測控電路 課后答案 第三章new

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1、第三章 信號調(diào)制解調(diào)電路 3-1 什么是信號調(diào)制？在測控系統(tǒng)中為什么要采用信號調(diào)制？什么是解調(diào)？在測控系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法有哪幾種？ 在精密測量中，進(jìn)入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一項重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這就是調(diào)制的主要功用。調(diào)制就是用一個信號（稱為調(diào)制信號）去控制另一作為載體的信號（稱為載波信號），讓后者的某一特征參數(shù)按前者變化。在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程

2、稱為解調(diào)。 在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號。一個正弦信號有幅值、頻率、相位三個參數(shù)，可以對這三個參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。也可以用脈沖信號作載波信號?？梢詫γ}沖信號的不同特征參數(shù)作調(diào)制，最常用的是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，稱為脈沖調(diào)寬。 3-2 什么是調(diào)制信號？什么是載波信號？什么是已調(diào)信號？ 調(diào)制是給測量信號賦以一定特征，這個特征由作為載體的信號提供。常以一個高頻正弦信號或脈沖信號作為載體，這個載體稱為載波信號。用需要傳輸?shù)男盘柸ジ淖冚d波信號的某一參數(shù)，如幅值、頻率、相位。這個用來改變載波信號的某一參數(shù)的信號稱調(diào)制信號。在測控系統(tǒng)中需傳輸?shù)氖菧y量信號，通常就

3、用測量信號作調(diào)制信號。經(jīng)過調(diào)制的載波信號叫已調(diào)信號。 3-3 什么是調(diào)幅？請寫出調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。 調(diào)幅就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的幅值。常用的是線性調(diào)幅，即讓調(diào)幅信號的幅值按調(diào)制信號x線性函數(shù)變化。調(diào)幅信號的一般表達(dá)式可寫為： 式中 ──載波信號的角頻率； ──調(diào)幅信號中載波信號的幅度； m──調(diào)制度。 圖X3-1繪出了這種調(diào)幅信號的波形。 c) a) b) t ux O t O uc us O t 圖X3-1 雙邊帶調(diào)幅信號 a) 調(diào)制信號 b) 載波信號 c) 雙邊帶調(diào)幅信號

4、 3-4 什么是調(diào)頻？請寫出調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。 調(diào)頻就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調(diào)頻，即讓調(diào)頻信號的頻率按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)頻信號us的一般表達(dá)式可寫為： 式中 ── 載波信號的角頻率； ── 調(diào)頻信號中載波信號的幅度； m ── 調(diào)制度。 圖X3-2繪出了這種調(diào)頻信號的波形。圖a為調(diào)制信號x的波形,它可以按任意規(guī)律變化; 圖b為調(diào)頻信號的波形,它的頻率隨x變化。若x=XmcosΩt，則調(diào)頻信號的頻率可在范圍內(nèi)變化。為了避免發(fā)生頻率混疊現(xiàn)象，并便于解調(diào)，要求。

5、 x t O O t us a) b) 圖X3-2 調(diào)頻信號的波形 a) 調(diào)制信號 b) 調(diào)頻信號 3-5 什么是調(diào)相？請寫出調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。 調(diào)相就是用調(diào)制信號x去控制高頻載波信號的相位。常用的是線性調(diào)相，即讓調(diào)相信號的相位按調(diào)制信號x的線性函數(shù)變化。調(diào)相信號us的一般表達(dá)式可寫為： 式中 ── 載波信號的角頻率； ── 調(diào)相信號中載波信號的幅度； m ── 調(diào)制度。 t t t a) b) c) x uc us φ o o o 圖X3-3繪出了這種調(diào)

6、相信號的波形。圖a為調(diào)制信號x的波形，它可以按任意規(guī)律變化；圖b為載波信號的波形，圖c為調(diào)相信號的波形，調(diào)相信號與載波信號的相位差隨x變化。當(dāng)時，調(diào)相信號滯后于載波信號。時，則超前于載波信號。 圖X3-3 調(diào)相信號的波形 a) 調(diào)制信號 b) 載波信號 c) 調(diào)相信號 b) 3-6 什么是脈沖調(diào)寬？請寫出脈沖調(diào)寬信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并畫出它的波形。 脈沖調(diào)制是指用脈沖作為載波信號的調(diào)制方法。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (3-23) 式中b為常量，m為調(diào)制度。脈沖的寬度為調(diào)制

