電子測量部分習(xí)題答案

3.3可變頻率振蕩器頻率f,2，固定頻率振蕩器頻率fff假設(shè)以和構(gòu)成一差頻式信號發(fā)生器，試求其頻率覆蓋系數(shù)，假設(shè)直接以l構(gòu)成一信號發(fā)生i2器，解：f=ff其頻率覆蓋系數(shù)又為多少？因為差頻式信號發(fā)生器所以輸出頻率范圍為：02頻率覆蓋系數(shù)k.=5000=510400Hz0000MHz012343fi如果直接以構(gòu)成一信號發(fā)生器，那么其頻率覆蓋系數(shù).4.5000MHzk°=1.82.4996MHz簡述高頻信號發(fā)生器主要組成結(jié)構(gòu)，并說明各組成局部的作用?高頻信號發(fā)生器主要組成結(jié)構(gòu)圖3.4如以下圖所示：答:高頻信號發(fā)生器原理框1主振級產(chǎn)生具有一定工作頻率范圍的正弦信號，是信號發(fā)生器的核心。2緩沖級主要起阻抗變換作用，用來隔離調(diào)制級對主振級可能產(chǎn)生的不良影響，以保證主振級工作的穩(wěn)定。34N數(shù)量級。3.5要求某高頻信號發(fā)生器的輸出頻率化f=8~60MHz，其可變電容器的電容C的變范圍為50pF~200pF，請問該如何進行波段劃分，且每個波段對應(yīng)的電感應(yīng)為多大？60MHz78Hzk?==7.5,ky=k氏：：而n-一1C是二f解C2二,n4,由1fmin「「二0相鄰波段的電感值滿足：所以可以計算得出LnL=H」LH」LH」II23.8簡述各種類型的信號發(fā)生器的主振器的組成，并比擬各自特點。答：〔低頻信號發(fā)生器的主振器組成為：調(diào)節(jié)，并且波形失真小和易于穩(wěn)幅?！病掣哳l信號發(fā)生器的主振器組成為：三點式振蕩電路，主振級的電路結(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)?！病趁}沖信號發(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放大、限幅后輸出，作為下級的觸發(fā)信號。對主振級輸出波形的前、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高頻信號發(fā)生器的頻率范圍為f=100kHz~30MHz，試問應(yīng)劃分幾個波段？〔為k=2.4〕答案一致，設(shè)300,0=^-100KHz解：而…重些=-k匚_"lg2.47簡述合成信號源的的各種頻率合成方法及其優(yōu)缺點。答：合成信號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：雖然轉(zhuǎn)換速度快〔其開展受到一定限制。量級〕，但是由于電路復(fù)雜，難以集成化，因此數(shù)字直接合成法：基于大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)，尤其適用于函數(shù)波形和任意波形的信號源，將進位，在基準(zhǔn)時鐘為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的。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的需要，利用專用芯片僅能產(chǎn)生量級正弦波，其相位累加器可達時輸出頻率分辨力可達鎖相環(huán)頻率合成法：雖然轉(zhuǎn)換速度慢〔量級〕，但其輸出信號頻率可達超高頻頻段甚至微波、輸出信號頻譜純度高、輸出信號的頻率分辨力取決于分頻系數(shù)技術(shù)以后，頻率分辨力大力提高。尤其在采用小數(shù)分頻答：在存儲器里存儲任意波形的數(shù)字量，通過微處理器以一定的時間間隔讀取數(shù)據(jù)，并送轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，并將電壓信號送濾波器進行濾波，一直以相同的轉(zhuǎn)換時間間隔取下一個數(shù)進行轉(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)(2)(3)減小讀取時間間隔，并采用轉(zhuǎn)換速度較快的采用讀取時間短的存儲器；轉(zhuǎn)換器;一個周期轉(zhuǎn)換的點數(shù)減小。有一頻率合成器如圖所示，求：(1)f0的表達式；(2)f0的范圍；(3)最小步進頻率。