電子測量原理復(fù)習(xí)大綱

1、電子測量原理復(fù)習(xí)大綱1、 有效數(shù)字 P43誤差不大于末位的半個單位的數(shù),從它左邊第一個不為0的數(shù)字起,直到右邊最后一個數(shù)字止,都是有效數(shù)字. 舍入規(guī)則：小于5舍去,大于5進位,等于5取偶數(shù).Eg；保留3位有效數(shù)字 35.9536.0 55.6555.62、 數(shù)字電壓表位數(shù)與分辨率、波峰因數(shù)和波形因數(shù)參數(shù)Eg 1, 2位數(shù)字電壓表（即最大讀數(shù)為199），如果對應(yīng)滿量程為2V，則分辨率為2200=0.01V/字2數(shù)字電壓表最大計數(shù)容量為199999，通常稱位電壓表為5數(shù)字電壓表，若其最小量程為0.2V，則分辨率為0.2200000=10(-6) V/字波形因數(shù) 交流電壓的波形因數(shù)的定義為該電壓的有

2、效值與平均值之比，即波峰因數(shù) 交流電壓的波峰因數(shù)的定義為該電壓的峰值與其有效值之比，即 檢波式電壓表讀數(shù)均按正弦波有效值進行刻度即讀數(shù)均為正弦波有效值。均值電壓表（放大檢波，靈敏度高，頻率范圍?。┚迪嗟?，則讀數(shù)相等峰值電壓表（檢波放大，靈敏度低，頻率范圍大）峰值相等，則讀數(shù)相等Eg 采用某電壓表（正弦有效值刻度）測量峰值相等（Vp=10v）的正弦波，方波，三角波發(fā)現(xiàn)讀數(shù)相同（正弦波Kp=1.414）則該表為峰值檢波方式，讀數(shù)為101.414=7.0726電子計數(shù)器提高測量精度方法P101、小數(shù)分頻技術(shù)P13915電子計數(shù)器測頻時，為提高測量精度，我們可以采取哪三種方法(一)電子計數(shù)器提高測量

3、精度方法1.內(nèi)插法計數(shù)器2.游標法計數(shù)器數(shù)字內(nèi)插技術(shù)3倒數(shù)計數(shù)器4平均測量技術(shù)1.倒數(shù)計數(shù)器原理是多周期同步測量法。計數(shù)器A對輸入信號進行計數(shù)，計數(shù)值為Nx=FxTFx為輸入信號頻率，計數(shù)器B對時鐘脈沖進行計數(shù)，計數(shù)值為Nx=FoTFo為時鐘脈沖頻率，則被測頻率為：Fx=NxNyFo同步電路的作用保證了門脈沖信號和被測信號同步。所以Fx與T同步Nx無1誤差而Fo與T不同步所以Ny有1誤差2游標法 這是以時間測量為基礎(chǔ)的計數(shù)器，設(shè)法測出整周期數(shù)外的零頭或尾數(shù)，Tx=TnTbTs Tn=NT01 Tb=xT02T01 Ts=yT02T01則被測時間為Tx=NT01xT02T01yT02T01=Nx

4、yT01xyT02=NT01xyT02T01=NT01xyT0這種計數(shù)器的分辨率為T02T013.內(nèi)插法 也是以測量時間間隔為基礎(chǔ)的技術(shù)方法，測出量化單位以下的尾數(shù)。T1和T2為零頭時間，他們的測量要用內(nèi)插器，將他們擴大N倍，然后在NT1和NT2時間內(nèi)對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而減小1誤差。Tn就是簡單地積累 被測時間間隔內(nèi)計數(shù)的N0個時鐘脈沖時間。 Tx=TnT1T2 Tx=N0T0 即被測時間為Tx=N0N1N21000 T0 被測周期為Tx=N0N1N21000 T0Nx被測頻率為Fx=1TxEg 16用游標法測量時間間隔T 用游標法測量一個時間間隔為t，假設(shè)f1領(lǐng)先f2且f1=10MHz,

