電子測(cè)量部分習(xí)題答案

1、 其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？ 因?yàn)椴铑l式信號(hào)發(fā)生器 f0= fi- f2 所以輸出頻率范圍為：400Hz 2.0000MHz 頻率覆蓋系數(shù)k0 =1 2 3 4.0000MHz =5000=5 103 400Hz 如果直接以fi構(gòu)成一信號(hào)發(fā)生器，那么其頻率覆蓋系數(shù) .4.5000MHz k = 1.8 2.4996MHz 簡述高頻信號(hào)發(fā)生器主要組成結(jié)構(gòu)，并說明各組成局部的作用? 高頻信號(hào)發(fā)生器主要組成結(jié)構(gòu)圖如以下圖所示： 1 主振級(jí) 產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號(hào)，是信號(hào)發(fā)生器的核心。 2 緩沖級(jí) 主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級(jí)對(duì)主振級(jí)可能產(chǎn)生的不良影響，以保證主振級(jí) 工作的穩(wěn)定。 3

2、調(diào)制級(jí) 主要進(jìn)行幅度調(diào)制和放大后輸出，并保證一定的輸出電平調(diào)節(jié)和輸出阻抗。 4 輸出級(jí) 進(jìn)一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓到達(dá) N數(shù)量級(jí)。 3.5要求某高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率 f= 860MHz，其可變電容器的電容 C的變化 范圍為50pF200pF，請(qǐng)問該如何進(jìn)行波段劃分，且每個(gè)波段對(duì)應(yīng)的電感應(yīng)為多大？ 3.3 可變頻率振蕩器頻率 fi = 2.49964.5000MHz，固定頻率振蕩器頻率 f2=2.5MHz , 假設(shè)以fi和f2構(gòu)成一差頻式信號(hào)發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，假設(shè)直接以 fl構(gòu)成一信號(hào)發(fā)生 器， 解： 3.4 答: 高頻信號(hào)發(fā)生器原理框 60MHz 7 氏：n 而 k

3、? = = 7.5 , ky = k 一 8Hz -k=是二 fmin 1 2gLCmin C =max -1 C 解2二,LCmax lgk* 1g 7.5 0.875 n 3.43 4 1g 0.9k 1g1.8 0.255 , 1 1 、， 由 fmin = = =8MHz，所以 L0 =1.979PH 2 二 LCmax 2L200pF 相鄰波段的電感值滿足： 所以可以計(jì)算得出 Ln 3.8簡述各種類型的信號(hào)發(fā)生器的主振器的組成，并比擬各自特點(diǎn)。 答：1低頻信號(hào)發(fā)生器的主振器組成為： RC文氏橋式振蕩器，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，易于 調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅。 2 高頻信號(hào)發(fā)生器的主振

4、器組成為： LC三點(diǎn)式振蕩電路，主振級(jí)的電路結(jié)構(gòu)簡單， 輸出功率不大，一般在幾到幾十毫瓦的范圍內(nèi)。 3 脈沖信號(hào)發(fā)生器 的主振器組成為：可采用自激多諧振蕩器、晶體振蕩器或鎖相振 蕩器產(chǎn)生矩形波，也可將正弦振蕩信號(hào)放大、限幅后輸出，作為下級(jí)的觸發(fā)信號(hào)。對(duì)主振 級(jí)輸出波形的前、后沿等參數(shù)要求不很高，但要求波形的一致性要好，并具有足夠的幅度。 3.9 XFG-7高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率范圍為 f=100kHz30MHz，試問應(yīng)劃分幾個(gè)波段？為 答案一致，設(shè) k=2.4 解：而重些=300 , 0= -100KHz - lg k 匚 _ lg 300 lg 0.9k lg 0.9 2.4 3.10簡述合成

5、信號(hào)源的的各種頻率合成方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。 答：合成信號(hào)源的的各種頻率合成方法主要有模擬直接合成法，數(shù)字直接合成法和鎖相環(huán) 頻率合成法。 模擬直接合成法特點(diǎn)：雖然轉(zhuǎn)換速度快 HS量級(jí)，但是由于電路復(fù)雜，難以集成化，因此 其開展受到一定限制。 數(shù)字直接合成法：基于大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其適用于函數(shù)波形和任意波形的 信號(hào)源，將進(jìn)一步得到開展。但目前有關(guān)芯片的速度還跟不上高頻信號(hào)的需要，利用 DDS 專用芯片僅能產(chǎn)生 100MHz量級(jí)正弦波，其相位累加器可達(dá) 32位，在基準(zhǔn)時(shí)鐘為 100MHz 時(shí)輸出頻率分辨力可達(dá) 0.023Hz,可貴的是這一優(yōu)良性能在其它合成方法中是難以到達(dá)的。 鎖相環(huán)頻率合

