電子測(cè)量原理復(fù)習(xí)大綱

1、電子測(cè)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(gè)單位的數(shù),從它左邊第一個(gè)不為0的數(shù)字起,直到右邊最后一個(gè)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(jìn)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(duì)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(jì)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(jìn)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?。┚迪嗟龋瑒t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(cè)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(jì)數(shù)器提高測(cè)量精度方法P101、小數(shù)分頻技術(shù)P13915電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻時(shí)，為提高測(cè)量精度，我們可以采取哪三種方法(一)電子計(jì)數(shù)器提高測(cè)量

3、精度方法1.內(nèi)插法計(jì)數(shù)器2.游標(biāo)法計(jì)數(shù)器數(shù)字內(nèi)插技術(shù)3倒數(shù)計(jì)數(shù)器4平均測(cè)量技術(shù)1.倒數(shù)計(jì)數(shù)器原理是多周期同步測(cè)量法。計(jì)數(shù)器A對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為Nx=FxTFx為輸入信號(hào)頻率，計(jì)數(shù)器B對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為Nx=FoTFo為時(shí)鐘脈沖頻率，則被測(cè)頻率為：Fx=NxNyFo同步電路的作用保證了門脈沖信號(hào)和被測(cè)信號(hào)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(biāo)法 這是以時(shí)間測(cè)量為基礎(chǔ)的計(jì)數(shù)器，設(shè)法測(cè)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(cè)時(shí)間為Tx=NT01xT02T01yT02T01=Nx

4、yT01xyT02=NT01xyT02T01=NT01xyT0這種計(jì)數(shù)器的分辨率為T02T013.內(nèi)插法 也是以測(cè)量時(shí)間間隔為基礎(chǔ)的技術(shù)方法，測(cè)出量化單位以下的尾數(shù)。T1和T2為零頭時(shí)間，他們的測(cè)量要用內(nèi)插器，將他們擴(kuò)大N倍，然后在NT1和NT2時(shí)間內(nèi)對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而減小1誤差。Tn就是簡(jiǎn)單地積累 被測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)的N0個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間。 Tx=TnT1T2 Tx=N0T0 即被測(cè)時(shí)間為Tx=N0N1N21000 T0 被測(cè)周期為Tx=N0N1N21000 T0Nx被測(cè)頻率為Fx=1TxEg 16用游標(biāo)法測(cè)量時(shí)間間隔T 用游標(biāo)法測(cè)量一個(gè)時(shí)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(gè)周期的追趕，兩個(gè)時(shí)標(biāo)重合，求被測(cè)時(shí)間間隔t，以及這種方法能達(dá)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(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻公式 N.F 其小數(shù)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)75.6的分頻，則在10個(gè)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(jiǎn)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(gè)樣點(diǎn)連接起來，這是一種非常簡(jiǎn)單而又自然的方法，提供的結(jié)果有限。插入點(diǎn)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(diǎn)為N），在每個(gè)取樣周期內(nèi)插入M點(diǎn)，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(gè)取樣點(diǎn)即N為無窮，但計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，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(hào)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(hào)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(qiáng)2)對(duì)積分元件及時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度要求大為降低3)測(cè)量靈敏度較高4)測(cè)量速度慢是其主要缺點(diǎn)5)積分器、比較器中運(yùn)放的零點(diǎn)漂移會(huì)帶來轉(zhuǎn)換誤差5失真度分析儀原理及設(shè)計(jì)框圖P212（25總諧波和噪聲失真測(cè)量?jī)x）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(dú)測(cè)量，當(dāng)失真度較小時(shí)，上述失真定義式可近似為： 按照近似式測(cè)量失真度，所得的是諧波電壓總有效值與被測(cè)信號(hào)總有效值之比。近似的條件：當(dāng)失真度小于10時(shí)，可用近似失真度測(cè)量值D代替定義值D0，否則需對(duì)D

8、值進(jìn)行換算或修正。換算公式為按上式定義成的失真度測(cè)量?jī)x方框圖如下圖所示 總諧波和噪聲失真測(cè)量?jī)x方框圖6取樣技術(shù)的方法和各自優(yōu)缺點(diǎn)P161 24取樣技術(shù)是數(shù)字存儲(chǔ)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(qǐng)分別分析這兩類取樣技術(shù)的優(yōu)、缺點(diǎn)答：取樣就是從被測(cè)波形上取得樣點(diǎn)的過程。取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種。 實(shí)時(shí)取樣：從一個(gè)信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來表示一個(gè)信號(hào)波形的方法。優(yōu)點(diǎn)；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(diǎn)數(shù) 否則會(huì)產(chǎn)生混疊失真缺點(diǎn)：取樣率要比被測(cè)信號(hào)的帶寬高4-5倍。 等效取樣：從被測(cè)信號(hào)

9、的許多相鄰波形上取得樣點(diǎn)的方法。 等效采樣又可分為隨機(jī)采 樣和順序采樣，被測(cè)信號(hào)必須是周期信號(hào)順序采樣u 優(yōu)點(diǎn)：能以極低的采樣速率（100 kHz200kHz）獲得極高的帶寬（高達(dá)50GHz），垂直分辨率一般在10bit以上。u 這種示波器每個(gè)采樣周期在波形上只取一個(gè)樣點(diǎn)，u 缺點(diǎn)：不能進(jìn)行非周期單次捕捉和預(yù)觸發(fā)觀察。 隨機(jī)采 樣優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)預(yù)觸發(fā)觀察。缺點(diǎn)：只限于周期重復(fù)信號(hào)。7示波器波形參數(shù)計(jì)算P1501頻帶寬度BW和上升時(shí)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(shí)間tr是一個(gè)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(hào)快速