5、f2=10.001MHz.經(jīng)過100個周期的追趕，兩個時標重合，求被測時間間隔t，以及這種方法能達到的最大分辨率答：t=100(1f11f2=9.9991010最大分辨率為110110.001=9.9991012（二）小數(shù)分頻是通過可變分頻和多次平均來實現(xiàn)小數(shù)分頻公式 N.F 其小數(shù)點有效位為A則N.F=N(10AF) （N1）F 10AEg 26.83 其A=2 ,N=26 ,F=83 則26.83=26(101083(26183 102。若實現(xiàn)75.6的分頻，則在10個參考頻率周期中要（10AF）=1016=4次除以75，要F=6次除以763、 數(shù)字示波器內(nèi)插器技術(shù)P177在數(shù)字示波器中常

6、用的內(nèi)插技術(shù)有正弦內(nèi)插和線性內(nèi)插。（1） 線性內(nèi)插最簡單的內(nèi)插形式是線性內(nèi)插。線性內(nèi)插是用直線把相鄰的兩個樣點連接起來，這是一種非常簡單而又自然的方法，提供的結(jié)果有限。插入點的數(shù)值y(t)用下式表示：y(t)=(t2t) （t2t1y(t1) tt1t2t1yt2（2） 正弦內(nèi)插ykt為取樣序列（取樣點為N），在每個取樣周期內(nèi)插入M點，一般T=1，根據(jù)正弦內(nèi)插公式知道N越大，正弦內(nèi)插后誤差越小，理論用到無窮多個取樣點即N為無窮，但計算時間太長，通常N為1018之間。兩種內(nèi)插方式的比較（1）不管采用哪種內(nèi)插方法，F(xiàn)sFi(取樣率信號頻率)比越高，效果越好（2）正弦波采用正弦內(nèi)插，三角波，方波和脈

7、沖信號采用內(nèi)插方式3.虛擬儀器接口類型 GPIB,VXI,PXI,DAQ和串口儀器4.雙積分式ADC特性1)抗串模干擾能力強2)對積分元件及時鐘信號的穩(wěn)定性和準確度要求大為降低3)測量靈敏度較高4)測量速度慢是其主要缺點5)積分器、比較器中運放的零點漂移會帶來轉(zhuǎn)換誤差5失真度分析儀原理及設(shè)計框圖P212（25總諧波和噪聲失真測量儀）失真度被定義為全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。由于基波難以單獨測量，當(dāng)失真度較小時，上述失真定義式可近似為： 按照近似式測量失真度，所得的是諧波電壓總有效值與被測信號總有效值之比。近似的條件：當(dāng)失真度小于10時，可用近似失真度測量值D代替定義值D0，否則需對D

8、值進行換算或修正。換算公式為按上式定義成的失真度測量儀方框圖如下圖所示 總諧波和噪聲失真測量儀方框圖6取樣技術(shù)的方法和各自優(yōu)缺點P161 24取樣技術(shù)是數(shù)字存儲示波器的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到所顯示波形的質(zhì)量。常采用取樣技術(shù)可分為 。請分別分析這兩類取樣技術(shù)的優(yōu)、缺點答：取樣就是從被測波形上取得樣點的過程。取樣分為實時取樣和非實時取樣兩種。 實時取樣：從一個信號波形中取得所有取樣點，來表示一個信號波形的方法。優(yōu)點；能采集非重復(fù)的單次波形。但要滿足1. 取樣定理: Fs2Fh 2.取樣率=N*掃描速度 N:每格樣點數(shù) 否則會產(chǎn)生混疊失真缺點：取樣率要比被測信號的帶寬高4-5倍。 等效取樣：從被測信號

9、的許多相鄰波形上取得樣點的方法。 等效采樣又可分為隨機采 樣和順序采樣，被測信號必須是周期信號順序采樣u 優(yōu)點：能以極低的采樣速率（100 kHz200kHz）獲得極高的帶寬（高達50GHz），垂直分辨率一般在10bit以上。u 這種示波器每個采樣周期在波形上只取一個樣點，u 缺點：不能進行非周期單次捕捉和預(yù)觸發(fā)觀察。 隨機采 樣優(yōu)點：可實現(xiàn)預(yù)觸發(fā)觀察。缺點：只限于周期重復(fù)信號。7示波器波形參數(shù)計算P1501頻帶寬度BW和上升時間tr 示波器的頻帶寬度BW一般指Y通道的頻帶寬度。上升時間tr是一個與頻帶寬度BW相關(guān)的參數(shù)，表示由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制，反映了示波器Y通道跟隨輸入信號快速

