【文章內(nèi)容簡介】 可取m＝1即=m，可求得采樣時(shí)間 由此可見k = 只要合理選定m，n，三個(gè)分頻系數(shù)，即可獲得所需的k值(應(yīng)為整數(shù))。例如當(dāng)m=2，n=40000，=60000 時(shí)，得k＝3，即T＝3，實(shí)現(xiàn)了采樣時(shí)間與工頻周期成整倍數(shù)的條件，但同時(shí)與T之間也始終保持著固定的比值。鑒相器實(shí)際上是脈寬比較器。數(shù)字式電壓發(fā)生器同時(shí)還起記憶作用，使在達(dá)到平衡而177?！鱐消失后仍保持其輸出電壓177?！鱑，從而保證平衡時(shí)的也是穩(wěn)定的。 這類系統(tǒng)有兩種平衡方式。一種是一次比較就達(dá)到平衡的方式。過程如下。設(shè)－n＝△T令 △T＝△U及 △U＝△由之得 △＝ 若在設(shè)計(jì)跟蹤系統(tǒng)時(shí)使 ＝n。則 △＝ 在時(shí)鐘信號(hào)周期獲得增量△后，輸入鑒相器的比較信號(hào)寬度增加為n（＋△），鑒相器輸出變?yōu)椋璶（＋△）＝－n ＝－n－△T＝0 亦即達(dá)到了平衡。 此法平衡速度快。但實(shí)際系統(tǒng)中由于元件溫度系數(shù)及老化的影響，＝n的條件可被破壞，因而可能出現(xiàn)超調(diào)整與欠調(diào)整，造成振蕩，使比較過程反復(fù)多次才能達(dá)到平衡。 另一種方法是逐步逼近法。在差值信號(hào)△T的作用下，數(shù)字式電壓發(fā)生器將只產(chǎn)生一個(gè)固定的小步距 (不與△T的值成正比關(guān)系)，后者也使壓控振蕩器只產(chǎn)生一個(gè)固定小增量，在一個(gè)作用下，使下一次比較的△T有所下降。若△T仍不等于零，再次增加一個(gè)，如此逐步進(jìn)行下去，直至△T=0。此法可以避免超調(diào)整，但速度較慢的大小選擇要適中。取得小，調(diào)節(jié)細(xì)度好，可使n=的條件滿足得更精確，調(diào)整次數(shù)多，踉蹤過程慢，在工頻波動(dòng)較快時(shí)可能跟不上。反之，取得大，跟蹤雖快，但不精確，影響SMR值的提高。 國產(chǎn)Pz12型數(shù)字電壓表即是采用后一種逐步逼近法，效果良好，圖713所示為其SMR隨工頻波動(dòng)量△?％而變的情況。由圖可見，在△?％為177。2％的范圍內(nèi)，采取=0法兼數(shù)字式鎖相頻率自動(dòng)跟蹤技術(shù)后SMR可保持67dB基本不變，而未采用此法前在49Hz及51Hz點(diǎn)上已降至30dB左右。 在50Hz點(diǎn)上SMR并不很大而仍為67dB左右的原因是受上述工頻整形及頻率跟蹤的精度的限制。 Pz12型數(shù)字電壓表的這一串模干擾抑制系統(tǒng)具有典型性。文獻(xiàn)[2]中曾作具體介紹并分析其精度，可供讀者設(shè)計(jì)類似系統(tǒng)時(shí)參考。(一) 模擬式鎖相頻率自動(dòng)跟蹤法。在上述數(shù)字式鎖相頻率自動(dòng)跟蹤法中，與n圖713 PZ12型數(shù)字電壓表的SMR特性間的時(shí)間差(177?！鱐)是由鑒相器檢出后記憶在數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中的，因而稱為數(shù)字式。如果將其記憶在電容上，就是模擬式。比之前者在結(jié)構(gòu)上要簡單得多，效果也頗佳。 典型的原理示于圖714中。工頻電壓u～經(jīng)整形后進(jìn)行m分頻，得脈寬為=m的負(fù)矩形波，控制D觸發(fā)器的D端。另一方面，由壓控振蕩器構(gòu)成的時(shí)鐘振蕩器送出的時(shí)鐘脈沖(周期為)經(jīng)n分頻后產(chǎn)生脈寬為T=n的負(fù)矩形波作為采樣時(shí)間。若T，由圖714可見采樣時(shí)間T結(jié)束時(shí)D觸發(fā)器的CP端上將出現(xiàn)正跳變，而D端已先于CP處于1狀態(tài)(上跳的結(jié)果)，故此時(shí)Q輸出端將由0變1，打開與門1。但在積分器工作階段時(shí)鐘頻率不應(yīng)變化，所以與門1仍由控制電壓的“0”電平閉鎖著，與門1的輸出端A保持高電平，電容經(jīng)二極管充有約8V電壓，電容積累了一定的圖714模擬式鎖相頻率自動(dòng)跟蹤法原理電荷量。到了測(cè)量休息階段，由0變1，與門1輸出低電平，這一負(fù)跳變使三極管導(dǎo)通，將電容 ()上的電荷拉走一部分給反向充電(即放電)，達(dá)到穩(wěn)定后又自動(dòng)截止。這樣的電壓下降了某一△U，使跟隨器的輸出電壓也下降了△U，從而導(dǎo)致壓控振蕩器時(shí)鐘周期下降一個(gè)△使采樣時(shí)間T相應(yīng)縮短而接近。如此循環(huán)幾次之后，可得T=。 反之，若T，則在采樣結(jié)束時(shí)由于脈沖仍處于低電位，D端輸入為0狀態(tài)，輸出端將因而跳變?yōu)?，打開3與門2。當(dāng)由0變1時(shí)與門2輸出0，倒相器輸出為1，使三極管導(dǎo)通并由給補(bǔ)充一個(gè)電荷量，使電壓增加了一個(gè)△U，從而導(dǎo)致 增加一個(gè)△，在下一次測(cè)量階段采樣時(shí)間T增長一些而接近，幾個(gè)循環(huán)后達(dá)到T=。