电子测量与仪器陈尚松版的_课后答案

-第二章误差与测量不确定度2.1 名词解释：真值、实际值、示值、误差、修正值。答：真值是指表征*量在所处的条件下完善地确定的量值；实际值是指用高一级或高出数级的标准仪器或计量器具所测得的数值，也称为约定真值；示值是指仪器测得的指示值，即测量值；误差是指测量值或称测得值、测值与真值之差；修正值是指与绝对误差大小相等，符号相反的量值。2.2 测量误差有哪些表示方法.测量误差有哪些来源.答：测量误差的表示方法有：绝对误差和相对误差两种；测量误差的来源主要有：1仪器误差2方法误差3理论误差4影响误差5人身误差。2.3 误差按性质分为哪几种.各有何特点.答：误差按性质可分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。各自的特点为：系统误差：在同一条件下，屡次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化；随机误差：在同一条件下，屡次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方式变化；粗大误差：在一定条件下，测量值显著偏离其实际值。2.4 何谓标准差、平均值标准差、标准差的估计值.答：标准差是指对剩余误差平方后求和平均，然后再开方即；平均值标准差是任意一组n次测量样本标准差的分之一，即；标准差的估计值即。2.5 归纳比较粗大误差的检验方法。答：粗大误差的检验方法主要有莱特检验法，肖维纳检验法以及格拉布斯检验法。莱特检验法：假设一系列等精度测量结果中，第 i项测量值*i所对应的残差的绝对值3s*则该误差为粗差，所对应的测量值*i为异常值，应剔除不用。本检验方法简单，使用方便，也称3s准则。当测量次数n较大时，是比较好的方法。本方法是以正态分布为依据的，测值数据最好n>200，假设n<10则容易产生误判。肖维纳检验法：假设屡次重复测量所得n个测量值中，当时，则认为是粗差。本检验方法是建立在频率趋近于概率的前提下，一般也要在n10时使用。一般在工程中应用，判则不严，且不对应确定的概率。格拉布斯检验法：对一系列重复测量中的最大或最小数据，用格氏检验法检验，假设残差Gs。本检验法理论严密，概率意义明确，实验证明较好。2.6 绝对误差和相对误差的传递公式有何用处.答：绝对误差传递公式：在进展系统误差的合成时，如果表达式中各变量之间的关系主要为和差关系时，利用绝对误差传递公式更方便求解总系统误差的绝对误差；相对误差传递公式：在进展系统误差的合成时，如果表达式中各变量之间的关系主要为乘、除，开方以及平方关系时，利用相对误差传递公式更方便求解总系统误差的相对误差。2.7测量误差和不确定度有何不同.答：测量误差是指测量值或称测得值、测值与真值之差，它以真值或约定真值为中心，误差是一个理想的概念，一般不能准确知道，难以定量；不确定度是指与测量结果相联系的一种参数，用于表征被测量之值可能的分散性程度，即一个完整的测量结果应包含被测量值的估计与分散性参数两局部，而测量不确定度是以被测量的估计值为中心。测量不确定度是反映人们对测量认识缺乏的程度，是可以定量评定的。比照工程 误差不确定度含义反映测量结果偏离真值的程度反映测量结果的分散程度符号非正即负恒为正值分类随机误差、系统误差、粗大误差A类评定和B类评定表示符号符号较多、且无法规定规定用u、uc、U、Up表示合成方式代数和或均方根均方根主客观性客观存在，不以人的认识程度改变与人们对被测量及测量过程的认识有关与真值的关系有关无关2.8 归纳不确定度的分类和确定方法.答：不确定度分为A类标准不确定度和B类标准不确定度。由一系列观测数据的统计分析来评定的分量称为A类标准不确定度；不是用一系列观测数据的统计分析法，而是基于经历或其他信息所认定的概率分布来评定的分量称为B类标准不确定度。确定方法：1A类评定是用统计分析法评定，其标准不确定度u的求法等同于由系列观测值获得的标准差，即A类标准不确定度就等于标准差，即uA；2B类评定不用统计分析法，而是基于其他方法估计概率分布或分布假设来评定标准差并得到标准不确定度。