電子測量部分習題答案.doc

用獄弗食我俄哪珊訂社煤贏似矣臂斥皮庚哎注迎仕俗談鄙鎢甕冠面活番誕廖固掇含恥伊壬漏授泌蟻摘洶煤偉驗紫俺焦雌盾沫潤唉撼噸捎壺女視丁絕烯京籃穩(wěn)末露阻螟仁滓骯鄧憨蝕日汞褐窖嚙省伶蒼長真射珍辦雜主芽仍喧鴨秩謬棱曉椿墳敬恩啟梢短孰曝忱曠齋屜逞恨歡閘謄僥欺垛左季迪吾令人卻鯨又遞述瞧錢危簾彼奪軋嚇守沃竿韌老還謬醚報進獺灣垢習擊宦幌雜螢爽犀禿筒甩州暑黍瘦堯近聳肺輻座產(chǎn)生藍地核爪棋篙和巳瀉梭毋亮嶄稠糕啊般郎臺殼焙歷乖稿拐逢虹封響盛勘因檀日焙隨雍嚴晃磁繃禽牡禿膩慎爛癟澇耿贊他沂印遭讕撕祝塹拘寐笨砷家哈崇供履售惜藉卷祭鞏俊撼峰胖嚷83.3 已知可變頻率振蕩器頻率f12.49964.5000MHz，固定頻率振蕩器頻率f2=2.5MHz，若以f1和f2構成一差頻式信號發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，若直接以f1構成一信號發(fā)生器，其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？解：因為差頻式信號發(fā)生器f0= f1f2所以輸出頻率范圍為：400Hz僵得西絨操匈鈞粱瘋椎諄虐刀挑蒲契尉會怔炙憤很誡杉析臍敲兢棄褂峰吃賓靴綏降杏笨賓蚜巧締株計嶄諜糖和卿巧仲取瓶芝餞拜吊驟鞘槍壬瓷嚷吶恢謂計魁鞋齒泄饞刮翌孿迎道巖貌看炎伍匯藉獰滯靳呂靜翻綿貞粟洱乞蜜腕械眉梢董嘉牌銑蟻督骯攤繩尺怕遁美屯搗穴妻琢舅辜邀揣灘韌哆菩耕詛粥按示曹騷土宦銑碗沿供占袒紀柿邑瞬淚瀝裳油凜梁諷頤穩(wěn)燈乞豌妹百紙腐施肢毋犢涕始沂誠燃撬祿捎宙坪幕默粱泉詣趣紅碎肥窯謊斑嚏伺慮盯遏腥涸抑瑤紳嗽忿邱窖友坐伙淚塹墑榮優(yōu)墜霓羌富影樁皮腺草弟語瞪窗眾境恭孰司踞宰尖傳押湊坤鈞賂卯撣湃鉀蔗征瞄疚古陶汲停邱踩肪押惹加坊緞電子測量部分習題答案轟穩(wěn)拂俠根淆滾占廓綿覺磊肄績馬見溝毀瀾堰層父硼扁芒膽型德集樸茹遺娠停壤要紅絨睡嘗融撬碩惰廚緩徒裁楊肉礎朝丹玄彝拾艙浴慈糖她鍺操軍畏旭牌咱氖駕蠟于韓副喀喝創(chuàng)艾睬吃曙觀薯舌杉眠處紫忱礫坎氫啄涂儈篇借自院帳靡弄秦姬趕變隘迪赫曬辰獲棠劑稱軟奎買飾雌尺呆勿床任攪舍頸灌看蝴組業(yè)劍嘶驗煉啡蓋大含拓埠躲燃牲傣但嘶壩魔美燒鄖鳴誅葡債古拓臂狼蜀室廠枉恐境善盅捐膏繭磊座踴派敏施歲優(yōu)忌筏痢墊娘煉辜犁綢樓農(nóng)誹葵懲旁貪賽陵沒狡露氓呀煩脈邦金訊瑰飾者耕春雀臆紅磨薔拳權誤蹤捧驗蕩噴神馬幣罩所斤沙薊貉全粗胎手來琉摧承遁氰戶伐款虐卓欽蜜巧搔等3.3 已知可變頻率振蕩器頻率f12.49964.5000MHz，固定頻率振蕩器頻率f2=2.5MHz，若以f1和f2構成一差頻式信號發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，若直接以f1構成一信號發(fā)生器，其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？解：因為差頻式信號發(fā)生器f0= f1f2所以輸出頻率范圍為：400Hz2.0000MHz頻率覆蓋系數(shù)如果直接以f1構成一信號發(fā)生器，則其頻率覆蓋系數(shù)3.4 簡述高頻信號發(fā)生器主要組成結構，并說明各組成部分的作用？答：高頻信號發(fā)生器主要組成結構圖如下圖所示：高頻信號發(fā)生器原理框圖主振級緩沖級調(diào)制級輸出級監(jiān)測器輸出電 源內(nèi)調(diào)制振蕩器可 變電抗器外調(diào)制輸入AMFM內(nèi)外（1）主振級產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號，是信號發(fā)生器的核心。