电子测量技术[陆绮荣主编][习题解答]

最新 精品 Word 欢迎下载 可修改第1章习题11 什么是测量？什么是电子测量？答：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。12 测量与计量两者是否是缺一不可？答：测量与计量是缺一不可的。计量是测量的一种特殊形式，是测量工作发展的客观需要，而测量是计量联系生产实际的重要途径，没有测量就没有计量，没有计量就会使测量数据的准确性、可靠性得不到保证，测量就会失去价值。因此，测量与计量是相辅相成的。13 按具体测量对象来区分，电子测量包括哪些内容？答：电子测量内容包括：（1）电能量的测量如：电压，电流电功率等；（2）元件和电路参数的测量如：电阻，电容，电感，阻抗，品质因数，电子器件的参数等：（3）电信号的特性的测量如：信号的波形和失真度，频率，相位，调制度等；（4）电子电路性能的测量如：放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数等：（5）特性曲线显示如：幅频特性，相频特性曲线等。14 电子测量技术有哪些优点？答：（1）测量频率范围宽（2）测试动态范围广（3）测量的准确度高（4）测量速度快（5）易于实现遥测和长期不间断的测量（6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器的智能化15 常用电子测量仪器有哪些？答：（1）时域测量的仪器：电子电压表、电子计数器、电子示波器、测量用信号源等。（2）频域测量的仪器：频率特性测试仪、频谱分析仪、网络分析仪等。（3）调制域测量仪器：调值 调制度仪、调制域分析仪等。（4）数据域测量仪器：逻辑笔、数字信号发生器、逻辑分析仪、数据通信分析仪等。（5）随机测量仪器：噪声系数分析仪、电磁干扰测试仪等。 第2章习题21 测量时为何会产生误差？研究误差理论的目的是什么？答：测量是用实验手段确定被测对象量值的过程，实验中过程中采用的方法、标准量和比较设备不一样，都可能使实验的确定值与被测对象的真值有差异，即都会产生误差。研究误差理论的目的就是掌握测量数据的分析计算方法、正确对测量的误差值进行估计、选择最佳测量方案。22 测量误差用什么表示较好？答：测量误差通常可用绝对误差和相对误差两种方法表示。若要反映测量误差的大小和方向，可用绝对误差表示；若要反映测量的准确程度，则用相对误差表示。23 测量误差与仪器误差是不是一回事？答：当然不是一回事。测量误差指的是测量值与被测量真值的差异，造成这种差异的原因可能是仪器误差、人身误差、方法误差和环境误差等原因，因此仪器误差是造成测量误差的原因之一。而仪器误差仅仅是指作为比较设备的测量仪器由于测量精度和准确度所带来的测量误差。24 有一个100V的被测电压，若用0.5级、量程为0-300V和1.0级、量程为0-100V的两只电压表测量，问哪只电压表测得更准些？为什么？答： 要判断哪块电压表测得更准确，即判断哪块表的测量准确度更高。（1）对量程为0-300V、0.5级电压表，根据公式有 （2）对量程为0-100V、1.0级电压表，同样根据公式有 从计算结果可以看出，用量程为0-100V、1.0级电压表测量所产生的示值相对误差小，所以选用量程为0-100V、1.0级电压表测量更准确。25 系统误差、随机误差和粗大误差的性质是什么？它们对测量结果有何影响？答：（1）系统误差是一个恒定不变的值或是具有确定函数关系的值；进行多次重复测量，系统误差不能消除或减少；系统误差具有可控制性或修正性。系统误差使测量的正确度受到影响。（2）随机误差的性质主要有：在多次测量中，绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多；在多次测量中，绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相同，即具有对称性；测量次数一定时，误差的绝对值不会超过一定的界限，即具有有界性；进行等精度测量时，随机误差的算术平均值的误差随着测量次数的增加而趋近于零，即正负误差具有抵偿性。随机误差影响测量精度。（3）粗大误差的主要性质是测量结果明显偏离实际值。它使测量结果完全不可信，只有在消除粗大误差后才能进行测量。26 削弱系统误差的主要方法是什么？答：削弱系统误差的主要方法有：（1）零示法（2）替代法（3）补偿法（4）对照法（5）微差法（6）交换法27 减小随机误差的主要方法是什么？答：理论上当测量次数n趋于无限大时，随机误差趋于零。而实际中不可能做到无限多次的测量，多次测量值的算术平均值很接近被测量真值，因此只要我们选择合适的测量次数，使测量精度满足要求，就可将算术平均值作为最后的测量结果。28 准确度为0.5级、量程为0-100V的电压表，其最大允许的绝对误差为多少？ 答：最大允许的绝对误差为： 29 测量上限为500V的电压表，在示值450V处的实际值为445V，求该示值的：（1）绝对误差（2）相对误差（3）引用误差（4）修正值答：（1）绝对误差（2）相对误差（3）引用误差（4）修正值210 对某电阻进行等精度测量10次，数据如下（单位k）：0.992、0.993、 0.992、 0.991、 0.993、 0.994、 0.997、 0.994、 0.991 、0.998。试给出包含误差值的测量结果表达式。