測控電路課后答案(張國雄第四版)資料.doc

第一章 緒論1-1 為什么說在現(xiàn)代生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質量與生產(chǎn)效率都離不開測量與控制技術？為了獲得高質量的產(chǎn)品，必須要求機器按照給定的規(guī)程運行。例如，為了加工出所需尺寸、形狀的高精度零件，機床的刀架與主軸必須精確地按所要求的軌跡作相對運動。為了煉出所需規(guī)格的鋼材，除了嚴格按配方配料外，還必須嚴格控制爐溫、送風、冶煉時間等運行規(guī)程。為了做到這些，必須對機器的運行狀態(tài)進行精確檢測，當發(fā)現(xiàn)它偏離規(guī)定要求，或有偏離規(guī)定要求的傾向時，控制它，使它按規(guī)定的要求運行。為了保證產(chǎn)品質量，除了對生產(chǎn)過程的檢測與控制外，還必須對產(chǎn)品進行檢測。這一方面是為了把好產(chǎn)品質量關，另一方面也是為了檢測機器與生產(chǎn)過程的模型是否準確，是否在按正確的模型對機器與生產(chǎn)過程進行控制，進一步完善對生產(chǎn)過程的控制。生產(chǎn)效率一方面與機器的運行速度有關，另一方面取決于機器或生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化程度。為了使機器能在高速下可靠運行，必須要求機器本身的質量高，其控制系統(tǒng)性能優(yōu)異。要做到這兩點，還是離不開測量與控制。 產(chǎn)品的質量離不開測量與控制，生產(chǎn)自動化同樣一點也離不開測量與控制。特別是當今時代的自動化已不是本世紀初主要靠凸輪、機械機構實現(xiàn)的剛性自動化，而是以電子、計算機技術為核心的柔性自動化、自適應控制與智能化。越是柔性的系統(tǒng)就越需要檢測。沒有檢測，機器和生產(chǎn)系統(tǒng)就不可能按正確的規(guī)程自動運行。自適應控制就是要使機器和系統(tǒng)能自動地去適應變化了的內外部環(huán)境與條件，按最佳的方案運行，這里首先需要的是對外部環(huán)境條件的檢測，檢測是控制的基礎。智能化是能在復雜的、變化的環(huán)境條件下自行決策的自動化，決策的基礎是對內部因素和外部環(huán)境條件的掌握，它同樣離不開檢測。1-2 試從你熟悉的幾個例子說明測量與控制技術在生產(chǎn)、生活與各種工作中的廣泛應用。 為了加工出所需尺寸、形狀的高精度零件，機床的刀架與主軸必須精確地按所要求的軌跡作相對運動。為了煉出所需規(guī)格的鋼材，除了嚴格按配方配料外，還必須嚴格控制爐溫、送風、冶煉時間等運行規(guī)程。為了做到這些，必須對機器的運行狀態(tài)進行精確檢測，當發(fā)現(xiàn)它偏離規(guī)定要求，或有偏離規(guī)定要求的傾向時，控制它，使它按規(guī)定的要求運行。 計算機的發(fā)展首先取決于大規(guī)模集成電路制作的進步。在一塊芯片上能集成多少個元件取決于光刻工藝能制作出多精細的圖案，而這依賴于光刻的精確重復定位，依賴于定位系統(tǒng)的精密測量與控制。航天發(fā)射與飛行，都需要靠精密測量與控制保證它們軌道的準確性。一部現(xiàn)代的汽車往往裝有幾十個不同傳感器，對點火時間、燃油噴射、空氣燃料比、防滑、防碰撞等進行控制。微波爐、照相機、復印機等中也都裝有不同數(shù)量的傳感器，通過測量與控制使其能圓滿地完成規(guī)定的功能。1-3 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(chǎn)系統(tǒng)的性能在很大程度是取決于測控電路。1-4 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。1-5 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。1-6 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。電路圖X1-1傳 感 器量程切換電路放 大 器解 調 器信號分離電路運 算 電 路模數(shù)轉換電路計 算 機顯示執(zhí)行機構振 蕩 器 電 源傳 感 器顯示執(zhí)行機構計 算 機鎖 存 器計 數(shù) 器變換電路脈沖當量放 大 器整形電路細分電路辨向電路指令傳感器電路手動采樣鎖 存 令圖X1-2 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。可以對交變信號直接處理進行細分，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。1-7 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(jīng)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(chǎn)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(jīng)放大再送入校正電路，然后再次放大。圖X1-3為原理性構成。 