汽車試驗學 第4章 測試信號的處理器習題解答-202407

第4章測試信號的處理器習題解答4-1簡述直流電橋的電路。解：直流電橋的電路如圖4-1所示，直流電橋由4個電阻R1、R2、R3和R4組成4個橋臂，流過R1、R3的電流分別為I1和I3，流過R2、R4的電流分別為I1+IL和I3-IL；在電橋的對角AC間由直流穩(wěn)壓電源施加供電電壓E，稱A、C為供電橋端；電橋的對角BD間連接負載RL并輸出電壓UL和電流IL，UL也為負載電壓或輸出電壓，IL也為負載電流或輸出電流，稱B、D為輸出端，負載為阻抗大的放大電路，電橋與放大電路連接，并通過放大電路傳輸電信號。4-2直流電橋由電阻應變片式傳感器組成，分別介紹其單臂、雙臂和全橋的輸出電壓。解：單臂、雙臂和全橋的輸出電壓分別見式（4-8）～式（4-10）。4-3交流電橋每個橋臂由電容和電阻并聯(lián)，分別介紹其單臂、雙臂和全橋的輸出電壓。解：單臂、雙臂和全橋的輸出電壓分別見式（4-13）～式（4-15）。4-4簡述反相和同相放大器的電壓增益。電壓跟隨算放大器的增益是多少？解：反相和同相放大器的電壓增益分別見式（4-16）、式（4-17）。電壓跟隨算放大器的增益是1。4-5簡述低通、高通、帶通和帶阻濾波器。解：（1）低通濾波器。通帶為0～f2。它使低于f2的頻率成分幾乎不衰減地通過，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減，幅值小，不能通過。（2）高通濾波器。通帶為f1～∞。它使高于f1的頻率成分通過，低于f1的頻率成分衰減，幅值小，不能通過。（3）帶通濾波器。通帶在f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分通過，其余成分衰減，幅值小，不能通過。（4）帶阻濾波器。阻帶在f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分衰減，幅值小，不能通過，其余成分通過。4-6簡述RC無源低通濾波器的幅頻響應特性和相頻響應特性及其特性曲線。解：RC無源低通濾波器的幅頻響應特性和相頻響應特性見式（4-24）和式（4-25），RC無源低通濾波器的幅頻響應特性曲線和相頻響應特性曲線，分別見圖4-9a、b所示。4-7簡述同相輸入式一階RC有源低通濾波器的幅頻響應特性和相頻響應特性。解：同相輸入式一階RC有源低通濾波器的幅頻響應特性和相頻響應特性見式（4-30）和式（4-31）。4-8簡述采樣-保持電路的工作原理。解：采樣-保持電路如圖4-14所示。電路由1個存儲樣值的電容C，1個場效應管V構成的電子模擬開關及電壓跟隨運算放大器組成。當取樣脈沖S(t)=1時，場效應管V導通，相當于開關閉合，輸入模擬量U(t)經(jīng)V向電容充電，進行采樣，電容的充電時間常數(shù)被設置為遠小于采樣脈沖寬度，那么，在采樣脈沖寬度內(nèi)，電容電壓跟隨輸入模擬信號變化，運算放大器的輸出電壓Uo(t)也將跟蹤電容電壓。當采樣脈沖S(t)=0時，采樣結束，V迅速截止，因其截止阻抗很高（1010QΩ左右），運算放大器的輸入阻抗也很高，所以電容漏電極小，電容上的電壓在采樣停止期間可基本保持不變,實現(xiàn)保持，也即實現(xiàn)保持輸入信號的電壓值。當下一個取樣脈沖到來，V又導通，電容上的電壓又跟隨輸入模擬信號的變化，獲得新的采樣一保持信號的電壓值。4-9簡述計數(shù)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。解：計數(shù)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖4-19所示，它由比較器A、計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器、脈沖源、控制門G以及輸出寄存器等部分組成。轉(zhuǎn)換開始前復位信號將計數(shù)器清零，量化后的比較電壓uI=0。這時控制門G被封鎖，計數(shù)器不工作。計數(shù)器輸出全“0”信號，即D/A轉(zhuǎn)換器輸入全“0”信號，所以D/A轉(zhuǎn)換器輸出的擬電壓uO=0。如果采樣信號us為正電壓信號，則us>uO，比較器的輸出電壓uB=1。量化后的比較電壓是一個逐步升高的階梯電壓。當量化后的比較電壓us升高后，脈沖源產(chǎn)生的脈沖CP經(jīng)控制過門G加到計數(shù)器的時鐘信號輸入端，計數(shù)器開始計數(shù)。隨著計數(shù)的進行，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓uO不斷增加：當uO增加到uO=us時，比較器的輸出電壓uB=0，將控制門G封鎖，計數(shù)器停止計數(shù)。這時計數(shù)器中所存的數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號。4-10簡述逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。解：逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路如圖4-20所示，由逐次逼近寄存器(SAR)、電壓比較器、時鐘（CP）、邏輯控制電路及內(nèi)部D/A(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)組成。當Cl=l時，采樣-保持電路采樣，A/D停止轉(zhuǎn)換，將上一次轉(zhuǎn)換的結果經(jīng)輸出電路輸出；當Cl=0時，采樣-保持電路停止采樣，輸出電路禁止輸出，A/D工作，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換的工作過程如下：在轉(zhuǎn)換開始之前，先將n位逐次逼近寄存器SAR清零。在第1個時鐘信號CP作用下，將SAR的最高位置1，寄存器輸出為100---000。這個數(shù)字量被D/A轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓u0，經(jīng)偏移△/2后得到u0ˊ=u0-△/2，然后將它送至比較器的正相輸入端，與A/D的輸入模擬電壓的采樣值us相比較。如果u0ˊ>us，則比較器的輸出C=l，說明這個數(shù)字量過大了，邏輯控制電路將逐次逼近寄存器SAR的最高位復0：如果u0ˊ<us，則比較器的輸出C=0，說明這個數(shù)字量小了，逐次逼近寄存器SAR的最高位將保持l不變。這樣就確定了轉(zhuǎn)換結果的最高位是0還是1。在第2個鐘信號CP作用下，邏輯控制電路在前一次比較結果的基礎上先將逐次逼近寄存器SAR的次高位置1，然后根據(jù)u0ˊ和us的比較結果以確定SAR次高位的1是保留還是清除。在時鐘信號CP的作用下，按照同樣的方法一直比較下去，直到確定了最低位是0還是l為止。這時逐次逼近寄存器SAR中的內(nèi)容就是這次A/D轉(zhuǎn)換的最終結果，也即完成了一個模擬電壓的采樣值us的模數(shù)轉(zhuǎn)換。再當Cl=l時