10、變化的能力。頻帶寬度BW與上升時間tr的關(guān)系可近似表示為BWtr=0.35u 2偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)指在輸入信號作用下，光點在熒光屏上的垂直（Y）方向移動1cm（即1格）所需的電壓值，單位為“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。偏轉(zhuǎn)因數(shù)表示了示波器Y通道的放大/衰減能力。偏轉(zhuǎn)因素的倒數(shù)稱為“（偏轉(zhuǎn)）靈敏度”。 u 3掃描速度掃描速度是指熒光屏上單位時間內(nèi)光點水平移動的距離，單位為“cm/s”。熒光屏上通常用間隔1cm的坐標線作為刻度線，因此掃描速度的單位也可表示為“cm/div”。掃描速度的倒數(shù)稱為“時基因素”，它表示單位距離代表的時間，單位為“t/cm”或“t/di

11、v”，時間t可為s、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的順序分成很多檔。 示波器帶寬P159u 一、示波器帶寬選擇依據(jù)u “5倍帶寬法則”：u 二、寬帶示波器的實現(xiàn)u 1、主要為Y通道放大器的帶寬、增益、失真u 2、對掃描電壓要求u 3、示波器探頭Eg 20示波管的Y 偏轉(zhuǎn)因數(shù) 某示波管的Y偏轉(zhuǎn)因數(shù)為6v/div,用其構(gòu)成示波器，要求最小偏轉(zhuǎn)因數(shù)為70mv/div，試估計Y通道放大器的單邊放大倍數(shù)，假如熒光屏的有效高度為8div，則Y通道末級放大器的輸出電壓幅度？答：A=DfyDy=60.07=85.7V=6v/div8div=48v8頻譜儀分辨率帶寬的計算（一）P204 3dB

12、帶寬：兩個幅度相等有一定距離的而且頻率分別為f1和f2的信號加到儀器出入端，在外差掃頻過程中兩個信號的響應(yīng)形成綜合曲線，當(dāng)綜合曲線中間的凹陷相對峰值下降到3dB時，兩信號的頻率間隔定義為儀器的分辨率帶寬（RBW）。-60dB帶寬：窄帶濾波器的-60dB帶寬用于區(qū)別兩個信號幅度不等的情況，通常把兩個相鄰頻譜分量幅度相差60dB時的分辨率稱為裙邊分辨率，它主要取決于濾波器-60dB通帶寬度，故用B60dB。波形因子：通常把60dB帶寬（B60）與3dB帶寬（B3）之比 定義為選擇性或稱波形因子 Sf=B60B3可見在同樣的分辨率帶寬條件下，選擇性值越小，測量小信號的頻率分辨率能力越強。Eg D=4

13、0Db, f=5kHz,Sf=11,B=3kHz,能否區(qū)分兩信號?答：B60=SfB=33kHzD1=35000300023300023000257=16.3所以無法顯示設(shè)B=x,則B60=11x,則40=35000x211x2x257 x=1.26因為F=5KHZ所以B選1KHZ或3KHZ，上式證明了3KHZ不對，所以選擇1KHZ分辨率帶寬濾波器。二 P208 T=KFRBW2 其中對于高斯形狀的濾波器，K=23，接近矩形的濾波器K=1015。F為掃描寬度即頻率量程，T為掃描時間，RBW為分辨率帶寬。Eg 設(shè)濾波式頻譜儀中，掃描寬度為25KHZ，掃描時間為60ms，試計算此時頻譜儀能達到的最

14、高頻率分辨率？RBW=KFT (其中K=2) Fmax=1RBW=1.1ms9多環(huán)合成技術(shù)P137重點在p145 5-1010頻率比測量原理框圖P100答：計數(shù)值N直接表示了兩個被測頻率的比值。為了正確地測出其頻率比值，應(yīng)使兩個被測頻率的較高者加于A通道，較低者加于B通道。為了提高頻率比的測量精度，課擴展被測信號B的周期個數(shù)，如果周期被乘放在“10n”檔上時，則計數(shù)結(jié)果N為N=10nFaFb或者FaFb=N10n11示波器的掃描速度和掃描正行程時間Eg 帶寬為3000MHZ的示波器，要求在測量150MHZ的信號時，水平坐標每4分格顯示一個信號周期，如果水平方向有20div，求示波器的掃描速度和

