测控电路课后答案

第一章绪论与掌握技术如，为了加工出所需尺寸、外形的高精度零件，机床的刀架与主轴除了严格按配方配料外，还必需严格掌握炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必需对机器的运行状态进展准确检测，当觉察它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，掌握它，使它按规定的要求运行。产品进展检测。这一方面是为了把好产品质量关，另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确，是否在按正确的模型对机器与生产过程进展掌握，进一步完善对生产过程的掌握。生产系统的自动化程度。为了使机器能在高速下牢靠运行，必需要求机器本身的质量高，其掌握系统性能优异。要做到这两点，还是离不开测量与掌握。产品的质量离不开测量与掌握，生产自动化同样一点也离不开机械机构实现的刚性自动化，而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应掌握与智能化。越是柔性的系统就越需要检测。没有检测，机器和生产系统就不行能按正确的规程自动运行。自适应掌握就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与条件，按最正确的方案运行，这里首先需要的是对外部环境条件的检测，检测是掌握的根底。智能化是能在简单的、变化的环境条件下自行决策的自动化，决策的根底是对内部因素和外部环境条件的把握，它同样离不开检测。工作中的广泛应用。为了加工出所需尺寸、外形的高精度零件，机床的刀架与主轴除了严格按配方配料外，还必需严格掌握炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必需对机器的运行状态进展准确检测，当觉察它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，掌握它，使它按规定的要求运行。计算机的进展首先取决于大规模集成电路制作的进步。在一块芯片上能集成多少个元件取决于光刻工艺能制作出多精细的图案，而这依靠于光刻的准确重复定位，依靠于定位系统的周密测量与掌握。航天放射与飞行，都需要靠周密测量与掌握保证它们轨道的准确性。喷射、空气燃料比、防滑、防碰撞等进展掌握。微波炉、照相机、复印机等中也都装有不同数量的传感器，通过测量与掌握使其能圆满地完成规定的功能。测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，依据测量与掌握功能的要求，进展所需演算、处理与变换，输出能掌握执行机构动作的信号。在整个测控系统中，电路是最敏捷的局部，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。测控电路在整个测控系统中起着格外关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。根本的，需要特别留意影响测控电路精度的主要因素有：噪声与干扰；失调与漂移，主要是温漂；线性度与保真度；输入与输出阻抗的影响。其中噪声与干扰，失调与漂移〔含温漂〕是最主要的，需要特别留意。面取所需的信号、敏捷地进展各种变换和对信号进展各种处理与运算的力量，这些工作通常由测控电路完成。它包括：模数转换与数模转换；直流与沟通、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；量程的变换；选取所需的信号的力量，信号与噪声的分别，不同频率信号的分别等；对信号进展处理与运算，如求平均值、差值、峰值、确定值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、规律推断等。用。为模拟式信号与数字式信号。随着输入信号的不同，测量电路的组成也不同。X1-1换电路，如电桥，传感器的输出已是电量〔电压或电流。依据被测量的不同，可进展相应的量程切换。传感器的输出一般较小，常需要放大。图中所示各个组成局部不肯定都需要。例如，对于输出非调制信号的传感器，就无需用振荡器向它供电，也不用解调器。在承受信号调制的场合，信号调制与解调用同一振荡器输出的信号作载波信号或参考信号。利用信号分别电路〔常为滤波器噪声分别，将不同成分的信号分别，取出所需信号。有的被测参数比较简单，或者为了掌握目的，还需要进展运算。对于典型的模拟式电路，无需模数转换电路和计算机，而直接通过显示执行机构输出，因此图中将模数转换电路和计算机画在虚线框内。越来越多的模拟信号测量电路输出数字信号，这时需要模数转换电路。在需要较简单的数字和规律运算、或较大量的信息存储状况下，承受计算机。传放传放解感量程切换电路调信号分别电路运模数转换电路计大算电算器器器路机显示执行机构电路振荡器电源X1-1X1-2。一般来说增量码传感器输出的周期信号也是比较微小的，需要首先将信号放大。传感器输出信号一个周期所对应的被测量值往往不够小，为了提高区分力，需要进展内插细分。可以对交变信号直接处理进展细分，也可能需先将它整形成为方波后再进展细分。在有的状况下，增量码传感器放大器整形电路细分电路传感器放大器整形电路细分电路脉冲当量变换电路计数器锁存器计算机显示执行机构辨向电路锁存令指令传感器电路X1-2手动采样组成局部的作用。避开地会有扰动因素作用在被控对象上，引起输出的变化。利用传感器对扰动进展测量，通过测量电路在设定上引入肯定修正，可在肯定程度上减小扰动的影响，但是这种掌握方式同样不能到达很高的精度。一是对扰动的测量误差影响掌握精度。二是扰动模型的不准确性影响掌握精度。比较好的方法是承受闭环掌握。X1-3。它的主要特点是用传感器直接测量输出量，将它反响到输入端与设定值相比较，当觉察它们之间有差异时，进展调整。这里系统和扰动的传递函数对输出根本在图X1-3而先经过一个校正电路。这主要考虑从觉察输出量变化到执行掌握需要一段时间，为了提高响应速度常引入微分环节。另外，当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于掌握作用的滞后，可能产生振荡。为了防止振荡，需要引入适当的积分环节。在实际电路中，往X1-3为原理性构成。给定设定比较校正转换执行被控机构电路电路电路电路机构对象扰动输出掌握电路扰动输出掌握电路传感器其次章信号放大电路2-1何谓测量放大电路对其根本要求是什么荷信号的放大电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。对其根本要求是：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②肯定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率〔无畸变的放大瞬态信号；⑥高输入共典范围〔如达几百伏〕闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨本钱低。2-2a道，即R、C组成的高频通道和调制、解调、沟通放大器组成的3 3低频通道承受高频通道是为了使斩波稳零放大电路能在较宽的频率范围内工作，而承受低频通道则能对微弱的直流或缓慢变化的信号进展低漂移和高精度的放大。2-3LF347CD4066〔即引脚图LF347CD4066调零放大电路。LF347CD4066X2-1。+5V+5VuoV–LF347CD4066V+R2uiR1X2-1CAZ么何种场合下承受较为适宜CAZ模拟开关的切换，使内部两共性能全都的运算放大器交替地工作在信号放大和自动校零两种不同的状态。它与自动调零放大电路的主要区分是由于两个放大器轮换工作，因此始终保持有一个运算放大器对输入信号进展放大并输出，输出稳定无波动，性能优于由通用集成运算放大器组成的自动调零放大电路，但是电路本钱较高，且对共模电压无抑制作用。应用于传感器输出信号极为微弱，输出要求稳定、漂移极低，对共模电压抑制要求不高的场合。ICL7650制比的ICL7650U

