汽车试验学 第4章 测试信号的处理器习题解答-202407

第4章测试信号的处理器习题解答4-1简述直流电桥的电路。解：直流电桥的电路如图4-1所示，直流电桥由4个电阻R1、R2、R3和R4组成4个桥臂，流过R1、R3的电流分别为I1和I3，流过R2、R4的电流分别为I1+IL和I3-IL；在电桥的对角AC间由直流稳压电源施加供电电压E，称A、C为供电桥端；电桥的对角BD间连接负载RL并输出电压UL和电流IL，UL也为负载电压或输出电压，IL也为负载电流或输出电流，称B、D为输出端，负载为阻抗大的放大电路，电桥与放大电路连接，并通过放大电路传输电信号。4-2直流电桥由电阻应变片式传感器组成，分别介绍其单臂、双臂和全桥的输出电压。解：单臂、双臂和全桥的输出电压分别见式（4-8）～式（4-10）。4-3交流电桥每个桥臂由电容和电阻并联，分别介绍其单臂、双臂和全桥的输出电压。解：单臂、双臂和全桥的输出电压分别见式（4-13）～式（4-15）。4-4简述反相和同相放大器的电压增益。电压跟随算放大器的增益是多少？解：反相和同相放大器的电压增益分别见式（4-16）、式（4-17）。电压跟随算放大器的增益是1。4-5简述低通、高通、带通和带阻滤波器。解：（1）低通滤波器。通带为0～f2。它使低于f2的频率成分几乎不衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减，幅值小，不能通过。（2）高通滤波器。通带为f1～∞。它使高于f1的频率成分通过，低于f1的频率成分衰减，幅值小，不能通过。（3）带通滤波器。通带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分通过，其余成分衰减，幅值小，不能通过。（4）带阻滤波器。阻带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分衰减，幅值小，不能通过，其余成分通过。4-6简述RC无源低通滤波器的幅频响应特性和相频响应特性及其特性曲线。解：RC无源低通滤波器的幅频响应特性和相频响应特性见式（4-24）和式（4-25），RC无源低通滤波器的幅频响应特性曲线和相频响应特性曲线，分别见图4-9a、b所示。4-7简述同相输入式一阶RC有源低通滤波器的幅频响应特性和相频响应特性。解：同相输入式一阶RC有源低通滤波器的幅频响应特性和相频响应特性见式（4-30）和式（4-31）。4-8简述采样-保持电路的工作原理。解：采样-保持电路如图4-14所示。电路由1个存储样值的电容C，1个场效应管V构成的电子模拟开关及电压跟随运算放大器组成。当取样脉冲S(t)=1时，场效应管V导通，相当于开关闭合，输入模拟量U(t)经V向电容充电，进行采样，电容的充电时间常数被设置为远小于采样脉冲宽度，那么，在采样脉冲宽度内，电容电压跟随输入模拟信号变化，运算放大器的输出电压Uo(t)也将跟踪电容电压。当采样脉冲S(t)=0时，采样结束，V迅速截止，因其截止阻抗很高（1010QΩ左右），运算放大器的输入阻抗也很高，所以电容漏电极小，电容上的电压在采样停止期间可基本保持不变,实现保持，也即实现保持输入信号的电压值。当下一个取样脉冲到来，V又导通，电容上的电压又跟随输入模拟信号的变化，获得新的采样一保持信号的电压值。4-9简述计数型模数转换器的工作原理。解：计数型模数转换器的原理框图如图4-19所示，它由比较器A、计数器、D/A转换器、脉冲源、控制门G以及输出寄存器等部分组成。转换开始前复位信号将计数器清零，量化后的比较电压uI=0。这时控制门G被封锁，计数器不工作。计数器输出全“0”信号，即D/A转换器输入全“0”信号，所以D/A转换器输出的拟电压uO=0。如果采样信号us为正电压信号，则us>uO，比较器的输出电压uB=1。量化后的比较电压是一个逐步升高的阶梯电压。当量化后的比较电压us升高后，脉冲源产生的脉冲CP经控制过门G加到计数器的时钟信号输入端，计数器开始计数。随着计数的进行，D/A转换器输出的模拟电压uO不断增加：当uO增加到uO=us时，比较器的输出电压uB=0，将控制门G封锁，计数器停止计数。这时计数器中所存的数字就是所求的输出数字信号。4-10简述逐次逼近型模数转换器的工作原理。解：逐次逼近型模数转换器的电路如图4-20所示，由逐次逼近寄存器(SAR)、电压比较器、时钟（CP）、逻辑控制电路及内部D/A(数模转换器)组成。当Cl=l时，采样-保持电路采样，A/D停止转换，将上一次转换的结果经输出电路输出；当Cl=0时，采样-保持电路停止采样，输出电路禁止输出，A/D工作，进行模数转换。模数转换的工作过程如下：在转换开始之前，先将n位逐次逼近寄存器SAR清零。在第1个时钟信号CP作用下，将SAR的最高位置1，寄存器输出为100---000。这个数字量被D/A转换成相应的模拟电压u0，经偏移△/2后得到u0ˊ=u0-△/2，然后将它送至比较器的正相输入端，与A/D的输入模拟电压的采样值us相比较。如果u0ˊ>us，则比较器的输出C=l，说明这个数字量过大了，逻辑控制电路将逐次逼近寄存器SAR的最高位复0：如果u0ˊ<us，则比较器的输出C=0，说明这个数字量小了，逐次逼近寄存器SAR的最高位将保持l不变。这样就确定了转换结果的最高位是0还是1。在第2个钟信号CP作用下，逻辑控制电路在前一次比较结果的基础上先将逐次逼近寄存器SAR的次高位置1，然后根据u0ˊ和us的比较结果以确定SAR次高位的1是保留还是清除。在时钟信号CP的作用下，按照同样的方法一直比较下去，直到确定了最低位是0还是l为止。这时逐次逼近寄存器SAR中的内容就是这次A/D转换的最终结果，也即完成了一个模拟电压的采样值us的模数转换。再当Cl=l时