电子测量部分习题答案

3.3可变频率振荡器频率f,2，固定频率振荡器频率fff假设以和构成一差频式信号发生器，试求其频率覆盖系数，假设直接以l构成一信号发生i2器，解：f=ff其频率覆盖系数又为多少？因为差频式信号发生器所以输出频率范围为：02频率覆盖系数k.=5000=510400Hz0000MHz012343fi如果直接以构成一信号发生器，那么其频率覆盖系数.4.5000MHzk°=1.82.4996MHz简述高频信号发生器主要组成结构，并说明各组成局部的作用?高频信号发生器主要组成结构图3.4如以下图所示：答:高频信号发生器原理框1主振级产生具有一定工作频率范围的正弦信号，是信号发生器的核心。2缓冲级主要起阻抗变换作用，用来隔离调制级对主振级可能产生的不良影响，以保证主振级工作的稳定。34N数量级。3.5要求某高频信号发生器的输出频率化f=8~60MHz，其可变电容器的电容C的变范围为50pF~200pF，请问该如何进行波段划分，且每个波段对应的电感应为多大？60MHz78Hzk?==7.5,ky=k氏：：而n-一1C是二f解C2二,n4,由1fmin「「二0相邻波段的电感值满足：所以可以计算得出LnL=H」LH」LH」II23.8简述各种类型的信号发生器的主振器的组成，并比拟各自特点。答：〔低频信号发生器的主振器组成为：调节，并且波形失真小和易于稳幅。〔〕高频信号发生器的主振器组成为：三点式振荡电路，主振级的电路结构简单，输出功率不大，一般在几到几十毫瓦的范围内。〔〕脉冲信号发生器的主振器组成为：可采用自激多谐振荡器、晶体振荡器或锁相振荡器产生矩形波，也可将正弦振荡信号放大、限幅后输出，作为下级的触发信号。对主振级输出波形的前、后沿等参数要求不很高，但要求波形的一致性要好，并具有足够的幅度。3.9高频信号发生器的频率范围为f=100kHz~30MHz，试问应划分几个波段？〔为k=2.4〕答案一致，设300,0=^-100KHz解：而…重些=-k匚_"lg2.47简述合成信号源的的各种频率合成方法及其优缺点。答：合成信号源的的各种频率合成方法主要有模拟直接合成法，数字直接合成法和锁相环频率合成法。模拟直接合成法特点：虽然转换速度快〔其开展受到一定限制。量级〕，但是由于电路复杂，难以集成化，因此数字直接合成法：基于大规模集成电路和计算机技术，尤其适用于函数波形和任意波形的信号源，将进位，在基准时钟为0.023Hz,可贵的是这一优良性能在其它合成方法中是难以到达的。一步得到开展。但目前有关芯片的速度还跟不上高频信号的需要，利用专用芯片仅能产生量级正弦波，其相位累加器可达时输出频率分辨力可达锁相环频率合成法：虽然转换速度慢〔量级〕，但其输出信号频率可达超高频频段甚至微波、输出信号频谱纯度高、输出信号的频率分辨力取决于分频系数技术以后，频率分辨力大力提高。尤其在采用小数分频答：在存储器里存储任意波形的数字量，通过微处理器以一定的时间间隔读取数据，并送转换器进行转换，并将电压信号送滤波器进行滤波，一直以相同的转换时间间隔取下一个数进行转换，这样就可得到任意波形发生器。提高任意波形频率的方法有：(1)(2)(3)减小读取时间间隔，并采用转换速度较快的采用读取时间短的存储器；转换器;一个周期转换的点数减小。有一频率合成器如图所示，求：(1)f0的表达式；(2)f0的范围；(3)最小步进频率。解：由图可知：i(1)f-f血=o3N一2_Nff=Nf22〔J所以°11003.373.12题图图川=N=~2f=560f0min=56010KHz=5650KHz=5.650MHz1001100,,6000f60001KHzf=1000f=100010KHz-=10060KHz=10.060MHz1100(3)因为和均可改变，但表达式中,f0的系数小，所以变化得到的1100f0f0f的变化最小，即的最小步进频率为。