測控電路課后習題答案

第一章緒論

1-1測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著什么樣的作用？

傳感器的輸出信號一般很微弱，還可能伴隨著各種噪聲，需要用測控電路將它放大，剔

除噪聲、選取有用信號，按照測量與控制功能的要求，進行所需演算、處理與變換，輸出能

控制執(zhí)行機構動作的信號。在整個測控系統(tǒng)中，電路是最靈活的部分，它具有便于放大、便

于轉換、便于傳輸、便于適應各種使用要求的特點。測控電路在整個測控系統(tǒng)中起著十分關

鍵的作用，測控系統(tǒng)、乃至整個機器和生產系統(tǒng)的性能在很大程度是取決于測控電路。

1-2影響測控電路精度的主要因素有哪些，而其中哪幾個因素又是最基本的，需要特別注意？

影響測控電路精度的主要因素有：

（1）噪聲與干擾；

（2）失調與漂移，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，失調與漂移（含溫漂）是最主要的，需要特別注意。

1-3為什么說測控電路是測控系統(tǒng)中最靈活的環(huán)節(jié)，它體現(xiàn)在哪些方面？

為了適應在各種情況下測量與控制的需要，要求測控系統(tǒng)具有選取所需的信號、靈活地

進行各種變換和對信號進行各種處理與運算的能力，這些工作通常由測控電路完成。它包括:

（1）模數(shù)轉換與數(shù)模轉換；

（2）直流與交流、電壓與電流信號之間的轉換。幅值、相位、頻率與脈寬信號等之間的

轉換；

（3）量程的變換；

（4）選取所需的信號的能力，信號與噪聲的分離，不同頻率信號的分離等；

（5）對信號進行處理與運算，如求平均值、差值、峰值、絕對值，求導數(shù)、積分等、非

線性環(huán)節(jié)的線性化處理、邏輯判斷等。

1-4測量電路的輸入信號類型對其電路組成有何影響？試述模擬式測量電路與增量碼數(shù)字式

測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，輸入信號的類型也隨之而異。主要可分為模擬式信號與數(shù)字式

信號。隨著輸入信號的不同，測量電路的組成也不同。

圖X1-1是模擬式測量電路的基本組成。傳感器包括它的基本轉換電路，如電橋，傳感器

的輸出已是電量（電壓或電流）。根據(jù)被測量的不同，可進行相應的量程切換。傳感器的輸出

一般較小，常需要放大。圖中所示各個組成部分不一定都需要。例如，對于輸出非調制信號

的傳感器，就無需用振蕩器向它供電，也不用解調器。在采用信號調制的場合，信號調制與

解調用同一振蕩器輸出的信號作載波信號或參考信號。利用信號分離電路（常為濾波器），將

信號與噪聲分離，將不同成分的信號分離，取出所需信號。有的被測參數(shù)比較復雜，或者為

了控制目的，還需要進行運算。對于典型的模擬式電路，無需模數(shù)轉換電路和計算機，而直

接通過顯示執(zhí)行機構輸出，因此圖中將模數(shù)轉換電路和計算機畫在虛線框內。越來越多的模

擬信號測量電路輸出數(shù)字信號，這時需要模數(shù)轉換電路。在需要較復雜的數(shù)字和邏輯運算、

或較大量的信息存儲情況下，采用計算機。

----------1

信

模

_顯

傳量放_

號

_示

數(shù)

程_

分

_執(zhí)

轉

切_

離

_行

感換大_

換

電

_機

電_

_電

路

構

路_

器器_路

j

一

電源

圖Xl-1

增量碼數(shù)字式測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也

是比較微小的，需要首先將信號放大。傳感器輸出信號一個周期所對應的被測量值往往不夠

小，為了提高分辨力，需要進行內插細分?？梢詫蛔冃盘栔苯犹幚磉M行細分，也可能需先

將它整形成為方波后再進行細分。在有的情況下，增量碼一個周期所對應的量不是一個便于

讀出的量（例如，在激光干涉儀中反射鏡移動半個波長信號變化一個周期），需要對脈沖當量

進行變換。被測量增大或減小，增量碼都作周期變化，需要采用適當?shù)姆椒ū鎰e被

顯

放

整

細

傳示

形

分

執(zhí)