答：1）将测量数据按先后次序列表。nn 10.992-0.00150.0000022560.9940.00050.0000002520.993-0.00050.0000002570.9970.00350.0000122530.992-0.00150.0000022580.9940.00050.0000002540.991-0.00250.0000062590.991-0.00250.0000062550.993-0.00050.00000025100.9980.00450.000020252）用公式求算术平均值。3）用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。4）用公式计算标准差的估计值。5）按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。从表中可以看出，剩余残差最大的第10个测量数据，其值为： 所以该组测量数据中无坏值。6）根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。7）用公式求算术平均值的标准差估计值。 8）用公式求算术平均值的不确定度。9）写出测量结果的表达式。211 对某信号源正弦输出信号的频率进行10次测量，数据如下（单位kHZ）：10.32、10.28、10.21、10.41、10.25、10.04、10.52、10.38、10.36、10.42。试写出测量结果表达式。 答：1）将测量数据按先后次序列表。nn 110.320.0010.00001610.04-0.2790.00000025210.28-0.0390.00000025710.520.2010.00001225310.21-0.1090.00000225810.380.0610.00000025410.410.0910.00000625910.360.0410.00000625510.25-0.0690.000000251010.420.1010.000020252）用公式求算术平均值。3）用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。4）用公式计算标准差的估计值。5）按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。从表中可以看出，剩余残差最大的第10个测量数据，其值为： 所以该组测量数据中无坏值。6）根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。7）用公式求算术平均值的标准差估计值。 8）用公式求算术平均值的不确定度。9）写出测量结果的表达式。212 将下列数据进行舍入处理，要求保留四位有效数字。3.14159、2.71729、4.51050、3.21650、3.6235、6.378501、7.691499。答：3.14159 3.142（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在 最后位加1）。2.717292.7174.510504.511 （将5舍去向前一位进1）3.216503.216 （被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。） 3.62353.624 （要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在 最后位加1）。6.3785016.378（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。） 7.6914997.691第3章习题31 对于集总参数元件一般需测量哪些参数？答：集总参数元件是指具有两端钮的元件，端钮间有确定的电压，元件中有确定的电流。因此该类元件测量一般可测量元件的阻抗、电感、电容、流过的电流及端钮间有确定的电压。32 使用电阻器时要考虑哪些问题？答：电阻在电路中多用来进行限流、分压、分流以及阻抗匹配等。是电路中应用最多的元件之一。使用电阻器时主要应考虑电阻的标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等。RXGR1R2RnE图3.1 直流电桥测电阻33 简述直流电桥测量电阻的基本方法。答：当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。典型的惠斯登电桥的原理如图3.1所示。其步骤如下：（1） 测量时，接上被测电阻，再接通电源（2） 通过量程开关调节比例系数，其中k=R1/R2。（3） 再调节，使电桥平衡，即检流计指示为0。（4） 读出和的值，用公式求得。34 电解电容的漏电流与所加电压有关系吗？为什么？答：当然有关系。电解电容的介质有两种，正极金属片表面上形成的一层氧化膜；负极为液体、半液体或胶状的电解液，因其有正、负极之分，实际上内部形成了电场，故只能工作在直流状态下，如果极性用反，即外加电压与内部电场方向相反，漏电流剧增。R2GR3LXRXC2C4图3.2 串联电桥35 右图表示的串联电桥达到了平衡，其中、试求、的值。