電子測(cè)量與儀器陳尚松版的課后答案

1、第三章 信號(hào)發(fā)生器思考題與習(xí)題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(gòu)成一差頻式信號(hào)發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，若直接以f1構(gòu)成一信號(hào)發(fā)生器，其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？解：因?yàn)椴铑l式信號(hào)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(gòu)成一信號(hào)發(fā)生器，則其頻率覆蓋系數(shù)3.5 要求某高頻信號(hào)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(qǐng)問該如何進(jìn)行波段劃分，且每個(gè)波段對(duì)應(yīng)的電感應(yīng)為多大？解：而，由，所以相鄰波段的電感值滿足：，所

2、以可以計(jì)算得出3.9 XFG-7高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍為f=100kHz30MHz，試問應(yīng)劃分幾個(gè)波段？（為答案一致，設(shè)k=2.4）解：而，3.11 簡(jiǎn)述直接數(shù)字頻率合成原理，試設(shè)計(jì)一個(gè)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(jī)濾波D/A答：在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)任意波形的數(shù)字量，通過微處理器以一定的時(shí)間間隔讀取數(shù)據(jù)，并送D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將電壓信號(hào)送濾波器進(jìn)行濾波，一直以相同的轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔取下一個(gè)數(shù)進(jìn)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(shí)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(shí)間短的存儲(chǔ)器；（3）一個(gè)周

3、期轉(zhuǎn)換的點(diǎn)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(dá)式；（2）f0的范圍；（3）最小步進(jìn)頻率。÷100f3fl10kHz×N15601000LPFPDBPFVCO1f0M(-)f21kNzVCO2f3÷N250006000PD÷100LPF圖3.37 題3.12圖 解：由圖可知：（1）所以（2） （3）因?yàn)镹1和N2均可改變，但f0表達(dá)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(jìn)頻率為frfrLfrHf0f0 frH（b）×MVCO÷PPDLPF÷N13.13 計(jì)算下圖所

4、示鎖相環(huán)的輸出頻率范圍及步進(jìn)頻率。frf0（a）VCO÷nPDLPF÷mfr1f0（c）1KHz÷N2720100M(+)BPFVCO2PDLPF÷N2720100VCO1LPF÷10PD÷N110001100III100kHzfr2圖3.38 題3.13圖解：（a），所以，步進(jìn) （b），所以，步進(jìn) （c）設(shè)VCO1輸出頻率為f1，則， 步進(jìn)3.15 AD9850 DDS中如果時(shí)鐘頻率fc=125MHz，相位累加器寬度N=32位，頻率控制字k=0100000H，這時(shí)輸出頻率為多少？解：k=0100000H，所以A201，因?yàn)镈DS：第

5、四章： 時(shí)頻測(cè)量4.3 分析通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率和周期的誤差，以及減小誤差的方法。答：通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的誤差：即±1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。一般總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成，即 通用計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的誤差：主要有三項(xiàng)，即量化誤差、轉(zhuǎn)換誤差以及標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。其合成誤差可按下式計(jì)算 減少測(cè)頻誤差的方法：在一定時(shí)，閘門時(shí)間T選得越長(zhǎng)，測(cè)量準(zhǔn)確度越高減少測(cè)周誤差的方法：1)采用多周期測(cè)量可提高測(cè)量準(zhǔn)確度；2)提高標(biāo)準(zhǔn)頻率，可以提高測(cè)周分辨力；3)測(cè)量過程中盡可能提高信噪比VmVn。4.8 用計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)量頻率，閘門時(shí)間（門控時(shí)間）為l s時(shí)，計(jì)數(shù)器讀數(shù)為5400，這時(shí)的量化誤差為多大？如將被測(cè)

