《测控电路课后答案(张国雄-第四版).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测控电路课后答案(张国雄-第四版).docx（47页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第一章绪论I-X为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术？为了获得高质量的产品，必须要求机器按照给定的规程运行。例如，为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外，还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求,或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。为了保证产品质量，除了对生产过程的检测与控制外，还必须对产品进行检测。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，
2、是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制，进一步完善对生产过程的控制。生产效率一方面与机器的运行速度有关，另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。为了使机器能在高速下可靠运行，必须要求机器本身的质量高,其控制系统性能优异。要做到这两点，还是离不开测量与控制。产品的质量离不开测量与控制，生产自动化同样一点也离不开测量与控制。特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、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、自适应控制与智能化。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可能按正确的规程自动运行。自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外
3、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，检测是控制的根底。智能化是能在复杂的、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掌握，它同样离不开检测。1-2试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、生活与各种工作中的广泛应用。为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件，机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材，除了严格按配方配料外,还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些，必须对机器的运行状态进行精确检测，当发现它偏离规定要求，或有偏离规定要求的倾向时，控制它，使它按规定的要求运行。计算机
4、的开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，而这依赖于光刻的精确重复定位，依赖于定位系统的精密测量与控制。航天发射与飞行，都需要靠精密测量与控制保证它们轨道的准确性。一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器，对点火时间、燃油喷射、空气燃料比、防滑、防碰撞等进行控制。微波炉、照相机、复印机等中也都装有不同数量的传感器，通过测量与控制使其能圆满地完成规定的功能。1-3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，按照测量与控制功能的要求，进行所需
5、演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。在整个测控系统中，电路是最灵活的局部，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十分关键的作用，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。1-4影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最根本的,需要特别注意？影响测控电路精度的主要因素有：（1）噪声与干扰；（2）失调与漂移，主要是温漂；（3）线性度与保真度；（4）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，需要特别注意。1-5为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它表达在哪些方面？
6、为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。它包括：（1）模数转换与数模转换；（2）直流与交流、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；（3）量程的变换；（4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的别离，不同频率信号的别离等；（5）又寸信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。1-6测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响？试述模拟式测量电路与增量码数字式测量电路的根本组成及各组成局部的作用。随着传感器类
7、型的不同，输入信号的类型也随之而异。主要可分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。图Xl-I是模拟式测量电路的根本组成。传感器包括它的根本转换电路，如电桥，传感器的输出已是电量（电压或电流）。根据被测量的不同，可进行相应的量程切换。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一定都需要。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。在采用信号调制的场合，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。利用信号别离电路（常为滤波器），将信号与噪声别离，将不同成分的信号别离，取出所需信号。有的被测参数比拟复杂，或者为了控
8、制目的，还需要进行运算。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。在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下，采用计算机。电路图 Xl-I传感器显示执行机构增量码数字式测量电路的根本组成见图Xl-2o一般来说增量码传感器输出的周期信号也是比拟微小的，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，为了提高分辨力，需要进行内插细分。可以对交变信号直接处理进行细分，也可能需先将它整形成为方波后再进行细分。在有的情况下，增量码一
