北交大-電子測量試卷及答案

1、北 京 交 通 大 學 考 試 試 題（A卷）課程名稱： 電子測量 學年學期： 2013-2014學年第1學期 課程編號： 14L109Q-02 開課學院： 電子學院 出題教師： 課程組 學生姓名： 學號： 任課教師： 學生學院： 班級： （請考生注意：本試卷共有六道大題。所有題答在答題紙上）題 號一二三四五六總分得 分閱卷人一、選擇題（單項選擇題, 每題2分（除了標注*的為1分外），共30分）1下面關于各種測量相關概念的描述中，哪一個是錯誤的：（ A ）。（A）測量是認識自然界的主要工具，測量結果通常用一個確定的數(shù)值來表示。（B）狹義地說，電子測量是通過運用電子科學的原理、方法和設備對各種電

2、量、電信號及電路元器件的特性和參數(shù)進行測量。（C）計量具有統(tǒng)一性、準確性和法制性的特點。（D）計量基準或計量標準是指“為了定義、實現(xiàn)、保存或復現(xiàn)量的單位或一個或多個量值，用作參考的實物量具、測量儀器、參考物質(zhì)或測量系統(tǒng)”。2. 下面關于引用誤差的描述中，哪一個是錯誤的：（ C ）（A）引用誤差又稱為滿度相對誤差或引用相對誤差。（B）引用誤差是可正、可負的，通常用百分數(shù)表示。（C）引用誤差的定義是儀器示值的相對誤差與測量范圍上限值（量程）之比。（D）如果一塊電壓表的等級為±1.0級，表明使用該電壓表進行電壓測量的最大引用誤差不超過±1.0。3. 使用數(shù)字萬用表測量某工頻信號的

3、電壓，將多次測量測得的電壓值用數(shù)軸上的實心圓點來表示，得到下面4個圖，圖中的空心圓點v0表示用高等級數(shù)字萬用表測量該信號電壓的實際值，則下面4個圖中測量正確度最差的是（ C ）。v0（A）（B）（C）（D）v0v0v04. 以下關于粗大誤差及系統(tǒng)誤差的判據(jù)描述中，錯誤的是：（ D ）（A）肖維納檢驗法也是以正態(tài)分布作為前提的，且給出了剔除數(shù)據(jù)判據(jù)對應得置信概率。（B）格拉布斯檢驗法是在未知總體標準偏差的情況下，對正態(tài)樣本或接近正態(tài)樣本異常值進行判別的一種方法。（C）馬利科夫判據(jù)是常用的判別有無累進性系統(tǒng)誤差的方法。當n為偶數(shù)，如果以下不等式成立，則認為測量中存在累進性系統(tǒng)誤差。（D）阿卑赫梅特

4、判據(jù)常用來檢驗周期性系統(tǒng)誤差的存在。若以下不等式成立則可認為測量中存在周期性系統(tǒng)誤差。5對某信號源輸出信號頻率進行了10次等精密度測量，測得的數(shù)值（kHz）為：20.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，20.50，20.49，20.47，20.49。若要求在P=95%的置信概率下，則該信號源輸出信號頻率真值應在的置信區(qū)間可以由以下步驟求出。其中哪一步的計算公式有誤（不考慮數(shù)值計算的錯誤）？ （ B ）（A）第一步，求出均值： （B）第二步，求出均值的標準偏差估計值（C）第三步：查t分布表，由P=0.95，k=n-1=9查得2.26。（D）第四步：估計頻率值的置信區(qū)

