電子測量技術基礎復習指導(有解答)

1、第一章1.1 名詞解釋： 測量； 電子測量。答：測量是為確定被測對象的量值而進行的實驗過程。在這個過程中，人們借助專門的設備，把被測量與標準的同類單位量進行比較，從而確定被測量與單位量之間的數(shù)值關系，最后用數(shù)值和單位共同表示測量結果。從廣義上說，凡是利用電子技術進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中測量有關電的量值的測量。1.2名詞解釋：敘述直接測量、間接測量、組合測量。答：直接測量：它是指直接從測量儀表的讀數(shù)獲取被測量量值的方法。間接測量：利用直接測量的量與被測量之間的函數(shù)關系，間接得到被測量量值的測量方法。組合測量：當某項測量結果需用多個參數(shù)表達時，可通過改變測試

2、條件進行多次測量，根據(jù)測量量與參數(shù)間的函數(shù)關系列出方程組并求解，進而得到未知量，這種測量方法稱為組合測量。1.3 敘述電子測量的主要內容。答：電子測量內容包括：（1）電能量的測量如：電壓，電流電功率等；（2）電信號的特性的測量如：信號的波形和失真度，頻率，相位，調制度等；（3）元件和電路參數(shù)的測量如：電阻，電容，電感，阻抗，品質因數(shù)，電子器件的參數(shù)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)，幅頻特性，相頻特性曲線等。1.4 列舉電子測量的主要特點.。答：（1）測量頻率范圍寬；（2）測試動態(tài)范圍廣；（3）測量的準確度高；（4）測量速度快；（5）易于實現(xiàn)遙測和長期不間斷的測

3、量；（6）易于實現(xiàn)測量過程的自動化和測量儀器的智能化；（7）影響因素眾多，誤差處理復雜。1.5 試設計一個測量方案，測量某放大器的直流輸出電阻(阻值估計在30k左右)。解：設計如右圖所示，為減少測量誤差采用數(shù)字電壓表測量，且R1、R2都在30 K左右，可忽略電壓表接入對輸出電壓的影響，則有： 所以：第二章2.1 解釋下列名詞術語的含義：真值、實際值、示值、測量誤差、修正值。答：真值：一個物理量在一定條件下所呈現(xiàn)的客觀大小或真實數(shù)值。指定值：由國家設立盡可能維持不變的實物標準(或基準)，以法令的形式指定其所體現(xiàn)的量值作為計量單位的指定值。實際值：實際測量時，在每一級的比較中，都以上一級標準所體現(xiàn)

4、的值當作準確無誤的值，通常稱為實際值，也叫作相對真值。標稱值：測量器具上標定的數(shù)值。修正值：與絕對誤差絕對值相等但符號相反的值。2.2 按照表示方法的不同，測量誤差分成哪幾類?答：1、絕對誤差： 定義為：xxA02、相對誤差（1）實際相對誤差： （2）示值相對誤差： （3）滿度相對誤差： （4）分貝誤差： Gx20 lgAu（d B）2.3 說明系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗差的主要特點。答：系統(tǒng)誤差的主要特點是：只要測量條件不變，誤差即為確切的數(shù)值，用多次測量取平均值的辦法不能改變或消除系差，而當條件改變時，誤差也隨之遵循某種確定的規(guī)律而變化，具有可重復性。隨機誤差的特點是： 有界性； 對稱性； 抵

5、償性。粗差的主要特點是：測得值明顯地偏離實際。2.4 有限次測量測量數(shù)據(jù)的處理方法。答：對有限次測量測量數(shù)據(jù)先按照不大于3的原則剔除壞值，然后計算、，最后寫出測量結果表達式： 2.4 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些？為什么？解： 要判斷哪塊電壓表測得更準確，即判斷哪塊表的測量準確度更高。（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)公式有從計算結果可以看出，用量程為0-100V、±1.0級電壓表測量所產(chǎn)生