9、个周期所对应的量不是一个便于读出的量（例如，在激光传感器放大器整形电路细分电路变换电路 脉冲当量计数器锁存器计算机显示执行机构辨向电路指令传感器图X1-2手动采样干预仪中反射镜移动半个波长信号变化一个周期），需要对脉冲当量进行变换。被测量增大或减小，增量码都作周期变化，需要采用适当的方法区分被测量变化的方向，辨向电路按辨向结果控制计数器作加法或减法计数。在有的情况下辨向电路还同时控制细分与脉冲当量变换电路作加或减运行。采样指令到来时,将计数器所计的数送入锁存器，显示执行机构显示该状态下被测量量值，或按测量值执行相应动作。在需要较复杂的数字和逻辑运算、或较大量的信息存储情况下，采用计算机。1-7
10、为什么要采用闭环控制系统？试述闭环控制系统的根本组成及各组成局部的作用。在开环系统中传递函数的任何变化将引起输出的变化。其次，不可防止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行测量，通过测量电路在设定上引入一定修正，可在一定程度上减小扰动的影响,但是这种控制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控制精度。二是扰动模型的不精确性影响控制精度。比拟好的方法是采用闭环控制。闭环控制系统的的根本组成见图Xl-3o它的主要特点是用传感器直接测量输出量，将它反应到输入端与设定值相比拟，当发现它们之间有差异时，进行调节。这里系统和扰动的传递函数对输出根本没有影响，影响
11、系统控制精度的主要是传感器和比拟电路的精度。在图X1-3中，传感器反应信号与设定信号之差不直接送到放大电路，而先经过一个校正电路。这主要考虑从发现输出量变化到执行控制需要一段时间，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，由于控制作用的滞后，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，往往比拟电路的输出先经放大再送入校正电路，然后再次放大。图X1-3为原理性构成。图X1-3闭环控制系统的根本组成第二章信号放大电路2-1何谓测量放大电路？对其根本要求是什么？在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路
12、，亦称仪用放大电路。对其根本要求是：输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；一定的放大倍数和稳定的增益；低噪声;低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；可调的闭环增益；线性好、精度高；本钱低。2-2图2-2a所示斩波稳零放大电路中，为什么采用高、低频两个通道，即G组成的高频通道和调制、解调、交流放大器组成的低频通道？采用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，而采用低频通道那么能对微弱的直流或缓慢变化的信号进行低漂移和高精度的放大。2-3请参照图2-3,根据手册中LF347和CD4066的
13、连接图（即引脚图），将集成运算放大器LF347和集成模拟开关CD4066接成自动调零放大电路。1.F347和CD4066接成的自动调零放大电路如图X2T。图 X2-l+5VCD4066OlTiV2-4什么是CAZ运算放大器？它与自动调零放大电路的主要区别是什么？何种场合下采用较为适宜？CAZ运算放大器是轮换自动校零集成运算放大器的简称，它通过模拟开关的切换，使内部两个性能一致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别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行放大并输出，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
14、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。2-5请说明ICL7650斩波稳零集成运算放大器是如何提高其共模抑制比的？ICL7650的输出=（K+KK,）+K化“+（”（见式26）,其共模信号误差项相当于输入端的共模误差电压即式中%、总分别为运算放大器Nl的开环放大倍数和开环共模放大倍数；K；为运算放大器M由侧向端Al输入时的放大倍数；友为运算放大器岫的开环放大倍数。设计中可使廉及1,所以CM/次=欣因此整个集成运算放大器的共模抑制比。切血比运算放大器Nl的共模抑制比G倒U一般可达80dB）提高了左
15、倍。2-6何谓自举电路？应用于何种场合？请举一例说明之。自举电路是利用反应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（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达10*Q以上）的测量放大电路中。图2-7所示电路就是它的例子。2-7什么是高共模抑制比放大电路？应用何种场合？有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。应用于要求共模抑制比大于100dB的场合，例如人体心电测量。2-8图2-8b所示电路，N1M为理想运算放大器，RERrReRfR,试求其闭环电压放大倍数。由图2-8b和题设可得Uol=Uil(1+尼
16、/Rb2如，的=Ui2(1+兄/吊)-RJRF2u2Ui尸2(&2-%)，所以其闭环电压放大倍数a二2。2-9图2-9所示电路，N1.N2、M工作在理想状态，,1=100k,限=IOkQ,吊二兄二20kC,虑二兆二6Okd用同相输入端接地，试求电路的差模增益？电路的共模抑制能力是否降低？为什么？由图2-9和题设可得U)=(w2-3)忌/吊=3(42-%),u,=UiI(I+RRj-ui2兄/二11&1,Uo2=m(1+尼/4)-UilRJR-IOUi1,即4=3(-IoUil-IlUil)=-63出，因此，电路的差模增益为63o电路的共模抑制能力将降低，因N2同相输入端接地，即久二0,小的共模
17、电压无法与&2的共模电压相抵消。2-10什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比例差动放大后，使其输入端的共模电压1：1地输出，并通过输出端各自电阻(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，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。它消除了屏蔽电缆电容的影响，提高了电路的共模抑制能力，因此经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。2-11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
18、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，经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。2-12试推导图2T2b所示电路&的计算公式，并根据所推导的公式说明其特点。由图2T2b所示电路可得电桥输出电压口(即运算放大器N的同相端输入电压)为：“二W(2R曲-W(2而二-砂(4小2A必，电路输出电压4=(1+必/A),所以(1+公/A)U物(4於2而，将传感器电阻的相对变化率J=A砂代入，那么得-(1+jS)u/(4+26)可见，同相输入