5、間，將上述計算結果帶入，得到：信號源輸出頻率的置信區(qū)間為20.48，20.50kHz，對應的置信概率為95%。6以下關于倒數(shù)計數(shù)器的描述中，錯誤的是： （ D ）（A）倒數(shù)計數(shù)器中包含一個事件計數(shù)器，用于實現(xiàn)對于設定主門時間內(nèi)待測信號周期出現(xiàn)次數(shù)的計數(shù)。（B）倒數(shù)計數(shù)器中還包含時間計數(shù)器，用于實現(xiàn)對于設定主門時間內(nèi)時基信號周期出現(xiàn)次數(shù)的計數(shù)，實際上通過該計數(shù)器可以計算出主門開啟的時間。（C）倒數(shù)計數(shù)器的頻率分辨率指標通常以“位/秒”表示。（D）若采用倒數(shù)計數(shù)器對某頻率fx的信號進行測試，fc為時鐘脈沖頻率，時間計數(shù)器的計數(shù)值為NB，事件計數(shù)器的計數(shù)值為NA，則被測信號的頻率可表示為如下的公式：

6、7. 某一款均值電壓表是按照正弦有效值刻度的?，F(xiàn)擬用這塊均值電壓表對一個三角波信號進行測量，電壓表的示值為10V，則被測電壓的有效值應是：（ A ）（注：三角波的波形因數(shù)為1.15，三角波的波峰因數(shù)為1.73；正弦波的波形因數(shù)為1.11，正弦波的波峰因數(shù)為1.414）（A）10.36V（B）15.59V（C）8.13V（D）12.23V8. 下面關于數(shù)字電壓表的技術指標或參數(shù)的描述中，錯誤的是：（ C ）（A）一塊4½位的電壓表，最小量程100mV，最末一位改變一個字時相當于10V，因此它的分辨力就是10V。（B） 3½位數(shù)字電壓表的最大顯示數(shù)值為1999。（C）

7、3½位DVM，當基本量程為2V時，具有超量程能力。（D）數(shù)字電壓表的固有誤差通常表示為。9. 下面關于模擬示波器原理、性能的描述中，錯誤的是：（ B ）（A）鋸齒波掃描電壓的作用是在輸入信號電壓變化一個或者多個周期時線性地增加水平位置坐標，其效果就是將被測信號按照某種速率“畫”在屏幕上。（B） 當被觀測正弦信號周期是鋸齒波掃描電壓周期的整數(shù)倍時，CRT上能夠得到清晰而穩(wěn)定的波形。（C）觸發(fā)電路向掃描電路提供了啟動掃描或者波形采集的時機。如果沒有觸發(fā)信息，波形將在顯示屏上以隨機的起始時間顯示出來。（D）邊沿觸發(fā)是示波器中最常用的一種觸發(fā)方式。邊沿觸發(fā)的觸發(fā)點是用觸發(fā)源信號的電

8、平和極性（正極性或負極性）來定義的。10. 下面關于數(shù)字存儲示波器相關特性的描述中，錯誤的是：（ A ）（A）對于采用了正弦內(nèi)插、采樣率為100MSa/s的數(shù)字示波器, 其數(shù)字實時帶寬為 100MSa/s¸254MHz。（B） 對于采用了線性內(nèi)插、采樣率為100MSa/s的數(shù)字示波器, 其數(shù)字實時帶寬為100MSa/s¸1010MHz。（C）實時采樣常用于采集單次瞬變信號，也可以用于采集重復信號。（D）等效時間采樣也稱為非實時采樣或重復采樣。使用這種采樣方式必須滿足兩個前提條件：信號必須是周期重復的；必須能產(chǎn)生穩(wěn)定的觸發(fā)條件。11. 下面關于鎖相環(huán)頻率范圍和帶寬的

9、描述中，錯誤的是：（ D ）（A）鎖相環(huán)從失鎖狀態(tài)到返回鎖定狀態(tài)的過程中，反饋信號頻率與參考輸入信號頻率之間的最大允許頻率差稱為捕捉帶寬。（B） 當鎖相環(huán)反饋信號頻率與參考輸入信號頻率進入捕捉范圍之后，當兩個信號的相位差小于2時，這兩個信號的頻率差稱為鎖定帶寬。（C）當鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時，如果參考輸入信號的頻率平穩(wěn)而緩慢地變化，鎖相環(huán)能夠一直跟蹤這種變化，并保持在鎖定狀態(tài)。此時，反饋信號頻率與輸入信號頻率之間的最大允許頻率差稱為同步帶寬。（D）當鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)后，如果參考輸入信號的頻率變化十分劇烈，鎖相環(huán)也能夠繼續(xù)保持在鎖定狀態(tài), 此時，反饋信號頻率與輸入信號頻率之間的最大允許