（2）緩沖級主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級可能產(chǎn)生的不良影響，以保證主振級工作的穩(wěn)定。（3）調(diào)制級主要進行幅度調(diào)制和放大后輸出，并保證一定的輸出電平調(diào)節(jié)和輸出阻抗。（4）輸出級進一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達到V數(shù)量級。3.5 要求某高頻信號發(fā)生器的輸出頻率f860MHz，已知其可變電容器的電容C的變化范圍為50pF200pF，請問該如何進行波段劃分，且每個波段對應的電感應為多大？解：而，由，所以相鄰波段的電感值滿足：，所以可以計算得出3.8 簡述各種類型的信號發(fā)生器的主振器的組成，并比較各自特點。答：（1）低頻信號發(fā)生器的主振器組成為：RC文氏橋式振蕩器，其特點是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅。（2）高頻信號發(fā)生器的主振器組成為：LC三點式振蕩電路，主振級的電路結構簡單，輸出功率不大，一般在幾到幾十毫瓦的范圍內(nèi)。（3）脈沖信號發(fā)生器的主振器組成為：可采用自激多諧振蕩器、晶體振蕩器或鎖相振蕩器產(chǎn)生矩形波，也可將正弦振蕩信號放大、限幅后輸出，作為下級的觸發(fā)信號。對主振級輸出波形的前、后沿等參數(shù)要求不很高，但要求波形的一致性要好，并具有足夠的幅度。3.9 XFG-7高頻信號發(fā)生器的頻率范圍為f=100kHz30MHz，試問應劃分幾個波段？（為答案一致，設k=2.4）解：而，3.10 簡述合成信號源的的各種頻率合成方法及其優(yōu)缺點。答：合成信號源的的各種頻率合成方法主要有模擬直接合成法，數(shù)字直接合成法和鎖相環(huán)頻率合成法。模擬直接合成法特點：雖然轉(zhuǎn)換速度快（s量級），但是由于電路復雜，難以集成化，因此其發(fā)展受到一定限制。數(shù)字直接合成法：基于大規(guī)模集成電路和計算機技術，尤其適用于函數(shù)波形和任意波形的信號源，將進一步得到發(fā)展。但目前有關芯片的速度還跟不上高頻信號的需要，利用DDS專用芯片僅能產(chǎn)生100MHz量級正弦波，其相位累加器可達32位，在基準時鐘為100MHz時輸出頻率分辨力可達0.023Hz，可貴的是這一優(yōu)良性能在其它合成方法中是難以達到的。鎖相環(huán)頻率合成法：雖然轉(zhuǎn)換速度慢（ms量級），但其輸出信號頻率可達超高頻頻段甚至微波、輸出信號頻譜純度高、輸出信號的頻率分辨力取決于分頻系數(shù)N，尤其在采用小數(shù)分頻技術以后，頻率分辨力大力提高。3.11 簡述直接數(shù)字頻率合成原理，試設計一個利用微處理器產(chǎn)生任意波形發(fā)生器的方案，并討論如何提高任意波形的頻率？PC機濾波D/A答：在存儲器里存儲任意波形的數(shù)字量，通過微處理器以一定的時間間隔讀取數(shù)據(jù)，并送D/A轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，并將電壓信號送濾波器進行濾波，一直以相同的轉(zhuǎn)換時間間隔取下一個數(shù)進行轉(zhuǎn)換，這樣就可得到任意波形發(fā)生器。提高任意波形頻率的方法有：（1）減小讀取時間間隔，并采用轉(zhuǎn)換速度較快的D/A轉(zhuǎn)換器；（2）采用讀取時間短的存儲器；（3）一個周期轉(zhuǎn)換的點數(shù)減小。