19、电桥放大电路，其输出4的计算公式与式(2-22)相同，只是输出符号相反。其增益与桥臂电阻无关，增益比拟稳定，但电桥电源一定要浮置，且输出电压4与桥臂电阻的相对变化率6是非线性关系，只有当51时,4与6才近似按线性变化。2-13线性电桥放大电路中(见图2-14),假设采用直流，其值U=IOV,R=M=120Q,AA=O.24。时，试求输出电压以。如果要使失调电压和失调电流各自引起的输出小于ImV,那么输入失调电压和输入失调电流应为多少？由图2T4电路的公式(式2-24)：并将题设代入，可得二-必（2B=Ion）V。设输入失调电压为外和输入失调电流为Tos,当输出失调电压小于ImV时，输入失调电压
20、s（IXI（T3）/（1+显/眉）=05mV;输入失调电流为几8+N+US图X2-45路摸拟开关2-17什么是隔离放大电路？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、工业过程控制系统等）中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。2-18试分析图2-3Ib电路中的限幅电路是如何工作的？并写出H的计算公式。当输入过载时，即输入正向（或反向）电压突然很大时，低漂移斩波稳零运算放大器235L输出饱和电平，限幅电路的正向（或反向）二极管导通，
21、使放大器的增益减小，输出从饱和状态迅速恢复。运算放大器235L的输出为Ue（出用）RM/（7?而）=1000,AD277隔离放大器的电压放大倍数约为196.078,所以“二196.078（+兄）RUJ（兄RJ二196078Uio雄：UE（+朋RiRJRJ/几196.078何处来2-19请推导图2-34C电路的最大输出幅值，最大输出功率以及最大效率。由图可知，电路的交流负载线与直流负载线重合，取其中点为工作点，因此电路的最大不失真输出幅值近似为区/2,最大输出功率几二皮/（8A）,最大效率二%/及2/（2几）=l4=25%o2-20简述乙类互补对称功率放大电路的输出波形出现交越失真的原因，并用波
22、形图说明甲乙类互补对称功率放大电路是如何消除上述交越失真的。乙类互补对称功率放大电路在静态时两功率三极管的发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，因此当输入信号比拟小时，在过零点附近将有一段交越失真。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一定的静态电流，且静态电流相等，如图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。2-21试述在功率放大电路中采用复合晶体管的原因。并画出PNPNPN各两种复合晶体管图。NPN复合晶体管在互补电路中，假设要求其输出功率较大时，输出功率管要采用中功率管或大功率管。但是，要使两个互补功率管性能一致，
23、这对大功率管来说，很难选配。假设采用复合晶体管，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，也可采用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。PNP复合晶体管图X2-62-22试求图2-36b所示OCL电路，静态时流过负载而的电流？假设输出波形有交越失真，应调整哪个电阻可加以消除？假设心，K或品中有一个元件开路，将产生什么后果？图示电路，静态时两功率三极管因发射结有偏置电压，所以有静态电流流过，但由于两功率三极管的特性一致，静态电流相等，因此静态时流过负载
24、吊的电流为零。假设输出波形有交越失真，应调整是电阻可加以消除。假设他电阻开路，那么电路在小信号输入时其输出波形将有交越失真；假设A或后中有一个电阻开路，那么电路将不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3-1什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用的调制方法有哪几种？在精密测量中，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别离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。调制就是用一个信号（称为
25、调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。在将测量信号调制，并将它和噪声别离，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。在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，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行调制，称为脉冲调宽。3-2什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？调制是给测量信号赋以一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载
26、体，这个载体称为载波信号。用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。在测控系统中需传输的是测量信号，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。3-3什么是调幅？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X去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号X线性函数变化。调幅信号,的一般表达式可写为：式中他载波信号的角频率；Um调幅信号中载波信号的幅度；m-调制度。图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。a)b)O3.4什么是调频？请写出调频信号的数学表达式，并画出它的波形。
27、调频就是用调制信号X去控制高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号X的线性函数变化。调频信号取的一般表达式可写为：式中牝载波信号的角频率；UIn调频信号中载波信号的幅度；m-调制度。图X3-2绘出了这种调频信号的波形。图a为调制信号X的波形,它可以按任意规律变化；图b为调频信号的波形,它的频率随X变化。假设AXmCoS那么调频信号的频率可在已E范围内变化。为了防止发生频率混叠现象，并便于解调，要求牝就仆。X35什么是调相？请写出调相信号的数学表达式，并画出它的波形。调相就是用调制信号X去控制高频载波信号的相位。常用的是线性调相，即让调相信号的相位按调制信号X的线性函数
28、变化。调相信号以的一般表达式可写为：式中以载波信号的角频率；Um调相信号中载波信号的幅度；m调制度。图X3-3绘出了这种调相信号的波形。图a为调制信号光的波形，它可以按任意规律变化；图b为载波信号的波形，图C为调相信号的波形，调相信号与载波信号的相位差随X变化。当0,通常至少要求Gc10O在这种情况下，解调时滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。假设被测信号的变化频率为0100Hz,应要求载波信号的频率GAlOOOHzo调幅信号放大器的通频带应为900-1100Hzo信号解调后，滤波器的通频带应100Hz,即让（MOoHZ的信号顺利通过,而将900HZ以上的信号抑制,可选通频带
