测控电路第6套试题答案版

1、测控电路试题(A卷)答案-第5套 考试说明：本课程为闭卷考试，答案一律答在后面得答题纸上，答在其它地方无效，可携带 计算器 。一、请写出二阶低通滤波器的传递函数式、频率特性、幅频特性和相频特性。（15分）答：二阶低通滤波器， 其传递函数的一般形式为它的固有频率，通带增益，阻尼系数，上式又可写为其频率特性为 其幅频特性与相频特性分别为 二、如下图所示电路a）、b)，问图a、b各表示什么电路，简述其原理。（15分） us>0usR2R1R3R4us-+N1-+N2us<0uo=-usuAR2R1R3R4us-+N1-+N2b)a)答：图a是峰值计算电路。图中N1工作在反相放大状态 ，当

2、时，U1为负，二极管VD1导通，使C迅速充电，U上升至输出电压。二极管VD1的导通电压以及放大器N2的输入失调电压的影响都被消除了。当输入电压下降时，U1上升，VD1截止，使N1、N2处于分离状态，U1上升直到二极管VD2导通，放大器N1构成负反馈，从而避免了过渡饱和。Ui的反向峰值存于电容C中，测量结束后，可以通过开关S放电。图b 是采样保持电路。图中的V为主开关，V1为隔离开关。当控制电压Uc为高电平时，NMOS场效应晶体管V和V1导通，电路处于采样阶段。当控制电压Uc为低电平时，V和V1关断，电路处于保持阶段。在保持状态下，主模拟开关V的漏电流通过R流入运算放大器的输出端。两者的关键区别

3、是图a通过单向导电器件使电容器单向充电，使电容保存峰值电压；而图b中靠开关瞬时接通，实现采样。三 请写出调相信号的数学表达式。有哪些常用鉴相方法？说明它们的基本工作原理、鉴相范围和影响鉴相精度的主要因素。（20分）答：调相信号us的一般表达式为：式中 x 调制信号； 载波信号的角频率； 调相信号中载波信号的幅度；m 调制度。 常用鉴相方法有相敏检波器鉴相、异或门鉴相、RS触发器鉴相、脉冲采样式鉴相。相敏检波器具有鉴相特性，若输入信号与参考信号的相位差，则相敏检波器的输出与成正比，因此可以用相敏检波器鉴相。时的输出与时相同，鉴相器不能鉴别相位超前与滞后，它工作在范围内，在附近，鉴相器线性最好，灵

4、敏度最高。影响相敏检波器精度的主要因素有输入信号的幅值，输出的非线性等。异或门鉴相的基本原理是异或门输出Uo的脉宽B与调相信号Us和参考信号Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法。一种方法是将Uo送入一个低通滤波器，滤波后的输出uo与脉宽B成正比，也即与相位差成正比，根据uo可以确定相位差。另一种方法是Uo 用作门控信号，只有当Uo为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B成正比，也即与相位差成正比。异或门鉴相不能鉴别Us和Uc哪个相位超前。鉴相器的鉴相范围为0。鉴相器要求Us和Uc的占空比均为1：1，否则会带来误差。 RS触发器鉴相的基本原理是：将

5、由调相信号Us和参考信号Uc形成窄脉冲、分别加到RS触发器的S端和R端， 的脉宽B与Us和Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法，与异或门鉴相一样。这种鉴相器的鉴相范围为，其中为窄脉冲宽度所对应的相位角，鉴相范围为。RS触发器鉴相线性好，鉴相范围宽，并且对Us和Uc的占空比没有要求。 脉冲采样式鉴相电路的工作原理是：由参考信号Uc形成窄脉冲送到锯齿波发生器的输入端形成锯齿波信号uj。由调相信号Us形成窄脉冲通过采样保持电路采集此时的uj 值，并将其保持。采样保持电路采得的电压值由Us与Uc的相位差决定。经平滑滤波后得到随变化的电压信号uo，实现调相信号的解调。这种鉴相器的鉴相范围为，其中为