10、頻率差稱為拉出帶寬。顯然，拉出帶寬應該大于同步帶寬。12. 下面關于雙模預分頻鎖相環(huán)的描述中，錯誤的是：（ B ）（A）雙模預分頻器能夠同時實現(xiàn)P次和P+1次分頻，通常以P/(P+1)表示。（B） 雙模預分頻器時，僅有一個模值為P+1的預分頻器，模值為P的預分頻功能是通過在預分頻器之前加入吞脈沖功能實現(xiàn)的。（C）雙模預分頻器存在最小連續(xù)分頻系數(shù)。（D）使用雙模預分頻器的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)更大范圍的分頻系數(shù)N值，同時不降低鎖相環(huán)合成頻率的分辨率。13. 下面關于邏輯分析儀的描述中，錯誤的是：（ D ）（A）邏輯定時分析儀是儀器本身的內(nèi)時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘為采樣時鐘的，能夠?qū)崿F(xiàn)對于被測信號

11、的異步采樣。（B） 邏輯狀態(tài)分析儀是以被測電路的時鐘或者某些信號作為采樣時鐘來工作的，能夠?qū)崿F(xiàn)對于被測信號的同步采樣。（C） 邏輯定時分析儀只確定信號是邏輯高還是邏輯低，顯示的是一連串只有“0”、“1”兩種狀態(tài)的偽波形，并不確定真實的電壓值。（D）邏輯狀態(tài)分析儀可以用于測試數(shù)字系統(tǒng)的工作時序。14. 下面關于邏輯分析儀的描述中，錯誤的是：（ A ）*（A）邏輯分析儀存儲器的存儲深度可以表示為：記錄時間÷采樣速率。（B）邏輯分析儀存儲器的通道寬度取決于邏輯分析儀的通道數(shù)量。（C）先進的邏輯分析儀可以將各種觸發(fā)事件當作觸發(fā)資源，將觸發(fā)事件通過邏輯運算符組合起來，甚至加入一些判別

12、、跳轉、循環(huán)語句，形成相當復雜的觸發(fā)序列。（D）邏輯分析儀可以采取跳變存儲、塊存儲等多種方法來提高存儲空間的利用率。15. 下面關于GPIB總線的描述中，錯誤的是：（ A ）*（A）GPIB總線是第一代自動測試系統(tǒng)常用的總線形式。（B） GPIB系統(tǒng)主要由器件、接口和總線三部分組成。（C） GPIB總線共有16條信號線，分為數(shù)據(jù)線、握手線和控制線三組。（D）GPIB總線上采用TTL電平、負邏輯。16. 下面關于GPIB總線基本性能的描述中，錯誤的是：（ C ）（A）一個GPIB總線系統(tǒng)中通常允許包含的計算機和儀器的總數(shù)量應少于或等于15臺（包括控者器件在內(nèi)）。（B）

13、0;GPIB總線系統(tǒng)中，在標準電纜上的數(shù)據(jù)是速率一般為 250500 kB/S。（C）由于GPIB總線系統(tǒng)中，5條控制線（或稱管理線）的目的是保證數(shù)據(jù)雙向、異步、可靠地在處理速度不同器件之間傳遞。（D）GPIB系統(tǒng)中的任何器件都包含器件功能和接口功能這兩部分功能。二. 擬采用常規(guī)電子計數(shù)器設計測量兩路10kHz同頻等幅正弦信號之間相位差的電路，試回答如下問題：（1）請在如圖1所示的時間間隔測量原理框圖基礎上進行改進，畫出實現(xiàn)相位差測量的原理框圖（5分）（2）分析影響相位差測量準確度的因素，列出相位差測量相對誤差的表達式；（5分）（3）寫出減小相位差測量相對誤差表達式中各個部分誤差的方法。（5分