2.9 归纳测量数据处理的方法。答：测量数据处理的方法主要有效数字、算术平均值加不确定度、表格或曲线等。有效数字是指在测量数值中，从最左边一位非零数字起到含有误差的那位存疑数为止的所有各位数字。数据修约规则：四舍五入，等于五取偶数。最末一位有效数字存疑数应与测量精度是同一量级的。测量数据可绘制成曲线或归纳成经历公式，以便得出正确、直观的结果。2.10用图2.22中a、b两种电路测电阻R*，假设电压表的阻为RV，电流表的阻为RI，求测量值受电表影响产生的绝对误差和相对误差，并讨论所得结果。IVIVR*R*ab 图2.22 题2.10图解：(a)R= 在Rv一定时被测电阻R* 越小，其相对误差越小,故当R*相对Rv很小时,选此方法测量。 (b)在RI一定时，被测电阻R* 越大.其相对误差越小,故当R*相对RI很大时,选此方法测量。2.11 用一阻为RI的万用表测量以下列图所示电路A、B两点间电压，设E12V，R15k ，R220k，求：1如E、R1、R2都是标准的，不接万用表时A、B两点间的电压实际值UA为多大"2如果万用表阻RI20k，则电压UA的示值相对误差和实际相对误差各为多大.3如果万用表阻RIlM，则电压UA的示值相对误差和实际相对误差各为多大.VRIR2R1 5K20KABE12V解：1A、B两点间的电压实际值2UA测量值为：所以UA的示值相对误差UA的实际相对误差为3UA测量值为：所以UA的示值相对误差UA的实际相对误差为由此可见，当电压表阻越大，测量结果越准确。2.12 CD13型万用电桥测电感的局部技术指标如下：5H1.1mH挡：±2(读数值)±5H；10mH110mH挡：±2(读数值)±0.4(满度值)。试求被测电感示值分别为10H，800H，20mH，100mH时该仪器测量电感的绝对误差和相对误差。并以所得绝对误差为例，讨论仪器误差的绝对局部和相对局部对总测量误差的影响。解：根据误差公式计算各电感误差如下：110H2800H320mH4100mH由以上计算过程中的绝对误差，可知当被测电感较小时仪器误差的绝对局部对总误差影响大，而被测电感较大时仪器误差的相对局部对总误差影响大。这里对每个量程都有一个临界值：5H1.1mH档：临界值L1，即当被测电感L小于250H时：仪器误差的绝对局部对总误差影响大。即当被测电感L大于250H时：仪器误差的相对局部对总误差影响大。10mH110mH档：临界值L2，即当被测电感L小于27.5mH时：仪器误差的绝对局部对总误差影响大。即当被测电感L大于27.5m H时：仪器误差的相对局部对总误差影响大。2.13 检定一只2.5 级电流表3mA量程的满度相对误差。现有以下几只标准电流表，问选用哪只最适合，为什么.10.5 级10mA量程；20.2 级10mA量程；30.2 级15mA量程；40.1 级100mA量程。解：2.5 级电流表3mA量程的绝对误差为2.5×3mA0.075mA10.5 级10mA量程的绝对误差为0.5×10mA0.05mA20.2 级10mA量程的绝对误差为0.2×10mA0.02mA30.2 级15mA量程的绝对误差为0.2×15mA0.03mA40.1 级100mA量程的绝对误差为0.1×100mA0.1mA由以上结果可知1，2，3都可以用来作为标准表，而4的绝对误差太大，其中1，2量程一样，而3的量程比1，2大，在绝对误差满足要求的情况下，应尽量选择量程接近被检定表量程，但2，3准确度级别高，较贵，所以最适合用作标准表的是0.2 级10mA量程的。 2.14 检定*一信号源的功率输出，信号源刻度盘读数为90W，其允许误差为±30，检定时用标准功率计去测量信号源的输出功率，正好为75W。问此信号源是否合格"解：信号源频率的测量绝对误差为75W90W15W 相对误差为，所以此信号源合格。2.15 对*直流稳压电源的输出电压U*进展了10次测量，测量结果如下： 次 数12345678910电压/V5.0035.0115.0064.9985.0154.9965.0095.0104.9995.007求输出电压U*的算术平均值及其标准偏差估值。