電子測量習(xí)題與解答

1、思考與練習(xí)111 什么是測量？什么是電子測量？答：測量是為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程。在這個過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測量與標(biāo)準(zhǔn)的同類單位量進(jìn)行比較，從而確定被測量與單位量之間的數(shù)值關(guān)系，最后用數(shù)值和單位共同表示測量結(jié)果。從廣義上說，凡是利用電子技術(shù)進(jìn)行的測量都可以說是電子測量；從狹義上說，電子測量是指在電子學(xué)中測量有關(guān)電的量值的測量。13 按具體測量對象來區(qū)分，電子測量包括哪些內(nèi)容？答：電子測量內(nèi)容包括：（1）電能量的測量如：電壓，電流電功率等；（2）元件和電路參數(shù)的測量如：電阻，電容，電感，阻抗，品質(zhì)因數(shù)，電子器件的參數(shù)等：（3）電信號的特性的測量如：信號的波形和失真度，頻率

2、，相位，調(diào)制度等；（4）電子電路性能的測量如：放大倍數(shù)，衰減量，靈敏度，噪聲指數(shù)等：（5）特性曲線顯示如：幅頻特性，相頻特性曲線等。14 電子測量技術(shù)有哪些優(yōu)點？答：（1）測量頻率范圍寬（2）測試動態(tài)范圍廣（3）測量的準(zhǔn)確度高（4）測量速度快（5）易于實現(xiàn)遙測和長期不間斷的測量（6）易于實現(xiàn)測量過程的自動化和測量儀器的智能化15 常用電子測量儀器有哪些？答：（1）時域測量的儀器：電子電壓表、電子計數(shù)器、電子示波器、測量用信號源等。（2）頻域測量的儀器：頻率特性測試儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等。（3）調(diào)制域測量儀器：調(diào)值 調(diào)制度儀、調(diào)制域分析儀等。（4）數(shù)據(jù)域測量儀器：邏輯筆、數(shù)字信號發(fā)生器、邏

3、輯分析儀、數(shù)據(jù)通信分析儀等。（5）隨機測量儀器：噪聲系數(shù)分析儀、電磁干擾測試儀等。思考與練習(xí)221 測量時為何會產(chǎn)生誤差？研究誤差理論的目的是什么？答：測量是用實驗手段確定被測對象量值的過程，實驗中過程中采用的方法、標(biāo)準(zhǔn)量和比較設(shè)備不一樣，都可能使實驗的確定值與被測對象的真值有差異，即都會產(chǎn)生誤差。研究誤差理論的目的就是掌握測量數(shù)據(jù)的分析計算方法、正確對測量的誤差值進(jìn)行估計、選擇最佳測量方案。22 測量誤差用什么表示較好？答：測量誤差通?？捎媒^對誤差和相對誤差兩種方法表示。若要反映測量誤差的大小和方向，可用絕對誤差表示；若要反映測量的準(zhǔn)確程度，則用相對誤差表示。23 測量誤差與儀器誤差是不是一

4、回事？答：當(dāng)然不是一回事。測量誤差指的是測量值與被測量真值的差異，造成這種差異的原因可能是儀器誤差、人身誤差、方法誤差和環(huán)境誤差等原因，因此儀器誤差是造成測量誤差的原因之一。而儀器誤差僅僅是指作為比較設(shè)備的測量儀器由于測量精度和準(zhǔn)確度所帶來的測量誤差。24 有一個100V的被測電壓，若用0.5級、量程為0-300V和1.0級、量程為0-100V的兩只電壓表測量，問哪只電壓表測得更準(zhǔn)些？為什么？答： 要判斷哪塊電壓表測得更準(zhǔn)確，即判斷哪塊表的測量準(zhǔn)確度更高。（1）對量程為0-300V、±0.5級電壓表，根據(jù)公式有 （2）對量程為0-100V、±1.0級電壓表，同樣根據(jù)公式有

5、從計算結(jié)果可以看出，用量程為0-100V、±1.0級電壓表測量所產(chǎn)生的示值相對誤差小，所以選用量程為0-100V、±1.0級電壓表測量更準(zhǔn)確。25 系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差的性質(zhì)是什么？它們對測量結(jié)果有何影響？答：（1）系統(tǒng)誤差是一個恒定不變的值或是具有確定函數(shù)關(guān)系的值；進(jìn)行多次重復(fù)測量，系統(tǒng)誤差不能消除或減少；系統(tǒng)誤差具有可控制性或修正性。系統(tǒng)誤差使測量的正確度受到影響。（2）隨機誤差的性質(zhì)主要有：在多次測量中，絕對值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多；在多次測量中，絕對值相等的正誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相同，即具有對稱性；測量次數(shù)一定時，誤差的絕對值不會超

6、過一定的界限，即具有有界性；進(jìn)行等精度測量時，隨機誤差的算術(shù)平均值的誤差隨著測量次數(shù)的增加而趨近于零，即正負(fù)誤差具有抵償性。隨機誤差影響測量精度。（3）粗大誤差的主要性質(zhì)是測量結(jié)果明顯偏離實際值。它使測量結(jié)果完全不可信，只有在消除粗大誤差后才能進(jìn)行測量。26 削弱系統(tǒng)誤差的主要方法是什么？答：削弱系統(tǒng)誤差的主要方法有：（1）零示法（2）替代法（3）補償法（4）對照法（5）微差法（6）交換法27 減小隨機誤差的主要方法是什么？答：理論上當(dāng)測量次數(shù)n趨于無限大時，隨機誤差趨于零。而實際中不可能做到無限多次的測量，多次測量值的算術(shù)平均值很接近被測量真值，因此只要我們選擇合適的測量次數(shù)，使測量精度滿足