對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)度△的要求與數(shù)字式的相同。國產(chǎn)DS14型數(shù)字電壓表采用這一系統(tǒng)后得到在工頻變動(dòng)范圍為50Hz士2Hz的情況下SMR60dB。 六、數(shù)字濾波原理的應(yīng)用 數(shù)字濾波技術(shù)近年來得到了快速發(fā)展，這是與快速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的日臻完善及計(jì)算機(jī)和微型機(jī)的普及有關(guān)?，F(xiàn)在準(zhǔn)確度較高的數(shù)字電壓表已大都內(nèi)部裝有微處理機(jī)；既然A／D轉(zhuǎn)換器及181。P兩者兼?zhèn)洌O(shè)計(jì)者自然想到可應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)來濾掉串模干擾信號(hào)，提高數(shù)字電壓表自身的抗干擾性能。 數(shù)字濾波技術(shù)應(yīng)用了較多的數(shù)學(xué)，本課程限于篇幅，不作詳細(xì)介紹，讀者有需要時(shí)可參閱文獻(xiàn)(3)。 這里僅對(duì)數(shù)字濾波概念作一簡單介紹。數(shù)字濾波器并不是具體的裝置，而是一種算法。若在有用信號(hào)上疊加了干擾信號(hào)，則可以用一固定的采樣頻率(例如每2ms采樣一次)將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成一列離散數(shù)字值(在時(shí)間上依次排列的數(shù)字信號(hào))，然后按照針對(duì)干擾頻率而設(shè)計(jì)的算法，對(duì)這列數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算, 使運(yùn)算結(jié)果輸出的數(shù)列中不再含有于擾信號(hào)。 這種方法是參考了模擬濾波器的數(shù)學(xué)模型而發(fā)展的。在模擬濾波器的設(shè)計(jì)中，處理的是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，因而采用拉氏變換的方法將求解微分方程的問題轉(zhuǎn)換為求解代數(shù)方程問題。相應(yīng)地，在離散時(shí)間信號(hào)的系統(tǒng)中，為避免直接求解差分方程，發(fā)展了z變換方法，將求解差分方程問題轉(zhuǎn)換為求解代數(shù)方程問題。(關(guān)于z變換的數(shù)學(xué)，可參閱文獻(xiàn)(3))。例如若信號(hào)x( t )中含有50Hz的干擾成分，可設(shè)計(jì)模擬濾波器具有相應(yīng)的傳遞函數(shù)。W(s)=圖715 模擬濾波器傳遞函數(shù)及其濾波特性從而構(gòu)成帶阻濾波器，在50Hz點(diǎn)上具有很強(qiáng)的抑制。如圖7－15所示。如果用快速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)時(shí)間信號(hào)x( t ) (設(shè)信號(hào)頻率為10Hz，干擾頻率為50Hz)進(jìn)行每秒500次采樣，x( t )被轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)x( n )，現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波算法，其z變換的傳遞函數(shù)為H( z )＝＝1－＋式中 H( z )——z變換的傳遞函數(shù)。 x( z )——輸入離散信號(hào)x( n )的z變換函數(shù)。 y( z )——輸出離散信號(hào)y( n )的z變換函數(shù)。圖7—16為與上述Z變換傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波算法流圖及相應(yīng)的濾波特性。計(jì)算結(jié)果輸出的離散信號(hào)y( n )中已不，再含有50Hz成分。在圖7—16 c中，含的小方框?yàn)閱挝谎訒r(shí)環(huán)節(jié)，其輸入輸出關(guān)系為 y( n )=x( n1 )意即x( n )經(jīng)環(huán)節(jié)后將延遲一個(gè)均勻采樣時(shí)間間隔T后輸出，即為y( n )。圖中的小三角形是乘系數(shù)環(huán)節(jié)，信號(hào)經(jīng)過時(shí)被乘以某一系數(shù)，如圖上標(biāo)注的“”。由圖716 c可見，它是與式(719)對(duì)應(yīng)的，而這樣的算法，微處理機(jī)是可以勝任的。但實(shí)際用于直流數(shù)字電壓表中抑制串模干擾時(shí)，由于被測(cè)信號(hào)是直流電壓，數(shù)字濾波的算法可以簡化為求取多次采樣值的平均值，從而提高濾波速度，節(jié)約存貯器空間。 前已述及，積分式數(shù)字電壓表的采樣時(shí)間T應(yīng)取20