6、成法： 雖然轉(zhuǎn)換速度慢ms量級(jí)，但其輸出信號(hào)頻率可達(dá)超高頻頻段甚至微 波、輸出信號(hào)頻譜純度高、輸出信號(hào)的頻率分辨力取決于分頻系數(shù) N,尤其在采用小數(shù)分頻 技術(shù)以后，頻率分辨力大力提高。LI = 0.495H L2 =0.124H LI =0.031H 2.477 3.11簡述直接數(shù)字頻率合成原理，試設(shè)計(jì)一個(gè)利用微處理器產(chǎn)生任意波形發(fā)生器的方案, 并討論如何提高任意波形的頻率？ 答：在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)任意波形的數(shù)字量， 通過 微處理器以一定的時(shí)間間隔讀取數(shù)據(jù)，并送 D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將電壓信號(hào)送濾波器 進(jìn)行濾波，一直以相同的轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔取下一 個(gè)數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就可得到任意波形發(fā)生 器。 提高

7、任意波形頻率的方法有： (1) 減小讀取時(shí)間間隔，并采用轉(zhuǎn)換速度較快的 (2) 采用讀取時(shí)間短的存儲(chǔ)器； (3) 一個(gè)周期轉(zhuǎn)換的點(diǎn)數(shù)減小。 3.12有一頻率合成器如圖 3.37所示，求： (1) f0的表達(dá)式； (2) f0的范圍； (3) 最小步進(jìn)頻率。 D/A轉(zhuǎn)換器; 解：由圖可知： (1)血=fo - f3 100 一 N2 _ N2f2 所以 f = N1 f J 100 fi 圖3.37題3.12圖 (2)川=5601000 N2 = 5000 6000 10 6 f0min =560f1 5000f2 =560 10KHz 5000 1KHz =5650KHz = 5.650 MH

8、z 100 , ,6000 f2 6000 1KHz fmax =1000f1 - =1000 10KHz - =10060KHz = 10.060 MHz 100 1KHz - =10 Hz 100 1kHz(1000 1100) f0 z( ) 100kHz(720 1000)解: (a) 上 ,所以 f0 - frm ，步進(jìn)fr n m n nmax (b) 上 =f_ 所以 f - frN1 +frH，步進(jìn) fr P N1 P Pmax 輸出頻率為f1,那么 f r1 N1 , 設(shè) VCO1 f1 fr1 & N1， 100 100 (3)因?yàn)镹1和N2均可改變，但f0表達(dá)式中

9、, N2的系數(shù)小，所以 N2變化1得到的 (c) 矗fr2 f1 ,f =( N2 10N -fr2)N2 2 (frN 10N2 fr2)N2 fr1N1 f N10 3.13計(jì)算以下圖所示鎖相環(huán)的輸出頻率范圍及步進(jìn)頻率。 (c) 圖3.38 題3.13圖 f0的變化最小，即f0的最小步進(jìn)頻率為 Af。= 100 7 f0L 1kHz 1000 100kHz 720 = 72.1MHz 10 f0H 1kHz 1100 - 100kHz 1000 = 100.11MHz 10 止丘1kHz 1 步進(jìn) -=100 Hz 10 3.15 AD9850 DDS中如果時(shí)鐘頻率 fc=125MHz，相

10、位累加器寬度 N=32位，頻率控制字 k=0100000H ,這時(shí)輸出頻率為多少？ 解：k=0100000H，所以 A20= 1,因?yàn)?DDS: fout fc A 125MHz 夜 A20 = - 12 - 30517.578125 Hz 2 2 = 30.518KHz 8 4.3分析通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率和周期的誤差，以及減小誤差的方法。 答：通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的誤差： 即土 1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。一般總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成，即 卜) 通用計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的誤差： 主要有三項(xiàng)，即量化誤差、轉(zhuǎn)換誤差以及標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。其合成誤差可按下式計(jì)算 J. 1 1 S .f Tx 10nTxfc 2