6、的示值相對誤差小，所以選用量程為0-100V、±1.0級電壓表測量更準確。2.6 WQ1型電橋在f1 kHz時測0.1pF110pF電容時，允許誤差為± 1.0 × (讀數(shù)值)±0.01× (滿量程值)，求該電橋測得值分別為lpF、10pF、100pF時的絕對誤差、相對誤差。 解：xm±0.01%×110±0.011 pF x1±1.0%×1±0.011±0.021 pFx2±1.0%×10±0.011±0.111 pF x3±

7、;1.0%×100±0.011±1.011 pF 2.7 兩只電阻分別為R120±2%，R2(100±0.4) ，求：兩電阻串聯(lián)及并聯(lián)兩種接法時的總電阻和相對誤差。解：串聯(lián)時： R R1R2R串120×0.66%0.8 總電阻：120±0.8并聯(lián)時： 符號有正有負時： R并20/10016.7 R并±16.7×1.77%±0.3并聯(lián)時的總電阻為：16.7±0.32.8 將下列數(shù)據(jù)舍入到小數(shù)第二位。12.434412.43 63.7350163.740.694990.6925.32502

8、5.32 17.695517.70123.115123.12第三章3.1、信號發(fā)生器有何功用？將輸出信號并加到被測器件、設備上，用其它測量儀器觀察、測量被測者的輸出響應，以分析確定它們的性能參數(shù)。3.2、低頻信號發(fā)生器主要由哪幾部分組成？各部分的作用是什么?答：低頻信號發(fā)生器主要由主振器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器、指示電壓表和穩(wěn)壓電源組成。主振器產(chǎn)生低頻等幅振蕩信號；電壓放大器放大對主振器產(chǎn)生低頻等幅振蕩信號進行電壓放大，同時還起緩沖隔離作用；輸出衰減器控制輸出信號電壓的大小；功率放大器對輸出衰減器的輸出信號進行功率放大；阻抗變換器變換輸出阻抗使之與被測電路實現(xiàn)阻抗匹配；

9、指示電壓表輸出信號電壓的大小；電源的作用是為高頻信號發(fā)生器各單元電路提供合適的工作電壓和電流。3.3 鎖相環(huán)的基本工作原理。答：當壓控振蕩器輸出頻率f2由于某種原因變化時，相應相位也產(chǎn)生變化，該相位變化在鑒相器中與基準晶振頻率f1的穩(wěn)定相位相比較，使鑒相器輸出一個與相位差成比例的電壓ud(t)，經(jīng)過低通濾波器，檢出其直流分量uc(t)，用uc(t)控制壓控振蕩器中壓控元件數(shù)值(如變容二極管電容)，從而調整VCO的輸出頻率f2，使其不但頻率和基準晶振一致，相位也同步，這時稱為相位鎖定，因此最終VCO的頻率輸出穩(wěn)定度就由晶振頻率f1所決定。3.4 說明圖3.4-1高頻信號發(fā)生器各單元的主要作用。答

10、：振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩信號，調頻器產(chǎn)生高頻調頻信號，內調制信號振蕩器產(chǎn)生低頻等幅振蕩信號，緩沖放大器放大高頻等幅振蕩信號或高頻調頻信號，同時還起緩沖隔離作用，調制度計顯示調制度計的大小，電子電壓表顯示緩沖放大器輸出電壓的大小，步進衰減輸出級衰減緩沖放大器輸出電壓使之滿足輸入電路對輸入電壓大小的要求，電源的作用是為高頻信號發(fā)生器各單元電路提供合適的工作電壓和電流。3.5 調諧式高頻振蕩器主要有哪三種類型？答：調諧信號發(fā)生器的振蕩器通常為LC振蕩器，根據(jù)反饋方式，又可分為變壓器反饋式、電感反饋式(也稱電感三點式或哈特萊式)及電容反饋式(也稱電容三點式或考畢茲式)三種振蕩器形式。3.6 解釋下列術

