電子測(cè)量與儀器課后答案

1、第三章 信號(hào)發(fā)生器思考題與習(xí)題3.1 信號(hào)發(fā)生器的常用分類方法有哪些？按照輸出波形信號(hào)發(fā)生器可以分為哪些類？答：（1）按頻率范圍分類； （2）按輸出波形分類； （3）按信號(hào)發(fā)生器的性能分類。其中按照輸出波形信號(hào)發(fā)生器可以分為正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器。非正弦信號(hào)發(fā)生器又可包括脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字序列信號(hào)發(fā)生器、圖形信號(hào)發(fā)生器、噪聲信號(hào)發(fā)生器等。3.2 正弦信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？簡(jiǎn)述每個(gè)技術(shù)指標(biāo)的含義？答：正弦信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)有：（1）頻率范圍指信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的頻率范圍； （2）頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度是指信號(hào)發(fā)生器度盤(pán)（或數(shù)字顯示）數(shù)值

2、與實(shí)際輸出信號(hào)頻率間的偏差；（3）頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指其它外界條件恒定不變的情況下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率相對(duì)于預(yù)調(diào)值變化的大?。?）失真度與頻譜純度通常用信號(hào)失真度來(lái)評(píng)價(jià)低頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)波形接近正弦波的程度，對(duì)于高頻信號(hào)發(fā)生器的失真度，常用頻譜純度來(lái)評(píng)價(jià)；（5）輸出阻抗（6）輸出電平 輸出電平指的是輸出信號(hào)幅度的有效范圍；（7）調(diào)制特性是否能產(chǎn)生其他調(diào)制信號(hào)。3.3 已知可變頻率振蕩器頻率f12.49964.5000MHz，固定頻率振蕩器頻率f2=2.5MHz，若以f1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)，若直接以f1構(gòu)成一信號(hào)發(fā)生器，其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？

3、解：因?yàn)椴铑l式信號(hào)發(fā)生器f0= f1f2所以輸出頻率范圍為：400Hz2.0000MHz頻率覆蓋系數(shù)如果直接以f1構(gòu)成一信號(hào)發(fā)生器，則其頻率覆蓋系數(shù)3.4 簡(jiǎn)述高頻信號(hào)發(fā)生器主要組成結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明各組成部分的作用？答：高頻信號(hào)發(fā)生器主要組成結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：高頻信號(hào)發(fā)生器原理框圖主振級(jí)緩沖級(jí)調(diào)制級(jí)輸出級(jí)監(jiān)測(cè)器輸出電 源內(nèi)調(diào)制振蕩器可 變電抗器外調(diào)制輸入AMFM內(nèi)外（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(lái)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）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

4、出阻抗。（4）輸出級(jí)進(jìn)一步控制輸出電壓的幅度，使最小輸出電壓達(dá)到V數(shù)量級(jí)。3.5 要求某高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率f860MHz，已知其可變電容器的電容C的變化范圍為50pF200pF，請(qǐng)問(wèn)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？解：而，由，所以相鄰波段的電感值滿足：，所以可以計(jì)算得出3.6 簡(jiǎn)述脈沖信號(hào)發(fā)生器的主要組成部分及主要技術(shù)指標(biāo)？答：脈沖信號(hào)發(fā)生器的組成框圖如下圖所示：脈沖信號(hào)發(fā)生器的基本組成主振級(jí)同步輸出外同步放 大外同步輸入延遲級(jí)形成級(jí)整形級(jí)輸出級(jí)主脈沖脈沖信號(hào)發(fā)生器具有如下主要技術(shù)指標(biāo)：能輸出同步脈沖及與同步脈沖有一定延遲時(shí)間的主脈沖；延遲時(shí)間可調(diào)；主脈沖的頻率可調(diào)、脈