答：串联电桥中，由电桥的平衡条件可得 由实部与实部、虚部与虚部相等可得： 分别将已知数值代入，可算得： 36 一个电解电容器，它的“+”、“-”极标志已脱落，如何用万用表去判定它的“+”、“-”极？答：测量电容器漏电的方法，可以用来鉴别电容器的正、负极。对失掉正、负极标志的电解电容量，可先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一个电极与万用表的红笔相接，同时观察并记录表针向右摆动的幅度；将电容放电后，两只表笔对调，重新进行测量。哪一次测量中，表针最后停留的摆动幅度小，说明该次测量中对电容的正、负假设是对的。37 简述晶体管图示仪的组成及各部分的作用。答：晶体管图示仪的基本组成如图3.3所示。它主要由同步脉冲发生器、基极阶梯波发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换开关、垂直放大器、水平放大器和示波管组成。图3.3 图示仪的基本组成框图X放大器Y放大器测试转换开关基极阶梯信号发生器放大器tIb集电极扫描电压发生器tVce同步脉冲发生器被测管bec图示仪工作时，同步脉冲发生器产生同步脉冲信号，使基极阶梯波发生器和集电极扫描电压发生器保持同步，以显示正确而稳定的特性曲线；基极阶梯波发生器提供大小呈阶梯变化的基极电流；集电极扫描电压发生器提供集电极扫描电压；测试转换开关用以转换测试不同结法和不同类型的晶体管特性曲线参数；垂直放大器、水平放大器和示波管组成示波器系统，用以显示被测晶体管的特性曲线。38 画出图示仪测试二极管正向特性曲线的简化原理图。答：晶体管图示仪可以测量二极管的正向伏安特性曲线。首先将图示仪荧光屏上的光点置于坐标左下角，峰值电压范围置020V，集电极扫描电压极性置于“+”，功耗电阻置1k，X轴集电极电压置0.1伏/度，Y轴集电极电流置5毫安/度，Y轴倍率置1，将二极管的正负极分别接在面板上的C和E接线柱上，缓慢调节峰值电压旋扭，即可得到二极管正向伏安特性曲线。从屏幕显示图可以直接读出二极管的导通电压。X放大器Y放大器测试转换开关基极阶梯信号发生器放大器tIb集电极扫描电压发生器tVce同步脉冲发生器被测管bec图3.4 图示仪测量二极管正向特性曲线框图39 画出图示仪测试三极管输入和输出特性的简化原理图。 答：图3.5表示了图示仪测量NPN晶体管输入和输出特性曲线的原理图。基极阶梯信号发生器放大器tIbX放大器集电极扫描电压发生器tVceY放大器bec图3.5 图示仪测量三极管输出特性框图RS当集电极与发射极之间的电压为某一常数时，输入回路中加扫描电压，测出和的关系曲线，就是输入特性曲线。为集电极电流的取样电阻，其两端电压与成正比。经Y轴放大器放大后，使示波管荧光屏上的光点在垂直方向上产生与成正比的位移。50Hz的市电经全波整流后得到100Hz正弦半波电压，作为被测管的集电极扫描电压。经X轴放大器加在示波管的水平偏转板上，使荧光屏上的光点在水平方向上产生与之成正比的位移。该特性曲线是以为参变量的与之间的关系曲线。一般从零开始，作等间隔递增，对应于的每一级阶梯作出一条曲线，整个就得到一簇输出特性曲线。第4章习题41 电流的直接测量与间接测量原理有何区别？两种测量方法的测量准确度各取决于什么因数？答：电流的直接测量就是把电流表串入电路，从电流表直接测出电流值。间接测量法就是先测量负载两端电压，然后换算出电流值。直接测量法的测量准确度主要取决于串入的电流表的精度和内阻，内阻越小越好；间接测量法则与电压表精度和内阻有关，内阻越大越好。42 测量大电流的电流表，一般都是在基本量程上扩大，为什么不直接制造大电流的电流表？答：在实际应用中，测量电流通常使用磁电式电流表、电磁式电流表、模拟式万用表和数字多用表直接测量电流，而大多数用磁电式电流表。从磁电式仪表的工作原理可以看出，不增加测量线路，磁电式是可以直接测量直流电流的，但由于被测电流要通过游丝和可动线圈，被测电路的最大值只能限制在几十微安到几十毫安之间，要测量大电流，就需要另外加接分流器，即在基本量程上扩大。如果直接制造大电流的电流表，由于电流表的阻抗不能做到太小，而电流表的线圈很细，因此当大电流流过时，会产生很大的热量，很可能会烧坏表，因此不直接制造大电流的电流表。43 电流表的基本量程和扩大量程，哪一个量程的测量准确度高？为什么？答：电流表的基本量程是指不增加测量线路直接测量电流的量程。如磁电式仪表可以直接测量直流，但由于被测电流要通过游丝和可动线圈，被测电流的最大值只能限制在几十A到几十mA之间，要测量大电流，就需要另外加接分流器。因此扩大量程是通过并联不同的分流电阻实现，这种电流表的内阻随量程的大小而不同，量程越大，测量机构流过的电流越大，分流电阻越小，电流表对外显示的总内阻也越小，而电流表测量电流是串联在电路中的，内阻越小对电路的影响越小，因而测量准确越高。44 有两只量程相同的电流表，但内阻不一样，问哪只电流表的性能好？为什么？答：电流表测量电流是将表串联在电路中的，内阻越小对电路的影响越小，因而测量准确越高。45 高频电流表的量程扩大可采用什么方法？答：高频电流表一般在测量强电流时采用分流器或变流器来减小流过热电式电流表的电流，从而扩大量程。分流法。从原理讲可分为电阻、电容、电感三种分流法。电阻分流法的功耗大，故不在高频电流表中使用；电感分流法功耗虽小，但易受外界多变磁场的影响，使用的场合较小；电容分流法用的较多。