6章信号产生与变换电路

第一章绪论1-1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，电路是最灵活的部分，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。

1-2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基本的，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。

1-3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。

1-4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基本组成及各组成部分的作用。

随着传感器类型的不同，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X1-1是模拟式测量电路的基本组成。

传感器包括它的基本转换电路，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。

第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。

掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。

2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。

3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。

§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。

这是本章欲解决的中心问题。

二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。

致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。

三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。

2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。

3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。

2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。

这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。

抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。

二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。

由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。

当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。

当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。

第六章数字信号的频带传输技术习题6-l已知二进制数字序列10011010，设：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f 2＝2 f 1，)；请画出以上情况的2ASK、2FSK和2PSK、2DPSK波形：解：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f2＝2 f1，)1010已知二进制数字序列10016-2 已知数字信息{a n }=1011010，设：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；(2)码元速率为1200Baud，载波频率为1800Hz。

分别画出上述两种情况的2PSK、2DPSK及相对码{b n}的波形(假定起始参考码元为1)。

解：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；则载频与码元速率相等。

178179解、(2)码元速率为1200Baud ，载波频率为1800Hz 。

载频与码元速率为1：1.56-3 设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 和2000Hz ．(1)若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；(2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?(3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。

解：(1) 若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；180解 (2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?答 ：选择相干解调和非相干解调器解调均可。

解 (3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。

6-4 设传码率为200Baud ，若是采用八进制ASK 系统，求系统的带宽和信息速率？若是采用二进制ASK 系统，其带宽和信息速率又为多少?解 ：已知八进制ASK 系统传码率Baud R B 200=,系统的带宽:：Hz R B B B 200==, 信息速率： s bit R R B b /60032008log 2=⨯=⨯=二进制ASK 系统：系统的带宽:：Hz R B B B 200==，信息速率： s bit R R B b /20012002log 2=⨯=⨯=6-5 传码率为200Baud ，试比较8ASK 、8FSK 、8PSK 系统的带宽、信息速率及频带利用率。

第六章 习题与答案6.1判断题（1）直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。

（ ╳ ）（2）直流电源是一种能量转换电路，它将交流能量转换为直流能量。

（ √ ）（3）在变压器二次电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。

（ √ ）（4）若U 2为电源变压器二次电压的有效值，则半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波2。

（ √ ）（5）当输入电压U i 和负载电流I L 变化时，稳压电路的输出电压是绝对不变的。

（ ╳ ）（6）一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。

（ √ ）（7）整流电路可以将正弦电压变成脉动的直流电压。

（ √ ）（8）电容滤波电路适用于小负载电流，而电感滤波电路适用于大负载电流。

（ √ ）（9）在单相桥式整流电容滤波电路中，若有一只整流管断开，输出电压平均值变为原来的一半。

（ ╳ ）（10）因为串联型稳压电路中引入了深度负反馈，因此可能产生自激振荡。

（ ╳ ）（11）线性直流电源中的调整管工作在放大状态，开关型直流电源中的调整管工作在开关状态。

（ √ ）6.2单相桥式整流电路如图6-64所示，已知2u t ω=，L 52R C T =。

图6-64 单相桥式整流电路 （1）估算输出电压U o 大小并标出电容C 上的电压极性。

（2）L R →∞时，计算U o 的大小。

（3）滤波电容C 开路时，计算U o 的大小。

（4）二极管VD 1开路时，计算U o 的大小；如果VD 1短路，将产生什么后果？（5）如VD 1～VD 4中有一个极性接反，将产生什么后果？解：（1）U o =1.2 U 2=1.2╳25=30V C 的极性是上+下—（2）U o 2≈1.414╳25=35.35V（3）U o =0.9 U 2=0.9╳25=22.5V（4）二极管VD 1开路时：U o = U 2=25=25V如果VD 1短路，VD 4将被烧坏。