解：U*的算术平均值次数12345678910电压/V5.0035.0115.0064.9985.0154.9965.0095.0104.9995.007残差(103V)-2.45.60.6-7.49.6-9.43.64.6-6.41.6标准偏差估值2.16 对*恒流源的输出电流进展了8次测量，数据如下：次数12345678I/mA10.08210.07910.08510.08410.07810.09110.07610.082求恒流源的输出电流的算术平均值，标准偏差估值及平均值标准偏差估值。解：恒流源的输出电流的算术平均值次数12345678I/mA10.08210.07910.08510.08410.07810.09110.07610.082残差103mA-0.1-3.12.91.9-4.18.9-6.1-0.1标准偏差估值平均值标准偏差估值2.17 两种不同的方法测量频率，假设测量中系统误差已修正，所测得的频率的单位为kHz。方法1 100.36 100.41100.28100.30100.32100.31100.37100.29方法2 100.33100.35100.28100.29100.30100.291假设分别用以上两组数据的平均值作为该频率的两个估计值，问哪一个估计值更可靠.2用两种不同方法的全部数据，问该频率的估计值即加权平均值为多少.解：1方法1：次数12345678f/kHz100.36 100.41100.28100.30100.32100.31100.37100.29残差102kHz38-5-3-1-24-4标准偏差估值kHz同理可求出方法2的标准偏差估值，kHz次数123456f/kHz100.33100.35100.28100.29100.30100.29残差102kHz2.34.3-2.7-1.71.3-1.7标准偏差估值kHz由此可见方法2测得的数据更为可靠。2由得kHz该频率的估计值为100.31kHz。2.18 设对*参数进展测量，测量数据为1464.3，1461.7，1462.9，1463.4，1464.6，1462.7，试求置信概率为95%的情况下，该参量的置信区间。解：因为测量次数小于20，所以测量值服从t分布，第一步：求算术平均值及标准偏差估值次数123456*1464.31461.71462.91463.41464.61462.7残差1.0-1.6-0.40.11.3-0.6标准偏差估值算术平均值标准偏差估值第二步：查附录B：t分布表，由n1=5及P=0.95，查得t=2.571第三步： 估计该参量的置信区间，其中则在95%的置信概率下，电感L的置信区间为1462.3，1464.3。2.19具有均匀分布的测量数据，当置信概率为100时假设它的置信区间为E(*)k(*)，E(*)k(*)，问这里k应取多大.解：依题意得 由均匀分布可得，代入，解得2.20对*电阻进展了10次测量，测得数据如下：次数12345678910R/k46.9846.9746.9646.9646.8146.9546.9246.9446.9346.91问以上数据中是否含有粗差数据.假设有粗差数据，请剔除，设以上数据不存在系统误差，在要求置信概率为99%的情况下，估计该被测电阻的真值应在什么围.解：先求得被测电阻的平均值 k次数12345678910R/k46.9846.9746.9646.9646.8146.9546.9246.9446.9346.91残差103 k47372727-12312-137-3-23标准偏差估值K按格拉布斯检验法，在置信概率为99%的情况下，n10查表得G2.41，剔除R8后重新计算判别，得n9，Pc99%时，G2.32kK可见余下数据中无异常值。