电容分流法的方法是将热电式电流表的输入端并联一只电容，将高频电流分流掉一部分，达到扩大量程的目的。利用电阻、电感分流器的电流表，其压降较大。这个压降还与被测电流的频率有关，因此对被测电路有一定的影响。变流法是利用变流器的变压比来实现电流分流。46 热电式电流表是如何测量电流的？答：热电式电流表的基本原理利用热电偶组成闭合回路，将热电偶的工作端与流过电流的金属导线焊接在一起，当金属导线中流过电流时，热电偶工作端温度发生变化，而热电偶是由二个不同金属元素构成，在热电偶的另两端有电动势出现，其大小正比于两焊接点的温度差，且与组成热电偶的材料有关，这样就反映出被测高频电流的量值。47 电流的测量方案有哪些？答：电流测量的方法可分为直接测量法和间接测量法。直流电流的测量可采用磁电式电流表、数字电压万用表等仪表，通过直接测量法和间接测量法进行测量；交流电流的测量可采用电磁式电流表、热电式电流表和数字电压万用表等仪表，通过直接测量法和间接测量法进行测量。第5章习题51 简述电压测量的意义。答：电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基本参数，其中又以电压最为常用。通过电压测量，利用基本公式可以导出其它的参数；此外，电路中电流的状态，如饱和、截止、谐振等均可用电压形式来描述；许多电参数，如频率特性、增益、调制度、失真度等也可视为电压的派生量；许多电子测量仪器，如信号发生器、阻抗电桥、失真度仪等都用电压量作指示。因此，电压测量是其他许多电参数量，也包括非电参数量测量的基础，是相当重要和相当普及的一种参数测量。52用正弦有效值刻度的均值电压表测量正弦波、方波和三角波，读数都为1V，三种信号波形的有效值为多少？解：先把=1V换算成正弦波的平均值。按“平均值相等则读数相等”的原则，方波和三角波电压的平均值也为0.9V，然后再通过电压的波形因数计算有效值。 53 在示波器上分别观察到峰值相等的正弦波、方波和三角波，分别用都是正弦有效值刻度的、三种不同的检波方式的电压表测量，试求读数分别为多少？解：（1）用峰值检波方式电压表测量，读数都是5V，与波形无关。（2）用有效值检波正弦有效值刻度的电压表测量正弦波 方波 三角波 （3）用均值检波正弦有效值刻度的电压表测量正弦波 方波 波形因数和波峰因数均为1，所以其平均值为5V，相应此平均值的正弦有效值即为读数值。三角波 相应此平均值的正弦波的有效值即为读数值。54 欲测量失真的正弦波，若手头无有效值电压表，只有峰值电压表和均值电压表可选用，问选哪种表更合适些？为什么？答：利用峰值电压表测失真的正弦波时可能产生非常大的误差。因为峰值检波器对波形响应十分敏感，读数刻度不均匀，它是在小信号时进行检波的，波形误差可达30左右。若用均值电压表测量波形误差相对不大，它是对大信号进行检波，读数刻度均匀。所以，选用均值电压表更合适。55 逐次逼近比较式DVM和双积分式DVM各有哪些特点？各适用于哪些场合？答：逐次逼近比较式DVM的特点：（1）测量速度快（2）测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度以及D/A转换器的位数（3）由于测量值对应于瞬时值，而不是平均值，抗干扰能力较差。逐次逼近比较式DVM多用于多点快速检测系统中双积分式DVM的特点：（1）它通过两次积分将电压转换成与之成正比的时间间隔，抵消了电路参数的影响。（2）积分器时间可选为工频的整数倍，抑制了工频干扰，具有较强的抗干扰能力。（3）积分过程是个缓慢的过程，降低了测量速度，特别是为了常选积分周期，因而测量速度低。双积分式DVM适用于灵敏度要求高,测量速度要求不高, 有干扰的场合56 模拟电压表和数字电压表的分辨率各自与什么因数有关？答：模拟电压表的分辨率是指能够响应的信号的最小值，一般用输入信号的最小幅度表示。数字电压表的分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。它们的分辨率主要由工作原理、测试方法、电路参数等决定，数字电压表的分辨率受A/D转换器的影响。57 绘图说明DVM的电路构成和工作原理答：数字电压表（DVM）的组成如图5.1所示。图5.1数字电压表的组成框图模拟部分被测信号A/变换器逻辑控制电路计数器输入电路显示器时钟信号发生电路数字部分整个框图包括两大部分，模拟部分包括输入电路（如阻抗变换电路、放大和扩展量程电路）和A/D转换器。A/D转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字量的转换。电压表的技术指标如准确度、分辨率等主要取决于这部分的工作性能。数字部分主要完成逻辑控制、译码和显示功能。58 说明DVM与DMM有何区别？答：数字电压表（DVM）实际上是数字多用表（DMM）的一个组成部分，图5.2数字多用表的框图VDCKI-DC变换器-DC变换器数字电压表AC-DC变换器VACI现代的数字表已由过去单一功能的直流数字电压表发展到能测量交直流电压、交直流电流和电阻等10多种功能的数字多用表。在DMM中，交流电压、电流和电阻测量都是先将它们变换成直流电压，然后用DVM进行电压测量。数字多用表的图5.2所示。59 数字电压表的技术指标主要有哪些？它们是如何定义的？答：数字电压表的技术指标主要有以下几项。1测量范围 测量范围包括显示的位数、量程的范围和是否具有超量程能力等。 （1）显示位数 显示位数是表示DVM精密程度的一个基本参数。所谓位数是指能显示09共十个完整数码的显示器的位数。 （2）量程的范围 DVM的量程范围包括基本量程和扩展量程。基本量程是测量误差最小的量程，它不经过衰减和放大器；扩展量程是采用输入衰减器和放大器来完成的，它的测量精度比基本量程的测量精度降低。 （3）超量程能力超量程能力是DVM的一个重要的性能指标。1/2位和基本量程结合起来，可说明DVM是否具有超量程能力2分辨率 分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。3测量速率测量速率是指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间。4输入特性输入特性包括输入阻抗和零电流两个指标。直流测量时，DVM输入阻抗用表示。量程不同，也有差别，一般在10M1000 M之间。交流测量时，DVM输入阻抗用和输入电容的并联值表示，一般在几十至几百皮法之间。5抗干扰能力DVM的干扰分为共模干扰和串模干扰两种。仪器中采用共模抑制比和串模抑制比来表示DVM的抗干扰能力。一般共模干扰抑制比为（80150）dB；串模抑制比为（5090）dB。6固有误差和工作误差DVM的固有测量误差主要是读数误差和满度误差，通常用测量的绝对误差表示。 (5-15)工作误差指在额定条件下的误差，通常也以绝对值形式给出。510 直流电压的测量方案有哪些？答：直流电压的测量一般可采用直接测量法和间接测量法两种。可用数字式万用表、模拟式万用表、电子电压表、示波器等设备运用零示法、微安法等测量直流电压。511 交流电压的测量方案有哪些？答：交流电压的测量一般可分为两大类，一类是具有一定内阻的交流信号源，另一类是电路中任意一点对地的交流电压。交流电压的常用测量方法有电压表法和示波器法。512 甲、乙两台DVM，甲的显示器显示的最大值为9999，乙为19999，问：（1）它们各是几位的DVM，是否有超量程能力？（2）若乙的最小量程为200mV，其分辨率为多少？（3）若乙的固有误差为，分别用2V和20V档测量电压时，绝对误差和相对误差各为多少？答：（1）超量程能力是DVM的一个重要的性能指标。1/2位和基本量程结合起来，可说明DVM是否具有超量程能力。甲是4位DVM，无超量程能力；乙为4位半DVM，可能具有超量程能力。（2）乙的分辨率指其末位跳动1所需的输入电压，所以其分辨率为0.1mV。（3）用2V挡测量绝对误差 相对误差 用20V挡测量绝对误差 相对误差 第6章习题61 目前常用的测频方法有哪些，各有何特点？答：目前常用的频率测量方法按工作原理可分为直接法和比对法两大类。（1）直接法是指直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率的方法。电桥法和谐振法是这类测量方法的典型代表。直接法常常通过数学模型先求出频率表达式，然后利用频率与其它已知参数的关系测量频率。如谐振法测频，就是将被测信号加到谐振电路上，然后根椐电路对信号发生谐振时频率与电路的参数关系，由电路参数L、C的值确定被测频率。（2）比对法是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。其测量准确度主要取决于标准频率的准确度。拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典型代表。尤其利用电子计数器测量频率和时间，具有测量精度高、速度快、操作简单、可直接显示数字、便于与计算机结合实现测量过程自动化等优点，是目前最好的测频方法。62 通用电子计数器主要由哪几部分组成？画出其组成框图。答：电子计数器一般由输入通道、计数器、逻辑控制、显示器及驱动等电路构成。 放大 整形 主门 门控信号被测信号 晶体振荡 分频电路 计数 译码 显示逻辑控制Tx图6.1电子计数器组成框图63 测频误差主要由哪两部分组成？什么叫量化误差？使用电子计数器时，怎样减小量化误差？答：电子计数器测频是采用间接测量方式进行的，即在某个已知的标准时间间隔内，测出被测信号重复的次数N，然后由公式计算出频率。其误差主要由两部分组成。一是计数的相对误差，也叫量化误差；二是闸门开启时间的相对误差。按最坏结果考虑，频率测量的公式误差应是两种误差之和。 量化误差是利用电子计数器测量频率，测量实质是已知的时间内累计脉冲个数，是一个量化过程，这种计数只能对整个脉冲进行计数，它不能测出半个脉冲，即量化的最小单位是数码的一个字。量化误差的极限范围是个字，无论计数值是多少，量化误差的最大值都是一个字，也就是说量化误差的绝对误差。因此，有时又把这种误差称为“1个字误差”，简称“误差。”这种测量误差是仪器所固有的，是量化过程带来的。当被测量信号频率一定时，主门开启的时间越长，量化的相对误差越小，当主门开启时间一定时,提高被测量信号的频率，也可减小量化误差的影响。64 测量周期误差由哪几部分组成？什么叫触发误差？测量周期时，如何减小触发误差的影响？答：电子计数器测量周期也是采用间接测量方式进行的，与测频误差的分析类似，测周误差也由两项组成，一是量化误差，二是时标信号相对误差。测周时输入信号受到噪声干扰，也会产生噪声干扰误差，这是一种随机误差，也称为触发误差。