11、語：頻率合成，相干式頻率合成，非相干式頻率合成。答：頻率合成是把一個(或少數(shù)幾個)高穩(wěn)定度頻率源fs經(jīng)過加、減、乘、除及其組合運算，以產(chǎn)生在一定頻率范圍內，按一定的頻率間隔(或稱頻率跳步)的一系列離散頻率的信號。相干式頻率合成器：只用一個石英晶體產(chǎn)生基準頻率，然后通過分頻、倍頻等，加入混頻器的頻率之間是相關的。非相干式直接合成器：用多個石英晶體產(chǎn)生基準頻率，產(chǎn)生混頻的兩個基準頻率之間相互獨立。3.7 說明點頻法和掃頻法測量網(wǎng)絡頻率特性的原理。答：點頻法測量網(wǎng)絡頻率特性的原理就是“逐點”測量幅頻特性或相頻特性。掃頻法測量網(wǎng)絡頻率特性的原理就是在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規(guī)律自動連續(xù)

12、并且周期性重復，利用檢波器將輸出包絡檢出送到示波器上顯示，就得到了被測電路的幅頻特性曲線。3.8 掃頻儀中如何產(chǎn)生掃頻信號？如何在示波管熒光屏上獲得網(wǎng)絡的幅頻特性?答：實現(xiàn)掃頻振蕩的方法很多，常用的有磁調電感法、變容二極管法以及微波波段使用的返波管法、YIG諧振法等。在磁調電感法中L2、C諧振回路的諧振頻率 f 0為：由電磁學理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導磁系數(shù)0成正比，即L20 L當掃描電流隨時間變化時，使得磁芯的有效導磁系數(shù)0也隨著改變，掃描電流的變化就導致了L2及諧振頻率f0的變化，實現(xiàn)了“掃頻”。在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規(guī)律自動連續(xù)并周期性重復，利用檢波器將輸

13、出包絡檢出送到示波器上顯示，在示波管熒光屏上就得到被測電路的幅頻特性曲線。3.9 間接式頻率合成器原理框圖如題3.9圖，求相位鎖定時輸出信號的頻率f是多少。 題3.9圖 間接式頻率合成器原理框圖第四章 4.1 電子示波器有哪些特點?答：電子示波器的基本特點是： 能顯示信號波形，可測量瞬時值，具有直觀性。 輸入阻抗高，對被測信號影響小。 工作頻帶寬，速度快，便于觀察高速變化的波形的細節(jié)。 在示波器的熒光屏上可描繪出任意兩個電壓或電流量的函數(shù)關系。4.2 說明電子槍的結構由幾部分組成，各部分的主要用途是什么?答：電子槍由燈絲(h)、陰極(K) 、柵極(G1)、前加速極(G2)、第一陽極(A1)和第

14、二陽極(A2)組成。燈絲h用于對陰極K加熱，加熱后的陰極發(fā)射電子。柵極G1電位比陰極K低，對電子形成排斥力，使電子朝軸向運動，形成交叉點F1，調節(jié)柵極G1的電位可控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點的輝度。G2、A1、A2構成一個對電子束的控制系統(tǒng)。這三個極板上都加有較高的正電位，并且G2與A2相連。穿過柵極交叉點F1的電子束，由于電子間的相互排斥作用又散開。進入G2、A1、A2構成的靜電場后，一方面受到陽極正電壓的作用加速向熒光屏運動，另一方面由于A1與G2、A1與A2形成的電子透鏡的作用向軸線聚攏，形成很細的電子束。4.3 如果要達到穩(wěn)定顯示重復波形的目的，掃描鋸齒波與被測信號間