7、信號x的線性函數(shù)。它的波形見圖X3-4，圖a為調(diào)制信號x的波形，圖b為脈沖調(diào)寬信號的波形。圖中T為脈沖周期，它等于載波頻率的倒數(shù)。 x B t t a) b) x T 圖X3-4 脈沖調(diào)寬信號的波形 a) 調(diào)制信號波形 b) 調(diào)寬信號波形 3-7 為什么說信號調(diào)制有利于提高測控系統(tǒng)的信噪比，有利于提高它的抗干擾能力？它的作用通過哪些方面體現(xiàn)？ 在精密測量中，進(jìn)入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外，還往往有各種噪聲。而傳感器的輸出信號一般又很微弱，將測量信號從含有噪聲的信號中分離出來是測量電路的一項重要任務(wù)。為了便于區(qū)別信號與噪聲，往往給測量信號賦以一定特征，這

8、就是調(diào)制的主要功用。在將測量信號調(diào)制，并將它和噪聲分離，再經(jīng)放大等處理后，還要從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號，這一過程稱為解調(diào)。 通過調(diào)制，對測量信號賦以一定的特征，使已調(diào)信號的頻帶在以載波信號頻率為中心的很窄的范圍內(nèi)，而噪聲含有各種頻率，即近乎于白噪聲。這時可以利用選頻放大器、濾波器等，只讓以載波頻率為中心的一個很窄的頻帶內(nèi)的信號通過，就可以有效地抑制噪聲。采用載波頻率作為參考信號進(jìn)行比較，也可抑制遠(yuǎn)離參考頻率的各種噪聲。 3-8 為什么在測控系統(tǒng)中常常在傳感器中進(jìn)行信號調(diào)制？ 為了提高測量信號抗干擾能力，常要求從信號一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號，因此常常在傳感器中進(jìn)行調(diào)

9、制。 3-9 請舉若干實例，說明在傳感器中進(jìn)行幅值、頻率、相位、脈寬調(diào)制的方法。 圖X3-5為通過交流供電實現(xiàn)幅值調(diào)制的一例。這里用4個應(yīng)變片測量梁的變形，并由此確定作用在梁上的力F的大小。4個應(yīng)變片接入電橋，并采用交流電壓U供電。設(shè)4個應(yīng)變片在沒有應(yīng)力作用的情況下它們的阻值R1=R2=R3=R4=R，電橋的輸出 實現(xiàn)了載波信號U與測量信號的相乘，即幅值調(diào)制。 l R1 R3 R2 R4 F R1 R2 U0 U R3 R4 h 圖X3-5 應(yīng)變式傳感器輸出信號的調(diào)制 4 2 1 T N S 3 圖X3-6是在傳

10、感器中進(jìn)行頻率調(diào)制的例子。這是一個測量力或壓力的振弦式傳感器，振弦3的一端與支承4相連，另一端與膜片1相連接，振弦3的固有頻率隨張力T變化。振弦3在磁鐵2形成的磁場內(nèi)振動時產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其輸出為調(diào)頻信號。 圖X3-6 振弦式傳感器 圖X3-7是在傳感器中進(jìn)行相位調(diào)制的例子。在彈性軸1上裝有兩個相同的齒輪2與5。齒輪2以恒速與軸1一起轉(zhuǎn)動時，在感應(yīng)式傳感器3和4中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由于扭矩M的作用，使軸1產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使傳感器4中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為一調(diào)相信號，它和傳感器3中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的相位差與扭矩M成正比。 1 3 2 4 5 M 圖X3-7 感應(yīng)式扭矩傳感器 1

11、2 4 3 5 6 7 9 10 11 8 M θ 圖X3-8是在傳感器中進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的例子。由激光器4發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡5與6反射后，照到掃描棱鏡2的表面。棱鏡2由電動機(jī)3帶動連續(xù)回轉(zhuǎn)，它使由棱鏡2表面反射返回的光束方向不斷變化，掃描角θ為棱鏡2中心角的2倍。透鏡1將這一掃描光束變成一組平行光，對工件8進(jìn)行掃描。這一平行光束經(jīng)透鏡10匯聚，由光電元件11接收。7和9為保護(hù)玻璃，使光學(xué)系統(tǒng)免受污染。當(dāng)光束掃過工件時，它被工件擋住，沒有光線照到光電元件11上，對應(yīng)于“暗”的信號寬度與被測工件8的直徑成正比，即脈沖寬度受工件直徑調(diào)制。 1 2 4 3 5 6

