測(cè)控電路習(xí)題

1、第一章 緒論1-1 為什么說在現(xiàn)代生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率都離不開測(cè)量與控制技術(shù)？為了獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，必須要求機(jī)器按照給定的規(guī)程運(yùn)行。例如，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。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，除了對(duì)生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制外，還必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。這一方面是為了把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，另一方面也是為了檢測(cè)機(jī)器與生產(chǎn)過程的模型是否準(zhǔn)

2、確，是否在按正確的模型對(duì)機(jī)器與生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，進(jìn)一步完善對(duì)生產(chǎn)過程的控制。生產(chǎn)效率一方面與機(jī)器的運(yùn)行速度有關(guān)，另一方面取決于機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。為了使機(jī)器能在高速下可靠運(yùn)行，必須要求機(jī)器本身的質(zhì)量高，其控制系統(tǒng)性能優(yōu)異。要做到這兩點(diǎn)，還是離不開測(cè)量與控制。產(chǎn)品的質(zhì)量離不開測(cè)量與控制，生產(chǎn)自動(dòng)化同樣一點(diǎn)也離不開測(cè)量與控制。特別是當(dāng)今時(shí)代的自動(dòng)化已不是本世紀(jì)初主要靠凸輪、機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的剛性自動(dòng)化，而是以電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的柔性自動(dòng)化、自適應(yīng)控制與智能化。越是柔性的系統(tǒng)就越需要檢測(cè)。沒有檢測(cè)，機(jī)器和生產(chǎn)系統(tǒng)就不可能按正確的規(guī)程自動(dòng)運(yùn)行。自適應(yīng)控制就是要使機(jī)器和系統(tǒng)能自動(dòng)地去適應(yīng)變化了的

3、內(nèi)外部環(huán)境與條件，按最佳的方案運(yùn)行，這里首先需要的是對(duì)外部環(huán)境條件的檢測(cè)，檢測(cè)是控制的基礎(chǔ)。智能化是能在復(fù)雜的、變化的環(huán)境條件下自行決策的自動(dòng)化，決策的基礎(chǔ)是對(duì)內(nèi)部因素和外部環(huán)境條件的掌握，它同樣離不開檢測(cè)。1-2 試從你熟悉的幾個(gè)例子說明測(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)

4、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，通過測(cè)量與控制使其能圓滿地完成規(guī)定的功能。1-3 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)

5、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。1-4 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；（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。1-5 為什么說測(cè)控電路是測(cè)控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，

6、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：（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(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；（3） 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；（5） 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。1-6 測(cè)量電路的輸入信號(hào)類型對(duì)其電路組成有何影響？試述模擬式測(cè)量電路與增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成及各

7、組成部分的作用。隨著傳感器類型的不同，輸入信號(hào)的類型也隨之而異。主要可分為模擬式信號(hào)與數(shù)字式信號(hào)。隨著輸入信號(hào)的不同，測(cè)量電路的組成也不同。圖X1-1是模擬式測(cè)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(cè)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(gè)組成部分不一定都需要。例如，對(duì)于輸出非調(diào)制信號(hào)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(hào)調(diào)制的場(chǎng)合，信號(hào)調(diào)制與解調(diào)用同一振蕩器輸出的信號(hào)作載波信號(hào)或參考信號(hào)。利用信號(hào)分離電路（常為濾波器），將信號(hào)與噪聲分離，將不同成分的信號(hào)分離，取出所需信號(hào)。有的

8、被測(cè)參數(shù)比較復(fù)雜，或者為了控制目的，還需要進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)于典型的模擬式電路，無需模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計(jì)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(jì)算機(jī)畫在虛線框內(nèi)。越來越多的模擬信號(hào)測(cè)量電路輸出數(shù)字信號(hào)，這時(shí)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(yùn)算、或較大量的信息存儲(chǔ)情況下，采用計(jì)算機(jī)。增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成見圖X1-2。一般來說增量碼傳感器輸出的周期信號(hào)也是比較微小的，需要首先將信號(hào)放大。傳感器輸出信號(hào)一個(gè)周期所對(duì)應(yīng)的被測(cè)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?duì)交變信號(hào)直接處理進(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(gè)周期