15、應具有怎樣的時序和時間關系？答：Txn Ty4.4 電子示波器由哪幾個部分組成?各部分的作用是什么?答：電子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、掃描時間校正器、電源幾部分組成。Y通道的作用是：檢測被觀察的信號，并將它無失真或失真很小地傳輸?shù)绞静ü艿拇怪逼D極板上。X通道的作用是：產(chǎn)生一個與時間呈線性關系的電壓，并加到示波管的x偏轉板上去，使電子射線沿水平方向線性地偏移，形成時間基線。Z通道的作用是：在時基發(fā)生器輸出的正程時間內產(chǎn)生加亮信號加到示波管控制柵極上，使得示波管在掃描正程加亮光跡，在掃描回程使光跡消隱。示波管的作用是：將電信號轉換成光信號，顯示被測信號的波形。幅度校正器

16、的作用是：用于校正Y通道靈敏度。掃描時間校正器的作用是：用于校正x軸時間標度，或用來檢驗掃描因數(shù)是否正確。電源的作用是：為示波器的各單元電路提供合適的工作電壓和電流。4.5 什么是內同步？什么是外同步？答：同步信號采自于Y通道的(即被觀察信號)被稱為內同步；同步信號采自于來自儀器外部的同步信號的方式被稱為外同步。4.6 延遲線的作用是什么？內觸發(fā)信號可否在延遲線后引出，去觸發(fā)時基電路？為什么？答：當示波器工作在內觸發(fā)狀態(tài)時，利用垂直通道輸入的被測信號去觸發(fā)水平偏轉系統(tǒng)產(chǎn)生掃描電壓波，從接受觸發(fā)到開始掃描需要一小段時間，這樣就會出現(xiàn)被測信號到達Y偏轉板而掃描信號尚未到達X偏轉板的情況，為了正確顯

17、示波形，必須將接入Y通道的被測信號進行一定的延遲，以便與水平系統(tǒng)的掃描電壓在時間上相匹配。內觸發(fā)信號不能在延遲線后引出，去觸發(fā)時基電路。如果在延遲線后引出，水平系統(tǒng)的掃描電壓在時間上相對于垂直通道輸入的被測信號就沒有延遲了。4.7 示波器Y通道內為什么既接入衰減器又接入放大器？它們各起什么作用？答：為適應Y通道輸入的被測信號的大幅度的變化既接入衰減器又接入放大器。放大器對微弱的信號通過放大器放大后加到示波器的垂直偏轉板，使電子束有足夠大的偏轉能量。衰減器對輸入的大幅度信號進行衰減。4.8 什么是連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描？如何選擇掃描方式？答：連續(xù)掃描：掃描電壓是周期性的鋸齒波電壓。在掃描電壓的作用下

18、，示波管光點將在屏幕上作連續(xù)重復周期的掃描，若沒有Y通道的信號電壓，屏幕上只顯示出一條時間基線。觸發(fā)掃描：掃描發(fā)生器平時處于等待工作狀態(tài)，只有送入觸發(fā)脈沖時才產(chǎn)生一次掃描電壓，在屏幕上掃出一個展寬的脈沖波形，而不顯示出時間基線。被測信號是連續(xù)的周期性信號時，選擇連續(xù)掃描方式。被測信號是短短暫的周期性脈沖信號時，選擇觸發(fā)掃描方式。4.9 如何進行示波器的幅度校正和掃描時間校正？答：幅度校正的方法是：設校正器輸出電壓幅度為1V，把它加到Y輸入端，靈敏度開關置于“1”檔的校正位置上，調節(jié)Y軸靈敏度電位器，使波形在Y軸顯示為1cm或1div。掃描時間校正的方法是：設校正器輸出電壓的頻率為1KHz，把它

19、加到Y輸入端，掃描時間開關置于“1”ms檔的校正位置上，調節(jié)X軸靈敏度電位器，使標尺的滿度范圍內正好顯示10個周期。4.10 取樣示波器的非實時取樣過程為什么能將高頻信號變?yōu)榈皖l信號？取樣示波器能否觀測單次性高頻信號？答：非實時取樣過程對于輸入信號進行跨周期采樣，通過若干周期對波形的不同點的采樣，經(jīng)過保持延長后就將高頻信號變成了低頻信號。取樣示波器不能觀測單次性高頻信號，因為不能對其進行跨周期采樣。4.11 被測脈沖信號電壓幅度Up3V，經(jīng)1:10探極引入，“倍率”置“×l'位，“微調”置校正位，要想在熒光屏上獲得高度為3cm的波形，Y軸偏轉靈敏度開關“V/cm”應置哪一檔?