(K

U

KU〔见式－，其共o 1 1 2 i

1

c1 c模信号误差项KU相当于输入端的共模误差电压Uˊ，即c1cKUU c1 c

cKU U U c1 c c cc K K”K KK1 1 2 1 2

KCMRR2

CMRRK、KN

的开环放大倍数和开环共模放大倍1 c1 1数；K＇为运算放大器N1

A1

输入时的放大倍数；K2

为运算放大器N2

的开环放大倍数。设计中可使 K1

＇≈K1

，K>>12CMRR

CMRR2

CMRR比运算放大器N的共模抑制比CMRR〔80dB〕提高了K倍。1 1 2何谓自举电路应用于何种场合请举一例说明之。自举电路是利用反响使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。应用于传感器的输出阻抗很高〔108Ω以上〕2-7什么是高共模抑制比放大电路应用何种场合〔包括干扰电压的放大电路称为高100dB例如人体心电测量。2-8bNNR=R=R=R=R，1 2 4 2 1 3试求其闭环电压放大倍数。2-8bu=u(1+R/R2uu=u(1+R/R)01 i1 2 1 i1 0 i2 4 3–2uR/R=2u–2u=2(u-u)，所以其闭环电压放大倍数K=2。i1 4 3 i2 i1 i2 i1 f2-9N

、NNR=R=100k，1 2 3 1 2R=10k，R=R=20k，R=R=60k，N同相输入端接地，试求P 3 4 5 6 2电路的差模增益电路的共模抑制力量是否降低为什么2-9uu–u

=3(u–u

),u=uo o2

o1 5 3

o2

o1 i1R/R=11u

/R)–u

R/R=–10u,即1 p i2 1

i1 o2 i2 2

i1 2 p i1–11u〕=–63u63。电路o i1 i1 i1的共模抑制力量将降低，因N同相输入端接地，即u

的共模电压无法与ui2

2的共模电压相抵消。

i2 i1什么是有源屏蔽驱动电路应用于何种场合请举例说明之。将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相1∶1输出端各自电阻〔阻值相等〕加到传感器的两个电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电蔽驱动电路。它消退了屏蔽电缆电容的影响，提高了电路的共模抑制力量，因此常常使用于差动式传感器，如电容传感器、压阻传感器和电感传感器等组成的高精度测控系统中。何谓电桥放大电路应用于何种场合由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，常常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。2-12buo

说明其特点。2-12bu〔N++ΔR),电路输出电压u=(1+R/R)u,所以u=–(1+R/R)uΔo 2 1 + o 2 1o 2 1uo

〔2-22〕一样，只是输出符号相反。其增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定，uo

与桥臂电阻的相对变化率δ1uo

线性电桥放大电路中〔见图2-1，假设u＝10V，R＝R=R＝120Ω，ΔR＝Ω时，试求输出电压。假设1 3 o要使失调电压和失调电流各自引起的输出小于1m调电压和输入失调电流应为多少由图2-14电路的公式〔式2u (1R)( R 2

R R u3232o R RR R3 2

RR1 1 3 1 1 3并将题设代入，可得U=–UΔR/(2R)=10mV。设输入失调电压为uo 0sI1mV0su﹤(1×103)/(1+R/R)=；输入失调电流为I

﹤(1×10–3)/R0s 2 1/R)]=μA。

0s 12 1什么是可编程增益放大电路请举例说明之。PGAX2-2A=0AB=0B断开)时，放大电路的电压放大倍数为-R/R；当程序为A=1(开关AB=0(开1关BRR/[R〔R+R〕]；当程序为A=0(开关A2 1 23 1 3为A=1、B=1A、B均闭合)，放大倍数为–RRR/[R〔RR+RR+RR〕]。2

23 1

2 3 3因此可编程增益放大电路的增益是通过数字规律电路由确定的程序来掌握。RR2ARR3B－+∞N+UiR1UoX2-2理图。由图X2-3AUUBU=1U，o i o i当开关C闭合时，U=100U。o iR 9R 90RoC B A －∞+ Uo+Ni图X2-3 Ui依据图2-22c和式〔2-3，假设承受6理图，并计算电阻网络各电阻的阻值。N=6: R6

=R+R1

+R+R+R3 4

, R+R6 5+R〕4

=2〔R1

+R+R2 3R+R

6 5 4

1 2

6 5 4 3 1 2R+R+R+R+R=5R,6 5 4 3 2 1取RR。UiUi－+∞N+Uo5RR/53R/10R/2R3R什么是隔离放大电路应用于何种场合隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦X2-4合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。隔离放大电路主要用于便携式测量仪器和某些测控系统〔如生物医学人体测量、自动化试验设备、工业过程掌握系统等〕中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制力量传送信号。2-31b的o计算公式。当输入过载时，即输入正向〔或反向〕电压突然很大时，低漂移235L〔或反向〕二极管导通，使放大器的增益减小，输出从饱和状态快速恢复。235L的输出为UURAD2771 3 4 2i 41 iＵ〔RRRU〔RR=196078o 3 4 i 4 1U。[雄：U=〔R+R+R

何处来]i 1 3 2

3 2

i 1，2-34c效率。作点，因此电路的最大不失真输出幅值近似为E/2,最大输出功率cP=E/(R),P/E2〔2R]=1/4=25%。om c L om c L简述乙类互补对称功率放大电路的输出波形消灭交越失真的上述交越失真的。乙类互补对称功率放大电路在静态时两功率三极管的放射结均处于零偏状态，工作点很低，三极管输入特性又是非线性的，因此当输入信号比较小时，在过零点四周将有一段交越失真。甲乙类互补对称功率放大电路，能保证输入信号为零时两功率三极管有肯定X2-5，当信号输入时，输出为两功率三极管电流的叠加，无交越失真。iic1ioIcQUbE2UbE1OtQ Icic2X2-5PNP、NPN在互补电路中，假设要求其输出功率较大时，输出功率管要承受中功率管或大功率管。但是，要使两个互补功率管性能全都，这对大功率管来说，很难选配。假设承受复合晶体管，其导电特性取决于第一只晶体管，且总的电流放大倍数等于两个晶体管各自的电流放大倍数的乘积，因此，能在一个信号作用下使同极性的两输出晶体管能交替导通，也可承受较易选配的小功率晶体管作为互补输出晶体管，而利用复合晶体管来得到较大的输出功率。e e e eb b b bc c c cPNP

X2-6

NPN2-36b所示OCLRL

的电流假设输出R

中有一个元件开路，将产生什么后果

c1 1 2态电流流过，但由于两功率三极管的特性全都，静态电流相等，因RL

的电流为零。假设输出波形有交越失真，应调整RR2

电阻开路，那么电路在小信号输入时其输R1

R中有一个电阻开路，那么电路将不2构成互补对称功率放大电路，电路无法正常工作。第三章信号调制解调电路什么是信号调制在测控系统中为什么要承受信号调制什么是解调在测控系统中常用的调制方法有哪几种在周密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分别出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区分信号与噪声，往往给测量信号赋以肯定特征，这就是调制的主要功用。调制就是用一个信号〔称为调制信号〕去掌握另一作〔称为载波信号在将测量信号调制，并将它和噪声分别，放大等处理后，还要从已号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进展调制，分别称为调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进展调制，称为脉冲调宽。什么是调制信号什么是载波信号什么是已调信号。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。用需要传输的信号去转变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。这个用来转变载波信号的某一参数的信号称调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。什么是调幅请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。调幅就是用调制信号xx线性函数变化。调幅信号u的一般表达式可写为：su

mx)cost式中

频m； cUc──调幅信号中载波信号的幅度；mm──调制度。图X3-1uuxa)Otucb)Otuusc)Ot图X3-1双边带调幅信号调制信号b)载波信号c) 什么是调频请写出调频信号的数学表达式，并画出它的波形。调频就是用调制信号xx的线性函数变化。调频信号us