9、所對(duì)應(yīng)的量不是一個(gè)便于讀出的量（例如，在激光干涉儀中反射鏡移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)變化一個(gè)周期），需要對(duì)脈沖當(dāng)量進(jìn)行變換。被測(cè)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被測(cè)量變化的方向，辨向電路按辨向結(jié)果控制計(jì)數(shù)器作加法或減法計(jì)數(shù)。在有的情況下辨向電路還同時(shí)控制細(xì)分與脈沖當(dāng)量變換電路作加或減運(yùn)行。采樣指令到來時(shí)，將計(jì)數(shù)器所計(jì)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(cè)量量值，或按測(cè)量值執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。在需要較復(fù)雜的數(shù)字和邏輯運(yùn)算、或較大量的信息存儲(chǔ)情況下，采用計(jì)算機(jī)。1-7 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

10、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)的的基本組成見圖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)的傳遞函數(shù)對(duì)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(hào)與設(shè)定信號(hào)之差不直接送到放大電路，而先經(jīng)過

11、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，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。2-1 何謂測(cè)量放大電路？對(duì)其基本要求是什么？ 在測(cè)量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。對(duì)其基本要求是：輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；低噪聲；低的輸入失調(diào)電壓和輸

12、入失調(diào)電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號(hào)）；高輸入共模范圍（如達(dá)幾百伏）和高共模抑制比；可調(diào)的閉環(huán)增益；線性好、精度高；成本低。2-2 圖2-2a所示斬波穩(wěn)零放大電路中，為什么采用高、低頻兩個(gè)通道，即R3、C3組成的高頻通道和調(diào)制、解調(diào)、交流放大器組成的低頻通道？采用高頻通道是為了使斬波穩(wěn)零放大電路能在較寬的頻率范圍內(nèi)工作，而采用低頻通道則能對(duì)微弱的直流或緩慢變化的信號(hào)進(jìn)行低漂移和高精度的放大。2-3 請(qǐng)參照?qǐng)D2-3，根據(jù)手冊(cè)中LF347和CD4066的連接圖（即引腳圖），將集成運(yùn)算放大器LF347和集成模擬開關(guān)CD4066接成自動(dòng)調(diào)零放大電路。LF347和CD406

13、6接成的自動(dòng)調(diào)零放大電路如圖X2-1。2-4 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)合下采用較為合適？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，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)性能一致的運(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)。它與自動(dòng)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。2-10 什么

14、是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路？應(yīng)用于何種場(chǎng)合？請(qǐng)舉例說明之。將差動(dòng)式傳感器的兩個(gè)輸出經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相比例差動(dòng)放大后，使其輸入端的共模電壓11地輸出，并通過輸出端各自電阻（阻值相等）加到傳感器的兩個(gè)電纜屏蔽層上，即兩個(gè)輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動(dòng)，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。它消除了屏蔽電纜電容的影響，提高了電路的共模抑制能力，因此經(jīng)常使用于差動(dòng)式傳感器，如電容傳感器、壓阻傳感器和電感傳感器等組成的高精度測(cè)控系統(tǒng)中。2-11 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

15、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(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)。2-17 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有直接的電路耦合，即信號(hào)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(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)。2-20 簡(jiǎn)述乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的輸出波形出現(xiàn)交越失真的原因，并用波形圖說明甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱

16、功率放大電路是如何消除上述交越失真的。乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路在靜態(tài)時(shí)兩功率三極管的發(fā)射結(jié)均處于零偏狀態(tài)，工作點(diǎn)很低，三極管輸入特性又是非線性的，因此當(dāng)輸入信號(hào)比較小時(shí)，在過零點(diǎn)附近將有一段交越失真。甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，能保證輸入信號(hào)為零時(shí)兩功率三極管有一定的靜態(tài)電流，且靜態(tài)電流相等，如圖X2-5，當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)，輸出為兩功率三極管電流的疊加，無交越失真。2-21 試述在功率放大電路中采用復(fù)合晶體管的原因。并畫出PNP、NPN各兩種復(fù)合晶體管圖。在互補(bǔ)電路中，若要求其輸出功率較大時(shí)，輸出功率管要采用中功率管或大功率管。但是，要使兩個(gè)互補(bǔ)功率管性能一致，這對(duì)大功率管來說，很難選配。若采用復(fù)

17、合晶體管，其導(dǎo)電特性取決于第一只晶體管，且總的電流放大倍數(shù)等于兩個(gè)晶體管各自的電流放大倍數(shù)的乘積，因此，能在一個(gè)信號(hào)作用下使同極性的兩輸出晶體管能交替導(dǎo)通，也可采用較易選配的小功率晶體管作為互補(bǔ)輸出晶體管，而利用復(fù)合晶體管來得到較大的輸出功率。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