20、 解：4.12 用示波器正弦電壓，H = 8 cm、Dy1V/cm、若K=101，求被測正弦信號的峰-峰值和有效值。解：正弦信號的峰-峰值為正弦信號的有效值為4.13 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，問示波器的掃描速度應為多少？解：依題意有： 所以：第五章5.1 與其他物理量的測量相比，時頻測量具有哪些特點？答：（1）測量的精度高； （2）測量范圍廣 （3）頻率的信息傳輸和處理比較容易并且精確度也很高。5.2 電子計數(shù)式頻率計主要由哪幾部分組成?其中放大整形電路和門控電路起什么作用?5.3 簡述計數(shù)式頻率計測量頻率的原理，說明這種測頻方法測頻有哪些測

21、量誤差？對一臺位數(shù)有限的計數(shù)式頻率計，是否可無限制地擴大閘門時間來減小±1誤差，提高測量精確度？答：是根據(jù)頻率的定義來測量頻率的。若某一信號在T秒時間內重復變化了N次，則根據(jù)頻率的定義，可知該信號的頻率fx為： fxN/T測量誤差主要有：±1誤差： 標準時間誤差：不可無限制地擴大閘門時間來減小±1誤差，提高測量精確度。一臺位數(shù)有限的計數(shù)式頻率計，閘門時間時間取得過大會使高位溢出丟掉。5.4 什么是±1誤差？測頻時如何減小這種誤差？答：測頻時，主門的開啟時刻與計數(shù)脈沖的時間關系在時間軸上的相對位置是隨機的，在相同的主門的開啟時間T，計數(shù)器所計的數(shù)不一定相同

22、，脈沖計數(shù)的最大誤差為±1，即±1誤差。當fx一定時，增大閘門時間T，可減少這種±1誤差。5.5 簡述計數(shù)式頻率計測量周期的原理。答：用被測信號產(chǎn)生閘門時間Tx，用晶振產(chǎn)生計數(shù)脈沖fc，若在閘門時間Tx內計數(shù)器計數(shù)的脈沖個數(shù)為N，則：5.6 簡述計數(shù)式頻率計測量時間間隔的原理。答：用被測信號產(chǎn)生閘門的開關時間，用晶振產(chǎn)生計數(shù)脈沖fc，若在閘門時內計數(shù)器計數(shù)的脈沖個數(shù)為N，則： 5.7 簡述電橋法、諧振法、f-V轉換法測頻的原理。答：電橋法測頻的原理是利用電橋的平衡條件和被測信號頻率有關這一特性來測頻。交流電橋能夠達到平衡時有： 諧振法測頻的原理是利用電感、電容、電

23、阻串聯(lián)、并聯(lián)諧振回路的諧振特性來實現(xiàn)測頻。電路諧振時有：f-V轉換法測頻的原理是先把頻率轉換為電壓或電流，然后用表盤刻度有頻率的電壓表或電流表指示來測頻率。以測量正弦波頻率fx為例，首先把正弦信號轉換為頻率與之相等的尖脈沖uA，然后加于單穩(wěn)多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為fx 、寬度為、幅度為Um的矩形脈沖列u (t)，這一電壓的平均值等于：所以： 5.8 簡述示波器上用李沙育圖形法進行測頻、測時間間隔的原理。答：用李沙育圖形法進行測頻的原理是：示波器熒光屏上的李沙育圖形與水平軸的交點nX以及與垂直軸的交點nY來決定頻率比，即：若已知頻率信號接于X軸，待測頻率信號接于Y軸，則： 5.9 設fx20MHz