的一般表达式可写为：u U cos( mx)ts m c式中──载波信号的角频率；Uc ──调频信号中载波信号的幅度；Ummm──调制度。图X3-2ax的波形,bx变化。假设x=XcosΩt，则调频信号的频率可在m

mXm

范围内变化。为了避开发生频率混叠现象，并便于解调，要求c

mX 。mtxtO a)tutsO b)图X3-2调频信号的波形调制信号b)什么是调相请写出调信任号的数学表达式，并画出它的波形。调相就是用调制信号xx的线性函数变化。调相信号us

的一般表达式可写为：u Us m

tmx)c式中cU

──载波信号的角频率；──调信任号中载波信号的幅度；mmm──调制度。图X3-3ax的波形，bcx变化。当x0时，调信任号滞后于载波信号。x0时，则超前于载波信号。xoxottφtφtcb)usc)图X3-3 调信任号的波形调制信号b)载波信号c)什么是脉冲调宽请写出脉冲调宽信号的数学表达式，并画出它的波形。有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。脉冲调宽的数学表达式为：Bbmx (3-23)式中b为常量，m为调制度。脉冲的宽度为调制信号x的线性函数。X3-4a为调制信号xb号的波形。图中T为脉冲周期，它等于载波频率的倒数。TxTxxBtt)b)图X3-4脉冲调宽信号的波形调制信号波形b)调宽信号波形为什么说信号调制有利于提高测控系统的信噪比，有利于提高它的抗干扰力量它的作用通过哪些方面表达在周密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分别出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区分信号与噪声，往往给测量信号赋以肯定特征，这就是调制的主要功用。在将测量信号调制，并将它和噪声分别，再经放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。通过调制，对测量信号赋以肯定的特征，使已调信号的频带在以载波信号频率为中心的很窄的范围内，而噪声含有各种频率，即近乎于白噪声。这时可以利用选频放大器、滤波器等，只让以载波频率为中心的一个很窄的频带内的信号通过，就可以有效地抑制噪声。承受载波频率作为参考信号进展比较，也可抑制远离参考频率的各种噪声。为什么在测控系统中常常在传感器中进展信号调制调信号，因此常常在传感器中进展调制。请举假设干实例，说明在传感器中进展幅值、频率、相位、脉宽调制的方法。X3-54F4U4的状况下它们的阻值R=R=R=R=R，电桥的输出1 2 3 4U R R R RU ( 1 2 3 4)0 4 R R R RR1R3FR1R3FR2R4hlRR1R2U0R4R3UX3-5应变式传感器输出信号的调制NS4321TX3-63413TNS4321T图X3-6振弦式传感器X3-71252134M143产生的感应电势的相位差与扭矩M成正比。3 4M2 51图X3-7感应式扭矩传感器图X3-84562232变化，扫描角θ2218101179光束扫过工件时，它被工件挡住，没有光线照到光电元件118454567891011M3Mθθ2

4 5 6 7

9 10 113211X3-8用激光扫描的方法测量工件直径

在电路进展幅值、频率、相位、脉宽调制的根本原理是什么ux

去掌握〔转变〕载波信号幅值、频率、相位或脉宽，就可以实现调制只要用乘法器将测量信号〔调制信号〕ux

uc

相乘，就可以实现调幅。用调制信号去掌握产生载波信号的振荡器频率，就可以实现调频。用调制信号与锯齿波载波信号进展比较，当它们利用调制信号去转变方波发生器的脉宽就可以实现脉宽调制。什么是双边带调幅请写出其数学表达式，画出它的波形。可以假设调制信号x为角频率为mx不符合余弦规律时，可以将它分解为一些不同频率的余弦信号之和。在信号调制中必需要求载波信号的频率远高于调制信号的变化频率。由式〔3-1〕调幅信号可写为：u Us m

cosc

tmXm

cosΩtcostcmU costmXmm c 2

cos(c

mXΩ)t 2

cos(c

Ω)t它包含三个不同频率的信号:角频率为的载波信号Ucosωt和角频率分别为ω±Ω

c m c的上下边频信号。载波信号中不含调制信号，即cxU=0，即只保存两个边频信号。m这种调制称为双边带调制，对于双边带调制mXu s 2

cos(c

mXΩ)t 2

cos(c

Ω)tmXm

c

tUxm

cosΩtcostcX3-9ab为载波信号，图cuuxa)Otucb)Otc)usOt图X3-9 双边带调幅信号调制信号b)载波信号c)在测控系统中被测信号的变化频率为0~100Hz，应当怎样选取 载 波 信 号 的频率应当怎样选取调幅信号放大器的通频带信号解调后，怎样选取滤波器的通频带ω>>Ω，通常至少要求ω>10c cΩ。在这种状况下，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号波信号的频率ω>1000Hz900~1100cHz。信号解调后，滤波器的通频带应>100Hz，0~100Hz900Hz200Hz。什么是包络检波试述包络检波的根本工作原理。从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线外形与调制信号全都。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。从图X3-10ab再经低通滤波，滤除高频信号，即可获得所需调制信号，实现解调。包络检波就是建立在整流的原理根底上的。ttu u”tts oO Ob)图X3-10 包络检波的工作原理调幅信号b)为什么要承受周密检波电路试述图3-11b所示全波线性检波 电 路 工 作 原理，电路中哪些电阻的阻值必需满足肯定的匹配关系，并说明其阻值关系。二极管和晶体管VV通信中，只要这一误差不太大，不致于造成明显的信号失真。而在周密测量与掌握中，则有较严格的要求。为了提高检波精度，常需承受周密检波电路，它又称为线性检波电路。3-11b波uNs 1

1

输出低电平，VVA点接近于虚地，u≈0u

的负半周，有1 2 a suRi≈-i。按a 2 1图上所标注的极性，可写出以下方程组：u iRuuiRs 1 1 s s 1uuua a

uiR2

us其中K

uKua d s为Nd 1RRu [ 1Rs2

Kd

R1)]u1R 2

1(1R)uK R1d 21通常，N1

的开环放大倍数Kd

很大，这时上式可简化为：R1u u1s R a2RR或 u 1uRRa s2二极管的死区和非线性不影响检波输出。3-11bV1

反响回路一是为了防止在us

的正半周期因V2us

在两个半周期负载根本对称。图中N与R、R、C等构成低通滤波器。对于低2 3 4频信号电容C接近开路，滤波器的增益为-R/R。对于载波频率信号4 3CC的左端接虚CV2

