測(cè)控電路第6套試題答案版

1、測(cè)控電路試題(A卷)答案-第5套 考試說(shuō)明：本課程為閉卷考試，答案一律答在后面得答題紙上，答在其它地方無(wú)效，可攜帶 計(jì)算器 。一、請(qǐng)寫(xiě)出二階低通濾波器的傳遞函數(shù)式、頻率特性、幅頻特性和相頻特性。（15分）答：二階低通濾波器， 其傳遞函數(shù)的一般形式為它的固有頻率，通帶增益，阻尼系數(shù)，上式又可寫(xiě)為其頻率特性為 其幅頻特性與相頻特性分別為 二、如下圖所示電路a）、b)，問(wèn)圖a、b各表示什么電路，簡(jiǎn)述其原理。（15分） us>0usR2R1R3R4us-+N1-+N2us<0uo=-usuAR2R1R3R4us-+N1-+N2b)a)答：圖a是峰值計(jì)算電路。圖中N1工作在反相放大狀態(tài) ，當(dāng)

2、時(shí)，U1為負(fù)，二極管VD1導(dǎo)通，使C迅速充電，U上升至輸出電壓。二極管VD1的導(dǎo)通電壓以及放大器N2的輸入失調(diào)電壓的影響都被消除了。當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，U1上升，VD1截止，使N1、N2處于分離狀態(tài)，U1上升直到二極管VD2導(dǎo)通，放大器N1構(gòu)成負(fù)反饋，從而避免了過(guò)渡飽和。Ui的反向峰值存于電容C中，測(cè)量結(jié)束后，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)S放電。圖b 是采樣保持電路。圖中的V為主開(kāi)關(guān)，V1為隔離開(kāi)關(guān)。當(dāng)控制電壓Uc為高電平時(shí)，NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管V和V1導(dǎo)通，電路處于采樣階段。當(dāng)控制電壓Uc為低電平時(shí)，V和V1關(guān)斷，電路處于保持階段。在保持狀態(tài)下，主模擬開(kāi)關(guān)V的漏電流通過(guò)R流入運(yùn)算放大器的輸出端。兩者的關(guān)鍵區(qū)別

3、是圖a通過(guò)單向?qū)щ娖骷闺娙萜鲉蜗虺潆?，使電容保存峰值電壓；而圖b中靠開(kāi)關(guān)瞬時(shí)接通，實(shí)現(xiàn)采樣。三 請(qǐng)寫(xiě)出調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。有哪些常用鑒相方法？說(shuō)明它們的基本工作原理、鑒相范圍和影響鑒相精度的主要因素。（20分）答：調(diào)相信號(hào)us的一般表達(dá)式為：式中 x 調(diào)制信號(hào)； 載波信號(hào)的角頻率； 調(diào)相信號(hào)中載波信號(hào)的幅度；m 調(diào)制度。 常用鑒相方法有相敏檢波器鑒相、異或門(mén)鑒相、RS觸發(fā)器鑒相、脈沖采樣式鑒相。相敏檢波器具有鑒相特性，若輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位差，則相敏檢波器的輸出與成正比，因此可以用相敏檢波器鑒相。時(shí)的輸出與時(shí)相同，鑒相器不能鑒別相位超前與滯后，它工作在范圍內(nèi)，在附近，鑒相器線(xiàn)性最好，靈

4、敏度最高。影響相敏檢波器精度的主要因素有輸入信號(hào)的幅值，輸出的非線(xiàn)性等。異或門(mén)鑒相的基本原理是異或門(mén)輸出Uo的脈寬B與調(diào)相信號(hào)Us和參考信號(hào)Uc的相位差相對(duì)應(yīng)。這一脈寬有兩種處理方法。一種方法是將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，也即與相位差成正比，根據(jù)uo可以確定相位差。另一種方法是Uo 用作門(mén)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(mén)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，也即與相位差成正比。異或門(mén)鑒相不能鑒別Us和Uc哪個(gè)相位超前。鑒相器的鑒相范圍為0。鑒相器要求Us和Uc的占空比均為1：1，否則會(huì)帶來(lái)誤差。 RS觸發(fā)器鑒相的基本原理是：將

5、由調(diào)相信號(hào)Us和參考信號(hào)Uc形成窄脈沖、分別加到RS觸發(fā)器的S端和R端， 的脈寬B與Us和Uc的相位差相對(duì)應(yīng)。這一脈寬有兩種處理方法，與異或門(mén)鑒相一樣。這種鑒相器的鑒相范圍為，其中為窄脈沖寬度所對(duì)應(yīng)的相位角，鑒相范圍為。RS觸發(fā)器鑒相線(xiàn)性好，鑒相范圍寬，并且對(duì)Us和Uc的占空比沒(méi)有要求。 脈沖采樣式鑒相電路的工作原理是：由參考信號(hào)Uc形成窄脈沖送到鋸齒波發(fā)生器的輸入端形成鋸齒波信號(hào)uj。由調(diào)相信號(hào)Us形成窄脈沖通過(guò)采樣保持電路采集此時(shí)的uj 值，并將其保持。采樣保持電路采得的電壓值由Us與Uc的相位差決定。經(jīng)平滑濾波后得到隨變化的電壓信號(hào)uo，實(shí)現(xiàn)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)。這種鑒相器的鑒相范圍為，其中為

