測(cè)控電路課后習(xí)題答案

1、第一章 緒論1-1 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。1-2 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）

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(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：（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

3、，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。1-4 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(wú)需用振蕩器

4、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(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)，而直接通過(guò)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(huà)在虛線框內(nèi)。越來(lái)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)。電路圖X1-1傳 感 器量程切換電路放 大 器解 調(diào) 器信號(hào)分離電路運(yùn) 算 電 路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計(jì) 算 機(jī)

5、顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)振 蕩 器 電 源傳 感 器顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì) 算 機(jī)鎖 存 器計(jì) 數(shù) 器變換電路脈沖當(dāng)量放 大 器整形電路細(xì)分電路辨向電路指令傳感器電路手動(dòng)采樣鎖 存 令 增量碼數(shù)字式測(cè)量電路的基本組成見(jiàn)圖X1-2。一般來(lái)說(shuō)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

6、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(lái)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)。1-5 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(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

7、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(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)

8、，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。 控制電路設(shè)定電路比較電路校正電路轉(zhuǎn)換電路給定機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出傳感器擾動(dòng)圖X1-3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第二章 信號(hào)放大電路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(guò)模擬開(kāi)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

9、，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。2-5 請(qǐng)說(shuō)明ICL7650斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器是如何提高其共模抑制比的？ICL7650的輸出（見(jiàn)式26），其共模信號(hào)誤差項(xiàng)Kc1Uc相當(dāng)于輸入端的共模誤差電壓Uc，即式中K1、Kc1分別為運(yùn)算放大器N1的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和開(kāi)環(huán)共模放大倍數(shù)；K1為運(yùn)算放大器N1由側(cè)向端A1輸入時(shí)的放大倍數(shù)；K2為運(yùn)算放大器N2的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。設(shè)計(jì)中可使K1K1， K

10、2>>1，所以，因此整個(gè)集成運(yùn)算放大器的共模抑制比CMRR比運(yùn)算放大器N1的共模抑制比CMRR1（一般可達(dá)80dB）提高了K2倍。2-6 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)108以上）的測(cè)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(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100dB的場(chǎng)合，例如人體心電測(cè)

11、量。2-8圖2-8b所示電路，N1、N2為理想運(yùn)算放大器，R4=R2=R1=R3=R，試求其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。由圖2-8b和題設(shè)可得u01 =ui1 (1+R2 /R1) = 2ui1 , u0=ui2 (1+R4 /R3 )2ui1 R4/R3 =2ui22 ui1=2(ui2-ui1)，所以其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kf=2。2-9 圖2-9所示電路，N1、N2、N3工作在理想狀態(tài)，R1=R2=100kW，RP=10kW，R3=R4=20kW，R5=R6=60kW，N2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 = (uo2uo1) R5 /

12、R3 =3(uo2uo1 ), uo1 = ui1 (1 + R1 /Rp)ui2 R1/Rp=11ui1, uo2= ui2(1+R2/Rp)ui1 R2/Rp=10ui1, 即uo=3（10ui111ui1）=63ui1，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，ui1的共模電壓無(wú)法與ui2的共模電壓相抵消。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

13、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)。2-13 線性電橋放大電路中（見(jiàn)圖2-14），若u采用直流，其值10V，R1R3= R120，R0.24時(shí)，試求輸出電壓o 。如果要使失調(diào)電壓和失調(diào)電流各自引起的輸出小于1mV，那么輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流應(yīng)為多少？由圖2-14電路的公式（式2-24）：并將題設(shè)代入，可得Uo=UR/(2R)=10mV。設(shè)輸入失調(diào)電壓為u0s和輸入失調(diào)電流為I0s，當(dāng)輸出失調(diào)電壓小于1mV時(shí)，輸入失調(diào)電壓u0s(1×103)/ (1+R2/R1)=0.5mV；輸入失調(diào)電流為I0s(1×103)/R1

14、(1+R2/R1)=4.17A。2-15 請(qǐng)根據(jù)圖2-22b，畫(huà)出可獲得1、10、100十進(jìn)制增益的電路原理圖。 由圖X2-3可得：當(dāng)開(kāi)關(guān)A閉合時(shí)，Uo=Ui；當(dāng)開(kāi)關(guān)B閉合時(shí)，Uo=10Ui，當(dāng)開(kāi)關(guān)C閉合時(shí)，Uo=100Ui。CR+NUoBAUi9R90R圖X2-32-16 根據(jù)圖2-22c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)各電阻的阻值。 N=6 : R6 =R1 +R2 + R3 +R4 +R5 , R6 +R5 =2（R1 +R2 + R3 +R4） R6 +R5 +R4=3（R1 +R2 + R3）, R6 +R5 +R4+ R3=4（R1 +R2）, R