11、- Um |fc| 減少測(cè)頻誤差的方法：在 fx一定時(shí)，閘門時(shí)間 T選得越長，測(cè)量準(zhǔn)確度越高 減少測(cè)周誤差的方法：1)采用多周期測(cè)量可提高測(cè)量準(zhǔn)確度； 2) 提高標(biāo)準(zhǔn)頻率，可以提高測(cè)周分辨力； 3) 測(cè)量過程中盡可能提高信噪比 Vm/ Vn。 4.8用計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)量頻率，閘門時(shí)間(門控時(shí)間)為 l s時(shí)，計(jì)數(shù)器讀數(shù)為5400,這時(shí) 的量化誤差為多大？如將被測(cè)信號(hào)倍頻 4倍，又把閘門時(shí)間擴(kuò)大到 5倍，此時(shí)的量化誤差 為多大？ _ :N _1 _1 解：1量化誤差 N = 1 1 =0.019% N 5400 fxT 4.9用一個(gè)7位電子計(jì)數(shù)器測(cè)量一個(gè) fx = 5MHz的信號(hào)頻率，試分別計(jì)算當(dāng)

12、“閘門時(shí)間置 于1s、0.1s和10ms時(shí)，由土 1誤差產(chǎn)生的測(cè)頻誤差。 . , N -1 _1 二 解：閘門時(shí)間為 1s時(shí)，土 1誤差= - =M2X10盤 N fxT 5MHz 1 . , 、.：N _1 _1 閘門時(shí)間為0.1s時(shí)，土 1誤差q=1=2勺0 N fxT 5MHz 0.1 . . N _1 _1 圭 閘門時(shí)間為10ms時(shí)， 1誤差熟= - ! - = 210 N fxT 5MHz 0.01 N (2)量化誤差 N =品 x 一0.019% 20 =-0.00095% 9 4.10用某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)頻率，晶振頻率 fc的相對(duì)誤差為 f/fc= 5X108,門控時(shí) 間T = 1

13、s,求： (1)測(cè)量fx= 10MHz時(shí)的相對(duì)誤差；10 (2)測(cè)量fx= 10KHz時(shí)的相對(duì)誤差，并找出減小測(cè)量誤差的方法。 , 、 f 1 * J (1) x = ( 6 5 10與=1.5 10J fx 1 10 106 f 1 8 4 (2) 二=( - 3 5 10 ) = 1.0005 10 fx 1 10 103 對(duì)相同閘門時(shí)間下，當(dāng)被測(cè)頻率越高時(shí)，測(cè)頻相對(duì)誤差越小，同時(shí)晶振頻率誤差影響也越 大。 4.11用某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)周期，晶振頻率 fc的相對(duì)誤差為 fc/ fc= 5刈0一8,時(shí)基頻 率為10MHz，周期倍乘100。求測(cè)量10 HS周期時(shí)的測(cè)量誤差。 解：計(jì)數(shù)器測(cè)周期誤差

14、 T 1 f 1 豎 4 b = 一(廣=一(100 10 1 10 106 5 10)= 1.0005 10 一 4.12用某電子計(jì)數(shù)器測(cè)一個(gè) fx= 10Hz的信號(hào)頻率，當(dāng)信號(hào)的信噪比 S/N= 20dB時(shí)，分別計(jì) 算當(dāng)“周期倍乘置于X 1和X 100時(shí)，由于轉(zhuǎn)換誤差所產(chǎn)生的測(cè)周誤差， 并討論計(jì)算結(jié)果。 一 . . ：T 1 1 所以“周期倍乘置于X 1時(shí)： 一 = X=0.0282 Tx 2 = 10 _ 一 ，上T 1 1 所以“周期倍乘置于x 100時(shí)： x = 1- 乂 1 =0.000282 Tx 2 100 二 10 由測(cè)周誤差可知，增大“周期倍乘可以減少由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測(cè)周誤

15、差。 4.13用多周期法測(cè)量某被測(cè)信號(hào)的周期，被測(cè)信號(hào)重復(fù)周期為 50Hz時(shí)，計(jì)數(shù)值為 100000,內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為 1MHz。假設(shè)采用同一周期倍乘和同一時(shí)標(biāo)信號(hào)去測(cè)量另一未 解：測(cè)頻土 1誤差f fx fc fc 解：由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測(cè)周誤差為: jL _ 1 U Tx 一，2 1S 二 U 因?yàn)? 20lgU =20, Un 所以上 Un =10 11 知信號(hào)，計(jì)數(shù)值為 15000,求未知信號(hào)的周期？ 解：因?yàn)槎嘀芷诜y(cè)被測(cè)信號(hào)周期， N =kTxfc12 f 1 7 7 c) =： ( 6 1 10。= 2 10 = fc 10 1 106 由以上計(jì)算結(jié)果可知，采用第三種方案是正確的