7、要求，就可將算術(shù)平均值作為最后的測量結(jié)果。28 準(zhǔn)確度為0.5級、量程為0-100V的電壓表，其最大允許的絕對誤差為多少？ 答：最大允許的絕對誤差為： 29 測量上限為500V的電壓表，在示值450V處的實際值為445V，求該示值的：（1）絕對誤差（2）相對誤差（3）引用誤差（4）修正值答：（1）絕對誤差（2）相對誤差（3）引用誤差（4）修正值210 對某電阻進(jìn)行等精度測量10次，數(shù)據(jù)如下（單位k）：0.992、0.993、 0.992、 0.991、 0.993、 0.994、 0.997、 0.994、 0.991 、0.998。試給出包含誤差值的測量結(jié)果表達(dá)式。答：1）將測量數(shù)據(jù)按先后次

8、序列表。nn 10.992-0.00150.0000022560.9940.00050.0000002520.993-0.00050.0000002570.9970.00350.0000122530.992-0.00150.0000022580.9940.00050.0000002540.991-0.00250.0000062590.991-0.00250.0000062550.993-0.00050.00000025100.9980.00450.000020252）用公式求算術(shù)平均值。3）用公式求每一次測量值的剩余誤差，并填入上表中。4）用公式計算標(biāo)準(zhǔn)差的估計值。5）按萊特準(zhǔn)則判斷粗大誤差，

9、即根據(jù)剔除壞值。從表中可以看出，剩余殘差最大的第10個測量數(shù)據(jù)，其值為： 所以該組測量數(shù)據(jù)中無壞值。6）根據(jù)系統(tǒng)誤差特點，判斷是否有系統(tǒng)誤差，并修正。測量數(shù)據(jù)分布均勻，無規(guī)律分布，無系統(tǒng)誤差。7）用公式求算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差估計值。 8）用公式求算術(shù)平均值的不確定度。9）寫出測量結(jié)果的表達(dá)式。211 對某信號源正弦輸出信號的頻率進(jìn)行10次測量，數(shù)據(jù)如下（單位kHZ）：10.32、10.28、10.21、10.41、10.25、10.04、10.52、10.38、10.36、10.42。試寫出測量結(jié)果表達(dá)式。 答：1）將測量數(shù)據(jù)按先后次序列表。如表一所示。表一nn 110.320.0010.000

10、001610.04-0.2790.077841210.28-0.0390.001521710.520.2010.040401310.21-0.1090.011881810.380.0610.003721410.410.0910.008281910.360.0410.001681510.25-0.0690.0047611010.420.1010.0102012）用公式求算術(shù)平均值。3）用公式求每一次測量值的剩余誤差，并填入上表中。4）用公式計算標(biāo)準(zhǔn)差的估計值。5）按萊特準(zhǔn)則判斷粗大誤差，即根據(jù)剔除壞值。從表中可以看出，剩余殘差較大的為第6、7個測量數(shù)據(jù)，其值分別為： 所以該組測量數(shù)據(jù)中這兩個值為

11、具有粗大誤差的值，應(yīng)剔除。剔除壞值后，對剩余數(shù)據(jù)再重復(fù)以上步驟。6）用公式求算術(shù)平均值。 7）用公式求每一次測量值的剩余誤差，并填入下表二中。表二nn 110.32-0.0090.000081210.28-0.0490.002401310.21-0.1190.014161610.380.0510.002601410.410.0810.006561710.360.0310.000961510.25-0.0790.006241810.420.0910.0082818）用公式計算標(biāo)準(zhǔn)差的估計值。9）再按萊特準(zhǔn)則判斷粗大誤差，即根據(jù)剔除壞值。從表中可以看出，剩余殘差較大的為第3個測量數(shù)據(jù)，其值為：數(shù)據(jù)

12、說明剩下的數(shù)據(jù)無粗大誤差。10）根據(jù)系統(tǒng)誤差特點，判斷是否有系統(tǒng)誤差，并修正。測量數(shù)據(jù)分布均勻，無規(guī)律分布，無系統(tǒng)誤差。11）用公式求算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差估計值。 12）用公式求算術(shù)平均值的不確定度。13）寫出測量結(jié)果的表達(dá)式。（kHZ）212 將下列數(shù)據(jù)進(jìn)行舍入處理，要求保留四位有效數(shù)字。3.14159、2.71729、4.51050、3.21650、3.6235、6.378501、7.691499。答：3.14159 3.142（要被舍數(shù)字的值恰好等于5時，要保留數(shù)的末位為奇數(shù)1，所以在 最后位加1）。2.717292.7174.510504.511 （將5舍去向前一位進(jìn)1）3.216503

13、.216 （被舍數(shù)字的值恰好等于5時，要保留數(shù)的末位為偶數(shù)6，所以不變。） 3.62353.624 （要被舍數(shù)字的值恰好等于5時，要保留數(shù)的末位為奇數(shù)1，所以在 最后位加1）。6.3785016.378（被舍數(shù)字的值恰好等于5時，要保留數(shù)的末位為偶數(shù)6，所以不變。） 7.6914997.691思考與練習(xí)332 使用電阻器時要考慮哪些問題？答：電阻在電路中多用來進(jìn)行限流、分壓、分流以及阻抗匹配等。是電路中應(yīng)用最多的元件之一。使用電阻器時主要應(yīng)考慮電阻的標(biāo)稱阻值、額定功率、精度、最高工作溫度、最高工作電壓、噪聲系數(shù)及高頻特性等。RXGR1R2RnE圖3.1 直流電橋測電阻33 簡述直流電橋測量電阻