15、6 +R5 +R4+ R3+R2=5R1,Uo+N5路摸擬開(kāi)關(guān)RR/5R3RUi3R/10R/2取R1=R，則R6=3R，R5=R，R4=R/2，R3=3R/10，R2=R/5，R1=R。見(jiàn)圖X2-4。圖X2-42-17 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(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)。2-18 試分析圖2-41b電路中的限幅電路是如何工作的？并寫(xiě)出o的計(jì)算公式。當(dāng)輸入過(guò)載時(shí)

16、，即輸入正向（或反向）電壓突然很大時(shí)，低漂移斬波穩(wěn)零運(yùn)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(yùn)算放大器235L 的輸出為U1=（R3+R4）R2Ui/（R4R1）=1000Ui, AD277隔離放大器的電壓放大倍數(shù)約為196.078，所以o=196.078（R3+R4）RUi/（R4 R1）=196078 Ui。雄：U1=（R3+R2+ R3 R2/ R4）Ui/R1，196.078何處來(lái)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

17、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(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。

18、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(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 為什么說(shuō)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(guò)哪些方面體現(xiàn)？在精密測(cè)

19、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(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。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)。 通過(guò)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(guò)，就可以有效地抑制噪聲。采用載波頻

20、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。3-4 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 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>>，通常至少要求c>10。在這種情況下，解調(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)，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>1000 Hz。調(diào)幅信號(hào)放大

21、器的通頻帶應(yīng)為9001100 Hz。信號(hào)解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100 Hz，即讓0100Hz的信號(hào)順利通過(guò)，而將900 Hz以上的信號(hào)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(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)的相位和頻率。

22、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。3-7 從相敏檢波器的工作機(jī)理說(shuō)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)乘以幅值為1的載波信號(hào)就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號(hào)。若將再乘以，就得到利用低通濾波器濾除頻率為和的高頻信號(hào)后就得到調(diào)制信號(hào)，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說(shuō)，將調(diào)制信號(hào)ux乘以幅值為1的載波信號(hào)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)，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號(hào)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(shí)現(xiàn)低

23、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。3-8 試述圖3-17開(kāi)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(shuō)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=

24、 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。在Uc=0的半周期，V1截止、V2導(dǎo)通，反相輸入端通過(guò)R3接地，us從同相輸入端輸入，放大倍數(shù)為。效果與圖a相同，實(shí)現(xiàn)了全波相敏檢波。R1= R2= R3= R4= R5= R6/2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(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)

25、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)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，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(wú)確定的函數(shù)關(guān)系，不能根

26、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f0。隨著輸入信號(hào)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(hào)幅值變化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C1、C2用于濾

27、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。3-11 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

28、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。3-12 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？它們的鑒相范圍各為多少？ 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(méi)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鑒相從原理上說(shuō)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(shí)信號(hào)的幅值也影響鑒相誤差。采用異或門鑒相時(shí)占空比影響鑒相誤差。門電路的動(dòng)作

29、時(shí)間與時(shí)鐘脈沖頻率誤差對(duì)通過(guò)相位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，異或門鑒相器的鑒相范圍為0，RS觸發(fā)器鑒相和脈沖采樣式鑒相的鑒相范圍接近2。3-13 在圖3-47c所示數(shù)字式相位計(jì)中鎖存器的作用是什么？為什么要將計(jì)數(shù)器清零，并延時(shí)清零？延時(shí)時(shí)間應(yīng)怎樣選??？圖3-47c所示數(shù)字式相位計(jì)中計(jì)數(shù)器計(jì)的脈沖數(shù)是隨時(shí)變化的，當(dāng)Uo 的下跳沿來(lái)到時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)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(shí)，計(jì)的是下一周期Us和Uc的相位差，要在鎖存后將計(jì)數(shù)器清零，否則計(jì)數(shù)器計(jì)的是若干周期總共脈沖數(shù)，而不是U

30、s和Uc到來(lái)之間的脈沖數(shù)。但是只有在鎖存后才能將計(jì)數(shù)器清零，所以要延時(shí)片刻后才將計(jì)數(shù)器清零。延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于鎖存所需要的時(shí)間，但又應(yīng)小于時(shí)鐘脈沖周期，以免丟數(shù)。3-14 脈沖調(diào)寬信號(hào)的解調(diào)主要有哪些方式？脈沖調(diào)寬信號(hào)的解調(diào)主要有兩種方式。一種是將脈寬信號(hào)Uo 送入一個(gè)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(hào)，只有當(dāng)Uo 為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖Cp才能通過(guò)門電路進(jìn)入計(jì)數(shù)器。這樣進(jìn)入計(jì)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(hào)分離電路4-1 簡(jiǎn)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(yùn)算處理系統(tǒng)。按所處理信號(hào)形式不同