16、。所以k 100000 5000000 Tx fc x c 50 fc fc Txf c 15000 kfc c -0.003s 5000000 - fc fc 4.14 某計(jì)數(shù)式頻率計(jì)，測(cè)頻閘門時(shí)間為 1s,測(cè)周期時(shí)倍乘最大為X 10000, 為10MHz ,求中界頻率。 解：測(cè)頻和測(cè)周土 1誤差分別為： fx 1 Tx 1 LTx - = - . - = - - = - fx fxT Tx 10nTxfc fx Tx 時(shí)基最局頻率 T= 一 =1，所以 fM 史一 fxT 10nTxfc 10n fc. T 中屆頻率 fM = J101MHZ =316KHz 1 4.15欲測(cè)量一個(gè)標(biāo)稱頻率

17、 f0= 1MHz的石英振蕩器，要求測(cè)量精確度優(yōu)于土 列幾種方案中，哪一種是正確的？為什么？ (1) 選用E312型通用計(jì)數(shù)器( fc/fcv 1 X 106), “閘門時(shí)間置于1s。 (2) 選用E323型通用計(jì)數(shù)器( fc/fc 100) =5.078 1 T 2 2n 3 100 27 7 5.14兩臺(tái)DVM ,最大計(jì)數(shù)容量分別為19999;9999。假設(shè)前者的最小量程為 200mV , 試問： (1) 各是幾位的 DVM ; (2) 第臺(tái)DVM的分辨力是多少？ (3) 假設(shè)第臺(tái)DVM的工作誤差為0.02%Jx 土 1字，分別用2V檔和20V檔測(cè)量Ux=1.56V 電壓時(shí)，問誤差各是多少

18、？ 解：(1)計(jì)數(shù)容量為19999的DVM為4位半，計(jì)數(shù)容量為 9999的DVM為4位； (2) 第臺(tái)DVM的最小量程為200mV ,所以DVM顯示數(shù)據(jù)應(yīng)為199.99mV ,即最小 分辨力為0.01mV; (3) 當(dāng)用2V檔測(cè)量時(shí)：為1.9999V，所以一個(gè)字誤差為：0.0001V，測(cè)量誤差為：0.02% X 1.56 + 0.0001V = 0.000412V = 0.41mV 當(dāng)用20V檔測(cè)量時(shí)：為19.999V，所以一個(gè)字誤差為：0.001V,測(cè)量誤差為：0.02% X 1.56 + 0.001V = 0.001312 V = 1.3mV 5.18 圖5.72為雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器，

19、= 100m TG= 100 s,試求: (1) 刻度系數(shù)； (2) 畫出工作流程圖。 1 t2 T J Uxdt =二Ux; R1C u R1C . 、， ，、一 t3 T1 T2 比擬期K1關(guān)K2合進(jìn)行正值積分， 0=Uo1-l -Urdt = - - x+- Ur,所以 12 R1C R2C Uo1 圖5.74 題5.18圖 解：方法 22 R1Ur R2T1 T2 = R2N1 N2 RM M R2T1 To 2 ,所以刻度系數(shù)為: 23 100 103 6.2 62一10310。10 lOOo 方法二：利用電荷平衡原理， Q= Q,采樣期Q1 =凹生T1 ,比擬期Q2 =丁2 , R

20、1 R2 5.19 一臺(tái)DVM ,技術(shù)說明書給出的準(zhǔn)確度為 Z = 0.01%Vx土 0.01% X Vm,試計(jì)算用1V 量程分別測(cè)量1V和0.1V電壓時(shí)的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，有何啟示？ 解：1 = 0.01 % X 1 + 0.01 %X 1 = 2X 10-4V, (2) = 0.01 %X 0.1 + 0.01 %X 1= 1.1 X 10-4V, 丫 = _A=1.1勺0 =011%,由此可見相對(duì)誤差明顯增大，可知在相同量程下，被 Vx 0.1 測(cè)值越接近量程，那么相對(duì)誤差相對(duì)較小。 6. 1通用示波器由哪些主要電路單元組成 ？它們各起什么作用？它們之間有什么聯(lián)系？ 6. 2 通用示波