14、的基本方法。答：當(dāng)對電阻值的測量精度要求很高時，可用直流電橋法進(jìn)行測量。典型的惠斯登電橋的原理如圖3.1所示。其步驟如下：（1） 測量時，接上被測電阻，再接通電源（2） 通過量程開關(guān)調(diào)節(jié)比例系數(shù)，其中k=R1/R2。（3） 再調(diào)節(jié)，使電橋平衡，即檢流計指示為0。（4） 讀出和的值，用公式求得。R2GR3LXRXC2C4圖3.2 串聯(lián)電橋35 右圖表示的串聯(lián)電橋達(dá)到了平衡，其中、試求、的值。答：串聯(lián)電橋中，由電橋的平衡條件可得 由實部與實部、虛部與虛部相等可得： 分別將已知數(shù)值代入，可算得： 37 簡述晶體管圖示儀的組成及各部分的作用。答：晶體管圖示儀主要由同步脈沖發(fā)生器、基極階梯波發(fā)生器、集電

15、極掃描電壓發(fā)生器、測試轉(zhuǎn)換開關(guān)、垂直放大器、水平放大器和示波管組成。圖示儀工作時，同步脈沖發(fā)生器產(chǎn)生同步脈沖信號，使基極階梯波發(fā)生器和集電極掃描電壓發(fā)生器保持同步，以顯示正確而穩(wěn)定的特性曲線；基極階梯波發(fā)生器提供大小呈階梯變化的基極電流；集電極掃描電壓發(fā)生器提供集電極掃描電壓；測試轉(zhuǎn)換開關(guān)用以轉(zhuǎn)換測試不同結(jié)法和不同類型的晶體管特性曲線參數(shù)；垂直放大器、水平放大器和示波管組成示波器系統(tǒng)，用以顯示被測晶體管的特性曲線。思考與練習(xí)441 電流的直接測量與間接測量原理有何區(qū)別？兩種測量方法的測量準(zhǔn)確度各取決于什么因數(shù)？答：電流的直接測量就是把電流表串入電路，從電流表直接測出電流值。間接測量法就是先測量

16、負(fù)載兩端電壓，然后換算出電流值。直接測量法的測量準(zhǔn)確度主要取決于串入的電流表的精度和內(nèi)阻，內(nèi)阻越小越好；間接測量法則與電壓表精度和內(nèi)阻有關(guān)，內(nèi)阻越大越好。43 電流表的基本量程和擴大量程，哪一個量程的測量準(zhǔn)確度高？為什么？答：電流表的基本量程是指不增加測量線路直接測量電流的量程。如磁電式儀表可以直接測量直流，但由于被測電流要通過游絲和可動線圈，被測電流的最大值只能限制在幾十A到幾十mA之間，要測量大電流，就需要另外加接分流器。因此擴大量程是通過并聯(lián)不同的分流電阻實現(xiàn)，這種電流表的內(nèi)阻隨量程的大小而不同，量程越大，測量機構(gòu)流過的電流越大，分流電阻越小，電流表對外顯示的總內(nèi)阻也越小，而電流表測量電

17、流是串聯(lián)在電路中的，內(nèi)阻越小對電路的影響越小，因而測量準(zhǔn)確越高。44 有兩只量程相同的電流表，但內(nèi)阻不一樣，問哪只電流表的性能好？為什么？答：電流表測量電流是將表串聯(lián)在電路中的，內(nèi)阻越小對電路的影響越小，因而測量準(zhǔn)確越高。47 電流的測量方案有哪些？答：電流測量的方法可分為直接測量法和間接測量法。直流電流的測量可采用磁電式電流表、數(shù)字電壓萬用表等儀表，通過直接測量法和間接測量法進(jìn)行測量；交流電流的測量可采用電磁式電流表、熱電式電流表和數(shù)字電壓萬用表等儀表，通過直接測量法和間接測量法進(jìn)行測量。思考與練習(xí)551 簡述電壓測量的意義。答：電壓、電流和功率是表征電信號能量大小的三個基本參數(shù)，其中又以電

18、壓最為常用。通過電壓測量，利用基本公式可以導(dǎo)出其它的參數(shù)；此外，電路中電流的狀態(tài)，如飽和、截止、諧振等均可用電壓形式來描述；許多電參數(shù)，如頻率特性、增益、調(diào)制度、失真度等也可視為電壓的派生量；許多電子測量儀器，如信號發(fā)生器、阻抗電橋、失真度儀等都用電壓量作指示。因此，電壓測量是其他許多電參數(shù)量，也包括非電參數(shù)量測量的基礎(chǔ)，是相當(dāng)重要和相當(dāng)普及的一種參數(shù)測量。52用正弦有效值刻度的均值電壓表測量正弦波、方波和三角波，讀數(shù)都為1V，三種信號波形的有效值為多少？解：先把=1V換算成正弦波的平均值。按“平均值相等則讀數(shù)相等”的原則，方波和三角波電壓的平均值也為0.9V，然后再通過電壓的波形因數(shù)計算有效

19、值。 53 在示波器上分別觀察到峰值相等的正弦波、方波和三角波，分別用都是正弦有效值刻度的、三種不同的檢波方式的電壓表測量，試求讀數(shù)分別為多少？解：（1）用峰值檢波方式電壓表測量，讀數(shù)都是5V，與波形無關(guān)。（2）用有效值檢波正弦有效值刻度的電壓表測量正弦波 方波 三角波 （3）用均值檢波正弦有效值刻度的電壓表測量正弦波 方波 波形因數(shù)和波峰因數(shù)均為1，所以其平均值為5V，相應(yīng)此平均值的正弦有效值即為讀數(shù)值。三角波 相應(yīng)此平均值的正弦波的有效值即為讀數(shù)值。54 欲測量失真的正弦波，若手頭無有效值電壓表，只有峰值電壓表和均值電壓表可選用，問選哪種表更合適些？為什么？答：利用峰值電壓表測失真的正弦波