大

電

電

行

感

機

測量變化的方向，辨向電路按辨向結果控制計數(shù)器作加法或減法計數(shù)。在有的情況下辨向電

路還同時控制細分與脈沖當量變換電路作加或減運行。采樣指令到來時，將計數(shù)器所計的數(shù)

送入鎖存器，顯示執(zhí)行機構顯示該狀態(tài)下被測量量值，或按測量值執(zhí)行相應動作。在需要較

復雜的數(shù)字和邏輯運算、或較大量的信息存儲情況下，采用計算機。

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，不可避免地會有擾動因素

作用在被控對象上，引起輸出的變化。利用傳感器對擾動進行測量，通過測量電路在設定上

引入一定修正，可在一定程度上減小擾動的影響，但是這種控制方式同樣不能達到很高的精

度。一是對擾動的測量誤差影響控制精度。二是擾動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。它的主要特點是用傳感器直接測量輸出量，將它

反饋到輸入端與設定值相比較，當發(fā)現(xiàn)它們之間有差異時，進行調節(jié)。這里系統(tǒng)和擾動的傳

遞函數(shù)對輸出基本沒有影響，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，傳感器反饋信號與設定信號之差不直接送到放大電路，而先經過一個校正電路。這主要

考慮從發(fā)現(xiàn)輸出量變化到執(zhí)行控制需要一段時間，為了提高響應速度常引入微分環(huán)節(jié)。另外,

當輸出量在擾動影響下作周期變化時，由于控制作用的滯后，可能產生振蕩。為了防止振蕩,

需要引入適當?shù)姆e分環(huán)節(jié)。在實際電路中，往往比較電路的輸出先經放大再送入校正電路，

然后再次放大。圖X1-3為原理性構成。

圖X1-3閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成

第二章信號放大電路

2-4什么是CAZ運算放大器？它與自動調零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場合下采用較

為合適？

CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器的簡稱，它通過模擬開關的切換，使內部

兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。它與自動調

零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個放大器輪換工作，因此始終保持有一個運算放大器對輸入

信號進行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無波動，性能優(yōu)于由通用集成運算放大器組成的自動調零放

大電路，但是電路成本較高，且對共模電壓無抑制作用。應用于傳感器輸出信號極為微弱，

輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對共模電壓抑制要求不高的場合。

2-5請說明ICL7650斬波穩(wěn)零集成運算放大器是如何提高其共模抑制比的？

ICL7650的輸出U.=((+(()h+K〃1M(見式2-6),其共模信號誤差項

4次相當于輸入端的共模誤差電壓〃'，即

U‘=",一_U,U.

cK\+K\K?KtK2K[CMR&CMRR

式中％、信分別為運算放大器M的開環(huán)放大倍數(shù)和開環(huán)共模放大倍數(shù)；鼠為運算放大器N.

由側向端4輸入時的放大倍數(shù);由為運算放大器N2的開環(huán)放大倍數(shù)。設計中可使K2?l,

所以CMRR=K[CMR&,因此整個集成運算放大器的共模抑制比◎佩比運算放大器N1的共

模抑制比?！r(一般可達80dB)提高了用倍。

2-6何謂自舉電路？應用于何種場合？請舉一例說明之。

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IO"。以上）的測量放大電路中。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？應用何種場合？

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。

應用于要求共模抑制比大于lOOdB的場合，例如人體心電測量。

2-8圖2-8b所示電路，M、岫為理想運算放大器，RFR產RFR滬R,試求其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。

由圖2-8b和題設可得出=如（1+用/用）2MI,Lk)=Uii(1+吊/吊)—2z/iiRJRs=2ui2~2

%=2山廣%），所以其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)后2。

2-9圖2-9所示電路，N,＞甌M工作在理想狀態(tài)，A=^=100kQ,吊=10k。，吊=吊=201＜。，

^=60kQ,川同相輸入端接地，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和題設可得u,=（u,2-Uoi）Rs/7&=3（U,2-u,i）,iki=?i（1+尼/凡）-ui2用/4=11如,