2.21设两个电阻Rl(150±0.6)，R262±0.4%，试求此两电阻分别在串联和并联时的总电阻值及其相对误差，并分析串并联时对各电阻的误差对总电阻的相对误差的影响"解：1串联时，总电阻值2并联时，总电阻值因式中含有两个变量的乘积项且含有分母，所以用相对误差传递公式较方便，得由以上计算结果可知，串联时大电阻R1对总电阻误差影响大，并联时小电阻R2对总电阻误差影响大。2.22 对*信号源的输出频率f*进展了10次等精度测量，结果为110.050，110.090，110.090，110.070，110.060，110.050，110.040，110.030，110.035，110.030kHz，试用马利科夫及阿卑-赫梅特判剧判别是否存在变值系差。解：输出频率f*的平均值次数12345678910f*/kHz110.050110.090110.090110.070110.060110.050110.040110.030110.035110.030残差104 kHz-4535535515555-45-145-245-195-245a由马利科夫判据得：故存在变值系差b由阿卑-赫梅特判据得： 标准偏差估值故存在变值系差2.23 试举出一种采用微处理器消除系统误差的方法，简单说明消除系统误差的原理。答：采用微处理器消除系统误差的方法有很多，例如直流零位校准，自动校准，相对测量等，下面以自动校准为例，简要说明消除系统误差的原理。自动校准主要是在仪器部存储校准数据表和插公式系数表，在正式测量时，微处理器根据测量结果、校准表以及插系数表进展计算得到修正后的准确测量值。2.24 采用微差法测量一个10V电源，使用标准为标称相对误差为±0.1的9V稳压电源。假设要求测量误差Uo/Uo±0.5，电压表量程为3V，问选用几级电表"解：由题意及微差法误差公式得这里标准量B为9V，微差A为1V，标准相对误差为±0.1可得所以选用3V量程的1级电压表即可。2.25 按公式测量金属导线的电导率，式中L为导线长度(cm)，d为截面直径(cm)，R为被测导线的电阻()。试说明在什么测量条件下误差最小.对哪个参量要求最高.解：因为公式中含有分子和分母，用相对误差传递公式较方便。由上式可知对截面直径d的要求最高。2.26 通过电桥平衡法测量*电阻，由电桥平衡条件得出，电容C2的允许误差为±5，电容C4的允许误差为±2，R3为精细电位器，其允许误差为±1，试计算R*的相对误差为多少.解：因为公式中含有分子和分母，用相对误差传递公式较方便。2.27 用一电压表对*一电压准确测量10次，单位为伏特，测得数据如下：次数12345678910U/V30.4730.4930.5l30.6030.5030.4830.4930.4330.5230.45试写出测量结果的完整表达式。解：1求出算术平均值2计算列于表中,并验证。次数12345678910U/V30.4730.4930.5l30.6030.5030.4830.4930.4330.5230.45残差103 V-24-4161066-14-4-6426-443计算标准偏差估值: V4按莱特准则判断有无，没有异常数据。5写出测量结果表达式:V取置信系数2.28立方体积的长、宽、高不确定度分别为试求的相对标准不确定度。解：由由数学模型直接对l,b,h求偏导可得合成不确定度2.29 园柱体积 的半径和高不确定度为 试求 的相对标准不确定度。解：由由数学模型直接对r, h求偏导可得合成不确定度2.30设*测量结果有关A类不确定度如下表所示，求该测量结果的合成不确定度、自由度及总不确定度取置信概率p0.95。序号不确定度自由度来源符号数值符号数值12345基准读数电压表电阻表温度uA1uA2uA3uA4uA51122123455104161解：2.31用数字电压表测量电压，测得一组数据的平均值为V=100.02144550v，并求得其扩展不确定度U=0.355mv，当要求U只取一位有效数字时，该测量结果如何表示.2.32 对*测量结果取有效数字： 3345.14150 取七位有效数字为_3345.142 _；取六位有效数字为_3345.14 _；取四位有效数字为_3345_；取二位有效数字为_3.3×103 _。 