20、時可能產(chǎn)生非常大的誤差。因為峰值檢波器對波形響應(yīng)十分敏感，讀數(shù)刻度不均勻，它是在小信號時進(jìn)行檢波的，波形誤差可達(dá)30左右。若用均值電壓表測量波形誤差相對不大，它是對大信號進(jìn)行檢波，讀數(shù)刻度均勻。所以，選用均值電壓表更合適。55 逐次逼近比較式DVM和雙積分式DVM各有哪些特點？各適用于哪些場合？答：逐次逼近比較式DVM的特點：（1）測量速度快（2）測量精度取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻和基準(zhǔn)電壓源的精度以及D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)（3）由于測量值對應(yīng)于瞬時值，而不是平均值，抗干擾能力較差。逐次逼近比較式DVM多用于多點快速檢測系統(tǒng)中雙積分式DVM的特點：（1）它通過兩次積分將電壓轉(zhuǎn)換成與之成正比的時間間隔，抵消了電

21、路參數(shù)的影響。（2）積分器時間可選為工頻的整數(shù)倍，抑制了工頻干擾，具有較強的抗干擾能力。（3）積分過程是個緩慢的過程，降低了測量速度，特別是為了常選積分周期，因而測量速度低。雙積分式DVM適用于靈敏度要求高,測量速度要求不高, 有干擾的場合56 模擬電壓表和數(shù)字電壓表的分辨率各自與什么因數(shù)有關(guān)？答：模擬電壓表的分辨率是指能夠響應(yīng)的信號的最小值，一般用輸入信號的最小幅度表示。數(shù)字電壓表的分辨率是指DVM能夠顯示的被測電壓的最小變化值，即顯示器末位跳動一個數(shù)字所需的電壓值。它們的分辨率主要由工作原理、測試方法、電路參數(shù)等決定，數(shù)字電壓表的分辨率受A/D轉(zhuǎn)換器的影響。57 繪圖說明DVM的電路構(gòu)成和

22、工作原理答：數(shù)字電壓表（DVM）的組成如圖5.1所示。圖5.1數(shù)字電壓表的組成框圖模擬部分被測信號A/變換器邏輯控制電路計數(shù)器輸入電路顯示器時鐘信號發(fā)生電路數(shù)字部分整個框圖包括兩大部分，模擬部分包括輸入電路（如阻抗變換電路、放大和擴展量程電路）和A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表的核心，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。電壓表的技術(shù)指標(biāo)如準(zhǔn)確度、分辨率等主要取決于這部分的工作性能。數(shù)字部分主要完成邏輯控制、譯碼和顯示功能。59 數(shù)字電壓表的技術(shù)指標(biāo)主要有哪些？它們是如何定義的？答：數(shù)字電壓表的技術(shù)指標(biāo)主要有以下幾項。1測量范圍 測量范圍包括顯示的位數(shù)、量程的范圍和是否具有超量程能力等。 （1）顯示

23、位數(shù) 顯示位數(shù)是表示DVM精密程度的一個基本參數(shù)。所謂位數(shù)是指能顯示09共十個完整數(shù)碼的顯示器的位數(shù)。 （2）量程的范圍 DVM的量程范圍包括基本量程和擴展量程?；玖砍淌菧y量誤差最小的量程，它不經(jīng)過衰減和放大器；擴展量程是采用輸入衰減器和放大器來完成的，它的測量精度比基本量程的測量精度降低。 （3）超量程能力超量程能力是DVM的一個重要的性能指標(biāo)。1/2位和基本量程結(jié)合起來，可說明DVM是否具有超量程能力2分辨率 分辨率是指DVM能夠顯示的被測電壓的最小變化值，即顯示器末位跳動一個數(shù)字所需的電壓值。3測量速率測量速率是指每秒鐘對被測電壓的測量次數(shù)，或一次測量全過程所需的時間。4輸入特性輸入特

24、性包括輸入阻抗和零電流兩個指標(biāo)。直流測量時，DVM輸入阻抗用表示。量程不同，也有差別，一般在10M1000 M之間。交流測量時，DVM輸入阻抗用和輸入電容的并聯(lián)值表示，一般在幾十至幾百皮法之間。5抗干擾能力DVM的干擾分為共模干擾和串模干擾兩種。儀器中采用共模抑制比和串模抑制比來表示DVM的抗干擾能力。一般共模干擾抑制比為（80150）dB；串模抑制比為（5090）dB。6固有誤差和工作誤差DVM的固有測量誤差主要是讀數(shù)誤差和滿度誤差，通常用測量的絕對誤差表示。 (5-15)工作誤差指在額定條件下的誤差，通常也以絕對值形式給出。510 直流電壓的測量方案有哪些？答：直流電壓的測量一般可采用直接

25、測量法和間接測量法兩種?？捎脭?shù)字式萬用表、模擬式萬用表、電子電壓表、示波器等設(shè)備運用零示法、微安法等測量直流電壓。511 交流電壓的測量方案有哪些？答：交流電壓的測量一般可分為兩大類，一類是具有一定內(nèi)阻的交流信號源，另一類是電路中任意一點對地的交流電壓。交流電壓的常用測量方法有電壓表法和示波器法。512 甲、乙兩臺DVM，甲的顯示器顯示的最大值為9999，乙為19999，問：（1）它們各是幾位的DVM，是否有超量程能力？（2）若乙的最小量程為200mV，其分辨率為多少？（3）若乙的固有誤差為，分別用2V和20V檔測量電壓時，絕對誤差和相對誤差各為多少？答：（1）超量程能力是DVM的一個重要的性