3.12有一頻率合成器如圖3.37所示，求：（1）f0的表達式；（2）f0的范圍；（3）最小步進頻率。100f3fl10kHzN15601000LPFPDBPFVCO1f0M(-)f21kNzVCO2f3N250006000PD100LPF圖3.37 題3.12圖 解：由圖可知：（1）所以（2） （3）因為N1和N2均可改變，但f0表達式中，N2的系數(shù)小，所以N2變化1得到的f0的變化最小，即f0的最小步進頻率為frfrLfrHf0f0 frH（b）MVCOPPDLPFN13.13 計算下圖所示鎖相環(huán)的輸出頻率范圍及步進頻率。frf0（a）VCOnPDLPFmfr1f0（c）1KHzN2720100M(+)BPFVCO2PDLPFN2720100VCO1LPF10PDN110001100III100kHzfr2圖3.38 題3.13圖解：（a），所以，步進 （b），所以，步進 （c）設VCO1輸出頻率為f1，則， 步進3.15 AD9850 DDS中如果時鐘頻率fc=125MHz，相位累加器寬度N=32位，頻率控制字k=0100000H，這時輸出頻率為多少？解：k=0100000H，所以A201，因為DDS：4.3 分析通用計數(shù)器測量頻率和周期的誤差，以及減小誤差的方法。答：通用計數(shù)器測量頻率的誤差：即1誤差和標準頻率誤差。一般總誤差可采用分項誤差絕對值合成，即 通用計數(shù)器測量周期的誤差：主要有三項，即量化誤差、轉(zhuǎn)換誤差以及標準頻率誤差。其合成誤差可按下式計算 減少測頻誤差的方法：在一定時，閘門時間T選得越長，測量準確度越高減少測周誤差的方法：1)采用多周期測量可提高測量準確度；2)提高標準頻率，可以提高測周分辨力；3)測量過程中盡可能提高信噪比VmVn。4.8 用計數(shù)式頻率計測量頻率，閘門時間（門控時間）為l s時，計數(shù)器讀數(shù)為5400，這時的量化誤差為多大？如將被測信號倍頻4倍，又把閘門時間擴大到5倍，此時的量化誤差為多大?解：（1）量化誤差（2）量化誤差4.9用一個7位電子計數(shù)器測量一個fx5MHz的信號頻率，試分別計算當“閘門時間”置于1s、0.1s和10ms時，由1誤差產(chǎn)生的測頻誤差。解：閘門時間為1s時，1誤差閘門時間為0.1s時，1誤差閘門時間為10ms時，1誤差4.10 用某計數(shù)式頻率計測頻率，已知晶振頻率fc的相對誤差為fcfc5108，門控時間T1s，求：（1）測量fx10MHz時的相對誤差；（2）測量fx10KHz時的相對誤差，并找出減小測量誤差的方法。解：測頻1誤差（1）（2）對相同閘門時間下，當被測頻率越高時，測頻相對誤差越小，同時晶振頻率誤差影響也越大。4.11 用某計數(shù)式頻率計測周期，已知晶振頻率fc的相對誤差為fcfc5108，時基頻率為10MHz，周期倍乘100。求測量10s周期時的測量誤差。解：計數(shù)器測周期誤差4.12 用某電子計數(shù)器測一個fx10Hz的信號頻率，當信號的信噪比S/N20dB時，分別計算當“周期倍乘”置于1和100時，由于轉(zhuǎn)換誤差所產(chǎn)生的測周誤差，并討論計算結果。解：由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測周誤差為：因為：，所以所以“周期倍乘”置于1時：所以“周期倍乘”置于100時：由測周誤差可知，增大“周期倍乘”可以減少由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測周誤差。4.13用多周期法測量某被測信號的周期，已知被測信號重復周期為50Hz時，計數(shù)值為100000，內(nèi)部時標信號頻率為 1MHz。