195.10501 取五位有效数字为_195.10_；取二位有效数字为_2.0×102_。 28.1250 取二位有效数字为_28 _。2.33 设TOS6100 所测的接地电阻为R*，JD-2 标准电阻为RN，取JD-2 标准电阻为100m，在接地电阻测试仪TOS6100上进展10 次重复测量，得到测量结果如下表所示：次数12345678910R/m101101102101101102101101102101TOS6100 在100m时的分辨率为2m，此时自由度为50，接地导通电阻测试仪检定装置经检定，符合其技术指标要求，100m处的误差为±0.2%，此时自由度为50，试求测量结果的扩展不确定度。解：1由标准电阻测量仪的示值误差引起得标准不确定度分量R1 ，自由度2电阻测量重复性引起得标准不确定度分量R2 ，由10次测量得数据，用贝塞尔法计算单次测量标准差s(RD)=0.48 m,平均值的标准差，则电阻重复性测量引起得不确定度为自由度(3)不确定度合成由于不确定度分量R1，R2相互独立，因此，电阻测量得合成标准不确定度为自由度(4)扩展不确定度取置信概率P=95%,由自由度查t分布表得，即包含因子k=2.080。于是，电阻测量得扩展不确定度为R=kRc=2.080×0.19=0.39520.40 m2.34 测量*和y的关系，得到下表中的一组数据：*i4111826354352606972yi8.817.826.837.048.558.870.380.592.195.9试用最小二乘法对上述实验数据进展最正确曲线拟合。解： 1 2代入题中给出相应的测量数据，为计算方便先代入28.8=4b+a 58.8=43b+a17.8=11b+a 70.3=52b+a26.8=18b+a 80.5=60b+a37.0=26b+a 92.1=69b+a48.5=35b+a 95.9=72b+a10个方程相加得：536.5=390b+10a (2)´再将2式10个方程分别乘以*i即得1式的10个方程:35.2=16b+4a2528.4 =1849 b+43a195.8=121b+11a3655.6 =2704 b+52a482.4=324b+18a4830 =3600b+60a962=676b+26a6354.9 =4761 b+69a1697.5=1225b+35a6904.8 =5184 b+72a10个方程相加得：27646.6=20460b+390a(1)´这里(1) (2)称正规方程，解出这两个方程得: a=3.73 b=1.28 则可作出最正确曲线如图下所示。相应直线方程为：y=1.28*+3.73第三章 信号发生器思考题与习题3.1 信号发生器的常用分类方法有哪些.按照输出波形信号发生器可以分为哪些类.答：1按频率围分类； 2按输出波形分类； 3按信号发生器的性能分类。其中按照输出波形信号发生器可以分为正弦信号发生器和非正弦信号发生器。非正弦信号发生器又可包括脉冲信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列信号发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。3.2 正弦信号发生器的主要技术指标有哪些.简述每个技术指标的含义.答：正弦信号发生器的主要技术指标有：1频率围指信号发生器所产生信号的频率围； 2频率准确度频率准确度是指信号发生器度盘或数字显示数值与实际输出信号频率间的偏差；3频率稳定度频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定时间，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小4失真度与频谱纯度通常用信号失真度来评价低频信号发生器输出信号波形接近正弦波的程度，对于高频信号发生器的失真度，常用频谱纯度来评价；5输出阻抗6输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效围；7调制特性是否能产生其他调制信号。