12、 7 9 10 11 8 M θ 圖X3-8 用激光掃描的方法測量工件直徑 3-10 在電路進(jìn)行幅值、頻率、相位、脈寬調(diào)制的基本原理是什么？ 在電路進(jìn)行調(diào)制的基本原理是用測量信號ux去控制（改變）載波信號幅值、頻率、相位或脈寬，就可以實現(xiàn)調(diào)制 只要用乘法器將測量信號（調(diào)制信號）ux 與載波信號uc相乘，就可以實現(xiàn)調(diào)幅。用調(diào)制信號去控制產(chǎn)生載波信號的振蕩器頻率，就可以實現(xiàn)調(diào)頻。用調(diào)制信號與鋸齒波載波信號進(jìn)行比較，當(dāng)它們的值相等時電壓比較器發(fā)生跳變，電壓比較器的輸出就是調(diào)相信號。利用調(diào)制信號去改變方波發(fā)生器的脈寬就可以實現(xiàn)脈寬調(diào)制。 3-11 什么是雙

13、邊帶調(diào)幅？請寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，畫出它的波形。 可以假設(shè)調(diào)制信號x為角頻率為Ω的余弦信號x=XmcosΩt，當(dāng)調(diào)制信號x不符合余弦規(guī)律時，可以將它分解為一些不同頻率的余弦信號之和。在信號調(diào)制中必須要求載波信號的頻率遠(yuǎn)高于調(diào)制信號的變化頻率。由式（3-1）調(diào)幅信號可寫為： 它包含三個不同頻率的信號: 角頻率為的載波信號Umcosωct和角頻率分別為ωcΩ的上下邊頻信號。載波信號中不含調(diào)制信號，即不含被測量x的信息，因此可以取Um=0，即只保留兩個邊頻信號。這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制，對于雙邊帶調(diào)制 t ux O t O uc us O t a)

14、 b) c) 雙邊帶調(diào)制的調(diào)幅信號波形見圖X3-9。圖a為調(diào)制信號，圖b為載波信號，圖c為雙邊帶調(diào)幅信號。 圖X3-9 雙邊帶調(diào)幅信號 a) 調(diào)制信號 b) 載波信號 c) 雙邊帶調(diào)幅信號 3-12 在測控系統(tǒng)中被測信號的變化頻率為0~100Hz，應(yīng)當(dāng)怎樣選取載波信號的 頻率？應(yīng)當(dāng)怎樣選取調(diào)幅信號放大器的通頻帶？信號解調(diào)后，怎樣選取濾波器的通頻帶？ 為了正確進(jìn)行信號調(diào)制必須要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。在這種情況下，解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號。若被測信號的變化頻率為0~100Hz，應(yīng)要求載波信

15、號的頻率ωc>1000 Hz。調(diào)幅信號放大器的通頻帶應(yīng)為900~1100 Hz。信號解調(diào)后，濾波器的通頻帶應(yīng)>100 Hz，即讓0~100Hz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(luò)檢波？試述包絡(luò)檢波的基本工作原理。 從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)或檢波。幅值調(diào)制就是讓已調(diào)信號的幅值隨調(diào)制信號的值變化，因此調(diào)幅信號的包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號一致。只要能檢出調(diào)幅信號的包絡(luò)線即能實現(xiàn)解調(diào)。這種方法稱為包絡(luò)檢波。 從圖X3-10中可以看到，只要從圖a所示的調(diào)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

16、也可)，再經(jīng)低通濾波，濾除高頻信號，即可獲得所需調(diào)制信號，實現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是建立在整流的原理基礎(chǔ)上的。 us uo O O t t a) b) 圖X3-10 包絡(luò)檢波的工作原理 a) 調(diào)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(guān)系，并說明其阻值關(guān)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(jié)電壓超過一定值時才導(dǎo)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