26、能指標(biāo)。1/2位和基本量程結(jié)合起來，可說明DVM是否具有超量程能力。甲是4位DVM，無超量程能力；乙為4位半DVM，可能具有超量程能力。（2）乙的分辨率指其末位跳動±1所需的輸入電壓，所以其分辨率為0.1mV。（3）用2V擋測量絕對誤差 相對誤差 用20V擋測量絕對誤差 相對誤差 思考與練習(xí)661 目前常用的測頻方法有哪些，各有何特點？答：目前常用的頻率測量方法按工作原理可分為直接法和比對法兩大類。（1）直接法是指直接利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率的方法。電橋法和諧振法是這類測量方法的典型代表。直接法常常通過數(shù)學(xué)模型先求出頻率表達(dá)式，然后利用頻率與其它已知參數(shù)的關(guān)系測量頻率。如

27、諧振法測頻，就是將被測信號加到諧振電路上，然后根椐電路對信號發(fā)生諧振時頻率與電路的參數(shù)關(guān)系，由電路參數(shù)L、C的值確定被測頻率。（2）比對法是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率進(jìn)行比較來測量頻率。其測量準(zhǔn)確度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度。拍頻法、外差法及計數(shù)器測頻法是這類測量方法的典型代表。尤其利用電子計數(shù)器測量頻率和時間，具有測量精度高、速度快、操作簡單、可直接顯示數(shù)字、便于與計算機結(jié)合實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點，是目前最好的測頻方法。62 通用電子計數(shù)器主要由哪幾部分組成？畫出其組成框圖。答：電子計數(shù)器一般由輸入通道、計數(shù)器、邏輯控制、顯示器及驅(qū)動等電路構(gòu)成。 放大 整形 主門 門控信號被測信號 晶體振蕩

28、分頻電路 計數(shù) 譯碼 顯示邏輯控制Tx圖6.1電子計數(shù)器組成框圖63 測頻誤差主要由哪兩部分組成？什么叫量化誤差？使用電子計數(shù)器時，怎樣減小量化誤差？答：電子計數(shù)器測頻是采用間接測量方式進(jìn)行的，即在某個已知的標(biāo)準(zhǔn)時間間隔內(nèi)，測出被測信號重復(fù)的次數(shù)N，然后由公式計算出頻率。其誤差主要由兩部分組成。一是計數(shù)的相對誤差，也叫量化誤差；二是閘門開啟時間的相對誤差。按最壞結(jié)果考慮，頻率測量的公式誤差應(yīng)是兩種誤差之和。 量化誤差是利用電子計數(shù)器測量頻率，測量實質(zhì)是已知的時間內(nèi)累計脈沖個數(shù)，是一個量化過程，這種計數(shù)只能對整個脈沖進(jìn)行計數(shù)，它不能測出半個脈沖，即量化的最小單位是數(shù)碼的一個字。量化誤差的極限范圍

29、是±個字，無論計數(shù)值是多少，量化誤差的最大值都是一個字，也就是說量化誤差的絕對誤差。因此，有時又把這種誤差稱為“1個字誤差”，簡稱“誤差?！边@種測量誤差是儀器所固有的，是量化過程帶來的。當(dāng)被測量信號頻率一定時，主門開啟的時間越長，量化的相對誤差越小，當(dāng)主門開啟時間一定時,提高被測量信號的頻率，也可減小量化誤差的影響。64 測量周期誤差由哪幾部分組成？什么叫觸發(fā)誤差？測量周期時，如何減小觸發(fā)誤差的影響？答：電子計數(shù)器測量周期也是采用間接測量方式進(jìn)行的，與測頻誤差的分析類似，測周誤差也由兩項組成，一是量化誤差，二是時標(biāo)信號相對誤差。測周時輸入信號受到噪聲干擾，也會產(chǎn)生噪聲干擾誤差，這是一

30、種隨機誤差，也稱為觸發(fā)誤差。觸發(fā)誤差是指在測量周期時，由于輸入信號中的干擾噪聲影響，使輸入信號經(jīng)觸發(fā)器整形后，所形成的門控脈沖時間間隔與信號的周期產(chǎn)生了差異而產(chǎn)生的誤差，觸發(fā)誤差與被測信號的信噪比有關(guān)，信噪比越高，觸發(fā)誤差就越小，測量越準(zhǔn)確。65 使用電子計數(shù)器測量頻率時，如何選擇閘門時間？答：電子計數(shù)器測量頻率時，當(dāng)被測信號頻率一定時，主門開啟時間越長，量化的相對誤差就越小。所以在不使計數(shù)器產(chǎn)生溢出的前提，擴大主門的開啟時間Ts，可以減少量化誤差的影響。但主門時間越長測量時間就越長，所以兩者應(yīng)該兼顧。66 使用電子計數(shù)器測量周期時，如何選擇周期倍乘？答：電子計數(shù)器測量周期時，“周期倍乘”后再

31、進(jìn)行周期測量，其測量精確度大為提高。需要注意的是所乘倍數(shù)k要受到儀器顯示位數(shù)等的限制。67 欲用電子計數(shù)器測量=200HZ的信號頻率，采用測頻（閘門時間為1s）和測周（時標(biāo)為0.1s）兩種方案，試比較這兩種方法由±1誤差所引起的測量誤差。答：測頻時，量化誤差為 測周時，量化誤差為 從計算結(jié)果可以看出，采用測周方法的誤差小些。68 使用電子計數(shù)器測量相位差、脈沖寬度時，如何選擇觸發(fā)極性？答：電子計數(shù)器測量相位差、脈沖寬度時時通常是測量兩個正弦波上兩個相應(yīng)點之間的時間間隔，觸發(fā)極性可以取“+”，也可以取“-”，根據(jù)測量方便進(jìn)行選擇。為了減小測量誤差，可利用兩個通道的觸發(fā)源選擇開關(guān)，第一次