6、信號(hào)倍頻4倍，又把閘門時(shí)間擴(kuò)大到5倍，此時(shí)的量化誤差為多大?解：（1）量化誤差（2）量化誤差4.9用一個(gè)7位電子計(jì)數(shù)器測(cè)量一個(gè)fx5MHz的信號(hào)頻率，試分別計(jì)算當(dāng)“閘門時(shí)間”置于1s、0.1s和10ms時(shí)，由±1誤差產(chǎn)生的測(cè)頻誤差。解：閘門時(shí)間為1s時(shí)，±1誤差閘門時(shí)間為0.1s時(shí)，±1誤差閘門時(shí)間為10ms時(shí)，±1誤差4.10 用某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)頻率，已知晶振頻率fc的相對(duì)誤差為fcfc±5×108，門控時(shí)間T1s，求：（1）測(cè)量fx10MHz時(shí)的相對(duì)誤差；（2）測(cè)量fx10KHz時(shí)的相對(duì)誤差，并找出減小測(cè)量誤差的方法。解：測(cè)頻&#

7、177;1誤差（1）（2）對(duì)相同閘門時(shí)間下，當(dāng)被測(cè)頻率越高時(shí)，測(cè)頻相對(duì)誤差越小，同時(shí)晶振頻率誤差影響也越大。4.11 用某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)周期，已知晶振頻率fc的相對(duì)誤差為fcfc±5×108，時(shí)基頻率為10MHz，周期倍乘100。求測(cè)量10s周期時(shí)的測(cè)量誤差。解：計(jì)數(shù)器測(cè)周期誤差4.12 用某電子計(jì)數(shù)器測(cè)一個(gè)fx10Hz的信號(hào)頻率，當(dāng)信號(hào)的信噪比S/N20dB時(shí)，分別計(jì)算當(dāng)“周期倍乘”置于×1和×100時(shí)，由于轉(zhuǎn)換誤差所產(chǎn)生的測(cè)周誤差，并討論計(jì)算結(jié)果。解：由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測(cè)周誤差為：因?yàn)椋海运浴爸芷诒冻恕敝糜?#215;1時(shí)：所以“周期倍乘”置于&

8、#215;100時(shí)：由測(cè)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(cè)周誤差。4.13用多周期法測(cè)量某被測(cè)信號(hào)的周期，已知被測(cè)信號(hào)重復(fù)周期為50Hz時(shí)，計(jì)數(shù)值為100000，內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為 1MHz。若采用同一周期倍乘和同一時(shí)標(biāo)信號(hào)去測(cè)量另一未知信號(hào)，已知計(jì)數(shù)值為15000，求未知信號(hào)的周期？解：因?yàn)槎嘀芷诜y(cè)被測(cè)信號(hào)周期，所以4.14 某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)，測(cè)頻閘門時(shí)間為1s，測(cè)周期時(shí)倍乘最大為×10000，時(shí)基最高頻率為10MHz，求中界頻率。解：測(cè)頻和測(cè)周±1誤差分別為：， ，所以中屆頻率4.15 欲測(cè)量一個(gè)標(biāo)稱頻率f01MHz的石英振蕩器，要求測(cè)量精確度優(yōu)于&

9、#177;1×106，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(jì)數(shù)器（fc/fc±1×106），“閘門時(shí)間”置于1s。(2) 選用E323型通用計(jì)數(shù)器（fc/fc±1×107），“閘門時(shí)間”置于1s。(3) 選用E323型通用計(jì)數(shù)器（fc/fc±1×107），“閘門時(shí)間”置于10s。解：（1）測(cè)頻時(shí)，其誤差 （2） （3）由以上計(jì)算結(jié)果可知，采用第三種方案是正確的。第五章 電壓測(cè)量UOtUOtUOt5.3 利用全波平均值電子電壓表測(cè)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(shè)

10、電壓表的讀數(shù)都是1V，問： （1）對(duì)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(cè)量結(jié)果，將三個(gè)波形畫在同一坐標(biāo)圖上以進(jìn)行比較。解：（1）對(duì)正弦波，讀數(shù)為有效值，對(duì)其他波形，讀數(shù)僅能間接反應(yīng)被測(cè)量的大小。圖5.70 習(xí)題5.3圖（2）因?yàn)?，所以V因?yàn)?，即所以正弦波有效值?V，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(biāo)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