17、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(yán)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(yùn)算放大器構(gòu)成的精密檢波電路。在調(diào)幅波us為正的半周期，由于運(yùn)算放大器N1的倒相作用，N1輸出低電平，因此V1導(dǎo)通、V2截止，A點接近于虛地，ua≈0。在us的負(fù)半周，有ua輸出。若集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于R2，則i≈- i1 。按圖上所標(biāo)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

18、 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(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)而進(jìn)入飽和，另一方面也使us在兩個半周期負(fù)載基本對稱。圖中N2與R3、R4、C等構(gòu)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(gòu)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

19、加電容器C時，N2的輸出為： t uo ua us t t o o o a) c) b) 圖X3-11a為輸入調(diào)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(diào)制信號相位的檢波電路。包絡(luò)檢波有兩個問題：一是解調(diào)的主要過程是對調(diào)幅信號進(jìn)行半波或全波整流，無法從檢波器的輸出鑒別調(diào)制信號的相位。如在

20、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(luò)檢波電路的輸出無法確定磁芯向上或向下移動。第二，包絡(luò)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(fù)調(diào)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(luò)檢波電路在功能、性能與在電路構(gòu)成上最主要的區(qū)別 是什么？ 相敏檢波電路與包絡(luò)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(diào)制

21、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(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了所需解調(diào)的調(diào)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(yīng)與所需解調(diào)的調(diào)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(jī)理說明為什么相敏檢波器與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上有許 多相似之處？它們又有哪些區(qū)別？ 只要將輸入的調(diào)制信號乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調(diào)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

22、高頻信號后就得到調(diào)制信號，只是乘上了系數(shù)1/2。這就是說，將調(diào)制信號ux乘以幅值為1的載波信號就可以得到雙邊頻調(diào)幅信號us，將雙邊頻調(diào)幅信號us再乘以載波信號，經(jīng)低通濾波后就可以得到調(diào)制信號ux。這就是相敏檢波電路在結(jié)構(gòu)上與調(diào)制電路相似的原因。 相敏檢波器與調(diào)幅電路在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是調(diào)幅電路實現(xiàn)低頻調(diào)制信號與高頻載波信號相乘，輸出為高頻調(diào)幅信號；而相敏檢波器實現(xiàn)高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號。這使它們的輸入、輸出耦合回路與濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同。 3-18 試述圖3-17開關(guān)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(guān)系？并說明其阻

23、值關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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= R

24、5= R6/2是阻值必須滿足的匹配關(guān)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(nèi)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(yīng)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(nèi)的平均輸出接近為零，即得到衰減。 如果輸入

25、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(guān)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(guān)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(guān)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(yīng)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(diào)電路，相敏檢波器的輸出指示電感

26、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(dāng)光電顯微鏡瞄準(zhǔn)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(zhǔn)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(yīng)怎么選取？ 兩個調(diào)諧回路的固有頻率f01、 f02 分別比載波頻率fc高和低Δf0。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。回路1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。總輸出為二者絕對值之和，采用雙失諧回路

27、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(luò)檢波，電容C1、C2用于濾除高頻載波信號。RL為負(fù)載電阻。濾波后的輸出如圖f所示。工作點應(yīng)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(guān)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(diào)幅，即減小輸入信號us和U1的

28、幅值對輸出信號的影響。它對寄生調(diào)幅呈惰性，即在輸入信號幅值變化情況下保持E0為常值。當(dāng)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、C5>>C4，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(dǎo)通角增大（參看圖3-10），它導(dǎo)致二次側(cè)的電流消耗增大、品質(zhì)因數(shù)下降；二次側(cè)的電流消耗增大又反映到一次側(cè)，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(dǎo)致廣義失調(diào)量減小，使輸出uo減小。正是由于這種負(fù)反饋作用，使比例鑒頻電路有抑制寄生調(diào)幅的能力，輸出信號uo基本不受輸入信號幅值變化的影

29、響。 在這兩個電路中，調(diào)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(diào)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(diào)頻信號us的瞬時頻率變化，實現(xiàn)解調(diào)。 3-23 在用數(shù)字式頻率計實現(xiàn)調(diào)頻信號的解調(diào)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(nèi)（例如1秒或0.1秒內(nèi)）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(nèi)的平均頻率，難以用于測量信