24、，選閘門時間T0.1s，求測頻的量化誤差。若T增加為1s，則測頻誤差為多少？解： 若T增加為1s，則測頻誤差為±5×10 8，精度提高10倍，但測量時間是原來的10倍。5.10 用計數(shù)式頻率計測量頻率，閘門時間為1s時，計數(shù)器讀數(shù)為5 400，這時的量化誤差為多大？如將被測信號倍頻4倍，又把閘門時間擴大到5倍，此時的量化誤差為多大？解：（1） （2）6.11 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100s。（3）周期倍乘，N1000。答：對于一確定頻率f，可以根據(jù)中界頻率進行判斷。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

25、周法比測頻法誤差小，若先經(jīng)過“周期倍乘”，再進行周期測量則誤差最小。第六章6.1 舉例說明測量相位差的重要意義。答：測量輸出與輸入信號間相位差在圖像信號傳輸與處理、多元信號的相干接收等學科領域，都有重要意義。6.2 測量相位差的方法主要有哪些？答：測量相位差的方法很多，主要有：用示波器測量；把相位差轉換為時間間隔，先測量出時間間隔再換算為相位差；把相位差轉換為電壓，先測量出電壓再換算為相位差；零示法測量等。6.3 零示法測量相位差的原理。答：它是以一精密移相器相移值與被測相移值作比較來確定被測信號間相位差的。測量時，調節(jié)精密移相器，使之抵消被測信號間原有的相位差使平衡指示器示零。由精密移相器表

26、針指示可直讀兩被測信號間的相位差值。6.4 用橢圓法測量兩正弦量的相位差，在示波器上顯示的橢圓圖形中測得橢圓中心橫軸到圖形最高點的高度Ym6cm，橢圓與)Y軸交點y03cm，求相位差。解： 30°第七章7.1 簡述電壓測量的特點。答：電壓測量的特點是：l.、頻率范圍寬，除直流外，交流電壓的頻率從10-6109Hz。2、測量范圍廣，低至10-9V，高到幾十伏，幾百伏甚至上千伏。3、待測電壓的波形，除正弦波外，還包括失真的正弦波以及各種非正弦波。4、輸入阻抗高，對被測電路的影響小。5、測量精度高，直流電壓測量精度優(yōu)于10-7量級。交流電壓測量的精度一般在10-210-4量級。6、易受外界

27、干擾影響，當信號電壓較小時，干擾往往成為影響測量精度的主要因素。7.2 交流電壓的峰值、幅值、平均值、有效值、波形因數(shù)和波峰因數(shù)的定義。答：周期性交變電壓u(t)在一個周期內偏離零電平的最大值稱為峰值Up。平均值的數(shù)學定義為：在電子測量中，平均值通常指交流電壓檢波(也稱整流)以后的平均值，全波平均值定義為 某一交流電壓的有效值等于直流電壓的數(shù)值U，當該交流電壓和 數(shù)值為U的直流電壓分別施加于同一電阻上時，在一個周期內兩者產(chǎn)生的熱量相等。則數(shù)學式可表示為 波形因數(shù)KF，定義為該電壓的有效值與平均值之比：波峰因數(shù)，定義為該電壓的峰值與有效值之比： 7.3 模擬交流電壓表的主要類型。答：模擬交流電壓表的主要類型有：檢波放大式、放大檢波式、調制式、外差式和熱偶變換式等。7.4 DVM的固有誤差的表示式及其意義。答：DVM的固有誤差通常用絕對誤差表示 其中Ux為測量示值，Um為該量程滿度值，a·Ux稱為讀數(shù)誤差.。b·Um稱為滿度誤差，它與被測點壓大小無關，而與所取量程有關。當量程選定后，顯示結果末位1個字所代表的電壓值也就一定，因此滿度誤差通常用正負幾個字表示。7.5 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：（1）正弦波的有效值 （2