流信號(hào)ua,圖c 電容C起濾除載波頻率信號(hào)的作用。a)b)c)圖X3-12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3-18什么是相敏檢波？為什么要采用相敏檢

19、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)問題：一是解調(diào)的主要過程是對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。如書中圖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180。從包絡(luò)檢波電路的輸出無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。3-19相敏檢波

20、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)就可以用它來鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。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。3-20已知雙邊帶調(diào)幅波us（t尸5cos（2冗x5t）cos（2冗x200t）V,該信號(hào)可否采用二極管檢波

21、電路進(jìn)行解調(diào)？如不能，說明原因，并給出一個(gè)可用電路，并設(shè)置參數(shù)。不可以采用二極管包絡(luò)檢波電路進(jìn)行解調(diào)，因?yàn)殡p邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已經(jīng)不能反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，可采用圖3-14的乘法器構(gòu)成的相敏檢波電路。取截止頻率為100Hz,則1RC2 100C24F可取0.15uF。3-21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(hào)UxUxmCOsQt乘以幅值為1的載波信號(hào)cosct就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號(hào)UsUxcosctUxmcosQtcosct。若將Us再乘以cosct,就得到，2,1.1.八，UoUscosctUxmCOsQtco

22、sctUxmCOsQtUxmCOsQtcos2ctc Q)t1c1-Uxmcos。t-Uxmcos(2cQ)tcos(2利用低通濾波器濾除頻率為2c。和2c。的高頻信號(hào)后就得到調(diào)制信號(hào)UxmcosQt,只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調(diào)制信號(hào)Ux乘以幅值為1的載波信號(hào)cosct就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號(hào)Us,將雙邊頻調(diào)幅信號(hào)Us再乘以載波信號(hào)cosct,經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)Uxo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(shí)現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號(hào)；而相敏檢波器實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)幅信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，經(jīng)濾波后

23、輸出低頻解調(diào)信號(hào)。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。3-22試述圖3-16開關(guān)式全波相敏檢波電路工作原理，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Uc=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(hào)Uo如圖c和圖d中實(shí)線所示。在Uc=0的半周期，V截止，Us同時(shí)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(hào)Uo如圖c和圖d中虛線所示。圖b中，取R1=R2=R3=R4=R5=R6/2。在Uc=1的半周期，V1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R6/R2R31

24、。在Uc=0的半周期，V1截止、V2導(dǎo)通，反相輸入端通過R3接地，us從同相輸入端輸入，放大倍數(shù)為R5(1R6-)131。效果與圖a相同，實(shí)現(xiàn)了全波相敏檢波。Ri=R2=R3=R4=RR4RR33R5=R6/2是阻值必須滿足的匹配關(guān)系。3-23什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

25、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UoUsmcos2,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)，輸出信號(hào)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(hào)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(hào)與參考信號(hào)不同頻情況下，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間無確定的函數(shù)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。只是對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同

26、的傳遞關(guān)系，這種特性稱為選頻特性。3-24舉例說明相敏檢波電路在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。電感測(cè)微儀電路中采用相敏檢波器作它的解調(diào)電路，相敏檢波器的輸出指示電感傳感器測(cè)桿的偏移量。光電顯微鏡中，利用相敏檢波器的選頻特性，當(dāng)光電顯微鏡瞄準(zhǔn)被測(cè)刻線時(shí)，光電信號(hào)中不含參考信號(hào)的基波頻率和奇次諧波信號(hào)，相敏檢波電路輸出為零，確定顯微鏡的瞄準(zhǔn)狀態(tài)。3-25試述圖3-33所示雙失諧回路鑒頻電路的工作原理，工作點(diǎn)應(yīng)怎么選取？?jī)蓚€(gè)調(diào)諧回路的固有頻率f01、f02分別比載波頻率fc高和低Af0o隨著輸入信號(hào)Us的頻率變化，回路1的輸出Usi和回路2的輸出Us2如圖3-33d和e所示。回路1的輸出靈敏度，即單位頻率變化引

27、起的輸出信號(hào)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。總輸出為二者絕對(duì)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V1、V2用作包絡(luò)檢波，電容Ci、C2用于濾除高頻載波信號(hào)。Rl為負(fù)載電阻。濾波后的輸出如圖f所示。工作點(diǎn)應(yīng)選在圖b中回路1和回路2幅頻特性線性段中點(diǎn)，也即斜率最大、線性最好的點(diǎn)上。3-26在用數(shù)字式頻率計(jì)實(shí)現(xiàn)頻率信號(hào)的解調(diào)中，為什么采用測(cè)量周期的方法，而不用測(cè)量頻率的方法？采用測(cè)量周期的方法又有什么不足？測(cè)量頻率有兩種方法：一種是測(cè)量在某一時(shí)段(例如1秒或0.1秒)信號(hào)變化的周期數(shù)，即測(cè)量頻率的方法。這種

28、方法測(cè)量的是這一時(shí)段的平均頻率，難以用于測(cè)量信號(hào)的瞬時(shí)頻率，從而難以用于調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)；另一種方法基于測(cè)量信號(hào)的周期，根據(jù)在信號(hào)的一個(gè)周期進(jìn)入計(jì)數(shù)器的高頻時(shí)鐘脈沖數(shù)即可測(cè)得信號(hào)的周期，從而確定它的頻率。后一種方法可用于調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)。它的缺點(diǎn)是進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)代表信號(hào)周期，它與頻率間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是非線性的。3-27一般調(diào)相信號(hào)是指調(diào)制后的信號(hào)相位與參考信號(hào)的相位差隨調(diào)制信號(hào)變化，而圖3-40中是調(diào)制后的信號(hào)自己的兩個(gè)脈沖之間的相位差隨調(diào)制信號(hào)變化。這里有沒有參考信號(hào)？如有，什么是參考信號(hào)？實(shí)際上還是有的。它是兩個(gè)脈沖的對(duì)稱中心。3-28試述用乘法器或開關(guān)式相敏檢波電路鑒相的基本原理。用乘法器實(shí)

29、現(xiàn)鑒相時(shí)，乘法器的兩個(gè)輸入信號(hào)分別為調(diào)相信號(hào)UsUsmcos(ct)與參考信號(hào)UcUcmCOSct。乘法器的輸出送入低通濾波器濾除由于載波信號(hào)引起的高頻成分，低通濾波相當(dāng)于求平均值，整個(gè)過程可用下述數(shù)學(xué)式表示，輸出電壓)U cm cos ct d( ct)U smU cm cos212Uo0UsmCOS(ct2冗即輸出信號(hào)隨相位差的余弦而變化。開關(guān)式相敏檢波電路中采用歸一化的方波信號(hào)Uc作參考信號(hào)，用它與調(diào)相信號(hào)相乘。歸一化的方波信號(hào)Uc中除頻率為c的基波信號(hào)外，還有頻率為3c和5c等的奇次諧波成分。但它們對(duì)輸出電壓Uo沒有影響，因?yàn)閏os(ct)cos3ct和cos(ct)cos5ct等在ct的一個(gè)周期積分值為零。其輸出信號(hào)仍可用上式表示，只是取Ucm1。在開關(guān)式相敏檢波電路中參考信號(hào)的幅值對(duì)輸出沒有影響，但調(diào)相信號(hào)的幅值仍然有影響。3-29在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？它們的鑒相圍各為多少？RS觸發(fā)器鑒相精度最高，因?yàn)樗€性好，并且對(duì)Us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(hào)幅值的影響，占空比的影響，門電路與時(shí)鐘脈沖頻率影響等。用相敏檢波器或乘法器