u＞2=52（1+尼/凡）-Ai兄/兄=-lOu”，即4=3（-IO%-11g）=-63如，因此，電路的差模增

益為63。電路的共模抑制能力將降低，因N,同相輸入端接地，即牝=0,八的共模電壓無法與

U,2的共模電壓相抵消。

2-11何謂電橋放大電路？應用于何種場合？

由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和運算放大器構成的電橋都稱為

電橋放大電路。應用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應變式、電容式傳感器等，經常通

過電橋轉換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進一步放大，或由傳感器和運算放

大器直接構成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。

2-13線性電橋放大電路中（見圖2-14）,若〃采用直流，其值U=10V,R產RF#=120Q,

△40.24。時，試求輸出電壓如果要使失調電壓和失調電流各自引起的輸出小于

ImV,那么輸入失調電壓和輸入失調電流應為多少？

由圖2T4電路的公式（式2-24）：

凡

U=(1+—)(-

°La4+%飛」&+4

并將題設代入，可得"=-〃△脛（2必=10mV。設輸入失調電壓為附和輸入失調電流為九，當

輸出失調電壓小于ImV時，輸入失調電壓如＜（1X1。/）/（1+尼/旃）=0.5mV；輸入失調電流為

幾＜（1X10-3）/[J?,（1W7?I）]=4.17uAo

2T5請根據(jù)圖2-22b,畫出可獲得1、10、L00十進制增益的電路原理圖.

由圖X2-3可得：當開關/閉合時，"=〃；當開關8閉合時，〃=10〃，當開關C閉合時，

4=100幾

R9R90R

―CZ)—f—(=1—

圖X2-3。Ui

2-16根據(jù)圖2-22c和式（2-32）,若采用6個電阻，請畫出電路原理圖，并計算電阻網(wǎng)絡各

電阻的阻值。

"=6:凡=用+用+尼+兄+尼，吊+尼=2（用+用+尼+兄）

R&+/&+兄=3（.R+Ri+%），吊+尼+兄+尼=4（R\+兄）,

Ra+后+用+用+尼=5兆，

取R\=R,則擊3兄RFR,R^R/2,后=3般10,%=必5,R\=R。見圖X2-4。

2-17什么是隔離放大電路？應用于何種場合？

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量儀器和某些測控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學人

體測量、自動化試驗設備、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。

2-18試分析圖2-41b電路中的限幅電路是如何工作的？并寫出”的計算公式。

當輸入過載時，即輸入正向（或反向）電壓突然很大時，低漂移斬波穩(wěn)零運算放大器235L

輸出飽和電平，限幅電路的正向（或反向）二極管導通，使放大器的增益減小，輸出從飽和

狀態(tài)迅速恢復。

運算放大器235L的輸出為〃=（用+兆）兄〃/"而）=1000〃，AD277隔離放大器的電壓放

大倍數(shù)約為196.078,所以￡4=196.078（兄+石）RUJ（R、R\）=196078［雄：?=（%+用+兄

Rd吊）〃/口196.078何處來］

第三章信號調制解調電路

3-1什么是信號調制？在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號調制？什么是解調？在測控系統(tǒng)中常用

的調制方法有哪幾種？

在精密測量中，進入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而

傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一

項重要任務。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這就是調制的主要

功用。調制就是用一個信號（稱為調制信號）去控制另一作為載體的信號（稱為載波信號），

讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。在將測量信號調制，并將它和噪聲分離，放大等處理后,

還要從已經調制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調。

在信號調制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位

三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進行調制，分別稱為調幅、調頻和調相。也可以用脈沖信號作

載波信號?？梢詫γ}沖信號的不同特征參數(shù)作調制，最常用的是對脈沖的寬度進行調制，稱

為脈沖調寬。

3-2什么是調制信號？什么是載波信號？什么是已調信號？

調制是給測量信號賦以一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦

信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用需要傳輸?shù)男盘柸ジ淖冚d波信號的某

一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。這個用來改變載波信號的某一參數(shù)的信號稱調制信號。在測

控系統(tǒng)中需傳輸?shù)氖菧y量信號，通常就用測量信號作調制信號。經過調制的載波信號叫已調

信號。

3-3為什么說信號調制有利于提高測控系統(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)？

在精密測量中，進入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而

傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一

項重要任務。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這就是調制的主要

功用。在將測量信號調制，并將它和噪聲分離，再經放大等處理后，還要從己經調制的信號

中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調。

通過調制，對測量信號賦以一定的特征，使已調信號的頻帶在以載波信號頻率為中心的

很窄的范圍內，而噪聲含有各種頻率，即近乎于白噪聲。這時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很窄的頻帶內的信號通過，就可以有效地抑制噪聲。采用