18、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)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

19、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)制的載波信號(hào)叫已調(diào)信號(hào)。3-7 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)

20、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范圍內(nèi)，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)很窄的頻帶內(nèi)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。3-8 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。3-13 什么是包絡(luò)檢波？試述包絡(luò)檢波的

21、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X3-10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。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

22、從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號(hào)的相位。如在圖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。3-16 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

23、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 舉例說明相敏檢波電路在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。圖3-25所示電感測(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。圖3-26所示光電顯微鏡中，利用相敏檢波器的選頻特性，當(dāng)光電顯微鏡

24、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)。3-23 在用數(shù)字式頻率計(jì)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(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)段內(nèi)（例如1秒或0.1秒內(nèi)）信號(hào)變化的周期數(shù)，即測(cè)量頻率的方法。這種方法測(cè)量的是這一時(shí)段內(nèi)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)周期內(nèi)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)

25、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。6-1 常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有哪些種類？試舉例說明其功能。常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有采樣/保持（S/H）電路、電壓比較電路、V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器、f/V（頻率/電壓）轉(zhuǎn)換器、V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器、I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器、A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換器、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換器等。采樣/保持（S/H）電路具有采集某一瞬間的模擬輸入信號(hào)，根據(jù)需要保持并輸出采集的電壓數(shù)值的功能。這種電路多用于快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及一切需要對(duì)輸入信號(hào)瞬時(shí)采樣和存儲(chǔ)的場(chǎng)合，如自動(dòng)補(bǔ)償直流放大器的失調(diào)和漂移、模擬信號(hào)的延遲、瞬態(tài)變量的測(cè)量及模數(shù)轉(zhuǎn)換等。模擬電壓比較電路是

26、用來鑒別和比較兩個(gè)模擬輸入電壓大小的電路。比較器的輸出反映兩個(gè)輸入量之間相對(duì)大小的關(guān)系。比較器的輸入量是模擬量，輸出量是數(shù)字量，所以它兼有模擬電路和數(shù)字電路的某些屬性，是模擬電路和數(shù)字電路之間聯(lián)系的橋梁 ，是重要的接口電路?？捎米麒b零器、整形電路，其中窗口比較電路的用途很廣，如在產(chǎn)品的自動(dòng)分選、質(zhì)量鑒別等場(chǎng)合均用到它。V/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器能把輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號(hào)，廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字電壓表、數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x器及遠(yuǎn)距離遙測(cè)遙控設(shè)備中。f/V（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器把頻率變化信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成電壓變化信號(hào)。廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相信號(hào)的解調(diào)等。V/I（電壓/電流）轉(zhuǎn)換器的

27、作用是將電壓轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。例如，在遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)中，必須把監(jiān)控電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)進(jìn)行傳輸，以減少傳輸導(dǎo)線阻抗對(duì)信號(hào)的影響。I/V（電流/電壓）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流、電壓信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。例如，對(duì)電流進(jìn)行數(shù)字測(cè)量時(shí)，首先需將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后再由數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量。在用光電池、光電阻作檢測(cè)元件時(shí)，由于它們的輸出電阻很高，因此可把他們看作電流源，通常情況下其電流的數(shù)值極小，所以是一種微電流的測(cè)量。隨著激光、光纖技術(shù)在精密測(cè)量?jī)x器中的普及應(yīng)用，微電流放大器越來越占有重要的位置。在以微型計(jì)算機(jī)為核心組成的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中，必須將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為此要使用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)

28、換器或ADC）。相反，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的信號(hào)常需反饋給模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)如執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等，因此還需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC）將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)。6-2 試述在S/H電路中對(duì)模擬開關(guān)、存儲(chǔ)電容及運(yùn)算放大器這三種主要元器件的選擇有什么要求。選擇要求如下：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(chǔ)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(yùn)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(yùn)算放大器；輸入運(yùn)放還應(yīng)具有大的輸出電流。7-7 請(qǐng)比較相位跟蹤細(xì)分、幅值跟蹤細(xì)分和脈沖調(diào)寬型幅值跟蹤細(xì)分的優(yōu)缺點(diǎn)。相位跟蹤細(xì)分常用于感應(yīng)同步器和光