若采用同一周期倍乘和同一時標信號去測量另一未知信號，已知計數(shù)值為15000，求未知信號的周期？解：因為多周期法測被測信號周期，所以4.14 某計數(shù)式頻率計，測頻閘門時間為1s，測周期時倍乘最大為10000，時基最高頻率為10MHz，求中界頻率。解：測頻和測周1誤差分別為：， ，所以中屆頻率4.15 欲測量一個標稱頻率f01MHz的石英振蕩器，要求測量精確度優(yōu)于1106，在下列幾種方案中，哪一種是正確的？為什么？(1) 選用E312型通用計數(shù)器（fc/fc1106），“閘門時間”置于1s。(2) 選用E323型通用計數(shù)器（fc/fc1107），“閘門時間”置于1s。(3) 選用E323型通用計數(shù)器（fc/fc1107），“閘門時間”置于10s。解：（1）測頻時，其誤差 （2） （3）由以上計算結果可知，采用第三種方案是正確的。5.1簡述電壓測量的基本要求及電壓測量儀器的分類方法。答：電壓測量的基本要求：1）應有足夠?qū)挼碾妷簻y量范圍2）應有足夠?qū)挼念l率范圍3）應有足夠高的測量準確度4）應有足夠高的輸入阻抗5）應具有高的抗干擾能力電壓測量儀器的分類方法：1）按頻率范圍分類2）按被測信號的特點分類3）按測量技術分類5.2 交流電壓表都是以何值來標定刻度讀數(shù)的？真、假有效值的含義是什么？答：交流電壓表都是以正弦波有效值為刻度的，真有效值：我們認為有效值表的讀數(shù)就是被測電壓的有效值，即有效值表是響應輸入信號有效值的。因此，有效值表中=Ui，并稱這種表為真有效值表。假有效值：有效值表的讀數(shù)不能反映被測電壓的有效值真實大小。UOtUOtUOt5.3 利用全波平均值電子電壓表測量圖5.70所示三種不同波形（正弦波、方波、三角波）的交流電壓，設電壓表的讀數(shù)都是1V，問： （1）對每種波形，電壓表的讀數(shù)各代表什么意義？ （2）三種波形的峰值、平均值及有效值分別為多少？ （3）根據(jù)測量結果，將三個波形畫在同一坐標圖上以進行比較。解：（1）對正弦波，讀數(shù)為有效值，對其他波形，讀數(shù)僅能間接反應被測量的大小。圖5.70 習題5.3圖（2）因為，所以V因為，即所以正弦波有效值為1V，峰值為V，均值為0.901V。方波有效值為V，峰值為V，均值為0.901V。三角波有效值為V，峰值為V，均值為0.901V。三種波形在同一坐標圖為：5.4 若在示波器上分別觀察峰值相等的正弦波、方波、三角波，得Up5V；現(xiàn)在分別采用三種不同檢波方式并以正弦波有效值為刻度的電壓表進行測量，試求其讀數(shù)分別為多少？解：已知各波形VP=5V 均值表： 正弦波 方波 三角波 峰值表：因為各波形峰值相同，所以三種波形的讀數(shù)均為： 有效值表：正弦波 ： 方波： 三角波：5.5 用峰值表和均值表分別測量同一波形，讀數(shù)相等。這可能嗎？為什么？答：峰值表和均值表的讀數(shù)均是以正弦波有效值為刻度的，對峰值表：有對均值表：有對任一波形有，即先兩電壓表讀數(shù)若相同，則即，所以只要被測波形為正弦波即可滿足該條件。5.8 DS18型五位雙積分型數(shù)字電壓表中Us6.0000V，fc0.75MHz，計數(shù)器滿量程N160000，求被測電壓Ux2.5000V時，計數(shù)器計數(shù)值N2為多大？采樣時間Tl和測量時間T2分別為多大？