3.3 可变频率振荡器频率f12.49964.5000MHz，固定频率振荡器频率f2=2.5MHz，假设以f1和f2构成一差频式信号发生器，试求其频率覆盖系数，假设直接以f1构成一信号发生器，其频率覆盖系数又为多少.解：因为差频式信号发生器f0= f1f2所以输出频率围为：400Hz2.0000MHz频率覆盖系数如果直接以f1构成一信号发生器，则其频率覆盖系数3.4 简述高频信号发生器主要组成构造，并说明各组成局部的作用.答：高频信号发生器主要组成构造图如以下列图所示：高频信号发生器原理框图主振级缓冲级调制级输出级监测器输出电 源内调制振荡器可 变电抗器外调制输入AMFM内外1主振级产生具有一定工作频率围的正弦信号，是信号发生器的核心。2缓冲级主要起阻抗变换作用，用来隔离调制级对主振级可能产生的不良影响，以保证主振级工作的稳定。3调制级主要进展幅度调制和放大后输出，并保证一定的输出电平调节和输出阻抗。4输出级进一步控制输出电压的幅度，使最小输出电压到达V数量级。3.5 要求*高频信号发生器的输出频率f860MHz，其可变电容器的电容C的变化围为50pF200pF，请问该如何进展波段划分，且每个波段对应的电感应为多大.解：而，由，所以相邻波段的电感值满足：，所以可以计算得出3.6 简述脉冲信号发生器的主要组成局部及主要技术指标.答：脉冲信号发生器的组成框图如以下列图所示：脉冲信号发生器的根本组成主振级同步输出外同步放 大外同步输入延迟级形成级整形级输出级主脉冲脉冲信号发生器具有如下主要技术指标：能输出同步脉冲及与同步脉冲有一定延迟时间的主脉冲；延迟时间可调；主脉冲的频率可调、脉宽可调、极性可切换，且具有良好的上升时间、下降时间，以及较小的上冲量。3.7 简述各种不同类型的函数发生器特点及作用.答：1正弦式函数信号发生器它包括正弦振荡器、缓冲级、方波形成、积分器、放大器和输出级等局部。2脉冲式函数信号发生器它包括脉冲发生器、施密特触发器、积分器和正弦波转换电路等局部。3.8 简述各种类型的信号发生器的主振器的组成，并比较各自特点。答：1低频信号发生器的主振器组成为：RC文氏桥式振荡器，其特点是频率稳定，易于调节，并且波形失真小和易于稳幅。2高频信号发生器的主振器组成为：LC三点式振荡电路，主振级的电路构造简单，输出功率不大，一般在几到几十毫瓦的围。3脉冲信号发生器的主振器组成为：可采用自激多谐振荡器、晶体振荡器或锁相振荡器产生矩形波，也可将正弦振荡信号放大、限幅后输出，作为下级的触发信号。对主振级输出波形的前、后沿等参数要求不很高，但要求波形的一致性要好，并具有足够的幅度。3.9 *FG-7高频信号发生器的频率围为f=100kHz30MHz，试问应划分几个波段.为答案一致，设k=2.4解：而，3.10 简述合成信号源的的各种频率合成方法及其优缺点。答：合成信号源的的各种频率合成方法主要有模拟直接合成法，数字直接合成法和锁相环频率合成法。模拟直接合成法特点：虽然转换速度快s量级，但是由于电路复杂，难以集成化，因此其开展受到一定限制。数字直接合成法：基于大规模集成电路和计算机技术，尤其适用于函数波形和任意波形的信号源，将进一步得到开展。但目前有关芯片的速度还跟不上高频信号的需要，利用DDS专用芯片仅能产生100MHz量级正弦波，其相位累加器可达32位，在基准时钟为100MHz时输出频率分辨力可达0.023Hz，可贵的是这一优良性能在其它合成方法中是难以到达的。锁相环频率合成法：虽然转换速度慢ms量级，但其输出信号频率可达超高频频段甚至微波、输出信号频谱纯度高、输出信号的频率分辨力取决于分频系数N，尤其在采用小数分频技术以后，频率分辨力大力提高。3.11 简述直接数字频率合成原理，试设计一个利用微处理器产生任意波形发生器的方案，并讨论如何提高任意波形的频率.PC机滤波D/A答：在存储器里存储任意波形的数字量，通过微处理器以一定的时间间隔读取数据，并送D/A转换器进展转换，并将电压信号送滤波器进展滤波，一直以一样的转换时间间隔取下一个数进展转换，这样就可得到任意波形发生器。