29、柵的細(xì)分，由于在一個(gè)載波周期僅有一次比相，因此對(duì)測(cè)量速度有一定的限制。相位跟蹤細(xì)分電路較簡(jiǎn)單。幅值跟蹤細(xì)分主要應(yīng)用于鑒幅型感應(yīng)同步器儀器。感應(yīng)同步器是閉環(huán)系統(tǒng)的組成部分，因而幅值跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全閉環(huán)，而相位跟蹤系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)（感應(yīng)同步器在環(huán)外），這使幅值跟蹤系統(tǒng)具有更高的精度和更好的抗干擾性能。電路中函數(shù)變壓器受溫度、濕度影響小、不易老化，穩(wěn)定性好，但工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，體積重量大，也可采用集成電路的乘法型D/A轉(zhuǎn)換器代替函數(shù)變壓器。幅值跟蹤細(xì)分比相位跟蹤系統(tǒng)允許更高的移動(dòng)速度。但電路較復(fù)雜。脈沖調(diào)寬型幅值跟蹤細(xì)分也是一種幅值跟蹤細(xì)分系統(tǒng)，只是用數(shù)字式可調(diào)脈寬函數(shù)發(fā)生器代替上一系統(tǒng)中的函數(shù)

30、變壓器和切換計(jì)數(shù)器。因此保留了幅值跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)有高精度和高抗干擾能力。數(shù)字式脈寬函數(shù)發(fā)生器體積小、重量輕、易于生產(chǎn)，有高的細(xì)分?jǐn)?shù)，且有高的跟蹤能力。數(shù)字電路可以靈活地根據(jù)測(cè)速改變跟蹤速度。軍用的高速動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)多采用具有高速數(shù)字跟蹤能力的脈沖調(diào)寬方案，它有位置、速度甚至加速度跟蹤能力。當(dāng)然，電路相當(dāng)復(fù)雜。編程文件中第一行至第六行為設(shè)計(jì)文件說明節(jié)。第一行為所選芯片名和設(shè)計(jì)標(biāo)題；第二行為設(shè)計(jì)器件標(biāo)號(hào)和設(shè)計(jì)日期；第三行為所設(shè)計(jì)器件名稱；第四行為設(shè)計(jì)者所在單位名稱；第五行和第六行分別為對(duì)引腳1-10與引腳11-20的功能定義；引腳10和引腳20總是GND和VCC。接下去是對(duì)GAL16V8內(nèi)部邏

31、輯陣列的編程語(yǔ)句。其中“/”代表“非”邏輯。利用專用設(shè)備和此編程文件，即可對(duì)GAL16V8芯片的內(nèi)部邏輯實(shí)施編程，形成所需要的2421碼到8421碼轉(zhuǎn)換專用芯片。9-1 何謂PAM調(diào)速？何謂PWM調(diào)速？這兩種調(diào)速方式有什么不同？將變壓與變頻分開完成，即在把交流電整流為直流電的同時(shí)改變直流電壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姇r(shí)改變交流電頻率的變壓變頻控制方式稱為PAM調(diào)速。將變壓與變頻集中于逆變器一起完成，即交流電整流為直流電時(shí)電壓恒定，然后由逆變器既完成變頻又完成變壓的控制方式稱為PWM調(diào)速。PAM調(diào)速要采用可控整流器，并對(duì)可控整流器進(jìn)行導(dǎo)通角控制，而PWM調(diào)速則采用不控整流器，工作時(shí)無需對(duì)

32、整流器進(jìn)行控制。9-2 在120°導(dǎo)電角控制電路中(見圖9-3)環(huán)形移位寄存器的狀態(tài)只能有六 個(gè)，為什么？當(dāng)因某種干擾出現(xiàn)其它狀態(tài)，如001110時(shí)，逆變器工作會(huì)出現(xiàn)什么情況？如何防止這種情況的發(fā)生？由于120°導(dǎo)通型逆變器正常工作的條件是每相上橋臂晶體管與下橋臂晶體管各導(dǎo)通 120°，上、下橋臂晶體管導(dǎo)通狀態(tài)相互間隔 60°，而且各項(xiàng)之間的相位差為120°，因而其開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)只能有六個(gè)。圖9-3移位寄存器在LD脈沖作用下產(chǎn)生初始狀態(tài)111100，在ub脈沖驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行環(huán)形移位，剛好六個(gè)狀態(tài)為一循環(huán)。當(dāng)出現(xiàn)其它狀態(tài)時(shí)，120°導(dǎo)通型逆變器將不能正常工作。為避免這種情況發(fā)生，必須在給逆變器加電之前將環(huán)形移位寄存器置于初始狀態(tài)