触发误差是指在测量周期时，由于输入信号中的干扰噪声影响，使输入信号经触发器整形后，所形成的门控脉冲时间间隔与信号的周期产生了差异而产生的误差，触发误差与被测信号的信噪比有关，信噪比越高，触发误差就越小，测量越准确。65 使用电子计数器测量频率时，如何选择闸门时间？答：电子计数器测量频率时，当被测信号频率一定时，主门开启时间越长，量化的相对误差就越小。所以在不使计数器产生溢出的前提，扩大主门的开启时间Ts，可以减少量化误差的影响。但主门时间越长测量时间就越长，所以两者应该兼顾。66 使用电子计数器测量周期时，如何选择周期倍乘？答：电子计数器测量周期时，“周期倍乘”后再进行周期测量，其测量精确度大为提高。需要注意的是所乘倍数k要受到仪器显示位数等的限制。67 欲用电子计数器测量=200HZ的信号频率，采用测频（闸门时间为1s）和测周（时标为0.1s）两种方案，试比较这两种方法由1误差所引起的测量误差。答：测频时，量化误差为 测周时，量化误差为 从计算结果可以看出，采用测周方法的误差小些。68 使用电子计数器测量相位差、脉冲宽度时，如何选择触发极性？答：电子计数器测量相位差、脉冲宽度时时通常是测量两个正弦波上两个相应点之间的时间间隔，触发极性可以取“+”，也可以取“-”，根据测量方便进行选择。为了减小测量误差，可利用两个通道的触发源选择开关，第一次设置为“+”，信号由负到正通过零点，测得T1；第二次设置为“-”，信号由正到负通过零点，测得T2；两次测量结果取平均值。69 欲测量一个=1MHZ的石英振荡器，要求测量准确度优于110-6，在下列几种方案中，哪种是正确的，为什么？（1） 选用E312型通用计数器（110-6），闸门时间置于1s。（2） 选用E323型通用计数器（110-7），闸门时间置于1s。（3） 通用计数器型号同上，闸门时间置于10s。答：要看哪个方案正确，就是要比较哪种方案的测量准确度符合要求。（1）选用E312型通用计数器（110-6），闸门时间置于1s。（2）选用E323型通用计数器（110-7），闸门时间置于1s。 （3）通用计数器型号同上，闸门时间置于10s。 从计算结果可以看出第3种方法是正确的，它符合测量准确度的要求。610 利用频率倍增方法，可提高测量准确度，设被测频率源的标称频率为=1MHZ，闸门时间置于1s，欲把1误差产生的测频误差减少到110-11，试问倍增系数应为多少？答：倍增前量化误差为 倍增系数为 611 利用下述哪种测量方案的测量误差最小？（1） 测频，闸门时间1s。（2） 测周，时标100s。（3） 周期倍乘，N=1000。答：对于一确定频率f，可以根据中界频率进行判断。中界频率若题目中给定的被测频率低于中界频率，则采用测周法比测频法误差小，若先经过“周期倍乘”，再进行周期测量则误差最小。第7章习题71 低频信号源中的主振器常用哪些电路？为什么不用LC正弦振荡器直接产生低频正弦振荡？答：低频信号源中的主振器一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。相对来说采用RC振荡电路或差频式振荡电路比LC振荡电路简单，调节方便。72 画出文氏桥RC振荡器的基本构成框图，叙述正反馈桥臂的起振条件和负反馈桥臂的稳幅原理。答：图7.1文氏电桥振荡器的原理框图foR2C2R4+-AC1R1R3图7.1为文氏电桥振荡器的原理框图。R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。 在时，输入信号经RC选频网络传输到运算放大器。同相端的电压与运算放大器的反馈网络形成的电压同相，即有和。这样，放大器和RC选频网络组成的电路刚好组成正反馈系统，满足振荡的相位条件，因而有可能振荡。此时，反馈系数F=1/3，因此只要后接的二级放大器的电压放大倍数为A，那么就满足了振荡器起振的幅值条件AVF1，可以维持频率时的等幅正弦振荡。实际电路中，其中R3是具有负温度系数的热敏电阻。在振荡器的起振阶段，由于温度低，R3的阻值较大，负反馈系数小，使负反溃放大器的电压增益大于3，的信号产生增幅振荡。随着该信号的增大，流过R3的电流增大，从而使R3的温度升高，阻值下降，反馈深度加深，负反馈放大器的电压放大倍数减小，只要R3、R4选择恰当，最后将达到稳定的等幅正弦振荡。当电路进入稳定的等幅振荡之后，如果由于某种原因引起输出电压增大时，由于直接接在R3、R4的串联电路中，从而使流过R3的电流增大，R3减小也会使负反馈放大器的放大倍数下降，令输出电压减小，达到稳定输出电压的目的。73 高频信号发生器主要由哪些电路组成？各部分的作用是什么？答：高频信号发生器组成的基本框图如图7.2所示。主要包括主振级、缓冲级、调制级、输出级、监测电路和电源等电路。主振级产生高频振荡信号，该信号经缓冲级缓冲后，被送到调制级进行幅度调制和放大，调制后的信号再送给输出级输出，以保证具有一定的输出电平调节范围。监测电路监测输出信号的载波电平和调制系统数，电源用于提供各部分所需的直流电压。图7.2高频信号发生器框图图7.15 放大器幅频特性测试连线图AMMM电源 缓冲级 振荡器 输出输出级 调制度计 电压表 调制级 可变 电抗器 内调制 振荡器外调制输入K外内FM74 高频信号发生器中的主振级有什么特点？为什么它总是采用LC振荡器？答：主振级用于产生高频振荡信号，它决定高频信号发生器的主要工作特性。