31、，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)折頻率為信號(hào)功率衰減到(約3dB)時(shí)的頻率，在很多情況下，也常以作為通帶或阻帶截頻。當(dāng)電路沒(méi)有損耗時(shí)，固有頻率，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一般指時(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

32、濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。通帶增益變化量指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果以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:的倒數(shù)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)，Q為：式中的為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。 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)對(duì)

33、某一元件參數(shù)變化的靈敏度記作，定義為：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。越接近常數(shù)，信號(hào)相位失真越小。4-3 試確定圖4-3所示的低通濾波器的群時(shí)延函數(shù)，并證明當(dāng)時(shí)，貝賽爾逼近可使最接近常數(shù)。(

34、提示：將展成冪級(jí)數(shù)，并略去及更高次項(xiàng))由式(4-12)可以得到當(dāng)時(shí)，將其展成冪級(jí)數(shù)又可以得到當(dāng)時(shí)略去及更高次項(xiàng)4-8 一電路結(jié)構(gòu)如圖4-26。其中，。試確定當(dāng)電阻斷開(kāi)與接入時(shí)電路功能分別是什么？并計(jì)算相應(yīng)的電路參數(shù)、與。令斷路，輸出；令斷路，輸出。因， 故,-+N2-+N1ui(t)uo(t)R0R1R2R3R4R5C2C1習(xí)題4-8圖電阻斷開(kāi)時(shí)，前級(jí)電路與圖4-14c完全一樣，是一個(gè)無(wú)限增益多路反饋型二階帶通濾波器，后級(jí)是一個(gè)反相放大器，增益為。這時(shí)電路功能仍為帶通濾波器，電阻接入時(shí)，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)不變，。4-11 一個(gè)二階帶通濾波器電路如圖4-

35、11 c所示，其中，。求電路品質(zhì)因數(shù)與通帶中心頻率。當(dāng)外界條件使電容增大或減小1%時(shí)，與變?yōu)槎嗌?？?dāng)電阻增大或減小1%，或當(dāng)電阻減小5%時(shí)與變?yōu)槎嗌?？由?4-36)與(4-37)可得到： 當(dāng)電容增大1%時(shí)，仍按上面兩式計(jì)算得到，=9.772。當(dāng)電容減小1%時(shí)，=6.762。當(dāng)電阻增大1%時(shí)，=6.659。當(dāng)電阻減小1%時(shí)，=10.04。當(dāng)電阻減小5%時(shí)，值變負(fù)，電路自激振蕩。4-12在圖4-19中，當(dāng)開(kāi)路，并且時(shí)為高通輸出，輸出性質(zhì)如何？因?yàn)闉楦咄ㄝ敵?，?jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)輸出，相當(dāng)于乘以一個(gè)積分運(yùn)算符，所以為帶通輸出。從傳遞函數(shù)也可以證明這一點(diǎn)，令第一級(jí)運(yùn)放輸出為：，解之得到因?yàn)?，所以為帶通?/p>

36、出。第五章 信號(hào)運(yùn)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Uo與輸入電壓Ui的關(guān)系表達(dá)式。 輸出電壓Uo與輸入電壓Ui的關(guān)系表達(dá)式為：圖X5-15-5 圖5-14 a所示的積分電路中，積分電容C=1mF，t =100ms，若放大器的U0s=2mV，要求輸入偏置電流Ib對(duì)積分器的影響不超過(guò)U0s影響，試選擇運(yùn)算放大器的Ib。5-7 圖5-22所示的積分電路中， 若Ui為占空比1:1的方波信號(hào)，其幅值為 ±2V，周期為20ms，試畫(huà)出相應(yīng)的Uo波形圖。設(shè)t=0時(shí)，Uo=0， R1=R2=10kW，C=1mF。UUUUoiC1VRRSCVD1D2R211

37、NN12C5-8 試畫(huà)出能檢測(cè)一個(gè)任意波形的正向峰值電壓的電路原理圖。第六章 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路2試述在S/H電路中對(duì)模擬開(kāi)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。 模擬開(kāi)關(guān)：要求模擬開(kāi)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。3、存儲(chǔ)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(huì)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(shí)，電容放電，介質(zhì)吸附效應(yīng)會(huì)使放電后的電容電壓回升，引起小信號(hào)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(shí)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(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)，往往需要一定的時(shí)間，因而使電介質(zhì)常數(shù)隨信號(hào)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(lái)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(kāi)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(kāi)關(guān)速度，減小開(kāi)關(guān)極間