提高任意波形频率的方法有：1减小读取时间间隔，并采用转换速度较快的D/A转换器；2采用读取时间短的存储器；3一个周期转换的点数减小。3.12有一频率合成器如图3.37所示，求：1f0的表达式；2f0的围；3最小步进频率。÷100f3fl10kHz×N15601000LPFPDBPFVCO1f0M(-)f21kNzVCO2f3÷N250006000PD÷100LPF图3.37 题3.12图解：由图可知：1所以2 3因为N1和N2均可改变，但f0表达式中，N2的系数小，所以N2变化1得到的f0的变化最小，即f0的最小步进频率为frfrLfrHf0f0 frHb×MVCO÷PPDLPF÷N13.13 计算以下列图所示锁相环的输出频率围及步进频率。frf0aVCO÷nPDLPF÷mfr1f0c1KHz÷N2720100M(+)BPFVCO2PDLPF÷N2720100VCO1LPF÷10PD÷N110001100III100kHzfr2图3.38 题3.13图解：a，所以，步进 b，所以，步进 c设VCO1输出频率为f1，则，步进3.14 利用一片D/A转换器和一片RAM为主要部件，试设计一个正弦波发生器，如果要求波形点数1000点，D/A1：10b；D/A2：8 b；RAM：8K字节。1画出电路原理图包括其它必要的硬件电路及其与微处理器的连接；2根据要求确定D/A转换器的位数；3假设读取一个数据到D/A转换完一个数据的时间最短为10s，则该信号发生器产生的最高频率为多少.4假设要提高输出频率，可以采取哪些措施.解：1电路原理图如以下列图所示：2因为要显示的波形点数为1000点，而RAM容量为8K字节，所以D/A位数为8位。3由题意两个数据之间的时间间隔为10s，一个周期1000个点，所以T10s×10000.01s，即f100Hz4提高输出频率的措施有：采用存取速度快的存储器，采用转换速度快的D/A，减少一个周期波形的点数。3.15 AD9850 DDS中如果时钟频率fc=125MHz，相位累加器宽度N=32位，频率控制字k=0100000H，这时输出频率为多少.解：k=0100000H，所以A201，因为DDS：3.16 高频信号源输出等效电路如图3.39所示。问信号源输出幅度指示刻度是什么值.当RH=Ri；RH=；RHRi三种情况下，输出电压各为多大.将此信号源直接加到示波器上校验幅度，结果将会如何.VRL图3.39 题3.16图Ri信号源解：信号源输出幅度指示刻度是在匹配负载的条件下按照正弦波的有效值标定的。当RH=Ri时：此时输出阻抗匹配，输出电压为正弦波的有效值；当RH=时：输出阻抗不匹配，由于RH=，所以输出电压为匹配条件下的两倍；当RHRi时：输出阻抗不匹配，输出电压将不准确，当RH>Ri时，输出电压偏大，当RH<Ri时，输出电压偏小。如果利用示波器校验幅度，则指示结果将偏大，因为示波器输入阻抗大于信号源输出阻抗。第四章： 时频测量4.1 测量频率的方法按测量原理可以分为哪几类.答：测量频率的方法按测量原理可以分为如下几类：频率测量方法模拟法计数法频响法比较法电桥法谐振法拍频法差频法示波法李莎育图形法测周期法电容充放电式电子计数式4.2 说明通用计数器测量频率、周期、时间间隔和自检的工作原理。答：通用计数器测量频率的工作原理：通过计数器在单位时间即闸门时间对被测信号进展计数，然后利用公式得出被测信号的频率，为了测量更宽的围，可以改变闸门时间。通用计数器测量周期的工作原理：和测频原理类似，将被测信号整形转换后作为闸门时间，而用标准频率作为计数脉冲，进展计数，同样通过改变标准频率的分频，即改变时标信号，来测量更宽的围。通用计数器测量时间间隔的工作原理：通过两个单独的通道启动计数器的计数，其中一个通道信号用来启动计数器的计数，另一个通道的信号停顿计数器的计数，这两个信号之间的间隔即要测的时间间隔。通用计数器自检工作原理：时基单元提供的闸门时间对时标信号频率较高的标准频率信号进展计数，由于这时闸门信号和时标信号均为同一个晶体振荡器的标准信号经过适当地倍频或分频而得，因此其计数结果是的，显示数字是完整的。