6、与锯齿波回扫区所对应的相位角。锯齿波uj 的非线性对鉴相精度有较大影响。四、图4所示电路是什么电路？试述其工作原理。为保证所需特性，R1 、R2、 R3、 R4应满足什么关系？（15分）R2usuAVD2VD1uoR1R3R4-+N1-+N2图4答：图4为高输入阻抗全波精密检波电路，也可用作绝对值计算电路。它采用同相端输入。us>0时，VD1导通、VD2截止，其等效电路如图a所示，N2的同相输入端与反相输入端输入相同信号，得到uo=us。us<0时，VD1截止，VD2导通，其等效电路如图b所示。取R1=R2=R3=R4/2，这时N1的输出为：N2的输出为：所以，实现全波检波或绝对值

7、计算。五、鉴相的方法有哪几种？简述各种方法的鉴相原理。（20分）答：常用鉴相方法有相敏检波器鉴相、异或门鉴相、RS触发器鉴相、脉冲采样式鉴相。相敏检波器具有鉴相特性，若输入信号与参考信号的相位差，则相敏检波器的输出与成正比，因此可以用相敏检波器鉴相。时的输出与时相同，鉴相器不能鉴别相位超前与滞后，它工作在范围内，在附近，鉴相器线性最好，灵敏度最高。影响相敏检波器精度的主要因素有输入信号的幅值，输出的非线性等。异或门鉴相的基本原理是异或门输出Uo的脉宽B与调相信号Us和参考信号Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法。一种方法是将Uo送入一个低通滤波器，滤波后的输出uo与脉宽B成正比，也即与相

8、位差成正比，根据uo可以确定相位差。另一种方法是Uo 用作门控信号，只有当Uo为高电平时，时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B成正比，也即与相位差成正比。异或门鉴相不能鉴别Us和Uc哪个相位超前。鉴相器的鉴相范围为0。鉴相器要求Us和Uc的占空比均为1：1，否则会带来误差。 RS触发器鉴相的基本原理是：将由调相信号Us和参考信号Uc形成窄脉冲、分别加到RS触发器的S端和R端， 的脉宽B与Us和Uc的相位差相对应。这一脉宽有两种处理方法，与异或门鉴相一样。这种鉴相器的鉴相范围为，其中为窄脉冲宽度所对应的相位角，鉴相范围为。RS触发器鉴相线性好，鉴相范围宽，并且对

9、Us和Uc的占空比没有要求。 脉冲采样式鉴相电路的工作原理是：由参考信号Uc形成窄脉冲送到锯齿波发生器的输入端形成锯齿波信号uj。由调相信号Us形成窄脉冲通过采样保持电路采集此时的uj 值，并将其保持。采样保持电路采得的电压值由Us与Uc的相位差决定。经平滑滤波后得到随变化的电压信号uo，实现调相信号的解调。这种鉴相器的鉴相范围为，其中为与锯齿波回扫区所对应的相位角。锯齿波uj 的非线性对鉴相精度有较大影响。K2C1UC1Uo1R1R2UoC1UiR1R2K1-+N1-+N2K1-+N1图5c) b)六、如下图5所示，请问其实什么类型的电路，简述其工作原理。（15分）答：图5是自动调零放大电路，它又称为动态校零放大电路。图中，运算放大器N为主放大器，N为误差保持电路，N组成时钟发生器，N为其反相器，N、N分别用来驱动模拟开关Sa1 、Sa2、和Sb1、Sb2 。当时钟发生器N输出高电平，N则输出低电平时，模拟开关Sa1 、S a2接通，Sb1、Sb2断开，电路处于失调调零状态，其误差保持等效电路见图1b，此时N输入端无输入信号，只存在失调电压U0s1，其输出为Uo1，再经N放大后由电容C保持，考虑到N的失调电压U0s，电容C寄存的电压为UC（Uo1U0s）K Uo1（UosUC）K式中 KK分别为集成运算放大器NN的开环放大倍数。由于K>>1 ,KK>