解：由圖可知：i(1)f-f血=o3N一2_Nff=Nf22〔J所以°11003.373.12題圖圖川=N=~2f=560f0min=56010KHz=5650KHz=5.650MHz1001100,,6000f60001KHzf=1000f=100010KHz-=10060KHz=10.060MHz1100(3)因為和均可改變，但表達式中,f0的系數(shù)小，所以變化得到的1100f0f0f的變化最小，即的最小步進頻率為。=——100計算以下圖所示鎖相環(huán)的輸出頻率范圍及步進頻率。(c)3.383.13題圖圖fm上，步進fr(a)f0-解:,所以rnmnnf+f，步進(b)=f_f-rNr所以1P上PNP(c)1ffN1矗ff122fN2°21KHz------=10HzN221001kHz(1000~1100))100kHz(720~1000)10fz(0&fff1,輸出頻率為那么設(shè)fN1,6N1，11kHz1000100kHz720=72.1MHz10f-=0H1kHz1止丘步進-------=100Hz10中如果時鐘頻率f位，頻率控制字，相位累加器寬度c,這時輸出頻率為多少？解：k=0100000H，所以A因為=20fA125MHzfcA-30517.578125Hz=-----------12—2夜20=30.518KHz7卜")通用計數(shù)器測量周期的誤差：主要有三項，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算J.S.f11TTf2U|fnxxcmc|f減少測頻誤差的方法：在一定時，閘門時間選得越長，測量準(zhǔn)確度越高Tx減少測周誤差的方法：采用多周期測量可提高測量準(zhǔn)確度；提高標(biāo)準(zhǔn)頻率，可以提高測周分辨力；VVn測量過程中盡可能提高信噪比。4.8ls用計數(shù)式頻率計測量頻率，閘門時間(門控時間)為時，計數(shù)器讀數(shù)為這時的量化誤差為多45倍，又把閘門時間擴大到倍，此時的量化誤差大？如將被測信號倍頻為多大？?=〔〕解：量化誤差N11N一=品量化誤差—xNNfTx4.97用一個位電子計數(shù)器測量一個f=x0.1s的信號頻率，試分別計算當(dāng)“閘門時間〞置于、1和時，由土誤差產(chǎn)生的測頻誤差。,二=21解：閘門時間為時，土誤差——=——=----------------MX盤NfT1x、.：N?........,勺0NfT0.1s閘門時間為時，土誤差1———1x.N圭=1閘門時間為時，±誤差熟=—=---------------------!NfTx8fc的相對誤差為△f/fc=±5X108,門控時用某計數(shù)式頻率計測頻率，晶振頻率間T=求：(1)fx=測量時的相對誤差；9ff1誤差fxc解：測頻土fc時的相對誤差，并找出減小測量誤差的方法。(2)fx=測量f1,、*5與=J10Jx=(f166x18(-----------5)=4二=3f13x對相同閘門時間下，當(dāng)被測頻率越高時，測頻相對誤差越小，同時晶振頻率誤差影響也越大。用某計數(shù)式頻率計測周期，晶振頻率fc的相對誤差為△fc/50,刈一時基頻8率為，周期倍乘。求測量周期時的測量誤差。解：計數(shù)器測周期誤差T1f(1豎4b=一(510000510一6用某電子計數(shù)器測一個fx=的信號頻率，當(dāng)信號的信噪比時，分別計算當(dāng)“周_1U解：由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測周誤差為:T2U二一，x20lg^U所以上U因為:UnnX1X期倍乘〞置于和時，由于轉(zhuǎn)換誤差所產(chǎn)生的測周誤差，1并討論計算結(jié)果。1一..........—X」2=X1所以“周期倍乘〞置于時：一=Tx，上T11~___一所以“周期倍乘〞置于x時：=—-----------11x乂T2二x由測周誤差可知，增大“周期倍乘〞可以減少由轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的測周誤差。用多周期法測量某被測信號的周期，被測信號重復(fù)周期為時，計數(shù)值為100000,內(nèi)部時標(biāo)信號頻率為。假設(shè)采用同一周期倍乘和同一時標(biāo)信號去測量另一未N=kTf解：因為多周期法測被測信號周期，xc1000005000000所以kTff50xcfccxc15000fT-0.003sxkf5000000c----------fcfccc某計數(shù)式頻率計，測頻閘門時間為1s,測周期時倍乘最大為X時基最局頻率為,求中界頻率。