32、設(shè)置為“+”，信號由負(fù)到正通過零點，測得T1；第二次設(shè)置為“-”，信號由正到負(fù)通過零點，測得T2；兩次測量結(jié)果取平均值。69 欲測量一個=1MHZ的石英振蕩器，要求測量準(zhǔn)確度優(yōu)于±1×10-6，在下列幾種方案中，哪種是正確的，為什么？（1） 選用E312型通用計數(shù)器（±1×10-6），閘門時間置于1s。（2） 選用E323型通用計數(shù)器（±1×10-7），閘門時間置于1s。（3） 通用計數(shù)器型號同上，閘門時間置于10s。答：要看哪個方案正確，就是要比較哪種方案的測量準(zhǔn)確度符合要求。（1）選用E312型通用計數(shù)器（±1×

33、;10-6），閘門時間置于1s。（2）選用E323型通用計數(shù)器（±1×10-7），閘門時間置于1s。 （3）通用計數(shù)器型號同上，閘門時間置于10s。 從計算結(jié)果可以看出第3種方法是正確的，它符合測量準(zhǔn)確度的要求。610 利用頻率倍增方法，可提高測量準(zhǔn)確度，設(shè)被測頻率源的標(biāo)稱頻率為=1MHZ，閘門時間置于1s，欲把±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差減少到1×10-11，試問倍增系數(shù)應(yīng)為多少？答：倍增前量化誤差為 倍增系數(shù)為 611 利用下述哪種測量方案的測量誤差最??？（1） 測頻，閘門時間1s。（2） 測周，時標(biāo)100s。（3） 周期倍乘，N=1000。答：對于一確定

34、頻率f，可以根據(jù)中界頻率進(jìn)行判斷。中界頻率若題目中給定的被測頻率低于中界頻率，則采用測周法比測頻法誤差小，若先經(jīng)過“周期倍乘”，再進(jìn)行周期測量則誤差最小。思考與練習(xí)771 低頻信號源中的主振器常用哪些電路？為什么不用LC正弦振蕩器直接產(chǎn)生低頻正弦振蕩？答：低頻信號源中的主振器一般由RC振蕩電路或差頻式振蕩電路組成。相對來說采用RC振蕩電路或差頻式振蕩電路比LC振蕩電路簡單，調(diào)節(jié)方便。72 畫出文氏橋RC振蕩器的基本構(gòu)成框圖，敘述正反饋橋臂的起振條件和負(fù)反饋橋臂的穩(wěn)幅原理。答：圖7.1文氏電橋振蕩器的原理框圖foR2C2R4+-AC1R1R3圖7.1為文氏電橋振蕩器的原理框圖。R1、C1、R2、

35、C2組成RC選頻網(wǎng)絡(luò)，可改變振蕩器的頻率；R3、R4組成負(fù)反饋臂，可自動穩(wěn)幅。 在時，輸入信號經(jīng)RC選頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭\算放大器。同相端的電壓與運算放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)形成的電壓同相，即有和。這樣，放大器和RC選頻網(wǎng)絡(luò)組成的電路剛好組成正反饋系統(tǒng)，滿足振蕩的相位條件，因而有可能振蕩。此時，反饋系數(shù)F=1/3，因此只要后接的二級放大器的電壓放大倍數(shù)為A，那么就滿足了振蕩器起振的幅值條件AVF1，可以維持頻率時的等幅正弦振蕩。實際電路中，其中R3是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。在振蕩器的起振階段，由于溫度低，R3的阻值較大，負(fù)反饋系數(shù)小，使負(fù)反潰放大器的電壓增益大于3，的信號產(chǎn)生增幅振蕩。隨著該信號的增大，流

36、過R3的電流增大，從而使R3的溫度升高，阻值下降，反饋深度加深，負(fù)反饋放大器的電壓放大倍數(shù)減小，只要R3、R4選擇恰當(dāng)，最后將達(dá)到穩(wěn)定的等幅正弦振蕩。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)定的等幅振蕩之后，如果由于某種原因引起輸出電壓增大時，由于直接接在R3、R4的串聯(lián)電路中，從而使流過R3的電流增大，R3減小也會使負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)下降，令輸出電壓減小，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。73 高頻信號發(fā)生器主要由哪些電路組成？各部分的作用是什么？答：高頻信號發(fā)生器主要包括主振級、緩沖級、調(diào)制級、輸出級、監(jiān)測電路和電源等電路。主振級產(chǎn)生高頻振蕩信號，該信號經(jīng)緩沖級緩沖后，被送到調(diào)制級進(jìn)行幅度調(diào)制和放大，調(diào)制后的信號再送給輸出

37、級輸出，以保證具有一定的輸出電平調(diào)節(jié)范圍。監(jiān)測電路監(jiān)測輸出信號的載波電平和調(diào)制系統(tǒng)數(shù)，電源用于提供各部分所需的直流電壓。74 高頻信號發(fā)生器中的主振級有什么特點？為什么它總是采用LC振蕩器？答：主振級用于產(chǎn)生高頻振蕩信號，它決定高頻信號發(fā)生器的主要工作特性。按產(chǎn)生主振信號的方法不同，高頻信號發(fā)生器可分為調(diào)諧信號發(fā)生器、鎖相信號發(fā)生器和合成信號發(fā)生器三大類。由調(diào)諧振蕩器構(gòu)成的信號發(fā)生器稱為調(diào)諧信號發(fā)生器。常用的調(diào)諧振蕩器就是晶體管LC振蕩電路，LC振蕩電路實質(zhì)上是一個正反饋調(diào)諧放大器，主要包括放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩個部分。這種電路易于在高頻段起振和調(diào)節(jié)。76 什么是頻率合成器，說明頻率合成的各種方法