載波頻率作為參考信號進行比較，也可抑制遠離參考頻率的各種噪聲。

3-4為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進行信號調制？

為了提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號一形成就己經是已調信號，因此常常在傳

感器中進行調制。

3-5在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0~100Hz,應當怎樣選取載波信號的

頻率？應當怎樣選取調幅信號放大器的通頻帶？信號解調后，怎樣選取濾波器的通頻

帶？

為了正確進行信號調制必須要求3c>>。，通常至少要求3c>100。在這種情況下，解調

時濾波器能較好地將調制信號與載波信號分開，檢出調制信號。若被測信號的變化頻率為

O-lOOHz,應要求載波信號的頻率3c>1000Hz。調幅信號放大器的通頻帶應為900-1100Hz。

信號解調后，濾波器的通頻帶應>100Hz,即讓0~100Hz的信號順利通過，而將900Hz以上

的信號抑制，可選通頻帶為200Hzo

3-6相敏檢波電路與包絡檢波電路在功能、性能與在電路構成上最主要的區(qū)別

是什么？

相敏檢波電路與包絡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制信號

相位，從而判別被測量變化的方向、在性能上最主要的區(qū)別是相敏檢波電路具有判別信號相

位和頻率的能力，從而提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力。從電路結構上看，相敏檢波電路的主要

特點是，除了所需解調的調幅信號外，還要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來

鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應與所需解調的調幅信號具有同樣的頻率，采用載波

信號作參考信號就能滿足這一條件。

3-7從相敏檢波器的工作機理說明為什么相敏檢波器與調幅電路在結構上有許

多相似之處？它們又有哪些區(qū)別？

只要將輸入的調制信號氏=U<mcos。/乘以幅值為1的載波信號cos。/就可以得到雙

邊頻調幅信號％="、.cos(yj=Ux,?cosQcos(yj。若將人再乘以costyj,就得到

2

wo=uscostyj=Uxmcos/2rcos(oj=cos/2?+cos/2/cos2(ycr

=3。工",cosCr+：Uxm[cosQOc-0)/+cos(2砥+。川

利用低通濾波器濾除頻率為2,-。和2牝+C的高頻信號后就得到調制信號

UvmcosAf,只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調制信號以乘以幅值為1的載波信號cos/j