29、为200Hzo3/3什么是包络检波？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形状与调制信号一致。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X3-10中可以看到，只要从图a所示的调幅信号中,截去它的下半部，即可获得图b所示半波检波后的信号（经全波检波也可），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。图X3-10包络检波的工作原理a）调幅信号b）半波检波后的信号3-14为什么要采用精密检波电路？试述图3-llb所示全波
30、线性检波电路工作原理，电路中哪些电阻的阻值必须满足一定的匹配关系，并说明其阻值关系。二极管和晶体管V都有一定死区电压，即二极管的正向压降、晶体管的发射结电压超过一定值时才导通，它们的特性也是一根曲线。二极管和晶体管V的特性偏离理想特性会给检波带来误差。在一般通信中，只要这一误差不太大,不致于造成明显的信号失真。而在精密测量与控制中，那么有较严格的要求。为了提高检波精度，常需采用精密检波电路，它又称为线性检波电路。图3-llb是一种由集成运算放大器构成的精密检波电路。在调幅波以为正的半周期，由于运算放大器Ni的倒相作用，Nl输出低电平，因此Vl导通、V2截止，A点接近于虚地，在总的负半周，有心输
31、出。假设集成运算放大器的输入阻抗远大于那么按图上所标注的极性，可写出以下方程组：其中Kd为Nl的开环放大倍数。解以上联立方程组得到通常，Nl的开环放大倍数Kd很大，这时上式可简化为：或=-UsaR2s二极管的死区和非线性不影响检波输出。图3-llb中参加Vl反应回路一是为了防止在心的正半周期因V2截止而使运放处于开环状态而进入饱和，另一方面也使以在两个半周期负载根本对称。图中N2与R3、R小C等构成低通滤波器。对于低频信号电容C接近开路，滤波器的增益为对于载波频率信号电容C接近短路，它使高频信号受到抑制。因为电容C的左端接虚地，电容C上的充电电压不会影响二极管V2的通断，这种检波器属于平均值检
32、波器。为了构成全波精密检波电路需要将以通过R与相加，图3-llb中N2组成相加放大器，为了实现全波精密检波必须要求名=2&。在不加电容器C时，N2的输出为：图X3-lla为输入调幅信号以的波形，图b为Nl输出的反相半波整流信号劭，图C为N?输出的全波整流信号。电容C起滤除载波频率信号的作用。b)图X3-11线性全波整流信号的形成a）输入信号b）半波整流信号波形C）全波整流输出3J5什么是相敏检波？为什么要采用相敏检波？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行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。如在图1-3所示用电感传
33、感器测量工件轮廓形状的例子中，磁芯3由它的平衡位置向上和向下移动同样的量，传感器的输出信号幅值相同,只是相位差180。从包络检波电路的输出无法确定磁芯向上或向下移动。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。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能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。3/6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别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
34、的区别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能力。从电路结构上看，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，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。3-17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似之处？它们又有哪些区别？只要将输入的调制信号=UmCosQ乘以幅值为1的载波信号COSGJ就可以得到双边频调幅信号%=以CoSdV=UXmCoSGCoSJo假设将S再乘以cos。1,就得到利用低通滤波器滤除频率为2g
35、。和2色+C的高频信号后就得到调制信号SIneOSQ,只是乘上了系数1/2。这就是说，将调制信号以乘以幅值为1的载波信号COSGJ就可以得到双边频调幅信号以，将双边频调幅信号以再乘以载波信号COSGJ,经低通滤波后就可以得到调制信号必。这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。相敏检波器与调幅电路在结构上的主要区别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结构和参数不同。3.18 试述图3-17开关式全波相敏检波电路工作原理，电路中哪些电阻的阻值必须满足
36、一定的匹配关系？并说明其阻值关系。图a中，在“二1的半周期，同相输入端被接地，外只从反相输入端输入，放大器的放大倍数为-1,输出信号。如图C和图d中实线所示。在Uc=O的半周期，V截止，以同时从同相输入端和反相输入端输入，放大器的放大倍数为+1，输出信号劭如图C和图d中虚线所示。图b中，取R=R2=R3=&=R5=R2在UC=I的半周期，Vl导通、V2截止，同相输入端被接地，依从反相输入端输入，放大倍数为-6/(&+6)=-1。在Q二O的半周期，Vl截止、V2导通，反相输入端通过&接地，以从同相输入端输入，放大倍数为DfD(I+)=:3=10效果与图a相同，实现了全波相A1A4A5R33敏检波
37、。RI=R2=R3=R=R5=RdZ是阻值必须满足的匹配关系。3.19 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,所有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。对于二135等各次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/等，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。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。如果输入信号以
38、为与参考信号/或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压=(ncos02,即输出信号随相位差。的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频，但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差。的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。而在输入信号与参考信号不同频情况下,输出信号与输入信号间无确定的函数关系，不能根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。3.20 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采用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所示光电显微镜中，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。32试述图3-34所示双失谐回路鉴频电路的工作原理，工作点应怎么选取？两个调谐回路的固有频率为、而分别比载波频率人高和低弁。随着输入信号Ms的频率变化，回路1的输