38、及優(yōu)缺點。答：所謂頻率合成，是對一個或多個基準(zhǔn)頻率進(jìn)行頻率的加、減（混頻）、乘（倍頻）、除（分頻）四則運算，從而得到所需的頻率。這一系列頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度取決于基準(zhǔn)頻率，頻率合成的方法很多，但基本上分為兩類，一類是直接合成法，一類是間接合成法。在直接合成法中，由于基準(zhǔn)頻率和輔助參考頻率始終是存在的，轉(zhuǎn)換輸出頻率所需時間主要取決于混頻器、濾波器、倍頻器、分頻器等電路的穩(wěn)定時間和傳輸時間，這些時間一般較小，因此直接合成法可以得到較快的頻率轉(zhuǎn)換速度，從而廣泛應(yīng)用于跳頻通信、電子對抗、自動控制和測試等領(lǐng)域。其缺點是需用大量的混頻器、濾波器，體積大，價格高，也不易集成化。間接合成法通過鎖相環(huán)來完成頻率

39、的加、減、乘、除，即對頻率的運算是通過鎖相環(huán)來間接完成的。由于鎖相環(huán)具有濾波作用，因此可以省掉直接合成法中所需的濾波器，它的通頻帶可以作得很窄，其中心頻率便于調(diào)節(jié)，而且可以自動跟蹤輸入頻率，因而結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、便于集成，在頻率合成中獲得廣泛應(yīng)用。但間接合成法受鎖相環(huán)鎖定過程的限制，轉(zhuǎn)換速度較慢，一般為毫秒級。77 基本鎖相環(huán)由哪些部分組成，其作用是什么？答：基本鎖相環(huán)是由基準(zhǔn)頻率源、鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成的一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。鑒相器是相位比較裝置，它將兩個輸入信號Vi和VO之間的相位進(jìn)行比較, 取出這兩個信號的相位差，以電壓Vd的形式輸出給低通濾波器（

40、LPF）。當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器的輸出電壓是一個直流量。環(huán)路低通濾波器用于濾除誤差電壓中的高頻分量和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。壓控振蕩器是受電壓控制的振蕩器，它可根據(jù)輸入電壓的大小改變振蕩的頻率。一般都利用變?nèi)荻O管（變?nèi)莨埽┳鳛榛芈冯娙?，這樣，改變變?nèi)莨艿姆聪蚱秒妷?，其結(jié)電容將改變，從而使振蕩頻率隨反向偏壓而變。78 已知用于組成混頻倍頻環(huán)，其輸出頻率，步進(jìn)頻率，環(huán)路形式如下圖所示，求（1）M取“+”，還是“-”？（2）N=？混頻器(M)鑒相器f0=(73101.1)MHZ帶通濾波器f r1=100kHZ頻率源1壓控振蕩器低通濾波器頻率源2fr2=40MHZf=100

41、kHZ分頻器（÷N）解：根據(jù)鎖相原理，我們不難看出 而（1）若M取“+”，則則（2）若M取“-”，則則79 對測量信號源的基本要求是什么？答：對測試信號源的基本要求是：能滿足被測信號對頻率、幅度、波形種類、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度失真度等指標(biāo)要求，能進(jìn)行測試功能選擇。712 掃頻測量與點頻測量相比有什么優(yōu)點？答：在現(xiàn)代電子測量中，掃頻信號發(fā)生器之所以能獲得廣泛應(yīng)用，是因為掃頻信號發(fā)生器與點頻測量方法相比可以實現(xiàn)圖示測量，而且掃頻頻率的變化是連續(xù)的，不會漏掉被測特性的細(xì)節(jié)，從而使測量過程簡捷快速，并給自動或半自動測量創(chuàng)造了條件。與點頻法相比，掃頻法測頻具有以下優(yōu)點：（1）可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻率特性的自動

42、或半自動測量，特別是在進(jìn)行電路測試時，人們可以一面調(diào)節(jié)電路中的有關(guān)元件，一面觀察熒光屏上頻率特性曲線的變化，從而迅速地將電路性能調(diào)整到預(yù)定的要求。（2）由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，因此，所得到的被測網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線也是連續(xù)的，不會出現(xiàn)由于點頻法中頻率點離散而遺漏掉細(xì)節(jié)的問題。（3）點頻法是人工逐點改變輸入信號的頻率，速度慢，得到的是被測電路穩(wěn)態(tài)情況下的頻率特性曲線。掃頻測量法是在一定掃描速度下獲得被測電路的動態(tài)頻率特性，而后者更符合被測電路的應(yīng)用實際。714 如何合理選擇和正確使用測量用信號源？答：由于測量信號源的種類、型號繁多，使用時應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。（1）根據(jù)被測信號的頻率進(jìn)行

43、選擇?？筛鶕?jù)工作頻段選擇超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、超高頻信號發(fā)生器等。（2） 根據(jù)測試功能選擇。低頻信號發(fā)生器主要用于檢修、測試或調(diào)整各種低頻放大器、揚聲器、濾波器等頻率特性；高頻信號發(fā)生器主要用于測試各種接收機的靈敏度、選擇性等參數(shù)，同時也為調(diào)試高頻電子線路提供射頻信號；函數(shù)發(fā)生器可提供多種信號波形，可用于波形響應(yīng)研究；脈沖發(fā)生器可用于測試器件的振幅特性、過度特性和開關(guān)速度等。（3）根據(jù)被測信號波形選擇。（4）根據(jù)測量準(zhǔn)確度的要求進(jìn)行選擇。如在學(xué)生實驗中，對輸出信號的頻率、幅度準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以及波型失真等要求不嚴(yán)格時，可采用普通信號發(fā)生器；在對儀器校準(zhǔn)

44、或測量準(zhǔn)確度嚴(yán)格要求的場合中，應(yīng)選用準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度較高的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器。思考與練習(xí)881 通用示波器應(yīng)包括哪些單元？各有何功能？答： 通用示波器主要包括X偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和示波管三大部分。 Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)將輸入的被測交流信號放大；X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)提供一個與時間成線性關(guān)系的鋸齒波電壓；兩組電壓同時加到示波管的偏轉(zhuǎn)板上，示波管中的電子束在偏轉(zhuǎn)電壓的作用下運動，在屏幕上形成與被測信號一 致的波形。陰極射線示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，它們都被密封在真空的玻璃殼內(nèi)，電子槍產(chǎn)生的高速電子束打在熒光屏上，偏轉(zhuǎn)板控制電子束的偏轉(zhuǎn)方向，使其按要求在熒光屏相應(yīng)的部位產(chǎn)生熒光。84 怎樣控制掃描