10、變化的能力。頻帶寬度BW與上升時(shí)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(hào)作用下，光點(diǎn)在熒光屏上的垂直（Y）方向移動(dòng)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(shí)間內(nèi)光點(diǎn)水平移動(dòng)的距離，單位為“cm/s”。熒光屏上通常用間隔1cm的坐標(biāo)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(shí)基因素”，它表示單位距離代表的時(shí)間，單位為“t/cm”或“t/di

11、v”，時(shí)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(shí)現(xiàn)u 1、主要為Y通道放大器的帶寬、增益、失真u 2、對(duì)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(jì)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(jí)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(jì)算（一）P204 3dB

12、帶寬：兩個(gè)幅度相等有一定距離的而且頻率分別為f1和f2的信號(hào)加到儀器出入端，在外差掃頻過程中兩個(gè)信號(hào)的響應(yīng)形成綜合曲線，當(dāng)綜合曲線中間的凹陷相對(duì)峰值下降到3dB時(shí)，兩信號(hào)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(gè)信號(hào)幅度不等的情況，通常把兩個(gè)相鄰頻譜分量幅度相差60dB時(shí)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(cè)量小信號(hào)的頻率分辨率能力越強(qiáng)。Eg D=4

13、0Db, f=5kHz,Sf=11,B=3kHz,能否區(qū)分兩信號(hào)?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?yàn)镕=5KHZ所以B選1KHZ或3KHZ，上式證明了3KHZ不對(duì)，所以選擇1KHZ分辨率帶寬濾波器。二 P208 T=KFRBW2 其中對(duì)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(shí)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(shí)間為60ms，試計(jì)算此時(shí)頻譜儀能達(dá)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(diǎn)在p145 5-1010頻率比測(cè)量原理框圖P100答：計(jì)數(shù)值N直接表示了兩個(gè)被測(cè)頻率的比值。為了正確地測(cè)出其頻率比值，應(yīng)使兩個(gè)被測(cè)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(cè)量精度，課擴(kuò)展被測(cè)信號(hào)B的周期個(gè)數(shù)，如果周期被乘放在“10n”檔上時(shí)，則計(jì)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(shí)間Eg 帶寬為3000MHZ的示波器，要求在測(cè)量150MHZ的信號(hào)時(shí)，水平坐標(biāo)每4分格顯示一個(gè)信號(hào)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(shí)間答：掃描速度v=4t=41150000000)=6108div/s 掃描正行程時(shí)間t1=20v=3.310812相位差的電子計(jì)數(shù)器原理的方框圖和波形圖P98電子計(jì)數(shù)器測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦波相位差的電子計(jì)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(hào)2. 線性 保證X偏轉(zhuǎn)板上的電子束沿水平方向等速運(yùn)動(dòng)，從而保證了時(shí)間坐標(biāo)是等間隔的3. 同步性 保證每次掃描正程的起點(diǎn)與被測(cè)信號(hào)某一點(diǎn)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(duì)誤差=絕對(duì)誤差儀器的滿度值Eg 檢定量程為100uA的2級(jí)電流表

16、，在50uA的刻度上標(biāo)準(zhǔn)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(hào)的變化？鎖相頻率合成法中時(shí)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(zhǔn)頻率Fr進(jìn)行相位比較。PD的輸出Vp與兩個(gè)信號(hào)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(shí)，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(shí)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(hào)區(qū)分開來？掃描時(shí)

17、間與RBW之間的關(guān)系？P204 3dB帶寬：兩個(gè)幅度相等有一定距離的而且頻率分別為f1和f2的信號(hào)加到儀器出入端，在外差掃頻過程中兩個(gè)信號(hào)的響應(yīng)形成綜合曲線，當(dāng)綜合曲線中間的凹陷相對(duì)峰值下降到3dB時(shí)，兩信號(hào)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(gè)信號(hào)幅度不等的情況，通常把兩個(gè)相鄰頻譜分量幅度相差60dB時(shí)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(cè)量小

18、信號(hào)的頻率分辨率能力越強(qiáng)。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(gè)信號(hào)Eg D=40Db, f=5kHz,Sf=11,B=3kHz,能否區(qū)分兩信號(hào)?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?yàn)镕=5KHZ所以B選1KHZ或3KHZ，上式證明了3KHZ不對(duì)，所以選擇1KHZ分辨率帶寬濾波器。二 P208 T=KFRBW2 其中對(duì)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(shí)間，RBW為分辨率帶寬。19直接數(shù)字合成信號(hào)源上限頻率下限頻率頻率點(diǎn)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(shí)鐘頻率為Fx=1MHZ，試寫出用其實(shí)現(xiàn)一正弦信號(hào)發(fā)生器的基本思路，并計(jì)算該信號(hào)發(fā)生器輸出的上限頻率Fmax下限頻率Fmin，頻率點(diǎn)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(shí)時(shí)”頻譜分析的含義？實(shí)時(shí)分析是指在長(zhǎng)度為T的時(shí)段內(nèi)，完成