15、掃描正行程時間答：掃描速度v=4t=41150000000)=6108div/s 掃描正行程時間t1=20v=3.310812相位差的電子計數(shù)器原理的方框圖和波形圖P98電子計數(shù)器測量兩個正弦波相位差的電子計數(shù)器原理的方框圖和波形13掃描電壓必須滿足哪些要求P1491. 周期性 作用在X偏轉(zhuǎn)板的掃描電壓是周期性的才能顯示連續(xù)信號2. 線性 保證X偏轉(zhuǎn)板上的電子束沿水平方向等速運動，從而保證了時間坐標是等間隔的3. 同步性 保證每次掃描正程的起點與被測信號某一點相同步，從而在屏幕上顯示穩(wěn)定的波形。14檢定電流表是否合格P13滿度相對誤差=絕對誤差儀器的滿度值Eg 檢定量程為100uA的2級電流表

16、，在50uA的刻度上標準表讀數(shù)為49uA，問此電流表是否合格？答：Rm=xXm100=(5049100100=12 合格17鎖相環(huán)的輸出為什么能跟蹤輸入信號的變化？鎖相頻率合成法中時如何提高頻譜純度答：VCO輸出頻率F0反饋至鑒相器，在此與基準頻率Fr進行相位比較。PD的輸出Vp與兩個信號的相位差(F0,Fr成正比，Vp經(jīng)過低通濾波器(LPF)之后得到緩慢變換的直流分量V控制VCO。當(dāng)環(huán)路穩(wěn)定時，VCO的輸出頻率F0等于Fr即F0=Fr在混頻器之后加一帶通濾波器（BPF）。當(dāng)環(huán)路穩(wěn)定時F0Fr2= Fr1.提高了頻譜純度。18頻譜分析中如何根據(jù)RBW和形狀因子判斷是否能將兩信號區(qū)分開來？掃描時

17、間與RBW之間的關(guān)系？P204 3dB帶寬：兩個幅度相等有一定距離的而且頻率分別為f1和f2的信號加到儀器出入端，在外差掃頻過程中兩個信號的響應(yīng)形成綜合曲線，當(dāng)綜合曲線中間的凹陷相對峰值下降到3dB時，兩信號的頻率間隔定義為儀器的分辨率帶寬（RBW）。-60dB帶寬：窄帶濾波器的-60dB帶寬用于區(qū)別兩個信號幅度不等的情況，通常把兩個相鄰頻譜分量幅度相差60dB時的分辨率稱為裙邊分辨率，它主要取決于濾波器-60dB通帶寬度，故用B60dB。波形因子：通常把60dB帶寬（B60）與3dB帶寬（B3）之比 定義為選擇性或稱波形因子 Sf=B60B3可見在同樣的分辨率帶寬條件下，選擇性值越小，測量小

18、信號的頻率分辨率能力越強。D=3dB(fB32B602B3257Db選擇合適的RBW和波形因子Sf算出的|Dx |D |就能區(qū)分兩個信號Eg D=40Db, f=5kHz,Sf=11,B=3kHz,能否區(qū)分兩信號?答：B60=SfB=33kHzD1=35000300023300023000257=16.3所以無法顯示設(shè)B=x,則B60=11x,則40=35000x211x2x257 x=1.26因為F=5KHZ所以B選1KHZ或3KHZ，上式證明了3KHZ不對，所以選擇1KHZ分辨率帶寬濾波器。二 P208 T=KFRBW2 其中對于高斯形狀的濾波器，K=23，接近矩形的濾波器K=1015。F為掃描寬度即頻率量程，T為掃描時間，RBW為分辨率帶寬。19直接數(shù)字合成信號源上限頻率下限頻率頻率點數(shù)及最高頻率分辨率P131假設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器有8位，數(shù)據(jù)ROM的尋址范圍為1K字節(jié)，時鐘頻率為Fx=1MHZ，試寫出用其實現(xiàn)一正弦信號發(fā)生器的基本思路，并計算該信號發(fā)生器輸出的上限頻率Fmax下限頻率Fmin，頻率點數(shù)及最高頻率分辨率答：1K=210B 所以n=10, Kmax=2(n2)=28Fmin=Fx2n=976.5625 Fmax=Fx4=250000 M=FmaxFmin=256 f=Fx2n=976.562521“實時”頻譜分析的含義？實時分析是指在長度為T的時段內(nèi)，完成