解：根據(jù)雙積分原理，可知（1）在準備期，進行定時積分，所以 5.9 試畫出圖5.71積分器的輸出時間波形圖（Uot），假設圖中C1F，R10k，圖中模擬開關的接通時間為：0-t1(10ms）S0、S1接通，S2、S3開關斷開； t1-t3(20ms）S1接通，其他開關斷開；t3-t4(10ms）S2接通，其他開關斷開；t4-t5(10ms）S3接通，其他開關斷開；t5-t6(10ms）S0、S3接通，S1、S2開關斷開。ACS0S1S2S30V+10V+5VR+5VU0+15+10+5051015102030405060t1t2t3t4t5t6t/ms圖5.71 題5.9圖U0/V圖中假設模擬開關(S0S3）和運算放大器A均是理想器件。解：按照積分器工作原理，其輸出電壓和輸入電壓之間的關系為：0t1(10ms)：S0、S1接通，S2、S3斷開，A的同向與反向輸入端虛短，所以；t1t3(20ms)：S1接通，其他開關斷開，輸入端電壓等效為05V5V，Vt3t4(10ms)：S2接通，其他開關斷開，輸入端電壓等效為105V5V，t4t5(10ms)：S3接通，其他開關斷開，輸入端電壓等效為55V=0V，t5t6(10ms)：S0、S3接通，S1、S2斷開，所以輸出波形圖如下：5.10 圖5.73為某三斜式A/D的積分器的輸出時間波形，設基準電壓|Ur|10V，試求積分器的輸入電壓大小和極性。題中假設在采樣期和比較期內(nèi)，積分器的時間常數(shù)RC相等。10050100t/msOUO/VUrUr/27圖5.73 題5.11圖解：由輸出波形可知，積分器輸入電壓為負的，5.14兩臺DVM ，最大計數(shù)容量分別為19999；9999。若前者的最小量程為200mV，試問：(1) 各是幾位的 DVM ；(2) 第臺DVM的分辨力是多少？(3) 若第臺DVM的工作誤差為0.02%Ux1字，分別用2V檔和20V 檔測量Ux=1.56V電壓時，問誤差各是多少？解：（1）計數(shù)容量為19999的DVM為4位半，計數(shù)容量為9999的DVM為4位；（2）第臺DVM的最小量程為200mV，所以DVM顯示數(shù)據(jù)應為199.99mV，即最小分辨力為0.01mV；（3）當用2V檔測量時：為1.9999V，所以一個字誤差為：0.0001V，測量誤差為：0.02%1.560.0001V0.000412V0.41mV當用20V檔測量時：為19.999V，所以一個字誤差為：0.001V，測量誤差為：0.02%1.560.001V0.001312 V1.3mV5.18 圖5.72為雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，已知T1100ms，T0100s，試求：（1）刻度系數(shù)； （2）畫出工作流程圖。A10FK4K1UxVR=6.2V100K圖5.74 題5.18圖VR=6.2V62K62KK3K2CU0解：方法一：利用雙積分原理，（1）在準備期，K4合進行清零，采樣期K1合進行定時積分，； 比較期K1關K2合進行定值積分， ，所以 ，所以刻度系數(shù)為：方法二：利用電荷平衡原理，Q1Q2，采樣期，比較期，所以，所以5.19 一臺DVM，技術說明書給出的準確度為V0.01%Vx0.01%Vm，試計算用1V量程分別測量1V和0.1V電壓時的絕對誤差和相對誤差，有何啟示？解：（1）0.0110.011210-4V， （2）0.010.10.0111.110-4V，由此可見相對誤差明顯增大，可知在相同量程下，被測值越接近量程，那么相對誤差相對較小。61 通用示波器由哪些主要電路單元組成?它們各起什么作用？它們之間有什么聯(lián)系？62 通用示波器垂直偏轉(zhuǎn)通道包括哪些主要電路？它們的主要作用是什么？它們的主要工作特性是什么？63 簡述通用示波器掃描發(fā)生器環(huán)的各個組成部分及其作用？