5、寬可調(diào)、極性可切換，且具有良好的上升時(shí)間、下降時(shí)間，以及較小的上沖量。3.7 簡(jiǎn)述各種不同類型的函數(shù)發(fā)生器特點(diǎn)及作用？答：（1）正弦式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器它包括正弦振蕩器、緩沖級(jí)、方波形成、積分器、放大器和輸出級(jí)等部分。（2）脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器它包括脈沖發(fā)生器、施密特觸發(fā)器、積分器和正弦波轉(zhuǎn)換電路等部分。3.8 簡(jiǎn)述各種類型的信號(hào)發(fā)生器的主振器的組成，并比較各自特點(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(jiǎn)單，輸出功率不大，一般在幾到幾十毫瓦的范圍內(nèi)。

6、（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(wèn)應(yīng)劃分幾個(gè)波段？（為答案一致，設(shè)k=2.4）解：而，3.10 簡(jiǎn)述合成信號(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（s量級(jí)），但是由于電路復(fù)雜，難以集成化，因此其發(fā)展受到一

7、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)一步得到發(fā)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達(dá)到的。鎖相環(huán)頻率合成法：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。3.11 簡(jiǎn)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

8、形發(fā)生器的方案，并討論如何提高任意波形的頻率？PC機(jī)濾波D/A答：在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)任意波形的數(shù)字量，通過(guò)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D/A轉(zhuǎn)換器；（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。÷100f3fl10kHz×N15601000LPFPDBPFVCO1

9、f0M(-)f21kNzVCO2f3÷N250006000PD÷100LPF圖3.37 題3.12圖 解：由圖可知：（1）所以（2） （3）因?yàn)镹1和N2均可改變，但f0表達(dá)式中，N2的系數(shù)小，所以N2變化1得到的f0的變化最小，即f0的最小步進(jìn)頻率為frfrLfrHf0f0 frH（b）×MVCO÷PPDLPF÷N13.13 計(jì)算下圖所示鎖相環(huán)的輸出頻率范圍及步進(jìn)頻率。frf0（a）VCO÷nPDLPF÷mfr1f0（c）1KHz÷N2720100M(+)BPFVCO2PDLPF÷N2720100VCO

10、1LPF÷10PD÷N110001100III100kHzfr2圖3.38 題3.13圖解：（a），所以，步進(jìn) （b），所以，步進(jìn) （c）設(shè)VCO1輸出頻率為f1，則， 步進(jìn)3.14 利用一片D/A轉(zhuǎn)換器和一片RAM為主要部件，試設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波發(fā)生器，如果要求波形點(diǎn)數(shù)1000點(diǎn)，（D/A1：10b；D/A2：8 b；RAM：8K字節(jié)）。（1）畫(huà)出電路原理圖（包括其它必要的硬件電路）及其與微處理器的連接；（2）根據(jù)要求確定D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；（3）若讀取一個(gè)數(shù)據(jù)到D/A轉(zhuǎn)換完一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間最短為10s，那么該信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的最高頻率為多少？（4）若要提高輸出頻率，可以采取哪些

11、措施？解：（1）電路原理圖如下圖所示：（2）因?yàn)橐@示的波形點(diǎn)數(shù)為1000點(diǎn)，而RAM容量為8K字節(jié)，所以D/A位數(shù)為8位。（3）由題意兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔為10s，一個(gè)周期1000個(gè)點(diǎn)，所以T10s×10000.01s，即f100Hz（4）提高輸出頻率的措施有：采用存取速度快的存儲(chǔ)器，采用轉(zhuǎn)換速度快的D/A，減少一個(gè)周期波形的點(diǎn)數(shù)。3.15 AD9850 DDS中如果時(shí)鐘頻率fc=125MHz，相位累加器寬度N=32位，頻率控制字k=H，這時(shí)輸出頻率為多少？解：k=H，所以A201，因?yàn)镈DS：3.16 高頻信號(hào)源輸出等效電路如圖3.39所示。問(wèn)信號(hào)源輸出幅度指示刻度是什么值？當(dāng)RH=Ri；RH=；RHRi三種情況下，輸出電壓各為多大？將此信號(hào)源直接加到示波器上校驗(yàn)幅度，結(jié)果將會(huì)如何？VRL圖3.39 題3.16圖Ri信號(hào)源解：信號(hào)源輸出幅度指示刻度是在匹配負(fù)載的條件下按照