1解：測頻和測周土誤差分別為：f1T1￡xx--.-----=---------------=-----xffTT10TfnfTxxxxcffT10Tff.xx一，所以史一nn=~1^TMxxccf=J°101MHZ中屆頻率M1欲測量一個標(biāo)稱頻率f的石英振蕩器，要求測量精確度優(yōu)于土,/___.在下6列幾種方案中，哪一種是正確的？為什么？(1)選用型通用計數(shù)器(△f/f1X10—“閘門時間〞置于。cc(2)選用型通用計數(shù)器(△f/fc<±1X10—“閘門時間〞置于。c(3)選用型通用計數(shù)器(△f/f1Xcc“閘門時間〞置于10s，f1f1-…一.…、，0)6(1)解：測頻時，其誤差亍=±(^^+〒)十〔勺勺6ff1于)(2)(3)7A1)=111061cx業(yè)=.(」fTff1xs712=。=7c)(6f1c6由以上計算結(jié)果可知，采用第三種方案是正確的。1〕2〕3〕4〕5〕電壓測量儀器的分類方法：1按頻率范圍分類2〕3〕按被測信號的特點分類按測量技術(shù)分類5.2交流電壓表都是以何值來標(biāo)定刻度讀數(shù)的？真、假有效值的含義是什么？答：交流電壓表都是以正弦波有效值為刻度的，真有效值：我們認(rèn)為有效值表的讀數(shù)就是被測電壓的有效值，即有效值表是響應(yīng)輸入信號有效值的。因此，有效值表中a,并稱這種表為真有效值表。假有效值：有效值表的讀數(shù)不能反映被測電壓的有效值真實大小。5.3利用全波平均值電子電壓表測量圖是問：所示三種不同波,〔〕〔〕〔〕對每種波形，電壓表的讀數(shù)各代表什么意義？三種波形的峰值、平均值及有效值分別為多少？根據(jù)測量結(jié)果，將三個波形畫在同一坐標(biāo)圖上以進行比擬。接反響被測量的大小。1一一一一U==----=aU因為~，所以=K~FK~F=KU,=U=KU=KKUUU/KU因為即FPPPPFPU1乂所以正弦波有效值為峰值為V，均值為。PUU=FnU=方波有效值為峰值為均值P為。UK.U=,三角波有效值為V峰值為FU=，均值為0.901V。PV解：各波形PV=ppkk=5均值表:正弦波~fVp=—11方波p—V—p三角波KPk三種波形在同一坐標(biāo)圖為:VP峰值表：因為各波形峰值相同，所以三種波形的讀數(shù)均為:.、，V5p車走5=N有效值表：正弦波k2p5=VP萬波：S1…=V5三角波：:p5」5.5用峰值表和均值表分別測量同一波形，讀數(shù)相等。這可能嗎？為什么?VP對峰值表：有答：峰值表和均值表的讀數(shù)均是以正弦波有效值為刻度的，對均值表：有:-V=對任一波形有K=已，即VKKVV一FFPPKP==PVKKVFP先兩電壓表讀數(shù)假設(shè)相同，那么:=,22KK即所以只要被測波形為正弦波即可滿足該條件。FP2、5.8—型五位雙積分型數(shù)字電壓表中—,fc=0.75MHz,計數(shù)器滿量程N=UTT時，計數(shù)器計數(shù)值和測量時間分別為求被測電壓i|2多大？N在準(zhǔn)備期，進行定時積分,N2I6.00002.5000=N600002解：根據(jù)雙積分原理，可知NTTIf-=I=NICCCT=NT：C22fcN所以25.9試畫出圖積分器的輸出時間波形圖(Uo，假設(shè)圖中C=Q,圖中模擬開關(guān)的接通時間為：0-tS〔023t-t(S1接通，其他開關(guān)斷開；2接通，其他開關(guān)斷開；&接通，其他開關(guān)斷開；13t-tS34t-t45t-tSSSS開關(guān)斷開。、、接通，3I5602圖中假設(shè)模擬開關(guān)A和運算放大器均是理想器件?！癠/VO+15'+10-+510203040506001J11A.-5-10-15t565.715.9題圖圖解：按照積分器工作原理，其輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系為:11tt2[Vdt=-100[Vdt2iii——~3_61010110V=01A、接通，、斷開，的同向與反向輸入端虛短，所以；ot1-:接通，其他開關(guān)斷開，輸入端電壓等效為0—5V=—VM"3V(：—t3—:接通，其他開關(guān)斷開，輸入端電壓等效為V—100*4=15—100」o3o2t4—:接通，其他開關(guān)斷開，輸入端電壓等效為5—VVdtj：0dt=「iVt5—:、接通，、斷開，=o5所以輸出波形圖如下:圖為某三斜式求積分器的/D入電壓大小和極性。