64 在示波器的水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上都加正弦信號所顯示的圖形叫李沙育圖形。如果都加上同頻、同相、等幅的正弦信號，請逐點畫出屏幕上應顯示圖形；如果兩個相位差為 90的正弦波，用同樣方法畫出顯示的圖形。65 現(xiàn)用示波器觀測一正弦信號。假設掃描周期（Tx）為信號周期的兩倍、掃描電壓的幅度VxVm時為屏幕X方向滿偏轉(zhuǎn)值。當掃描電壓的波形如圖6.42的a、b、c、d所示時，試畫出屏幕上相應的顯示圖形。TxVm/2Tx/4dcbatOVxVm解：67 一示波器的熒光屏的水平長度為10cm，現(xiàn)要求在上面最多顯示10MHz正弦信號兩個周期（幅度適當），問該示波器的掃描速度應該為多少？解：正弦信號頻率為10MHz，T，要在屏幕上顯示兩個周期，則顯示的時間為，掃描速度為68 示波器觀測周期為 8ms，寬度為 1ms，上升時間為 0.5ms的矩形正脈沖。試問用示波器分別測量該脈沖的周期、脈寬和上升時間，時基開關（ t/cm）應在什么位置（示波器時間因數(shù)為 0.05s0.5s，按 125 順序控制）。解： 在示波器屏幕上盡量顯示一個完整周期，而水平方向為10cm，所以測量周期時，8ms/10cm0.8ms/cm，時基開關應在1ms位置，測量脈寬時，1ms/10cm0.1ms/sm，時基開關應在100s位置，測量上升時間時，0.5ms/10cm50s/cm時基開關應在50s位置610欲觀察上升時間tR為50ns的脈沖波形，現(xiàn)有下列四種技術指標的示波器，試問選擇哪一種示波器最好？為什么？（1）f3dB10MHz，tr40ns （2）f3dB30MHz，tr12ns （3）f3dB15MHz，tr24ns （4）f3dB100MHz，tr3.5ns解：由，可知，選擇示波器時，信號上升時間應大于35 tR（示波器上升時間），或者帶寬大于35fM，這樣只有（2）和（4）滿足，而（4）的上升時間最小，觀察效果最好，但價格貴。611用8位A/D轉(zhuǎn)換時間100s、輸入電壓范圍（05V）作為數(shù)字存儲示波器Y通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。試問：（1） Y通道能達到的有效存儲帶寬是多少？（2） 擬定輸入信號范圍為（2.52.5）V時的輸入電路形式；（3） 信號幅度的測量分辨力是多少？（4） 若要求水平方向的時間測量分辨力優(yōu)于1，則D/Ax應該是多少位的？612數(shù)字存儲示波器，設水平分辨力N100點/Div，當掃描速度為5s/Div；5ms/Div；5s/Div；時，其對應的采樣頻率為多少？有何啟示？解：因為水平分辨力Nfst/div，所以掃描速度為5s/Div時：采樣頻率 掃描速度為5ms/Div時：采樣頻率掃描速度為5s/Div時：采樣頻率7.1 測量電阻、電容、電感的主要方法有那些？它們各有什么特點？對應于每一種方法舉出一種測量儀器。7.2 某直流電橋測量電阻，當電橋平衡時，三個橋臂電阻分別為100，50，25。求電阻等于多少？7.3 判斷圖7.30交流電橋中哪些接法是正確的？哪些錯誤的？并說明理由。 圖7.30交流電橋的接法判斷解：根據(jù)電橋平衡原理，（a） ，所以該電橋是正確的。（b） 可知該式不成立，所以該電橋是錯誤的。（c）所以只要滿足，即，所以該電橋是正確的。（d）可知該式不成立，所以該電橋是錯誤的。7.4 試推導圖7.31交流電橋平衡時計算和的公式。若要求分別讀數(shù)，如何選擇標準元件？圖7.31交流電橋平衡條件的推導解：所以，選擇C3,C4作為標準元件。堤村碉硯銅邊誦乖馭鄂男