14、）（提示：兩路正弦信號都可能存在干擾或噪聲，參考周期測量觸發(fā)誤差的分析方法）圖1答：（1）應在圖中標注或者用文字描述清楚如下內(nèi)容：A、B兩路輸入信號分別連接兩路同頻正弦信號，A、B兩路觸發(fā)電路的觸發(fā)電平設置成相同的電平值，觸發(fā)極性設置為相同的極性。其他部分保持不變。（2）影響相位差測量準確度的因素包括三個方面，分別是量化誤差、觸發(fā)誤差和標準頻率誤差。相位差測量相對誤差的表達式推導過程為：，相位差。、分別為時標信號頻率和被測信號周期。由于被測信號周期已知，因此不考慮其對測量準確度的影響。對相位差表達式采用誤差合成公式進行分解得：，fc為晶振頻率。 （3）寫出減小相位差測量相對誤差表達式中各個部分

15、誤差的方法。（5分）減小觸發(fā)誤差的方法是：在一定時間限制條件，采用多周期測量，或者信噪比；減小量化誤差可以提高時標信號的頻率；減小標準頻率誤差的方法是采用高等級的晶振，例如恒溫晶振。三. 雙斜積分式ADC與三斜積分式ADC都是數(shù)字電壓表常用的ADC，試回答如下問題：（1）畫出雙斜積分式ADC的工作波形圖，并簡述其工作過程；（5分）T1T2T2t2t1t3UomUomuoUxUxtt0定時積分時間計數(shù)值N1定值積分時間計數(shù)值N2在測量開始時，開關S2接通一段時間，使積分器輸出電壓回到零。然后，邏輯控制電路發(fā)出取樣指令，將開關S1連接在被測電壓-Vx，同時開關2斷開，積分器開始對被測電壓積分。當積

16、分器輸出電壓大于0時，比較器輸出從低電平跳到高電平，打開閘門，啟動定時計數(shù)器，時鐘通過計數(shù)器計數(shù)。這時積分器輸出是一個線性上升的電壓如圖4-3-7所示。這是ADC工作的第一個積分階段，稱為采樣階段，或者定時積分階段。之所以稱為定時積分，是因為這段積分時間固定為T1。通常選擇計數(shù)器計滿溢出的時間為T1。定時積分結束時，計數(shù)器的計數(shù)值為N1，同時計數(shù)器復零，邏輯控制電路把開關S1連接到參考電壓Vref，上，轉入第二個積分階段。在第二個積分階段，開關S1接到參考電壓，參考電壓與被測電壓極性相反，所以電容開始放電。積分器輸出開始線性下降，同時計數(shù)器從零開始計數(shù)。由于是對固定的參考電壓進行積分，這個階段

17、也稱為定值積分或反向積分階段。當積分器輸出下降到零時，比較器從高電平變?yōu)榈碗娖剑归l門關閉，計數(shù)停止。由圖4-3-7可以看出，這個階段所計的計數(shù)值N2與被測電壓成正比，反映了被測電壓的數(shù)值。因此，只要將所計的脈沖數(shù)輸出到顯示器，就可以得到被測的電壓數(shù)值。（2）根據(jù)公式解釋雙斜積分式ADC為何具有較高的抗周期性干擾的能力？（5分）在被測電壓受到串模干擾電壓Usm的干擾時，ADC的輸入電壓為,則 從上式看出，積分輸出電壓與輸入電壓的平均值成正比。串模干擾電壓在取平均后，對測量結果的影響將減?。蝗绻８蓴_電壓是正負對稱的周期信號（例如工頻50Hz），且積分時間是干擾信號周期的整數(shù)倍，串模干擾將完全