的通断，这种检波器属于平均值检波器。为了构成全波周密检波电路需要将u通过R与u

3-11bs 3 a中NR2R。在3 3

C时，N2

的输出为：Ru 4(u

us)o R a 23X3-11aus

的波形，图bN1

输出的反相半波ucNa 2tutstoutatoutoo

uC起滤除载波oa)b)c)频率信号的作用。图X3-11线性全波整流信号的形成输入信号b)半波整流信号波形c)什么是相敏检波为什么要承受相敏检波相敏检波电路是能够鉴别调制信号相位的检波电路。包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进展半波或全波整1-33上和向下移动同样的量，传感器的输出信号幅值一样，只是相位差180包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的力量。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的力量。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的力量，提高抗干扰力量，需承受相敏检波电路。相敏检波电路与包络检波电路在功能性能与在电路构成上最 主 要 的 区 别是什么相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要的区分是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向、在性能上最主要的区分是相敏检波电路具有判别信号相位和频率的能力，从而提高测控系统的抗干扰力量。从电路构造上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，承受载波信号作参考信号就能满足这一条件。从相敏检波器的工作机理说明为什么相敏检波器与调幅电路 在 结 构 上 有 许多相像之处它们又有哪些区分u只要将输入的调制信号u U cosΩt乘以幅值为1的载波信号ucos

u cos

t。假设将ucs

乘以cosc

t，就得到

s x c xm cu uo s

cosc

tUxm

c

U

cosΩt

U

c1U2 xm

cosΩt

1U4

c

Ω)tcos(2c

Ω)t]利用低通滤波器滤除频率为2

Ω和2

Ω的高频信号后就得到调制信号U

cosΩtc

ux1的载波信号sxu

t就可以得到双边频调幅信号uc su

再乘以载波信号coss

t

x相敏检波器与调幅电路在构造上的主要区分是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的构造和参数不同。3-17些电阻的阻值必需满足肯定的匹配关系并说明其阻值关系。图aU=1u只从反相输入c端输入，放大器的放大倍数为-1uo

scdU=0Vu同时从同相输入端和反相输入c s端输入，放大器的放大倍数为+1uo

cd所示。bR=R=R=R=R=R/2U=1V1 2 3 4 5 6 c 12R R

R1

s

导通，反相输入端6 2 3 c 1 2通过R3

us

R5

R6)

131。效果与图a一样，实现了全波相敏检波。RR R R 31 4 5 3R=R=R=R=R=R/21 2 3 4 5 6什么是相敏检波电路的鉴相特性与选频特性为什么对于相位称为鉴相，而对于频率称为选频相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波，全部偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于n=1,3,51/n等，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有肯定抑制作用。对于频率不是参考信号整数倍的输入信号，只要二者频率不太接近，由于输入信号与参考信号间的相位差不断变化，在一段时间内的平均输出接近为零，即得到衰减。假设输入信号u为与参考信号uUs c co差，这时输出电压uo化。

U 2，即输出信号随相位差的余弦而变sm的大小与相位差相位差号与参考信号不同频状况下，输出信号与输入信号间无确定的函数关系，不能依据输出信号的大小确定输入信号的频率。只是对不同频率的输入信号有不同的传递关系，这种特性称为选频特性。举例说明相敏检波电路在测控系统中的应用。图3-25所示电感测微仪电路中承受相敏检波器作它的解调电路，相敏检波器的输出指示电感传感器测杆的偏移量。图3-26光电显微镜中，利用相敏检波器的选频特性，当光电显微镜瞄准被测刻线时，光电信号中不含参考信号的基波频率和奇次谐波信号，相敏检波电路输出为零，确定显微镜的瞄准状态。3-34应怎么选取f、ff

高和低Δ01 02 cfu1u20 s s1u3-34de1s2起的输出信号幅值变化U

/ 2m出灵敏度随着频率上升而减小。总输出为二者确定值之和，承受双失谐回路鉴频电路不仅使输出灵敏度提高一倍，而且使线性得到改善。图aVVC、C

用于滤除高频载1 2 1 2波信号。RL

fb12最好的点上。3-373-35的区分在哪里在这两个电路中相敏检波电路的参考电压与信号电压间的相位差是怎样形成的其输出与输入信号的频率有什么样的关系3-373-35区分是在ab两点上并一个大电容C，它的功用是抑制寄生调幅，即5us

U的幅值对输出信号的影响。它对寄生调幅呈惰1EU、U

的幅值0 1 2增大时，通过二极管VV向电容C、C、C的充电电流增大。由于1 2 3 4 5C>>C、C>>C，增加的充电电流绝大局部流入C，使U、U根本保5 3 5 4 5 3 4VV1 2

的导通角增大〔参看图3-1，它导致二次侧的电流消耗增大、品质因数Q2

下降；二次侧的电流消耗增大又反映到一次侧，使放大器的放大倍数减小，从而使U、U的幅1 2Q2

的下降又导致广义失调量减小，使输出u减小。正是由于这种负反响作用，使比例鉴频电路有抑制寄生调o幅的力量，输出信号uo

根本不受输入信号幅值变化的影响。在这两个电路中，调频信号us

经放大后分两路加到相位鉴频电C0

L3

上，作为参考信号；另一路经ML、Cu2 2 s的瞬时频率变化，这路信号相位差不同，相敏检波电路检出它们的相位差，从而检出调频信号us

的瞬时频率变化，实现解调。周期的方法，而不用测量频率的方法承受测量周期的方法又有什么缺乏测量频率有两种方法：一种是测量在某一时段内〔1秒内〕信号变化的周期数，即测量频率的方法。这种方法测量的是这一时段内的平均频率，难以用于测量信号的瞬时频率，从而难以用于调频信号的解调；另一种方法基于测量信号的周期，依据在信号的一个周期内进入计数器的高频时钟脉冲数即可测得信号的周期，从而确定它的频率。后一种方法可用于调频信号的解调。它的缺点是进入计数器的脉冲数代表信号周期，它与频率间的转换关系是非线性的。为什么图3-31所示电路实现的是调频而图3-53所示电路实 现 的 是 脉 冲调宽，它们的关键区分在哪里3-31R+Rw

C充1:1RC3-53中，在两个半周期通过不同的电阻通道向电容充电，两半周期充电时间常数不同，从而输出信号的占空比也随两支充电回路的阻值而R、R为差动电阻传感器的两臂，R+R

为一常量，输出1 2 1 2信号的频率不随被测量值变化，而它的占空比随R、R的值变化，1 2即输出信号的脉宽受被测信号调制。试述用乘法器或开关式相敏检波电路鉴相的根本原理。用乘法器实现鉴相时，乘法器的两个输入信号分别为调信任号u U

t)与参考信号u U

cos

t。乘法器的输出送入低通ssm滤除c

，低通滤波相当于求平均值，整个过程可用下述数学式表示，输出电压U U cosu 12πU cos(t)U costd(t)sm cmo

sm c cm c c 2即输出信号随相位差的余弦而变化。Uc

作参考信号，U

中除频率为

的基波信3

c cc5cu没有影响，由于

t

和

cos5

t等在

t的一ccos(co

)cos3 c

cos( tc c c个周期内积分值为零。其输出信号仍可用上式表示，只是取U

1。c号的幅值仍旧有影响。为什么在用相加式相敏检波电路鉴相时常取参考信号的幅值 等 于 调 相 信号的幅值在用于调信任号的解调时常取U =U 作用在两个二极管V和U U cos)2U U cos)2U sin)2