6、與鋸齒波回掃區(qū)所對(duì)應(yīng)的相位角。鋸齒波uj 的非線(xiàn)性對(duì)鑒相精度有較大影響。四、圖4所示電路是什么電路？試述其工作原理。為保證所需特性，R1 、R2、 R3、 R4應(yīng)滿(mǎn)足什么關(guān)系？（15分）R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2圖4答：圖4為高輸入阻抗全波精密檢波電路，也可用作絕對(duì)值計(jì)算電路。它采用同相端輸入。us>0時(shí)，VD1導(dǎo)通、VD2截止，其等效電路如圖a所示，N2的同相輸入端與反相輸入端輸入相同信號(hào)，得到uo=us。us<0時(shí)，VD1截止，VD2導(dǎo)通，其等效電路如圖b所示。取R1=R2=R3=R4/2，這時(shí)N1的輸出為：N2的輸出為：所以，實(shí)現(xiàn)全波檢波或絕對(duì)值

7、計(jì)算。五、鑒相的方法有哪幾種？簡(jiǎn)述各種方法的鑒相原理。（20分）答：常用鑒相方法有相敏檢波器鑒相、異或門(mén)鑒相、RS觸發(fā)器鑒相、脈沖采樣式鑒相。相敏檢波器具有鑒相特性，若輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位差，則相敏檢波器的輸出與成正比，因此可以用相敏檢波器鑒相。時(shí)的輸出與時(shí)相同，鑒相器不能鑒別相位超前與滯后，它工作在范圍內(nèi)，在附近，鑒相器線(xiàn)性最好，靈敏度最高。影響相敏檢波器精度的主要因素有輸入信號(hào)的幅值，輸出的非線(xiàn)性等。異或門(mén)鑒相的基本原理是異或門(mén)輸出Uo的脈寬B與調(diào)相信號(hào)Us和參考信號(hào)Uc的相位差相對(duì)應(yīng)。這一脈寬有兩種處理方法。一種方法是將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，也即與相

8、位差成正比，根據(jù)uo可以確定相位差。另一種方法是Uo 用作門(mén)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(mén)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，也即與相位差成正比。異或門(mén)鑒相不能鑒別Us和Uc哪個(gè)相位超前。鑒相器的鑒相范圍為0。鑒相器要求Us和Uc的占空比均為1：1，否則會(huì)帶來(lái)誤差。 RS觸發(fā)器鑒相的基本原理是：將由調(diào)相信號(hào)Us和參考信號(hào)Uc形成窄脈沖、分別加到RS觸發(fā)器的S端和R端， 的脈寬B與Us和Uc的相位差相對(duì)應(yīng)。這一脈寬有兩種處理方法，與異或門(mén)鑒相一樣。這種鑒相器的鑒相范圍為，其中為窄脈沖寬度所對(duì)應(yīng)的相位角，鑒相范圍為。RS觸發(fā)器鑒相線(xiàn)性好，鑒相范圍寬，并且對(duì)

9、Us和Uc的占空比沒(méi)有要求。 脈沖采樣式鑒相電路的工作原理是：由參考信號(hào)Uc形成窄脈沖送到鋸齒波發(fā)生器的輸入端形成鋸齒波信號(hào)uj。由調(diào)相信號(hào)Us形成窄脈沖通過(guò)采樣保持電路采集此時(shí)的uj 值，并將其保持。采樣保持電路采得的電壓值由Us與Uc的相位差決定。經(jīng)平滑濾波后得到隨變化的電壓信號(hào)uo，實(shí)現(xiàn)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)。這種鑒相器的鑒相范圍為，其中為與鋸齒波回掃區(qū)所對(duì)應(yīng)的相位角。鋸齒波uj 的非線(xiàn)性對(duì)鑒相精度有較大影響。K2C1UC1Uo1R1R2UoC1UiR1R2K1-+N1-+N2K1-+N1圖5c) b)六、如下圖5所示，請(qǐng)問(wèn)其實(shí)什么類(lèi)型的電路，簡(jiǎn)述其工作原理。（15分）答：圖5是自動(dòng)調(diào)零放大電路，它又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)校零放大電路。圖中，運(yùn)算放大器N為主放大器，N為誤差保持電路，N組成時(shí)鐘發(fā)生器，N為其反相器，N、N分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)模擬開(kāi)關(guān)Sa1 、Sa2、和Sb1、Sb2 。當(dāng)時(shí)鐘發(fā)生器N輸出高電平，N則輸出低電平時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)Sa1 、S a2接通，Sb1、Sb2斷開(kāi)，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，其誤差保持等效電路見(jiàn)圖1b，此時(shí)N輸入端無(wú)輸入信號(hào)，只存在失調(diào)電壓U0s1，其輸出為Uo1，再經(jīng)N放大后由電容C保持，考慮到N的失調(diào)電壓U0s，電容C寄存的電壓為UC（Uo1U0s）K Uo1（UosUC）K式中 KK分別為集成運(yùn)算放大器NN的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。由于K>>1 ,KK>