就可以得到雙邊頻調幅信號及，將雙邊頻調幅信號以再乘以載波信號cos。1,經低通濾波后

就可以得到調制信號小。這就是相敏檢波電路在結構上與調制電路相似的原因。

相敏檢波器與調幅電路在結構上的主要區(qū)別是調幅電路實現(xiàn)低頻調制信號與高頻載波信

號相乘，輸出為高頻調幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調幅信號與高頻載波信號相乘，經濾

波后輸出低頻解調信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結構和參數(shù)不同。

3-8試述圖3-17開關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

配關系？并說明其阻值關系。

圖a中，在a=1的半周期，同相輸入端被接地，出只從反相輸入端輸入，放大器的放大

倍數(shù)為-1，輸出信號“。如圖c和圖d中實線所示。在4=0的半周期，V截止，以同時從同相

輸入端和反相輸入端輸入，放大器的放大倍數(shù)為+1,輸出信號如如圖c和圖d中虛線所示。

圖b中，取R產&=凡=&=/?5=&/2。在a=1的半周期，Vi導通、V2截止，同相輸入端

被接地，“s從反相輸入端輸入，放大倍數(shù)為-&/(凡+凡)=-1。在&=0的半周期，Vi截

止、V2導通，反相輸入端通過當接地，以從同相輸入端輸入，放大倍數(shù)為

——1——(1+&)=』.3=1。效果與圖a相同，實現(xiàn)了全波相敏檢波。R尸&=心=&=Rs=

凡+凡+居3

&/2是阻值必須滿足的匹配關系。

3-9什么是相敏檢波電路的鑒相特性與選頻特性？為什么對于相位稱為鑒相，

而對于頻率稱為選頻？

相敏檢波電路的選頻特性是指它對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞特性。以參考信號

為基波，所有偶次諧波在載波信號的一個周期內平均輸出為零，即它有抑制偶次諧波的功能。

對于〃=1,3,5等各次諧波，輸出信號的幅值相應衰減為基波的1/〃等，即信號的傳遞系數(shù)隨諧

波次數(shù)增高而衰減，對高次諧波有一定抑制作用。對于頻率不是參考信號整數(shù)倍的輸入信號，

只要二者頻率不太接近，由于輸入信號與參考信號間的相位差不斷變化，在一段時間內的平

均輸出接近為零，即得到衰減。

如果輸入信號"S為與參考信號"c（或"）同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓

4=UsmCOS0/2，即輸出信號隨相位差。的余弦而變化。

由于在輸入信號與參考信號同頻，但有一定相位差時，輸出信號的大小與相位差。有確

定的函數(shù)關系，可以根據(jù)輸出信號的大小確定相位差。的值，相敏檢波電路的這一特性稱為鑒

相特性。而在輸入信號與參考信號不同頻情況下，輸出信號與輸入信號間無確定的函數(shù)關系，

不能根據(jù)輸出信號的大小確定輸入信號的頻率。只是對不同頻率的輸入信號有不同的傳遞關

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，工作點應怎么選??？

兩個調諧回路的固有頻率/）|、分別比載波頻率人高和低4左。隨著輸入信號外的頻

率變化，回路1的輸出Hsi和回路2的輸出"S2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幅值變化AUm/A”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％、V2用作包絡檢波，電容Ci、C2用于

濾除高頻載波信號。RL為負載電阻。濾波后的輸出如圖f所示。工作點應選在圖b中回路1

和回路2幅頻特性線性段中點，也即斜率最大、線性最好的點上。

3-11在用數(shù)字式頻率計實現(xiàn)調頻信號的解調中，為什么采用測量周期的方法，

而不用測量頻率的方法？采用測量周期的方法又有什么不足？

測量頻率有兩種方法：一種是測量在某一時段內（例如1秒或0.1秒內）信號變化的周

期數(shù)，即測量頻率的方法。這種方法測量的是這一時段內的平均頻率，難以用于測量信號的

瞬時頻率，從而難以用于調頻信號的解調；另一種方法基于測量信號的周期，根據(jù)在信號的

一個周期內進入計數(shù)器的高頻時鐘脈沖數(shù)即可測得信號的周期，從而確定它的頻率。后一種

方法可用于調頻信號的解調。它的缺點是進入計數(shù)器的脈沖數(shù)代表信號周期，它與頻率間的

轉換關系是非線性的。

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，因為它線性好，并且對G和a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，信號幅值的影響，占空比的影響，門電路與時鐘脈沖頻率影

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

法器鑒相時信號的幅值也影響鑒相誤差。采用異或門鑒相時占空比影響鑒相誤差。門電路的

動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對通過相位一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成的鑒相器鑒相范圍為士兀/2,異或門鑒相器的鑒相范圍為0-Jt,

RS觸發(fā)器鑒相和脈沖采樣式鑒相的鑒相范圍接近2J1：。

3-13在圖3-47C所示數(shù)字式相位計中鎖存器的作用是什么？為什么要將計數(shù)器

清零，并延時清零？延時時間應怎樣選?。?/p>

圖3-47c所示數(shù)字式相位計中計數(shù)器計的脈沖數(shù)是隨時變化的，當?shù)南绿貋淼綍r，

計數(shù)器計的脈沖數(shù)N反映Us和a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，計的是下一周期a和a的相位差。，要在鎖存后將計數(shù)器清零，否則計

數(shù)器計的是若干周期總共脈沖數(shù)，而不是以和4到來之間的脈沖數(shù)。但是只有在鎖存后才能

將計數(shù)器清零，所以要延時片刻后才將計數(shù)器清零。延時時間應大于鎖存所需要的時間，但

又應小于時鐘脈沖周期，以免丟數(shù)。

3-14脈沖調寬信號的解調主要有哪些方式？

脈沖調寬信號的解調主要有兩種方式。一種是將脈寬信號a送入一個低通濾波器，濾

波后的輸出%與脈寬8成正比。另一種方法是u.用作門控信號，只有當u.為高電平時，

時鐘脈沖Cp才能通過門電路進入計數(shù)器。這樣進入計數(shù)器的脈沖數(shù)N與脈寬8成正比。兩

種方法均具有線性特性。

第四章信號分離電路

4-1簡述濾波器功能、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算處理系統(tǒng)。按所處理信號形式不同，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：①通帶截頻力=穌/2兀為通帶與過渡帶的邊界