控制電路設定電路比較電路校正電路轉換電路給定機構執(zhí)行機構被控對象輸出傳感器擾動圖X1-3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第二章 信號放大電路2-1 何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？ 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。對其基本要求是：輸入阻抗應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；低的輸入失調電壓和輸入失調電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號）；高輸入共模范圍（如達幾百伏）和高共模抑制比；可調的閉環(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、低頻兩個通道，即R3、C3組成的高頻通道和調制、解調、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工作，而采用低頻通道則能對微弱的直流或緩慢變化的信號進行低漂移和高精度的放大。2-3 請參照圖2-3，根據(jù)手冊中LF347和CD4066的連接圖（即引腳圖），將集成運算放大器LF347和集成模擬開關CD4066接成自動調零放大電路。LF347和CD4066接成的自動調零放大電路如圖X2-1。CD4066uoui+5VVV+R2R1LF347圖X2-12-4 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（見式26），其共模信號誤差項Kc1Uc相當于輸入端的共模誤差電壓Uc，即式中K1、Kc1分別為運算放大器N1的開環(huán)放大倍數(shù)和開環(huán)共模放大倍數(shù)；K1為運算放大器N1由側向端A1輸入時的放大倍數(shù)；K2為運算放大器N2的開環(huán)放大倍數(shù)。設計中可使K1K1， K21，所以，因此整個集成運算放大器的共模抑制比CMRR比運算放大器N1的共模抑制比CMRR1（一般可達80dB）提高了K2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108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100dB的場合，例如人體心電測量。2-8 圖2-8b所示電路，N1、N2為理想運算放大器，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和題設可得uo = (uo2uo1) R5 / 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的共模電壓無法與ui2的共模電壓相抵消。2-10 什么是有源屏蔽驅動電路？應用于何種場合？請舉例說明之。 將差動式傳感器的兩個輸出經(jīng)兩個運算放大器構成的同相比例差動放大后，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）加到傳感器的兩個電纜屏蔽層上，即兩個輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅動，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動電路。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控系統(tǒng)中。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(jīng)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。2-12 試推導圖2-12b所示電路uo的計算公式，并根據(jù)所推導的公式說明其特點。 由圖2-12b所示電路可得電橋輸出電壓u+（即運算放大器N的同相端輸入電壓）為：u+= uR/(2R+R)-uR/(2R)=uR/(4R+2R), 電路輸出電壓uo=(1+R2/R1)u+, 所以uo=(1+R2/R1)uR/(4R+2R), 將傳感器電阻的相對變化率=R/R代入，則得uo=(1+R2/R1)u/ (4+2)可見，同相輸入電橋放大電路，其輸出uo的計算公式與式（2-22）相同，只是輸出符號相反。其增益與橋臂電阻無關，增益比較穩(wěn)定，但電橋電源一定要浮置，且輸出電壓uo與橋臂電阻的相對變化率是非線性關系，只有當，通常至少要求c10。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0100Hz，應要求載波信號的頻率c1000 Hz。調幅信號放大器的通頻帶應為9001100 Hz。信號解調后，濾波器的通頻帶應100 Hz，即讓0100Hz的信號順利通過，而將900 Hz以上的信號抑制，可選通頻帶為200 Hz。3-13 什么是包絡檢波？試述包絡檢波的基本工作原理。從已調信號中檢出調制信號的過程稱為解調或檢波。幅值調制就是讓已調信號的幅值隨調制信號的值變化，因此調幅信號的包絡線形狀與調制信號一致。只要能檢出調幅信號的包絡線即能實現(xiàn)解調。