=——100计算以下图所示锁相环的输出频率范围及步进频率。(c)3.383.13题图图fm上，步进fr(a)f0-解:,所以rnmnnf+f，步进(b)=f_f-rNr所以1P上PNP(c)1ffN1矗ff122fN2°21KHz------=10HzN221001kHz(1000~1100))100kHz(720~1000)10fz(0&fff1,输出频率为那么设fN1,6N1，11kHz1000100kHz720=72.1MHz10f-=0H1kHz1止丘步进-------=100Hz10中如果时钟频率f位，频率控制字，相位累加器宽度c,这时输出频率为多少？解：k=0100000H，所以A因为=20fA125MHzfcA-30517.578125Hz=-----------12—2夜20=30.518KHz7卜")通用计数器测量周期的误差：主要有三项，即量化误差、转换误差以及标准频率误差。其合成误差可按下式计算J.S.f11TTf2U|fnxxcmc|f减少测频误差的方法：在一定时，闸门时间选得越长，测量准确度越高Tx减少测周误差的方法：采用多周期测量可提高测量准确度；提高标准频率，可以提高测周分辨力；VVn测量过程中尽可能提高信噪比。4.8ls用计数式频率计测量频率，闸门时间(门控时间)为时，计数器读数为这时的量化误差为多45倍，又把闸门时间扩大到倍，此时的量化误差大？如将被测信号倍频为多大？„=〔〕解：量化误差N11N一=品量化误差—xNNfTx4.97用一个位电子计数器测量一个f=x0.1s的信号频率，试分别计算当“闸门时间〞置于、1和时，由土误差产生的测频误差。,二=21解：闸门时间为时，土误差——=——=----------------MX盘NfT1x、.：N«........,勺0NfT0.1s闸门时间为时，土误差1———1x.N圭=1闸门时间为时，±误差熟=—=---------------------!NfTx8fc的相对误差为△f/fc=±5X108,门控时用某计数式频率计测频率，晶振频率间T=求：(1)fx=测量时的相对误差；9ff1误差fxc解：测频土fc时的相对误差，并找出减小测量误差的方法。(2)fx=测量f1,、*5与=J10Jx=(f166x18(-----------5)=4二=3f13x对相同闸门时间下，当被测频率越高时，测频相对误差越小，同时晶振频率误差影响也越大。用某计数式频率计测周期，晶振频率fc的相对误差为△fc/50,刈一时基频8率为，周期倍乘。求测量周期时的测量误差。解：计数器测周期误差T1f(1竖4b=一(510000510一6用某电子计数器测一个fx=的信号频率，当信号的信噪比时，分别计算当“周_1U解：由转换误差产生的测周误差为:T2U二一，x20lg^U所以上U因为:UnnX1X期倍乘〞置于和时，由于转换误差所产生的测周误差，1并讨论计算结果。1一..........—X」2=X1所以“周期倍乘〞置于时：一=Tx，上T11~___一所以“周期倍乘〞置于x时：=—-----------11x乂T2二x由测周误差可知，增大“周期倍乘〞可以减少由转换误差产生的测周误差。用多周期法测量某被测信号的周期，被测信号重复周期为时，计数值为100000,内部时标信号频率为。假设采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未N=kTf解：因为多周期法测被测信号周期，xc1000005000000所以kTff50xcfccxc15000fT-0.003sxkf5000000c----------fcfccc某计数式频率计，测频闸门时间为1s,测周期时倍乘最大为X时基最局频率为,求中界频率。