21、器垂直偏轉(zhuǎn)通道包括哪些主要電路？它們的主要作用是什么？它們的主要 工作特性是什么？ 6. 3簡述通用示波器掃描發(fā)生器環(huán)的各個(gè)組成局部及其作用？ 6. 4 在示波器的水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上都加正弦信號(hào)所顯示的圖形叫李沙育圖形。如果都 加上同頻、同相、等幅的正弦信號(hào)，請(qǐng)逐點(diǎn)畫出屏幕上應(yīng)顯示圖形； 如果兩個(gè)相位差為 90 的正弦波，用同樣方法畫出顯示的圖形。 6. 5 現(xiàn)用示波器觀測(cè)一正弦信號(hào)。假設(shè)掃描周期 Tx為信號(hào)周期的兩倍、掃描電壓的 幅度Vx = 時(shí)為屏幕X方向滿偏轉(zhuǎn)值。當(dāng)掃描電壓的波形如圖 6. 42的a、b、c、d所示時(shí)， 試畫出屏幕上相應(yīng)的顯示圖形。 RlU e = R2T1 To =0.

22、01V/字 所以 UTULT2, R1 R2 Ux Ur -N1T0 =傾0 , Ux RRUrRN2 UrR M N R NR T T所以e = UR R2T1 T0 _ 100_103_6.2 _ 62 103 100 103 100 10 =0.01V/字 2 10 _4 = 0.02% , 24 解: 25 6. 7 一示波器的熒光屏的水平長度為 10cm，現(xiàn)要求在上面最多顯示 10MHz正弦信號(hào)兩 個(gè)周期幅度適當(dāng)，問該示波器的掃描速度應(yīng)該為多少？ 1 1 7 解：正弦信號(hào)頻率為 10MHz , T = T= - =1X10-7s,要在屏幕上顯示兩個(gè)周 f 10 10 10 期，那么顯

23、示的時(shí)間為 t=2T=2x10 s，掃描速度為 - =50106cm/s 2 10 6. 8示波器觀測(cè)周期為 8ms,寬度為1ms,上升時(shí)間為 0.5ms的矩形正脈沖。試問用示 波器分別測(cè)量該脈沖的周期、脈寬和上升時(shí)間，時(shí)基開關(guān) t/cm應(yīng)在什么位置 示波器 時(shí)間因數(shù)為 0.05 0.5s,按1 2 5順序控制。 解： 在示波器屏幕上盡量顯示一個(gè)完整周期，而水平方向?yàn)?10cm,所以 測(cè)量周期時(shí)，8ms/10cm = 0.8ms/cm，時(shí)基開關(guān)應(yīng)在 1ms位置， 測(cè)量脈寬時(shí)，1ms/10cm = 0.1ms/sm，時(shí)基開關(guān)應(yīng)在 100 g位置， 測(cè)量上升時(shí)間時(shí)，0.5ms/10cm= 50 p

24、s/cm時(shí)基開關(guān)應(yīng)在 50 g 位置 6. 10欲觀察上升時(shí)間tR為50ns的脈沖波形，現(xiàn)有以下四種技術(shù)指標(biāo)的示波器，試問選擇 哪一種示波器最好？為什么？ 1 f3dB = 10MHz , t產(chǎn) 40ns 2 f3dB= 30MHz , t產(chǎn) 12ns 3 f3dB = 15MHz , tr 24ns 4 f3dB= 100MHz , tv 3. 5ns 解：由BW=0.35/tr，可知BW =0.35/50勺0“= 7MHz,選擇示波器時(shí)，信號(hào)上升 26 時(shí)間應(yīng)大于35 tR示波器上升時(shí)間 ，或者帶寬大于3 5fM,這樣只有2和4滿足, 而4的上升時(shí)間最小，觀察效果最好，但價(jià)格貴。 6. 11用8位A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間100 s、輸入電壓范圍(0 5V)作為數(shù)字存儲(chǔ)示波器 Y通道 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。試問： (1) Y通道能到達(dá)的有效存儲(chǔ)帶寬是多少？ (2) 擬定輸入信號(hào)范圍為(一 2. 5 + 2.5) V時(shí)的輸入電路形式； (3) 信號(hào)幅度的測(cè)量分辨力是多少？ (4) 假設(shè)要求水平方向的時(shí)間測(cè)量分辨力優(yōu)于 1%,那么D/Ax應(yīng)該是多少位的？ 6. 12數(shù)字存儲(chǔ)示波器，設(shè)水平分辨力 N = 100點(diǎn)/Div，當(dāng)掃描速度為 5 s/Div ; 5ms/D