這種方法稱為包絡檢波。從圖X3-10中可以看到，只要從圖a所示的調幅信號中，截去它的下半部，即可獲得圖b所示半波檢波后的信號 (經(jīng)全波檢波也可)，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號，即可獲得所需調制信號，實現(xiàn)解調。包絡檢波就是建立在整流的原理基礎上的。usuoOOtta)b)圖X3-10 包絡檢波的工作原理a) 調幅信號 b) 半波檢波后的信號3-14 為什么要采用精密檢波電路？試述圖3-11 b所示全波線性檢波電路工作原理，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。二極管和晶體管V都有一定死區(qū)電壓，即二極管的正向壓降、晶體管的發(fā)射結電壓超過一定值時才導通，它們的特性也是一根曲線。二極管和晶體管V的特性偏離理想特性會給檢波帶來誤差。在一般通信中，只要這一誤差不太大，不致于造成明顯的信號失真。而在精密測量與控制中，則有較嚴格的要求。為了提高檢波精度，常需采用精密檢波電路，它又稱為線性檢波電路。圖3-11b是一種由集成運算放大器構成的精密檢波電路。在調幅波us為正的半周期，由于運算放大器N1的倒相作用，N1輸出低電平，因此V1導通、V2截止，A點接近于虛地，ua0。在us的負半周，有ua輸出。若集成運算放大器的輸入阻抗遠大于R2，則i- i1 。按圖上所標注的極性，可寫出下列方程組： 其中Kd為N1的開環(huán)放大倍數(shù)。解以上聯(lián)立方程組得到通常，N1的開環(huán)放大倍數(shù)Kd很大，這時上式可簡化為：或 二極管的死區(qū)和非線性不影響檢波輸出。 圖3-11b中加入V1反饋回路一是為了防止在us的正半周期因V2截止而使運放處于開環(huán)狀態(tài)而進入飽和，另一方面也使us在兩個半周期負載基本對稱。圖中N2與R3、R4、C等構成低通濾波器。對于低頻信號電容C接近開路，濾波器的增益為-R4/R3。對于載波頻率信號電容C接近短路，它使高頻信號受到抑制。因為電容C的左端接虛地，電容C上的充電電壓不會影響二極管V2的通斷，這種檢波器屬于平均值檢波器。 為了構成全波精密檢波電路需要將us通過與ua相加，圖3-11b中N2組成相加放大器，為了實現(xiàn)全波精密檢波必須要求。在不加電容器C時，N2的輸出為：tuouausttoooa)c)b)圖X3-11a為輸入調幅信號us的波形，圖b為N1輸出的反相半波整流信號ua，圖c為N2輸出的全波整流信號uo。電容C起濾除載波頻率信號的作用。圖X3-11 線性全波整流信號的形成a) 輸入信號 b) 半波整流信號波形 c) 全波整流輸出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制信號相位的檢波電路。包絡檢波有兩個問題：一是解調的主要過程是對調幅信號進行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調制信號的相位。如在圖1-3所示用電感傳感器測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同樣的量，傳感器的輸出信號幅值相同，只是相位差180。從包絡檢波電路的輸出無法確定磁芯向上或向下移動。第二，包絡檢波電路本身不具有區(qū)分不同載波頻率的信號的能力。對于不同載波頻率的信號它都以同樣方式對它們整流，以恢復調制信號，這就是說它不具有鑒別信號的能力。為了使檢波電路具有判別信號相位和頻率的能力，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。3-17 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乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調幅信號。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后就得到調制信號，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調幅信號us，將雙邊頻調幅信號us再乘以載波信號，經(jīng)低通濾波后就可以得到調制信號ux。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(jīng)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。3-18 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uo如圖c和圖d中實線所示。在Uc=0的半周期，V截止，us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uo如圖c和圖d中虛線所示。 圖b中，取R1= R2= R3= R4= R5= R6/2。在Uc=1的半周期，V1導通、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導通，反相輸入端通過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系。