1解：测频和测周土误差分别为：f1T1£xx--.-----=---------------=-----xffTT10TfnfTxxxxcffT10Tff.xx一，所以史一nn=~1^TMxxccf=J°101MHZ中届频率M1欲测量一个标称频率f的石英振荡器，要求测量精确度优于土,/___.在下6列几种方案中，哪一种是正确的？为什么？(1)选用型通用计数器(△f/f1X10—“闸门时间〞置于。cc(2)选用型通用计数器(△f/fc<±1X10—“闸门时间〞置于。c(3)选用型通用计数器(△f/f1Xcc“闸门时间〞置于10s，f1f1-…一.…、，0)6(1)解：测频时，其误差亍=±(^^+〒)十〔勺勺6ff1于)(2)(3)7A1)=111061cx业=.(」fTff1xs712=。=7c)(6f1c6由以上计算结果可知，采用第三种方案是正确的。1〕2〕3〕4〕5〕电压测量仪器的分类方法：1按频率范围分类2〕3〕按被测信号的特点分类按测量技术分类5.2交流电压表都是以何值来标定刻度读数的？真、假有效值的含义是什么？答：交流电压表都是以正弦波有效值为刻度的，真有效值：我们认为有效值表的读数就是被测电压的有效值，即有效值表是响应输入信号有效值的。因此，有效值表中a,并称这种表为真有效值表。假有效值：有效值表的读数不能反映被测电压的有效值真实大小。5.3利用全波平均值电子电压表测量图是问：所示三种不同波,〔〕〔〕〔〕对每种波形，电压表的读数各代表什么意义？三种波形的峰值、平均值及有效值分别为多少？根据测量结果，将三个波形画在同一坐标图上以进行比拟。接反响被测量的大小。1一一一一U==----=aU因为~，所以=K~FK~F=KU,=U=KU=KKUUU/KU因为即FPPPPFPU1乂所以正弦波有效值为峰值为V，均值为。PUU=FnU=方波有效值为峰值为均值P为。UK.U=,三角波有效值为V峰值为FU=，均值为0.901V。PV解：各波形PV=ppkk=5均值表:正弦波~fVp=—11方波p—V—p三角波KPk三种波形在同一坐标图为:VP峰值表：因为各波形峰值相同，所以三种波形的读数均为:.、，V5p车走5=N有效值表：正弦波k2p5=VP万波：S1…=V5三角波：:p5」5.5用峰值表和均值表分别测量同一波形，读数相等。这可能吗？为什么?VP对峰值表：有答：峰值表和均值表的读数均是以正弦波有效值为刻度的，对均值表：有:-V=对任一波形有K=已，即VKKVV一FFPPKP==PVKKVFP先两电压表读数假设相同，那么:=,22KK即所以只要被测波形为正弦波即可满足该条件。FP2、5.8—型五位双积分型数字电压表中—,fc=0.75MHz,计数器满量程N=UTT时，计数器计数值和测量时间分别为求被测电压i|2多大？N在准备期，进行定时积分,N2I6.00002.5000=N600002解：根据双积分原理，可知NTTIf-=I=NICCCT=NT：C22fcN所以25.9试画出图积分器的输出时间波形图(Uo，假设图中C=Q,图中模拟开关的接通时间为：0-tS〔023t-t(S1接通，其他开关断开；2接通，其他开关断开；&接通，其他开关断开；13t-tS34t-t45t-tSSSS开关断开。、、接通，3I5602图中假设模拟开关A和运算放大器均是理想器件。“U/VO+15'+10-+510203040506001J11A.-5-10-15t565.715.9题图图解：按照积分器工作原理，其输出电压和输入电压之间的关系为:11tt2[Vdt=-100[Vdt2iii——~3_61010110V=01A、接通，、断开，的同向与反向输入端虚短，所以；ot1-:接通，其他开关断开，输入端电压等效为0—5V=—VM"3V(：—t3—:接通，其他开关断开，输入端电压等效为V—100*4=15—100」o3o2t4—:接通，其他开关断开，输入端电压等效为5—VVdtj：0dt=「iVt5—:、接通，、断开，=o5所以输出波形图如下:图为某三斜式求积分器的/D入电压大小和极性。