按产生主振信号的方法不同，高频信号发生器可分为调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器三大类。由调谐振荡器构成的信号发生器称为调谐信号发生器。常用的调谐振荡器就是晶体管LC振荡电路，LC振荡电路实质上是一个正反馈调谐放大器，主要包括放大器和反馈网络两个部分。这种电路易于在高频段起振和调节。75 函数信号发生器的设计方案由几种？简述函数信号发生器由三角波转变为正弦波的二极管网络的工作原理。答：函数信号发生器实际上是一种多波形信号源，可以输出正弦波、方波、三角波、斜波、半波正弦波及指数波等。构成函数发生器的方案很多，通常有三种，即方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案、三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案、正弦波-方波-三角波函数发生器的构成方案。直流偏置电压R-E+ER4aR4bR5bR5aR4R3aR3bR2bR1bR2aR1aD1aD1bD2aD2bD3aD4aD3bD4b图7.3 正弦波形成电路原理图图7.3为中用二极管和电阻构成电路，实现了三角波到正弦波转换。在三角波的正半周，当Vi的瞬时值很小时，所有的二极管都被偏置电压+E和-E截止，输入的三角波经过电阻R直接输出到输出端，VO=Vi，输出VO与输入波形Vi一样。当三角波的瞬时电压Vi上升到V1时，二极管D1a导通，电阻R、R1、R1a组成第一级分压器，输入三角波通过该分压器分压后传送到输出端，输出电压比输入电压降低。tV00V4V3V2V1图7.4 正弦波形成电路波形图随着输入三角波的不断增大，二极管D3a、D4a依次导通，使得分压器的分压比逐渐减小，输出电压衰减幅度更大，使三角波趋近于正弦波。同理，当三角波自正峰值逐渐减小时，二极管D4a、D3a、D2a、D1a依次截止，分压器的分压比又逐渐增大，输出电压衰减幅度依次变小，三角波也趋近于正弦波，如此循环，三角波变换成正弦波，如图7.4所示。图中，该波形变换网络实际上是采用4级网络、16条线段将三角波转变为正弦波，是对正弦波的逼近。如果网络的级数越多，逼近的程度就越好。 76 什么是频率合成器，说明频率合成的各种方法及优缺点。答：所谓频率合成，是对一个或多个基准频率进行频率的加、减（混频）、乘（倍频）、除（分频）四则运算，从而得到所需的频率。这一系列频率的准确度和稳定度取决于基准频率，频率合成的方法很多，但基本上分为两类，一类是直接合成法，一类是间接合成法。在直接合成法中，由于基准频率和辅助参考频率始终是存在的，转换输出频率所需时间主要取决于混频器、滤波器、倍频器、分频器等电路的稳定时间和传输时间，这些时间一般较小，因此直接合成法可以得到较快的频率转换速度，从而广泛应用于跳频通信、电子对抗、自动控制和测试等领域。其缺点是需用大量的混频器、滤波器，体积大，价格高，也不易集成化。间接合成法通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除，即对频率的运算是通过锁相环来间接完成的。由于锁相环具有滤波作用，因此可以省掉直接合成法中所需的滤波器，它的通频带可以作得很窄，其中心频率便于调节，而且可以自动跟踪输入频率，因而结构简单、价格低廉、便于集成，在频率合成中获得广泛应用。但间接合成法受锁相环锁定过程的限制，转换速度较慢，一般为毫秒级。77 基本锁相环由哪些部分组成，其作用是什么？答：如图7.5所示，基本锁相环是由基准频率源、鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成的一个闭环反馈系统。图7.5 基本锁相环框图图7.15 放大器幅频特性测试连线图鉴相器f0Vd压控振荡器低通滤波器f0frViVo基准频率源鉴相器是相位比较装置，它将两个输入信号Vi和VO之间的相位进行比较, 取出这两个信号的相位差，以电压Vd的形式输出给低通滤波器（LPF）。当环路锁定后，鉴相器的输出电压是一个直流量。环路低通滤波器用于滤除误差电压中的高频分量和噪声，以保证环路所要求的性能，并提高系统的稳定性。压控振荡器是受电压控制的振荡器，它可根据输入电压的大小改变振荡的频率。一般都利用变容二极管（变容管）作为回路电容，这样，改变变容管的反向偏置电压，其结电容将改变，从而使振荡频率随反向偏压而变。78 已知用于组成混频倍频环，其输出频率，步进频率，环路形式如下图所示，求（1）M取“+”，还是“-”？（2）N=？混频器(M)鉴相器f0=(73101.1)MHZ带通滤波器f r1=100kHZ频率源1压控振荡器低通滤波器频率源2fr2=40MHZf=100kHZ分频器（N）解：根据锁相原理，我们不难看出 而（1）若M取“+”，则则（2）若M取“-”，则则79 对测量信号源的基本要求是什么？答：对测试信号源的基本要求是：能满足被测信号对频率、幅度、波形种类、准确度和稳定度失真度等指标要求，能进行测试功能选择。710 如何对低频放大器的电压放大倍数、功率放大倍数进行测量？答：在低频电子电路中，对放大倍数的测量，实质上是对电压和电流的测量。测试电路如图7.6所示。 