=UUc〔s里设

1=U=U，2 1 cU 1mU 2m

s 2 c UU U cos)2U sin)2cm sm

s1 s2 ssmsm当U =Ucm sm

，上二式分别可简化为U 2U1m cm

cos2U 2U2m cm

sin2这种鉴相器的特性要比U>>U2

时要好，由于正弦函数的自变量变化cm sm范围减小了一半。因此，在用作鉴相器时，常取U=U。cm sm

些 因 素 影 响鉴相误差它们的鉴相范围各为多少RSUs

U的占空c比没有要求。影响鉴相误差的主要因素有非线性误差，信号幅值的影响，占空比的影响，门电路与时钟脉冲频率影响等。用相敏检波器或乘法器鉴相从原理上说就是非线性的，其输出与相位差〔或其半角〕的余弦成正比。脉冲采样式鉴相中锯齿波的非线性也直接影响鉴相误差。用相敏检波器或乘法器鉴相时信号的幅值也影响鉴相误差。承受异或门鉴相时占空比影响鉴相误差。门电路的动作时间与时钟脉冲频率误差对通过相位—脉宽变换鉴相方法精度有影响，但一般误差较小。用相敏检波电路或乘法器构成的鉴相器鉴相范围为π/2，异或门鉴相器的鉴相范围为0~π，RS2π。在图3-47c所示数字式相位计中锁存器的作用是什么为什么要 将 计 数 器清零，并延时清零延时时间应怎样选取3-47c当UN反映U和Uo s

的相位差，为了记录这一值，需要将它送入锁存器。为了在下一周期比相时，Us

U的相位差，要在锁存后将计数器清零，否cUs

U到来之间的脉c冲数。但是只有在锁存后才能将计数器清零，所以要延时片刻后才将计数器清零。延时时间应大于锁存所需要的时间，但又应小于时钟脉冲周期，以免丢数。脉冲调制主要有哪些方式为什么没有脉冲调幅0、1状态，所以没有脉冲调幅。脉冲调宽信号的解调主要有哪些方式U送o入一个低通滤波器，滤波后的输出uo

与脉宽B成正比。另一种方法是U用作门控信号，只有当Uo

为高电寻常，时钟脉冲Cp门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数NB成正比。两种方法均具有线性特性。第四章信号分别电路4-1简述滤波器功能、分类及主要特性参数号形式不同，滤波器可分为模拟滤波器与数字滤波器两类；按功能滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四类。滤波器主要特性参数包括：fp

p

下限。②阻带截频f r

到r一个人为规定的下限。③转折频率f

信号功率衰减到1/23dB以f作f是其谐振频率，简单电路往往有多个固有频率。

/πc就0带增益K 一般指0时的增益；高通指时的增益；带通则指增益的倒数。③通带增益变化量K

指通带内各点增益的最大变化p量，假设K 以dB为单位，则指增

dBp系数与品质因数阻尼系数是表征滤波器对角频率为信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标，它是与0递函数的极点实部大小相关的一项系数。它可由式〔4-3〕所示的传递函数的分母多项式系数求得: aj1aj2 0的倒数Q1/的一个重要指标，Q为：Q0式中的3dB

为中心频率，在很多0状况下中心频率与固有频率相等。灵敏度滤波电路由0

多元件构成，每个元件参数值的变化yx变化的灵敏度记作Sy，定义为：dy ydy ySyx

dxx路容错力量越强，稳定性也越高。群时延函数当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输()也应提出肯定要求。在滤波器设计中，常用群时延函数()d()评价信号经滤波d后相位失真程度。(越接近常数，信号相位失真越小。证明二阶电路传递函数分母系数均为正时电路是稳定的(提示：极点位置均位于s平面左半局部)假设二阶传递函数具有如下形式H(s)

ns2n2

sn0

ds2d2 1

sd0当d24dd时1 0 2

s 1 1 0 P1,P2 2dd d d24dd4d4dd d20 2 1s 1jP1 2d 2d4d4dd d20 2 1ds 1jP2 2d 2dRe(s

)Re(sP2

)d时1

/2d2

0(d1

20 , d2

10)d24dd1 0 2

ds P1 2d

0d2d24dd1 0 22ds P2 2d2

1d2d24dd1 0 22d1极点均位于s平面左半局部，因此电路是稳定的。4-3(，并证明当

时，贝赛尔靠近Q1/

可使()最接近常数。(提示：3将0展成幂级数，并略去(/3

4及更高次项)( )0由式(4-12) arctg()

20

0 0

πarctg

00

0()

d()

(22)d (2

02)220 2 20 0 [1(/0

)2][1(/0

0

0

0当0

时，将其展成幂级数又可以得到 ()

[1(00

][12(0

)2(0

)2o(O

)4]0

303

)2(0

)2o(0

)4]当

时略去(/0

4及更高次项 ()0

[1o(0

)4]0 假设带通滤波器可等效成低通与高通滤波电路的级联，那么带阻滤波器呢试以式(4-18)证明之。滤波器的通带截频低于高通滤波器的通带截频，并且相位一样。设电路原理框图如下V(s)i

V(s)HH(s)1+H(s)2+o1V(s)Ho1假设

(s)Vi

(s)H2

(s)Vi

(s)[H1

(s)H2

(s)]Vi

(s)K2 K2H(s)

p 0 p 01 s2

0

s20

s20

s/Q20H (s)

K s2p

K s2p2 s2则

0

s20

s20

s/Q20H(s)

K(s22)p 0(4-19)完全一样。

s20

s/Q2010KP/1010KP/101通带增益波浪系数由式(4-27)可以得到：

=，[sinh1(1/)]/n=,22(sinh2cos20 p

) , 0

P

sinhsink1Q 2sinhsin1sinhsinh2cos22

4.545，Q sinhsinh2cos21

2sinhsin2

1.17812K 12p

110K/

5.6%试确定一个巴特沃斯低通滤波器的传递函数，要求信号在通带pf250Hz内，通带增益最大变化量Kpf>1000Hz15dB。

不超过2dB，在阻带由题意可知，通带截频fn=2，依据巴特p4-24

=250Hzf斯低通滤波器幅频r

=1000Hz。首先试性单调性以及式

20lg[1/ 1(fp

/f)2]Kc

2dB， fc

=327Hz1(1(ff)2r cr

10.1dB不满足设计要求。试用三阶电路n=3

20lg[1/ar

]2dB， f=11(f /f)3p c1(1(ff)3r c满足设计要求，依据式4-25，仿照其次节例题可以确定其传递函数

)( c ) c2s2c

s22sin1 c

s2c=(s1.718103)[s2

5.069109(1.715103)s2.951106]用单一运放设计一个增益为-1f通滤波器。

273.4Hz的三阶巴特沃斯高4-25 π/6，sin1 1

1/2K 2 2H()(

pc)

c =(

c )( c )s s22sinc 1 c

s2 sc

s2c

s2c利用频率变换关系s/c

/s可以得到所求高通滤波器的传递函数cH(s)(

s )( s2

)H

()H

()sc

s2c

s2 1 2c然后确定电路构造。用单一运放构成三阶电路，其中一阶环节可1RC无源电路实现。二阶环节增益为-1，可选无限增益多路反响型电路，实际电路构造如以下图。C R3 2C C1 2u(t Ri 1) R