點，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。②阻帶截頻￡=例/次為阻帶與過渡帶的邊

界點，在該點信號衰耗（增益的倒數(shù)）下降到一個人為規(guī)定的下限。③轉折頻率工=CDJ2K為

信號功率衰減到1/2（約3dB）時的頻率，在很多情況下，也常以工作為通帶或阻帶截頻。④當

電路沒有損耗時，固有頻率/,=例,/須，就是其諧振頻率，復雜電路往往有多個固有頻率。

2）增益與衰耗濾波器在通帶內的增益并非常數(shù)。①對低通濾波器通帶增益Kp一般指刃=（）

時的增益；高通指3-8時的增益；帶通則指中心頻率處的增益。②對帶阻濾波器，應給出

阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。③通帶增益變化量AKp指通帶內各點增益的最大變化量,

如果AKp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。

3）阻尼系數(shù)與品質因數(shù)阻尼系數(shù)。是表征濾波器對角頻率為g信號的阻尼作用，是

濾波器中表示能量衰耗的一項指標，它是與傳遞函數(shù)的極點實部大小相關的一項系數(shù)。它可由

式（4-3）所示的傳遞函數(shù)的分母多項式系數(shù)求得：

/2g

a的倒數(shù)0=l/a稱為品質因數(shù)，是評價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標，0為:

卜（O

式中的△⑦為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬，00為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有

頻率①0相等。

4）靈敏度濾波電路由許多元件構成，每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。

濾波器某一性能指標y對某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作Sf,定義為：

夕一dy/y

'drx

靈敏度是濾波電路設計中的一個重要參數(shù)，可以用來分析元件實際值偏離設計值時，電

路實際性能與設計性能的偏離；也可以用來估計在使用過程中元件參數(shù)值變化時，電路性能變

化情況。該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標志著電路容

錯能力越強，穩(wěn)定性也越高。

5）群時延函數(shù)當濾波器幅頻特性滿足設計要求時，為保證輸出信號失真度不超過允許

范圍，對其相頻特性夕（。）也應提出一定要求。在濾波器設計中，常用群時延函數(shù)

*①）=一警評價信號經濾波后相位失真程度。*口）越接近常數(shù)，信號相位失真越小。

4-3試確定圖4-3所示的低通濾波器的群時延函數(shù)六0），并證明當外《田）時，貝賽爾逼近

。=1/6可使武⑼最接近常數(shù)。（提示：將武⑼展成塞級數(shù)，并略去（ey/gL及更

高次項）

由式（4-12）

aco^co

arctg

22CD<CD

CD-CD

夕(⑼=<

aCD,}CD

一冗+arctg-----769>g

CD~-co~

可以得到

aco^co2+0：)

7（①）=丁夕（口）=

dco(692一")2+a2co^co2

如+(G/%)2]

2

[I+(aco/6y0)-23/g/+(g//尸

當/<<g時，將其展成幕級數(shù)又可以得到

工(3)?——[1+(——/][1+2(——)2-(—)2+O'(——)4]

刃og口?？凇?0

ari①、，/】

=——U+3(——)2-(——)一[+。'(一co\)44]

ggg%

當a=6時略去3/碎廣及更高次項

/\ari，/叭】

73)=----[1+0(4-)]a?-----

690gg

4-8—電路結構如圖4-26?其中&)=⑥=&=l°kQ,R,=4.7kQ,R3=47kQ,

R4=33kQ,C,=C2=0.1〃F。試確定當電阻&)斷開與接入時電路功能分別是什么？

并計算相應的電路參數(shù)Kp、分與。。

令R。斷路，輸出U°i(S)=/(S)Ui(S)；令與斷路，輸出U02(s)=/2(s)U°G)。

因&=&,故力(s)=力(s)=f(s),

U。⑶=力⑶&⑶+人⑶U。⑶=/⑶以⑶+U。(5)1

電阻《斷開時，前級電路與圖4T4c完全一樣，是一個無限增益多路反饋型二階帶通濾

波器，后級是一個反相放大器，增益為一&/R,=-03030。

U°_4

UR,、+凡

14522+一1/（1一+—1）s+——!----J

/?3GGRiR?R3cle2

這時電路功能仍為帶通濾波器

0.7121,益=AlRR用R+C此C

K_&RC=129.8Hz

/兀V

PR4/?!（C1+C2）

—也—=0.522

a=2

7?3（R1+R?）

電阻凡接入時，最后可得到其傳遞函數(shù)