等。|=10V,试的积分器的输出时间波形，设基准电压题中假设在采样期和比拟期内，积分器的时间常数相解：由输出波形可知，积分器输入电压为负的,V「i=——1>100)一…23T2n'271237试问：(1)(2);各是几位的第①台的分辨力是多少？(3)假设第①台的工作误差为1档测量U土字，分别用档和电x压时，问误差各是多少？(1)解：计数容量为44为位半，计数容量为的为位；的(2)(3)所以第①台的最小量程为,显示数据应为即最小分辨力为当用+==当用=V=转换器，「=T=s,试求:G为双积分(1)(2)刻度系数；画出工作流程图。解：方法图1TUdt=—二U;xxRC1RC1uTT...、，…，、一…1-Udt=-+-----U2比拟期关合进行正值积分，r所以o1rxRC1RC2RUN1RTMr=,所以刻度系数为:RTT21RN22o21213=l10RTT21一。—3oQT方法二：利用电荷平衡原理，,1122RR12URU2UU所以所以LxrMNRR1NT-10UR20,xRNRTT=0.01V/字100_10_6.23UR「e=3RTT2130一台,技术说明书给出的准确度为Z=±XV试计算用土xm量程分别测量和电压时的绝对误差和相对误差，有何启示？210=0.02%,〔〕△=%X1+1=解：(2)△=0.010.1+1.1X=_A='=011%,丫1.10由此可见相对误差明显增大，可知在相同量程下，被勺V0.1x测值越接近量程，那么相对误差相对较小。1通用示波器由哪些主要电路单元组成它们各起什么作用？它们之间有什么联系？2通用示波器垂直偏转通道包括哪些主要电路？它们的主要作用是什么？它们的主要工作特性是什么？3简述通用示波器扫描发生器环的各个组成局部及其作用？4在示波器的水平和垂直偏转板上都加正弦信号所显示的图形叫李沙育图形。如果都如果两个相位差为加上同频、同相、等幅的正弦信号，请逐点画出屏幕上应显示图形；的正弦波，用同样方法画出显示的图形。5现用示波器观测一正弦信号。假设扫描周期〔Tx为信号周期的两倍、扫描电压的VXabcd幅度=方向满偏转值。当扫描电压的波形如图的、、、所示时，试画出x屏幕上相应的显示图形。解:7一示波器的荧光屏的水平长度为，现要求在上面最多显示正弦信号两个周期〔幅度适当〕，问该示波器的扫描速度应该为多少？117要在屏幕上显示两个周T=—=----------------=1X10-s,,T=解：正弦信号频率为7f101010t=2T=2x10，扫描速度为-------------=50><10cm/s期，那么显示的时间为62108示波器观测周期为宽度为上升时间为的矩形正脉冲。试问用示波器分别测量该按〕时间因数为0.5s,1—2—5顺序控制〕。解：在示波器屏幕上尽量显示一个完整周期，而水平方向为10cm,所以测量周期时，=0.8ms/cm，时基开关应在位置，测量脉宽时，=0.1ms/sm，时基开关应在g位置，测量上升时间时，ps/cm时基开关应在g位置t的脉冲波形，现有以下四种技术指标的示波器，试问选择哪一种示波欲观察上升时间为R器最好？为什么？〔1f,t〔〕f,t3dBf,tr<〔〕f=〕产产==3dB〔〕,tv「解：由，可知勺选择示波器时，信号上升r时间应大于和tR35fM,这样只有〔〕4满足,而〔〕的上升时间最小，观察效果最好，但价格贵。8［用位作为数字存储示波器通道的模数转s、输入电压范围(5V)］Y转换时间换器。试问：(1)Y通道能到达的有效存储带宽是多少？(2)(3)(4)5+V时的输入电路形式；拟定输入信号范围为(一信号幅