11、刻度的電壓表進(jìn)行測(cè)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?yàn)楦鞑ㄐ畏逯迪嗤?，所以三種波形的讀數(shù)均為： 有效值表：正弦波 ： 方波： 三角波：5.8 DS18型五位雙積分型數(shù)字電壓表中Us6.0000V，fc0.75MHz，計(jì)數(shù)器滿量程N(yùn)160000，求被測(cè)電壓Ux2.5000V時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值N2為多大？采樣時(shí)間Tl和測(cè)量時(shí)間T2分別為多大？解：根據(jù)雙積分原理，可知（1）在準(zhǔn)備期，進(jìn)行定時(shí)積分，所以 5.9 試畫出圖5.71積分器的輸出時(shí)間波形圖（Uot），假設(shè)圖中C1F，R10k，圖中模擬開關(guān)的接通時(shí)間為：0-t1(10ms）S0、S1接

12、通，S2、S3開關(guān)斷開； t1-t3(20ms）S1接通，其他開關(guān)斷開；t3-t4(10ms）S2接通，其他開關(guān)斷開；t4-t5(10ms）S3接通，其他開關(guān)斷開；t5-t6(10ms）S0、S3接通，S1、S2開關(guān)斷開。ACS0S1S2S30V+10V+5VR+5VU0+15+10+5051015102030405060t1t2t3t4t5t6t/ms圖5.71 題5.9圖U0/V圖中假設(shè)模擬開關(guān)(S0S3）和運(yùn)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(guān)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(20m

13、s)：S1接通，其他開關(guān)斷開，輸入端電壓等效為05V5V，Vt3t4(10ms)：S2接通，其他開關(guān)斷開，輸入端電壓等效為105V5V，t4t5(10ms)：S3接通，其他開關(guān)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(shí)間波形，設(shè)基準(zhǔn)電壓|Ur|10V，試求積分器的輸入電壓大小和極性。題中假設(shè)在采樣期和比較期內(nèi)，積分器的時(shí)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(fù)的，5.14兩臺(tái)DVM ，最大計(jì)

14、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(tái)DVM的分辨力是多少？(3) 若第臺(tái)DVM的工作誤差為0.02%Ux±1字，分別用2V檔和20V 檔測(cè)量Ux=1.56V電壓時(shí)，問誤差各是多少？解：（1）計(jì)數(shù)容量為19999的DVM為4位半，計(jì)數(shù)容量為9999的DVM為4位；（2）第臺(tái)DVM的最小量程為200mV，所以DVM顯示數(shù)據(jù)應(yīng)為199.99mV，即最小分辨力為0.01mV；（3）當(dāng)用2V檔測(cè)量時(shí)：為1.9999V，所以一個(gè)字誤差為：0.0001V，測(cè)量誤差為：0.02%×1.560.0001V0.0004

15、12V0.41mV當(dāng)用20V檔測(cè)量時(shí)：為19.999V，所以一個(gè)字誤差為：0.001V，測(cè)量誤差為：0.02%×1.560.001V0.001312 V1.3mV。5.18 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(zhǔn)備期，K4合進(jìn)行清零，采樣期K1合進(jìn)行定時(shí)積分，； 比較期K1關(guān)K2合進(jìn)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，所以工作過程，按準(zhǔn)備期，采樣期和比較期進(jìn)行，流程圖如下： 5.19 一臺(tái)DVM，技術(shù)說明書給出的準(zhǔn)確度為V±0.01%Vx±0.01%×Vm，試計(jì)算用1V量程分別測(cè)量1V和0.1V電壓時(shí)的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，有何啟示？解：（1）0.01×10.01×12×10-4V， （2）0.01×0.10.01×11.1×10-4V，由此可見相對(duì)誤差明顯增大，可知在相同量程下，被測(cè)值越接近量程，那么相對(duì)誤差相對(duì)較小。第六章時(shí)域測(cè)量（示波器）613 有A，B兩臺(tái)數(shù)字示波器，最高采樣率均