45、電壓的幅度？答：在示波器電路中比較和釋抑電路可用于控制掃描電壓的幅度。比較電路利用比較、識別電平的功能來控制鋸齒波的幅度，在比較電路中，輸入電壓與預(yù)置的參考電平進(jìn)行比較，當(dāng)輸入電壓等于預(yù)置的參考電平時，輸出端電位產(chǎn)生跳變，并把它作為控制信號輸出。它決定掃描的終止時刻，從而確定鋸齒波的幅度，使電路產(chǎn)生等幅掃描。86 比較觸發(fā)掃描和連續(xù)掃描的特點。答：連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描示波器掃描的兩種方式。為了更好地觀測各種信號，示波器應(yīng)該既能連續(xù)掃描又能觸發(fā)掃描，掃描方式的選擇可通過開關(guān)進(jìn)行。在連續(xù)掃描時，沒有觸發(fā)脈沖信號，掃描閘門也不受觸發(fā)脈沖的控制，仍會產(chǎn)生門控信號，并啟動掃描發(fā)生器工作；在觸發(fā)掃描時，只有

46、在觸發(fā)脈沖作用下才產(chǎn)生門控信號。對于單次脈沖或者脈沖周期長的信號采用觸發(fā)掃描方式更能清晰觀測。87 試說明觸發(fā)電平、觸發(fā)極性調(diào)節(jié)的意義。答：在電路中設(shè)置觸發(fā)電平和觸發(fā)極性調(diào)節(jié)兩種控制方式，通過這兩種方式可任意選擇被顯示信號的起始點，便于對波形的觀測和比較。觸發(fā)極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿為“+”極性；觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的下降沿則為“”極性；觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值，觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，并決定掃描的起點。88 一示波器的熒光屏的水平長度為10cm，要求顯示10MHz的正弦信號兩個周期，問示

47、波器的掃描速度應(yīng)為多少？解：被測交流信號的周期為 其中 所以 89 有一正弦信號，使用垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div的示波器進(jìn)行測量，測量時信號經(jīng)過10：1的衰減探頭加到示波器，測得熒光屏上波形的高度為7.07div，問該信號的峰值、有效值各為多少？ 答：示波器測量的是峰-峰值。 正弦信號的峰值 正弦信號的有效值 811 某示波器的帶寬為120MHz，探頭的衰減系數(shù)為10：1，上升時間為t0=3.5ns。用該示波器測量一方波發(fā)生器輸出波形的上升時間tx，從示波器熒光屏上測出的上升時間為t0=11ns。問方波的實際上升時間為多少？答：由于測量包含了示波器本身的固有上升時間，必須修正，同時考慮探頭

48、衰減倍數(shù)，方波的實際上升時間為814 示波器測量電壓和頻率時產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？答：由于測量時是通過示波器屏幕上的刻度來讀數(shù)的，目前的多數(shù)示波器的最小刻度是1毫米，毫米以下是估測讀數(shù)，同時，示波器顯示的光跡不可能做得很細(xì)，因此產(chǎn)生誤差的主要原因是讀數(shù)誤差。816采用非實時取樣示波器能否觀察非周期性重復(fù)信號？能否觀察單次信號？為什么？答：不能。由于非實時取樣是從被測信號的許多相鄰波形上取得樣點的方法，以間隔10個、100個甚至更多個波形上取一個樣點，這樣，非周期重復(fù)信號和單次信號是不可能觀測的。思考與練習(xí)991 什么是時域測量？什么是頻域測量？兩者測試的對象是什么？答：以時間為自變量，以被

49、觀測信號(電壓、電流、功率)為變量進(jìn)行的分析和測試，就是時域測量。通過時域測試可發(fā)現(xiàn)信號通過電路后放大、衰減或畸變的現(xiàn)象；可測定電路工作在線性或非線性區(qū)；可判斷電路設(shè)計是否符合要求。以頻率為自變量，以各頻率分量的信號值為因變量進(jìn)行分析和測量就是頻域測量。任何一個過程或信號，既可在時域進(jìn)行分析來獲取其各種特性，也可以在頻域進(jìn)行分析獲取各種特性。 92 什么是頻譜分析，用頻譜分析儀和示波器分析信號有什么不同？各有什么優(yōu)點？答：頻率特性測試儀、頻譜分析儀都是以頻率為自變量，以各頻率分量的信號值為因變量進(jìn)行分析的，通過頻譜測量可以確定信號的諧波分量,還可以了解信號的頻譜占用情況。示波器和頻譜儀都可用來觀察同一物理現(xiàn)象，兩者所得的結(jié)果應(yīng)該是相同的。但由于兩者是從不同角度去觀察同一事物，故所得到的現(xiàn)象只能反映事物的不同側(cè)面。因此，從測量的觀點看，這兩類儀器各有特點，使用時應(yīng)注意選擇。（1）某些在時域較復(fù)雜的波形，在頻域的顯示可能較為簡單（2）如果兩個信號內(nèi)的基波幅度相等，兩次諧波幅度也相等，但基波與兩次諧波的相位差不相等，則這兩個信號所顯示的頻譜圖是沒有分別的，因為實際的頻譜分析儀通常只給出幅度譜和功率譜，不直接給出相位信息；但用示波器觀察這兩個信號的波形卻有明顯不同。（3）當(dāng)信號中所含的各頻率分量的幅度略有不同時,波形的變化是不太明顯的,用示波器很難定量分析失