∞- C++NR u(t3 o)

H(s) s

X4-2s1 sc

s1/RC34-2C0.1F，电阻值可按下式计算：R 1 5.821k3 2πCfcR可选公称值为k的电阻。3

H(s) s22 s2

s2c cC4-2C0.1F，由于增益为-1，由式(4-45)可1C3

1C。这时还有三个未知元件R、1 1

R与C2

和两个约束条件CC C 1 2 3

1 , f 12π RRCC1 2 2 32π RRCC1 2 2 3C2

C0.1FR1

2

17.46k。最终选择元件公称值为R1

2k，R2

17k。一电路构造如图4-26R000

RR1

10k，R2

4.7k，3 4 1 R 47k，R 33k，C3 4 1

0.1F。试确定当电阻R断开与接入时电路功能分别是什么并

算相应的电路参数K f Q、与。p 0、与。令R 0 。因

(s)fo1 1

(s)Ui

(s) R1

U (s)fo2 U

(s)Uo

(s)

R R0

f1

(s)f2

(s)f(s),o

i

(s)f2

o

i

(s)Uo

(s)]R0RR0R1C2R3R5∞R4∞--C1++u(ti)+N1+R2N2uo)电阻R0

4-84-14c益多路反响型二阶带通滤波器，后级是一个反相放大器，增益为R /R5 4

UoU

R5R

sRC1 21 1 1

RRi 4s2

( )s 1 2R C C3 1 2

RRRCC1 2 3 1 21212πRR12RRRCC1 2 3 1 2RK 5Rp R4

RC13R(C C131 1

0.7121，f ) 0RRRR(RR)1 23 1 2

129.8Hz2 0.522电阻R0

接入时，最终可得到其传递函数R5 sU RRCoU 1 1

1 4 R

RRi s2[ ( ) 5 ]s 1 2 R C C3 1 2

RRC1 4

RRRCC1 2 3 1 2f0.15。

K0

2.474， 104，需要多少级级联才能满足设计要求由式(4-61)n2n21Q2nQ lg2n21( )2 , n 4.67n2Q lg[1(Q/Q2n 2n

)2]取n=5,即可满足设计要求。级联后实际的品质因数为Q=。4-11a4-14af

14-2c4-3p要求

，压控电压源电路则要求C4-2。 1C 由表42确定

4-14a电路电容C1

0.01F，相应的换标系数K100/(C1

f)10，查表4-3得到rc 1

3.111k，r2

4.072k，3r3.111k，C3

0.2C

R

31.11k，2 ，2

1 ，

1后选择元件3R 3

R 31.11k C 0.01

C 0.002 F2称值

， 1

30k，2 ， 。R 30k R 39k

C 0.01 F C 0.002 F图14-11a2

中电容选3可参考表-，取值为2 ，C 0.0033F，令R2 1R2 1RC2 2RC1 1RC1 2RRC1 2RC2 1x1x2

/R x

C

0.01 F 0.33( )解之得到x

0.2633

(4-30)可得R

1/(2 0.33xC

f )。如取

1 ，则 2

1 1 c；如取 ，x 0.2633

R53.99k

R xR

14.22k

x 1R11则R 14.22k，R1R11

xR

53.99k2

1选择元件公称值2

56k，R 15k或R2

2

R 56k。，12，114-11c所示，其中R1

56k，R 2.7k2

，R3

4.7k，R0

C 1F，1C 0.1FQf2

使电容C

增大或减小1时Q与f 变为多少当电阻

增大或减01%，25%时与0R Q f

变为多少 2由式(4-36与(4-372可得到： 011RRRRRCC1 201 2 3

144.6Hz2 1 1 1 R0

113.6r/sQ RC RC RC RRC1 1 3 1 3 2 2 1当电容C

f

143.9Hz，Q=。当电Co2C

1%时，f

145.4Hz，QR

01%时，f

144.0Hz，Q2

当电阻R

0

1f

145.3Hz，Q2

电阻R

减小5Q值变负，电路2激振荡。0 24-16R输出性质如何03

开路并且R R01 3

R R02

时，u0

为高通输出，u由于1 为高通输出，u

经过一个积分环节输出，相当于乘以一个积分运算0

1/(RC5 2

s)0以为带通输出。从传递函数也可以证明u1这一点，令第一级运放输出为u：222u(s) R u(s) R22

u(s)2 R (1sRC) 01 2 1

11 2 1R R 1u(s) 4u(s) 4u(s)，u(s)

(s)o解之得到

R 2 R 3 02

1 RCs 5 21 1R4 s R4 ( )u(s)1

R RC02 5

RCC15 1 1

R R02

R R01 3u(s)i

s2 s R4RC RRRCC2 1 1 3 5 1 2由于R R01 3

R R02

，所以u

为带通输出。1一个数字滤波器，其输出的数字量是输入量的算术平均值，这是一种什么类型的数字滤波器其幅频与相频特性如何由功能描述可确定其差分方程y(n)

1n1x(ni)ni0y(n)仅与当前输入量x(n)和过去输入量x(ni)有关，而与过去输出量y(ni)无关，属于有限冲击响应滤波器。仿照第五节例子，确定其z域传递函数1Y(z) n

n1i0

zi)X(z)

，H(z)

1znn(1z1)H(j)

1ejnT =1ejTejnTej(n1)Tn(1ejT) n(1ejT)sin1nTcos1(n1)Tjsin1nTsin1(n1)T 2 2 2 2 nsin1T2其幅频与相频特性分别为A()H(j)

sin1nT2 ，()1(n1)Tnsin1T 22这是一个具有线性相移的低通滤波器。第五章信号运算电路5-37电压UoUi

的关系表达式。R1/nR1R1/nR1R/(n-1)1NqR2R2图5-37 第五章题1图输出电压U与输入电压U的关系表达式为：o i U 2nqnUo i试画出一个能实现U混合运算电路。

Uo 5 i1 i2

U

1UUUi5 5 i1 i2

的加减该加减混合运算电路如图X5-1X5-1定义为a/和的电压信号U ，U ，试设计一电路，使其输出电压代表平a均波长。a

Ra a39kΩT1RP50kΩ∞U2πS1Ω39kΩT1RP50kΩ∞U2πS1ΩΩ∞Ω-ΩI3-++N1UA+T2+N2UλaT3UBT450kΩ∞-URaΩΩΩΩΩΩ∞50kΩ-++UΔa+N3N4+a a一运算承受NNN1 3 4

2π、RΔaU、UU

。UT

TU

之和，它与)a 2π )