3-19 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n=1,3,5等各次諧波，輸出信號的幅值相應衰減為基波的1/ n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us為與參考信號uc(或Uc)同頻信號，但有一定相位差，這時輸出電壓，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。3-20 舉例說明相敏檢波電路在測控系統(tǒng)中的應用。圖3-25所示電感測微儀電路中采用相敏檢波器作它的解調電路，相敏檢波器的輸出指示電感傳感器測桿的偏移量。圖3-26所示光電顯微鏡中，利用相敏檢波器的選頻特性，當光電顯微鏡瞄準被測刻線時，光電信號中不含參考信號的基波頻率和奇次諧波信號，相敏檢波電路輸出為零，確定顯微鏡的瞄準狀態(tài)。3-21 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f01、 f02 分別比載波頻率fc高和低f0。隨著輸入信號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?？傒敵鰹槎呓^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V1、V2用作包絡檢波，電容C1、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。3-22 圖3-37所示比例鑒頻電路與圖3-35所示相位鑒頻電路主要的區(qū)別在哪里？在這兩個電路中相敏檢波電路的參考電壓與信號電壓間的相位差是怎樣形成的？其輸出與輸入信號的頻率有什么樣的關系？圖3-37所示比例鑒頻的電路和圖3-35所示相位鑒頻電路的主要區(qū)別是在ab兩點上并一個大電容C5，它的功用是抑制寄生調幅，即減小輸入信號us和U1的幅值對輸出信號的影響。它對寄生調幅呈惰性，即在輸入信號幅值變化情況下保持E0為常值。當U1、U2的幅值增大時，通過二極管V1、V2向電容C3、C4、C5的充電電流增大。由于C5 C3、C5C4，增加的充電電流絕大部分流入C5，使U3、U4基本保持不變。同時，二極管V1、V2的導通角增大（參看圖3-10），它導致二次側的電流消耗增大、品質因數(shù)下降；二次側的電流消耗增大又反映到一次側，使放大器的放大倍數(shù)減小，從而使U1、U2的幅值趨向穩(wěn)定。另一方面的下降又導致廣義失調量減小，使輸出uo減小。正是由于這種負反饋作用，使比例鑒頻電路有抑制寄生調幅的能力，輸出信號uo基本不受輸入信號幅值變化的影響。在這兩個電路中，調頻信號us經(jīng)放大后分兩路加到相位鑒頻電路。一路經(jīng)耦合電容C0加到扼流圈L3上，作為參考信號；另一路經(jīng)互感M耦合到諧振回路L2、C2上，作為輸入信號。隨著調頻信號us的瞬時頻率變化，這路信號相位差不同，相敏檢波電路檢出它們的相位差，從而檢出調頻信號us的瞬時頻率變化，實現(xiàn)解調。3-23 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。3-24 為什么圖3-31所示電路實現(xiàn)的是調頻，而圖3-53所示電路實現(xiàn)的是脈沖調寬，它們的關鍵區(qū)別在哪里？圖3-31中，在兩個半周期是通過同一電阻通道R+Rw向電容C充電，兩半周期充電時間常數(shù)相同，從而輸出占空比為1: 1的方波信號。當R或C改變時，振蕩器的頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)調頻。圖3-53中，在兩個半周期通過不同的電阻通道向電容充電，兩半周期充電時間常數(shù)不同，從而輸出信號的占空比也隨兩支充電回路的阻值而變化。圖中R1、R2為差動電阻傳感器的兩臂，R1+R2為一常量，輸出信號的頻率不隨被測量值變化，而它的占空比隨R1、R2的值變化，即輸出信號的脈寬受被測信號調制。3-25 試述用乘法器或開關式相敏檢波電路鑒相的基本原理。 用乘法器實現(xiàn)鑒相時，乘法器的兩個輸入信號分別為調相信號與參考信號。乘法器的輸出送入低通濾波器濾除由于載波信號引起的高頻成分，低通濾波相當于求平均值，整個過程可用下述數(shù)學式表示，輸出電壓 即輸出信號隨相位差的余弦而變化。 開關式相敏檢波電路中采用歸一化的方波信號Uc作參考信號，用它與調相信號相乘。歸一化的方波信號Uc中除頻率為的基波信號外，還有頻率為3和5等的奇次諧波成分。但它們對輸出電壓uo沒有影響，因為和等在的一個周期內積分值為零。其輸出信號仍可用上式表示，只是取。在開關式相敏檢波電路中參考信號的幅值對輸出沒有影響，但調相信號的幅值仍然有影響。3-26 為什么在用相加式相敏檢波電路鑒相時，常取參考信號的幅值等于調相信號的幅值？ 在用于調相信號的解調時常取=。作用在兩個二極管V1和V2的電壓分別為U1= Uc+Us和U2 =Uc-Us（這里設Us1= Us2= Us），當=，上二式分別可簡化為這種鑒相器的特性要比UcmUsm時要好，因為正弦函數(shù)的自變量變化范圍減小了一半。因此，在用作鑒相器時，常取Ucm=Usm。 3-27 在本章介紹的各種鑒相方法中，哪種方法精度最高？