/?5

二____________RRC」_____________

U2r1/11、氏、&+凡

1S+[--（---d----）---------]sH-------------

&GC?R】R4c2gR3cle2

在選定參數(shù)情況下仍為帶通濾波器，電路參數(shù)工,不變，Kp=2.474,a=0.15。

4-11一個二階帶通濾波器電路如圖4-11c所示，其中片=56kQ,&=2.7kQ,

4=4.7kQ,R?=20kQ,R=3.3kQ,G=1〃F,G=。//。求電路品質因

數(shù)。與通帶中心頻率4。當外界條件使電容G增大或減小現(xiàn)時，。與工)變?yōu)槎嗌伲?/p>

當電阻&增大或減小設，或當電阻R2減小5%時。與變?yōu)槎嗌伲?/p>

由式(4-36)與(4-37)可得到：

]I8+凡一8a=]]14

=144.6Hz++=113.6r/s

2JTva4RCGQ7?1C,R3GR3C,RR、C]

Q=8.000

當電容C2增大現(xiàn)時，仍按上面兩式計算得到為=143.9Hz,。=9.772。當電容C2減小1%

時，fa=145,4Hz,。=6.762。當電阻A2增大現(xiàn)時，4=144.0Hz,Q=6.659。當電阻火?

減小1%時/；=145.3Hz,。=10.04。當電阻R2減小5%時，。值變負，電路自激振蕩。

4-12在圖4-19中，當R03開路，并且凡”&=&)2氏2時劭為高通輸出，對輸出性質如何？

因為“°為高通輸出，劭經過一個積分環(huán)節(jié)輸出，相當于乘以一個積分運算符

-1/(%。2$)，所以多為帶通輸出。從傳遞函數(shù)也可以證明這一點，令第一級運放輸出為4：

/G）=-------------%G）---------------?,（s）

%（i+s/?c）aa+s&G）

〃o（S）=--^〃2（S）一-，M]（S）=一■――—”O(jiān)（S）

R3R02R5C2s

解之得到

+，）

/G）R（）2R5C2R5cle2/?02/?2RO#3

%（s）21丁

SH------SH

R、C\&R3R5cle2

因為所以名為帶通輸出。

RMR3=R()2R2,

第五章信號運算電路

5-1圖5-37中所示的電路稱為放大極性系數(shù)電路，試推導出其輸出電壓區(qū)與輸入電壓?

的關系表達式。

圖5-37第五章題1圖

輸出電壓〃與輸入電壓a的關系表達式為：

U。=(2收-也;

5-5圖5T4a所示的積分電路中，積分電容小RF,r=100ms,若放大器的乩=2mV,要求

輸入偏置電流4對積分器的影響不超過仄影響，試選擇運算放大器的人

uc

LD<=20nA

r

5-7圖5-22所示的積分電路中，若小為占空比1:1的方波信號，其幅值為

+2V,周期為20ms,試畫出相應的“波形圖。設仁0時，〃=0,7?i=^=10kQ,小1"。

5-8試畫出能檢測一個任意波形的正向峰值電壓的電路原理圖。

模擬開關：要求模擬開關的導通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。

存儲電容：要選用介質吸附效應小的和泄漏電阻大的電容。

運算放大器：選用輸入偏置電流小、帶寬寬及轉換速率（上升速率）大的運算放大器；

輸入運放還應具有大的輸出電流。

3、存儲電容：

選用介質吸附效應小和泄漏電阻大的電容器，如聚苯乙烯，管電容和聚碳酸脂電容器等。

（原因：當電路從采樣轉到保持，介質的吸附效應會使電容器上的電壓下降，被保持的電

壓低于采樣轉保持瞬間的輸入電壓，峰值檢波器復位時，電容放電，介質吸附效應會使放電

后的電容電壓回升，引起小信號峰值的檢波誤差。電容器的泄漏電阻引起電容上的保持電壓

隨時間逐漸減小，降低保持精度）

4、什么是電容的吸附效應？

在實際電容器中，電容器介質的偶極子及其界面極化的形成和消失都不可能瞬時實現(xiàn)，

往往需要一定的時間，因而使電介質常數(shù)隨信號頻率和環(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，選用介質吸附效應小的電容器，減小開關導通電阻等的影

響。

2、提高工作速度的措施是提高開關速度，減小開關極間電容的影響，選用上升速率和輸出

電流大的運算放大器。

6-3為了使NMOS場效應晶體管工作在飽和區(qū)（或放大區(qū)），請寫出如、出應