等。|=10V,試的積分器的輸出時間波形，設(shè)基準(zhǔn)電壓題中假設(shè)在采樣期和比擬期內(nèi)，積分器的時間常數(shù)相解：由輸出波形可知，積分器輸入電壓為負(fù)的,V「i=——1>100)一…23T2n'271237試問：(1)(2);各是幾位的第①臺的分辨力是多少？(3)假設(shè)第①臺的工作誤差為1檔測量U土字，分別用檔和電x壓時，問誤差各是多少？(1)解：計數(shù)容量為44為位半，計數(shù)容量為的為位；的(2)(3)所以第①臺的最小量程為,顯示數(shù)據(jù)應(yīng)為即最小分辨力為當(dāng)用+==當(dāng)用=V=轉(zhuǎn)換器，「=T=s,試求:G為雙積分(1)(2)刻度系數(shù)；畫出工作流程圖。解：方法圖1TUdt=—二U;xxRC1RC1uTT...、，…，、一…1-Udt=-+-----U2比擬期關(guān)合進行正值積分，r所以o1rxRC1RC2RUN1RTMr=,所以刻度系數(shù)為:RTT21RN22o21213=l10RTT21一?！?oQT方法二：利用電荷平衡原理，,1122RR12URU2UU所以所以LxrMNRR1NT-10UR20,xRNRTT=0.01V/字100_10_6.23UR「e=3RTT2130一臺,技術(shù)說明書給出的準(zhǔn)確度為Z=±XV試計算用土xm量程分別測量和電壓時的絕對誤差和相對誤差，有何啟示？210=0.02%,〔〕△=%X1+1=解：(2)△=0.010.1+1.1X=_A='=011%,丫1.10由此可見相對誤差明顯增大，可知在相同量程下，被勺V0.1x測值越接近量程，那么相對誤差相對較小。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？2通用示波器垂直偏轉(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？3簡述通用示波器掃描發(fā)生器環(huán)的各個組成局部及其作用？4在示波器的水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上都加正弦信號所顯示的圖形叫李沙育圖形。如果都如果兩個相位差為加上同頻、同相、等幅的正弦信號，請逐點畫出屏幕上應(yīng)顯示圖形；的正弦波，用同樣方法畫出顯示的圖形。5現(xiàn)用示波器觀測一正弦信號。假設(shè)掃描周期〔Tx為信號周期的兩倍、掃描電壓的VXabcd幅度=方向滿偏轉(zhuǎn)值。當(dāng)掃描電壓的波形如圖的、、、所示時，試畫出x屏幕上相應(yīng)的顯示圖形。解:7一示波器的熒光屏的水平長度為，現(xiàn)要求在上面最多顯示正弦信號兩個周期〔幅度適當(dāng)〕，問該示波器的掃描速度應(yīng)該為多少？117要在屏幕上顯示兩個周T=—=----------------=1X10-s,,T=解：正弦信號頻率為7f101010t=2T=2x10，掃描速度為-------------=50><10cm/s期，那么顯示的時間為62108示波器觀測周期為寬度為上升時間為的矩形正脈沖。試問用示波器分別測量該按〕時間因數(shù)為0.5s,1—2—5順序控制〕。解：在示波器屏幕上盡量顯示一個完整周期，而水平方向為10cm,所以測量周期時，=0.8ms/cm，時基開關(guān)應(yīng)在位置，測量脈寬時，=0.1ms/sm，時基開關(guān)應(yīng)在g位置，測量上升時間時，ps/cm時基開關(guān)應(yīng)在g位置t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欲觀察上升時間為R器最好？為什么？〔1f,t〔〕f,t3dBf,tr<〔〕f=〕產(chǎn)產(chǎn)==3dB〔〕,tv「解：由，可知勺選擇示波器時，信號上升r時間應(yīng)大于和tR35fM,這樣只有〔〕4滿足,而〔〕的上升時間最小，觀察效果最好，但價格貴。8［用位作為數(shù)字存儲示波器通道的模數(shù)轉(zhuǎn)s、輸入電壓范圍(5V)］Y轉(zhuǎn)換時間換器。試問：(1)Y通道能到達的有效存儲帶寬是多少？(2)(3)(4)5+V時的輸入電路形式；擬定輸入信號范圍為(一信號幅