18、被抑制。因此，雙斜積分式ADC具有較高的抗干擾能力。（3）與雙斜積分式ADC相比，三斜積分式ADC有哪些優(yōu)點？（3分）三斜積分式ADC的計數(shù)誤差明顯減小了。這里面的原理與計數(shù)器中采用內(nèi)插擴展法減小量化誤差的原理十分相似。在測量速度方面，三斜積分式ADC好像比雙斜積分式ADC所用的時間要長。但在考慮達到同樣的顯示位數(shù)和計數(shù)誤差條件下，三斜積分式測量速度提高了很多。四. AD7008 是一款直接數(shù)字頻率合成芯片，其原理框圖如圖2所示。圖中MUX是數(shù)據(jù)選擇器（32位），受控于外部電平信號FSELECT，在高電平時選擇FREQ0 REG的數(shù)據(jù)輸出給后級；在低電平時選擇FREQ1 REG的數(shù)據(jù)輸出給后級

19、。試回答如下問題：（1）簡述圖中FREQ0 REG，PHASE ACCUMULATOR，SIN/COS ROM的作用；（5分）PHASE ACCUMULATOR是相位累加器，在時鐘脈沖的控制下，相位累加器輸出線性遞增的相位碼，相位碼作為地址信息來尋址波形存儲器；SIN/COS ROM是波形儲存器，存放正弦波形樣點數(shù)據(jù)，也可以存放其他波形，實現(xiàn)任意波形產(chǎn)生的功能。FREQ0 REG是頻率寄存器，存放頻率控制字K，在時鐘的作用下控制每次相位累加器累加的相位增量，從而實現(xiàn)對輸出信號頻率的控制。（2）在該芯片正常配置的情況下，若FSELECT固定為高電平，且FREQ0 REG中預置的數(shù)為10000H（

20、十六進制），時鐘頻率為65.536MHZ，寫出輸出信號頻率的計算公式并計算結果；（5分），K=1000H=65536；N=32，=65.536MHZ，計算結果為1000Hz.（3）列出直接數(shù)字頻率合成技術的三個優(yōu)點和兩個缺點。（5分）優(yōu)點：a） 極快的頻率切換速度b） 極高的頻率分辨率c） 連續(xù)的相位變化d） 強大的數(shù)字調(diào)制功能e） 易于集成、易于調(diào)整同時DDFS也存在一些方面的缺陷：a） 工作頻帶的限制b） 功耗限制c） 雜散抑制差d） DDFS的全數(shù)字結構使得相位噪聲不能獲得很高的指標，DDFS的相位噪聲主要由參考時鐘信號以及器件本身的噪聲基底決定。圖2五. 用某數(shù)字存儲示波器進行測量，試

21、回答下述問題：（1）在該示波器前面板右上角標為200MHz、2GS/S的兩個參數(shù)，請解釋這兩個參數(shù)的含義；（2分） 兩個參數(shù)分別是模擬帶寬和采樣率的指標。（2）某振蕩電路產(chǎn)生的峰值為3V的正弦波在90度相位處有時會出現(xiàn)正極性的毛刺，如何設置數(shù)字存儲示波器觸發(fā)參數(shù)，在屏幕上得到穩(wěn)定的波形顯示，且準確抓到該毛刺？（5分） 可以采用邊沿觸發(fā)方式，設置觸發(fā)電平大于3V、觸發(fā)極性為正極性，采用常規(guī)觸發(fā)方法就可以得到穩(wěn)定的現(xiàn)實；若該示波器有毛刺觸發(fā)方式，也可以設置采用毛刺觸發(fā)來捕捉。（3）數(shù)字存儲示波器存儲深度與波形記錄時間之間有什么關系？深存儲會帶來哪些問題？（5分）記錄時間存儲深度/采樣率=存儲深度×采樣周期；由于在深存儲示波器中需要存儲和處理更多的樣點，在示波器處理能力有限的條件下，將會導致死區(qū)時間增加、波形更新速率變慢、響應用戶面板操作的時間增加等，甚至波形更新時間、響應用戶面板操作時間會有數(shù)秒鐘。六. 圖3所示為外差式頻譜分析儀的原理框圖，試回答如下問題：（1）簡述輸入濾波器、本地振蕩器、混頻器、中頻濾波器、包絡檢波器的功能；（5分）輸入濾波器的功能是濾除鏡像頻率信號；本地振蕩器產(chǎn)生線性掃頻或者對數(shù)掃頻信號；混頻器得到輸入信號與本振信號的差頻；