30、號的瞬時頻率，從而難以用于調(diào)頻信號的解調(diào)；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(nèi)進(jìn)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(diào)頻信號的解調(diào)。它的缺點是進(jìn)入計數(shù)器的脈沖數(shù)代表信號周期，它與頻率間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是非線性的。 3-24 為什么圖3-31所示電路實現(xiàn)的是調(diào)頻，而圖3-53所示電路實現(xiàn)的是脈沖 調(diào)寬，它們的關(guān)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(dāng)R或C改變時，振蕩器的頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)調(diào)頻。圖3-53中，在兩個半周期通過不同的電

31、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(diào)制。 3-25 試述用乘法器或開關(guān)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(diào)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(dāng)于求平均值，整個過程可用下述數(shù)學(xué)式表示，輸出電壓 即輸出信號隨相位差的余弦而變化。 開關(guān)式相敏檢波電路中采用歸一化的方

32、波信號Uc作參考信號，用它與調(diào)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(nèi)積分值為零。其輸出信號仍可用上式表示，只是取。在開關(guān)式相敏檢波電路中參考信號的幅值對輸出沒有影響，但調(diào)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(diào)相信 號的幅值？ 在用于調(diào)相信號的解調(diào)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(shè)Us1= Us2= Us）， 當(dāng)=，上二式分別可簡化為 這種鑒相

33、器的特性要比Ucm>>Usm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？主要有哪些因素影響 鑒相誤差？它們的鑒相范圍各為多少？ RS觸發(fā)器鑒相精度最高，因為它線性好，并且對Us和Uc的占空比沒有要求。影響鑒相誤差的主要因素有非線性誤差，信號幅值的影響，占空比的影響，門電路與時鐘脈沖頻率影響等。用相敏檢波器或乘法器鑒相從原理上說就是非線性的，其輸出與相位差（或其半角）的余弦成正比。脈沖采樣式鑒相中鋸齒波的非線性也直接影響鑒相誤差。用相敏檢波器或乘法器鑒相時信號的幅值也影響

34、鑒相誤差。采用異或門鑒相時占空比影響鑒相誤差。門電路的動作時間與時鐘脈沖頻率誤差對通過相位—脈寬變換鑒相方法精度有影響，但一般誤差較小。用相敏檢波電路或乘法器構(gòu)成的鑒相器鑒相范圍為，異或門鑒相器的鑒相范圍為0~，RS觸發(fā)器鑒相和脈沖采樣式鑒相的鑒相范圍接近2。 3-28 在圖3-47c所示數(shù)字式相位計中鎖存器的作用是什么？為什么要將計數(shù)器 清零，并延時清零？延時時間應(yīng)怎樣選?。? 圖3-47c所示數(shù)字式相位計中計數(shù)器計的脈沖數(shù)是隨時變化的，當(dāng)Uo 的下跳沿來到時，計數(shù)器計的脈沖數(shù)N反映Us和Uc的相位差，為了記錄這一值，需要將它送入鎖存器。為了在下一周期比相時，計的是下一周期Us和U

35、c的相位差，要在鎖存后將計數(shù)器清零，否則計數(shù)器計的是若干周期總共脈沖數(shù)，而不是Us和Uc到來之間的脈沖數(shù)。但是只有在鎖存后才能將計數(shù)器清零，所以要延時片刻后才將計數(shù)器清零。延時時間應(yīng)大于鎖存所需要的時間，但又應(yīng)小于時鐘脈沖周期，以免丟數(shù)。 3-29 脈沖調(diào)制主要有哪些方式？為什么沒有脈沖調(diào)幅？ 脈沖調(diào)制的方式有調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)寬。脈沖信號只有0、1兩個狀態(tài)，所以沒有脈沖調(diào)幅。 3-30 脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有哪些方式？ 脈沖調(diào)寬信號的解調(diào)主要有兩種方式。一種是將脈寬信號Uo 送入一個低通濾波器，濾波后的輸出uo 與脈寬B成正比。另一種方法是Uo 用作門控信號，只有當(dāng)Uo 為高電平時，時鐘脈沖Cp才能通過門電路進(jìn)入計數(shù)器。這樣進(jìn)入計數(shù)器的脈沖數(shù)N與脈寬B 成正比。兩種方法均具有線性特性。 15