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1、1-5 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？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，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；（5）对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。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
2、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分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，并将它和噪声分离，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
3、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。3-11 什么是双边带调幅？请写出其数学表达式，画出它的波形。可以假设调制信号x 为角频率为的余弦信号x=Xmcost，当调制信号x 不符合余弦规律时，可以将它分解为一些不同频率的余弦信号之和。在信号调制中必须要求载波信号的频率远高于调制信号的变化频率。由式（3-1）调幅信号可写为：它包含三个不同频率的信号: 角频率为c 的载波信号Umcosct 和角频率分别为c的上下边频信号。载波信号中不含调制信号，即不含被测量x 的信息，因此可以取Um
4、=0，即只保留两个边频信号。这种调制称为双边带调制，对于双边带调制双边带调制的调幅信号波形见图X3-9。图a 为调制信号，图b 为载波信号，图c 为双边带调幅信号。3-16 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
5、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。3-19 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n=1,3,5 等各次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/ n 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，
6、即得到衰减。如果输入信号us 为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压，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。4-9 如果带通滤波器可等效成低通与高通滤波电路的级联，那么带阻滤波器呢？试以带阻滤波器传递函数证明。带阻滤波器可等效成低通
7、与高通滤波电路的并联，但是要求低通滤波器的通带截频低于高通滤波器的通带截频，并且相位相同。设电路原理框图如下4-14设计一个品质因数不低于10 的多级带通滤波器，如要求每一级电路的品质因数不超过4，需要多少级级联才能满足设计要求？由式4-15 按图4-14a 与图4-17 a 设计两个二阶巴特沃斯低通滤波器，fc=1kHz，Kp =1，其中无限增益多路反馈型电路按书中表4-5 与表4-6设计。答：5-2 设计实现uo=1/5(ui1+ui2+ui3+ui4+ui5)-1/3(ui6+ui7+ui8)运算电路。6-5 如果要求一个D/A 转换器能分辨5mV 的电压，设其满量程电压为10V，试问其
8、输入端数字量要多少数字位。当满量程电压为UF =10V 时，有：取n=11，即输入端数字量要11 位6-7 一个6bit 的D/A 转换器，具有单向电流输出，当Din=110100 时，io=5mA，试求Din =110011时的io 值。7-3 若测得待细分的正余弦信号某时刻值为u1=2.65V, u2=-1.33V，采用微机对信号进行200细分，请判别其所属卦限，并求出对应的值和k 值。某时刻正弦信号值为u1=2.65V, 余弦信号值为u2=-1.33V，根据两信号的极性（u1 为+、u2 为-）和绝对值大小（|u1|u2|），可判别出信号在3 卦限。由于对信号进行200 细分，因此在一个
9、卦限内，需实现25 细分。在3 卦限用|ctg|求它的arctan,得到=26.65，由于26.65/1.8=14.81，所以k=65。7-5 在图7-14a 所示鉴相电路中为什么要设置门槛，门槛电路是如何工作的？鉴相电路若没有设置门槛，会有在平衡点附近振摆跟踪的问题。鉴相电路设置门槛（见图7-14a），只是在鉴相电路中加有两个RC 延时回路起门槛的作用。在Uj 超前时（见图7-14b），只有DG1 有可能输出低电平、Uj的上升要滞后于Uj 的上升。若Uj 与Ud 的相位差很小，在Uj到达开门电平前，Ud 已经上跳，就不会形成Ux 为高电平的相位差信号，当Uj 滞后Ud 时（图7-14c），只有DG2 有可能输出低电平, Ud是Ud 的延时信号，也可起门槛作用。调节电阻R 和电容C 可改变门槛的大小。