Δa

1 3 bea

a

成正比，U与B

是指数电路，T的-U等于U-U，它与ln a成2正比，流

2 be B A a经T的I与2 a

Raa

成正比，从而T2

λa

成正比的电压。图5-38中所示是利用乘法器和运算放大器组成的功率测量电路 。 设Liu Li

ZL

，Z是负载，iL

i相Liuu、iui

RCo i L oo滤波器(RC2π/后，其平均值U代表有功功率。oR1R1~ZLR2RiiLR4R3xyziR3NxyzN12Riuo图5-38 第五章题4图如何用乘法器构成立方运算电路Ui

UC olg3lg-1Ulg3lg-1o i图5-14a所示的积分电路中，积分电容C=1F， =100ms，

对积分器的影响不超0s b过U影响，试选择运算放大器的I。0s bI U I 0sb

20nA5-22Ui

1:1其 幅 值 为o

oo

10 20 30 400t/ms-2，C=1F。1 2试说明串联电阻提高微分电路高频稳定性的原理。90o相位滞后，它与运放的滞后结合在一起，很简洁产生自激振荡，串联电阻在输入端，可以降低相移，从而提高微分电路高频稳定性。如何通过试验校准PID5-26aS，使积分电DoC充分放电；调整R0，使微分器无输出，此时电路相当于纯比DIRA

从零渐渐增例调整器；然后在输入端参加方波信号，调整P P5-26b当于无微分环节时，相位裕度15；再通过逐步增加RD

来降卑微fbDW-XSRI

使积分临界频率fI

增加，直到过渡状态持续时间最小。试画出能检测一个任意波形的正向峰值电压的电路原理图。R1R1U U1iN1

VD1 R U2CU2CN o2S CVD2第六章信号转换电路常用的信号转换电路有哪些种类试举例说明其功能。常用的信号转换电路有采样/保持〔S/H〕电路、电压比较电路、V/f〔电压/频率〕转换器、f/V〔频率/电压〕转换器、V/I〔电压/电流〕转换器、I/V〔电流/电压〕转换器、A/D〔模/数〕转换器、D/A〔数/模〕转换器等。需要保持并输出采集的电压数值的功能。这种电路多用于快速数据采集系统以及一切需要对输入信号瞬时采样和存储的场合，如自动补偿直流放大器的失调和漂移、模拟信号的延迟、瞬态变量的测量及模数转换等。模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小的电路。比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系。比较器的输入量是模拟量，输出量是数字量，所以它兼有模拟电路和数字的接口电路。可用作鉴零器、整形电路，其中窗口比较电路的用途很广，如在产品的自动分选、质量鉴别等场合均用到它。量仪器及远距离遥测遥控设备中。f/V〔电压/频率〕转换器把频率变化信号线性地转换成电压变化信号。广泛地应用于调频、调信任号的解调等。在远距离监控系统中，必需把监控电压信号转换成电流信号进展传I/V〔电流/电压〕转换器进展电流、电压信号间的转换。例如，对电流进展数字测量时，首先需将电流转换成电压，然后再由数字电压表进展测量。在用光电池、光电阻作检测元件时，由于它们的输出电阻很高，因此可把他们看作电流源，通常状况下其电流的数值微小，所以是一种微电流的测量。随着激光、光纤技术在周密测量仪器中的普及应用，微电流放大器越来越占有重要的位置。/数转换器〔简称A/D转换器或AD。相反，经计算机处理后的信号常需反响给模拟执行机构如执行电动机等，因此还需要数/模转换器〔简称D/A换器或DAC〕将数字量转换成相应的模拟信号。S/H主要元器件的选择有什么要求。选择要求如下：模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。〔上升速率〕大的运算放大器；输入运放还应具有大的输出电流。为了使NMOS场效应晶体管工作在饱和区〔或放大区，请写出U、U应有的极性和U

应有的大小范围。GS DSu>U>0,u

DS>u-UGS T DS GS T试用多路模拟开关CD4051〔6-7〕设计一程控放大电路R3R4RR3R4R56121511109CD40518163-Rf_+uuii+R1R221X6-16-36S1S2R1∞-S1S2R1∞-R +2+NR33D1R1∞-R2++NVRVb)uuuiuU o UR RD2uoSa)S6-366-5稳压值U、-U，因此运算放大器同相端两个门限电压为：Z ZR RU 2 U 3 U

R RUU, U 2 3UU1 RR2 3

Z RR 2 3

2 RR 2 3

RR R2 3当u<U时，V截止，u

输出为稳压管稳压值Uu>U时，i R D1

Z i RV导通，运算放大器输出负向饱和电压-E，VD1

截止，u=0，此时运o算放大器同相端门限电压为：U

R RU2 UUT R R 2

R R R2当u由大变小并小于Ui

时，uo

=U。Z其电压传输特性如图X6-2uoUuoUZOU2U1-UZuoUZOUTURiuib)X6-24～20mA0～10V该转换电路如图X6-3依据图X6-3u o

R3)iRR 2

RR3U3 b22R ∞2U -uub R +uu4i +N oiR1X6-3取R=250Ω，i=4mAu=1Vi=20mAu=5V。1

iRR3U 1 ,Rb2

iRR3)5112有R/RRR//RR=。3 2 b 2 3 4 2 3 4 D/A5mV10V，试问其输入端数字量要多少数字位。当满量程电压为UFU

F5mV ,

2n20232n取n=11116-25D/An=8，U=10V，RD001100111依据公式

inu IR

U Rn

2iR1o o 1R1

R ii1当Din=00110011210R u o

10210221231240250261271282R1u o6bitD/AD

=110100oo

in=110011i值。in o当 D=110100时，k值为：i kD25D20 , ino 5

k 5 5252422 52因此当Din

=110011i为：oi 5o 52

2524211

4.904mA6bitA/D压u=，试求其数字输出量的数值。i101100。试述双积分A/DA/D〔6-30〕的工作过程分为采样和比较两个阶段。C放电至零。采样脉冲到来时，转换开头，模拟开关使输入信号Ui

加到反相积U

/(RC)速率在固定时间T

器输出端电压UC

i

1U相反iT1

时，计数器的计数值表&D1 R ADG4CDD &CDG1G2 Uo11D &G3 Uo2DG5示为N，采样阶段完毕。此时计数器发出溢出脉冲使计数器复零，1依据Ui

Ui

极性相反的基准电压UR

或-UR

加到反相积分器输入端，积分器对UR

或-UR

以固定速率反向积分，其输出端电压从U(T1UC

下降到零，过零比较器输出端发出关门信号，关NT。至此一次转换过程完毕。N2

2UTi 1

2时间内的平均值U，从而实现了A/Diav第七章信号细分与辨向电路7-31A、B90的方A导前B90B导前A90的状况，画出A、U、U的波形。o1 o2A、U、U的波形如图X7-1o1 o2A A B B A A B B A” A” UUUo1 o1UUUo2 o2X7-1A导前B90时，Uo1