毫伏表 被测放大器 示波器 信号源图7.6 放大器放大倍数测量连线图信号源输出放大器中频段的某一频率，加到被测放大器的输入端，输入幅度由毫伏表监测，被测放大器的输出同时用毫伏表和示波器测试，保证在输出基本不失真、无振荡、无严重干扰的情况下进行定量测试。用毫伏表分别测出被测放大器输入、输出信号电压的有效值，即可求出放大器的电压放大倍数。 放大电路功率放大倍数测量的连线图与电压放大倍数测量的连线图一样。根据功率放大倍数的计算公式，式中是负载电阻上测得的输出功率，其值为；是输入功率，其值为，其中是输入的信号电压，是被测放大器的输入电阻。因此，只要测得，并已知时、，便可计算出功率放大倍数。()/()711 如何对放大器的幅频特性进行测量？答：在低频电子电路中，函数发生器可用于测量低频放大器的幅频特性。测试过程如下。（1）按图7.7所示连线。（2）调节函数发生器，使其输出频率1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其送到被测放大器输入端。图7.7 放大器幅频特性测试连线图 毫伏表 被测放大器 示波器函数信号发生器（3）在被测放大器输出端接上负载电阻RL后，再将输出接到毫伏表或示波器的Y输入端，测出放大器在1kHz时的输出电压值。（4）按被测电路的技术指标，在保持函数发生器输出幅度不变的情况下，逐点改变信号发生器的频率，逐点记录被测放大器的输出电压值，然后，根据记录数据，画出被测放大器的频率特性曲线。712 扫频测量与点频测量相比有什么优点？答：在现代电子测量中，扫频信号发生器之所以能获得广泛应用，是因为扫频信号发生器与点频测量方法相比可以实现图示测量，而且扫频频率的变化是连续的，不会漏掉被测特性的细节，从而使测量过程简捷快速，并给自动或半自动测量创造了条件。与点频法相比，扫频法测频具有以下优点：（1）可实现网络频率特性的自动或半自动测量，特别是在进行电路测试时，人们可以一面调节电路中的有关元件，一面观察荧光屏上频率特性曲线的变化，从而迅速地将电路性能调整到预定的要求。（2）由于扫频信号的频率是连续变化的，因此，所得到的被测网络的频率特性曲线也是连续的，不会出现由于点频法中频率点离散而遗漏掉细节的问题。（3）点频法是人工逐点改变输入信号的频率，速度慢，得到的是被测电路稳态情况下的频率特性曲线。扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际。713 叙述脉冲信号发生器的构成方案，结合工作波形分析其原理。答：脉冲信号发生器的组成如图7.8所示。主振器输出负矩形波，经或门加到积分器A1，A1正向积分，当达到比较电平时，比较器输出一个矩形脉冲，该脉冲比主振延迟了的时间，此脉冲又经积分器A2积分，并输出正向锯齿波，当达到比较电平时，比较器动作，输出一个较主振延迟（）的矩形脉冲。比较器和比较器输出的矩形脉冲在减法器中相减，得到一个宽度为的矩形脉冲。改变比较电平可改变延迟时间，即改变输出脉冲的前沿；改变比较电平可改变，即改变输出脉冲的后沿。当比较电平不变时，改变积分器的参数，同样也可改变锯齿波的斜率，亦可改变输出脉冲的前后沿。波形如图7.9所示。图7.8脉冲信号源的组成框图图7.15 放大器幅频特性测试连线图KR2C2R1C1A1主振器 1 外触发输入同步放大 同步输出A1极性变换 脉冲输出比较器 比较器 输出级 EE比较器 Er1Er2图7.9脉冲信号源的工作波形图图7.15 放大器幅频特性测试连线图主振输出积分器A1输出积分器A2输出比较器输出比较器输出减法器输出 1 2 一般，主振器一般采用多谐振荡器或间歇振荡器，其振荡频率一般可通过改变定时电容C进行分档粗调，用充放电电阻R进行细调。外触发输入可代替主振，这时仪器输出脉冲的重复频率与外触发脉冲同相。在或门后输出同步脉冲，用于保证测试时系统的同步。714 如何合理选择和正确使用测量用信号源？答：由于测量信号源的种类、型号繁多，使用时应根据具体情况进行选择。（1）根据被测信号的频率进行选择。可根据工作频段选择超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频信号发生器、超高频信号发生器等。（2） 根据测试功能选择。低频信号发生器主要用于检修、测试或调整各种低频放大器、扬声器、滤波器等频率特性；高频信号发生器主要用于测试各种接收机的灵敏度、选择性等参数，同时也为调试高频电子线路提供射频信号；函数发生器可提供多种信号波形，可用于波形响应研究；脉冲发生器可用于测试器件的振幅特性、过度特性和开关速度等。（3）根据被测信号波形选择。（4）根据测量准确度的要求进行选择。如在学生实验中，对输出信号的频率、幅度准确度和稳定度以及波型失真等要求不严格时，可采用普通信号发生器；在对仪器校准或测量准确度严格要求的场合中，应选用准确度和稳定度较高的标准信号发生器。第8章习题81 通用示波器应包括哪些单元？各有何功能？答： 通用示波器主要包括X偏转系统、Y轴偏转系统和示波管三大部分。如图8.1所示。 Y轴偏转系统将输入的被测交流信号放大；X轴偏转系统提供一个与时间成线性关系的锯齿波电压；两组电压同时加到示波管的偏转板上，示波管中的电子束在偏转电压的作用下运动，在屏幕上形成与被测信号一 致的波形。阴极射线示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，它们都被密封在真空的玻璃壳内，电子枪产生的高速电子束打在荧光屏上，偏转板控制电子束的