有输出，Uo2

无输出，当B导前A90时，Uo1

无输出，Uo2

有输出，实现辨向。7-6频细分电路。X7-2A、B为相位90°的二路信号，它们的频率是输入信号频率的二倍。E ωt

12kΩ

0o -+

1=1 AsinEcosωt

Ω1Ω1Ω1Ω81

+N45o ∞-++N90o ∞-++N12kΩ 135o ∞-++N

32=1 B4-Esinωt

URX7-2假设测得待细分的正余弦信号某时刻值为u=,u=，承受微机对1 2200细分，请判别其所属卦限，并求出对应的值和k值。某时刻正弦信号值为u=,余弦信号值为u=，依据两信号的极性〔u1

为+、u2

1为-〕和确定值大小〔|u1

|〉|u2

2|，可判别出信号在3200253|ctg|ctg

uAcosAsinAcosAsinu1

1.332.65求它的arctan,得到=°，由于°/k=65。7-9256A000(十六进制)单元的存储值。A000000，即X=、Y=00000000，对应十进制X=160、Y=0，由下式X128

可得θ=284°，284°×〔256/360°〕202，对应的二进制为。因此，A000202。7-14a何工作的鉴相电路假设没有设置门槛，会有在平衡点四周振摆跟踪的问题。鉴相电路设置门槛〔见图7-14aRC延时回路起门槛的作用。在Uj

超前时〔见图7-14b，只有DUG1

的上升要滞后于Uj

的上升。假设UUj dUj

Ud

已经上跳，就不会形成U为高电平的相位差信号，当Ux

滞后Ud

时〔图7-14c，只有DG2Ud

U的延时信号，也可起门槛作用。调整dRC可转变门槛的大小。请说明图7-19中用sinA+cosAtgB 代替sincos

=sin(A+B)，用 cosA-sinAtgB 代替d=cos(A+B)，为什么不会带来显著误差d7-19180的相位角先按=18等分为10按=等分为10可写出=sin(A=sin(A+B)=cosB(sinA+cosAtgB)=cos(A+B)=cosB(cosA-sinAtgB)

＝A＋BAB0～9ddcosd由于B=(0～9〕 =0～，cosB=1～。正余弦激磁电压同时增大不影响平衡位置，故可近似取sin

sinA+cosAtgB ，dcos

cosA-sinAtgB 。d请比较相位跟踪细分、幅值跟踪细分和脉冲调宽型幅值跟踪细分的优缺点。波周期仅有一次比相，因此对测量速度有肯定的限制。相位跟踪细分电路较简洁。跟踪系统只实现半闭环〔感应同步器在环外〕，这使幅值跟踪系统具有更高的精度和更好的抗干扰性能。电路中函数变压器受温度、湿度影响小、不易老化，稳定性好，但工艺简单，技术要求高，体积重量大，也可承受集成电路的乘法型D/A转换器代替函数变压器。幅值跟踪细分比相位跟踪系统允许更高的移动速度。但电路较简单。脉冲调宽型幅值跟踪细分也是一种幅值跟踪细分系统，只是用数字式可调脉宽函数发生器代替上一系统中的函数变压器和切换扰力量。数字式脉宽函数发生器体积小、重量轻、易于生产，有高的细分数，且有高的跟踪力量。数字电路可以敏捷地依据测速转变的脉冲调宽方案，它有位置、速度甚至加速度跟踪力量。固然，电路相当简单。第八章规律掌握电路 6A，2mATTL施掌握，试设计一适宜的驱动电路。+EC+ECVDZLR1V1VSV承受IRF640200(V)，极限工作电115(A)；泄流二极管V200(V)，D I10(A)；箝位二极管VS L位电压为(V100(mA)；电阻R1

510()，电源Ec

Ui的要求取定。8-4ZL

X8-1是电阻加热器，应在电路中做何改动以便实现不同加热速度的给定改动后的电路如图X8-2Ui

为掌握加热开头和停顿的电平s

5kHzUs

的占空比，可掌握V1通角，从而实现不同加热速度的给定。EPEP1ZRL5ILR1VDR2R3~ue b24N25V1SCRAVSR6b11KVCR1 424N25P2R7iUSX8-28-98-6挥作用改动后的电路如下图。增加正与门DU为实现电源掌握的5 sUs

D5

Ui

掌握；当U为低电寻常，Ds 5

V1

V截止，步进电动机２各绕组电流为零。+5V +80V光耦合器R4D1 R3D3Up D Q Uq VD31C1 V1RVD13R1 N D3LU & +12V L ILRR2 N R5 RL2Ui & D5 1 D4 V2UsVD2GND R6 VD4图X8-3试设计一完整的三相步进电动机驱动电路。38-3路，即可实现对三相步进电动机的驱动。根本电路如下图，其中p

d

sUp50kHz振荡器+A功率驱动电路Up50kHz振荡器+A功率驱动电路A A光耦合器 环行光耦合器安排器+B功率驱动电路B B电动机光耦合器+C功率驱动电路C CAC-DC电源源掌握信号。

X8-4PAL16R41-2方式〔即三相六拍〕的环行脉冲安排器。1-2表8-1X8-2X8-5所示。因此有Q0n1

DQ2n

QQ1n

DQ2n

QQ1n

DQQQ2n 1n

DQ2n

QQ1n 0nDQ2nQ DQ

QQ1n QQ

DQQQ2n 1n DQQQ

DQ2nDQ

QQ1n QQ

DQ2nDQ

QQ1n QQ

DQ1n

DQ2n1n1

2n 1n

2n 1n

2n 1n

2n 1n 0nDQQQ2n 1n 0n

DQQQ2n 1n

DQ2n

QQ1n

DQ2n

QQ1n

DQ2n

DQ0nQ2n1

DQ2n

QQ1n

DQQQ2n 1n

DQ2n

QQ1n

DQQQ2n 1n 0nDQ2n

QQ1n

DQ2n

QQ1n

DQ2n

QQ1n

DQQQ2n 1n

DQ0n

DQ1n选用PAL16R4〔20构成三相步进电动机环行安排器。编程的源文件如下：PAL16R4 PALDESIGHSPECIFICATIONSMC08/16/2023STEPPEDMOTORCONTROLLERSHANGHAICONTROLTECHNOLOGYINSTITUTECK D NC NC NC NC NC NC NC GND步进步序正转步进步序正转D Q QQDQ反转Q2Q21010Q0:=/D*/Q1+D*/Q2Q1:=/D*/Q2+D*/Q0Q2:=/D*/Q0+表X8-1D*/Q11-2100011001200111101300101100401101110501001010601011011100011001编程文件中第一行至第六行为设计文件说明节。第一行为所选芯片名和设计标题，其次行为设计器件标号和设计日期，第三行为所设计器件名称，第四行为设计者所在公司名称，第五行和第六行分别1~1011~201020总是GND和111CKOC。Q Q Q10101101010001011000101011110011001100Q Q Q2n 2n 2nD D DQ Q Q0n 0n 0nQ = Q = Q =0n+1

1n+1X8-5

2n+1表X8-2三相步进电动机驱动步序状态真值表序号DQ2Q1nQ0nnQ0n+1序号DQ0Q1nQ2nnQ1n+1序号DQ0Q1nQ2nnQ2n+100000000000000010001110001110001020010020010120010130011030011130011040100140100040100150101150101050101060110060110060110170111701117011181000810008100091001191001091001110101011010101101010011101111110110111011012