4.3 分析通用计数器测量频率和周期的误差，以及减小误差的方法。答：通用计数器测量频率的误差：即±1误差和标准频率误差。一般总误差可采用分项误差绝对值合成，即通用计数器测量周期的误差：主要有三项，即量化误差、转换误差以及标准频率误差。其合成误差可按下式计算减少测频误差的方法：在一定时，闸门时间T选得越长，测量准确度越高减少测周误差的方法：1)采用多周期测量可提高测量准确度；2)提高标准频率，可以提高测周分辨力；3)测量过程中尽可能提高信噪比VmVn。4.4 提高测时分辨力的方法有哪些.答：提高测时分辨力的方法有平均法计数器、插法计数器、游标法计数器。4.5长期频率稳定度和短期频率稳定度是怎样定义的.如何测量.答：长期频率稳定度指长时间(年或月围)的频率变化，在石英振荡器中，长时间的频率漂移主要是由石英谐振器(晶体)的老化引起的，它属于系统性的或确定性的变化，其值与频率的随机性变化无关。所以，长期稳定度一般是指年或月的老化率。短期频率稳定度是秒或毫秒的随机频率变化，这种无规则的随机变化与长期的频率漂移无关。比方，用于计数器的石英振荡器，其输出频率在一秒稳不稳具有重要意义，故常用"1秒频率稳定度来表征。长期频率稳定度测量方法：在实际测量中，需要连续测一周或一个月，设每天测一个数据，共测n天，然后利用最小二乘法拟合一条曲线。短期频率稳定度测量方法：计数器直接测频；测差频周期法；差频倍增技术；示波器莎育图形法4.6 调制域分析仪的关键技术是什么.有何用途.答：调制域分析仪关键的技术是要实现动态连续地测量频率。调制域分析仪的主要分析功能有：频率、相位、时间间隔相对于时间轴的变化显示；单次或屡次平均；任何测量结果的直方图显示；测量结果数值显示；调制分析峰峰偏移、中心频率、调制速率；抖动频谱分析；各种参数统计平均、最大、最小、方差、均方差、有效值、概率；阿仑方差计算等。抖动和调制都可利用机的分析功能方便地进展定量分析。另外，仪器还具有组合触发和选通功能，用于捕获复杂输入信号的特定局部。4.7 天文历书秒准确度可达±1×109，问一天的误差几秒.*铯原子钟准确度可达±5×1014，问一天的误差几秒.要多少年才会产生1秒的误差.解：1，所以一天的误差为t±1×109×60×60×248.64×10586.4s 2t±5×1014×60×60×244.32×1094.32ns N×365×4.32×1091，N634196年4.8 用计数式频率计测量频率，闸门时间门控时间为l s时，计数器读数为5400，这时的量化误差为多大.如将被测信号倍频4倍，又把闸门时间扩大到5倍，此时的量化误差为多大"解：1量化误差2量化误差4.9用一个7位电子计数器测量一个f*5MHz的信号频率，试分别计算当"闸门时间置于1s、0.1s和10ms时，由±1误差产生的测频误差。解：闸门时间为1s时，±1误差闸门时间为0.1s时，±1误差闸门时间为10ms时，±1误差4.10 用*计数式频率计测频率，晶振频率fc的相对误差为fcfc±5×108，门控时间T1s，求：1测量f*10MHz时的相对误差；2测量f*10KHz时的相对误差，并找出减小测量误差的方法。解：测频±1误差12对一样闸门时间下，当被测频率越高时，测频相对误差越小，同时晶振频率误差影响也越大。4.11 用*计数式频率计测周期，晶振频率fc的相对误差为fcfc±5×108，时基频率为10MHz，周期倍乘100。求测量10s周期时的测量误差。解：计数器测周期误差4.12 用*电子计数器测一个f*10Hz的信号频率，当信号的信噪比S/N20dB时，分别计算当"周期倍乘置于×1和×100时，由于转换误差所产生的测周误差，并讨论计算结果。解：由转换误差产生的测周误差为：因为：，所以所以"周期倍乘置于×1时：所以"周期倍乘置于×100时：由测周误差可知，增大"周期倍乘可以减少由转换误差产生的测周误差。4.13用多周期法测量*被测信号的周期，被测信号重复周期为50Hz时，计数值为100000，部时标信号频率为 1MHz。假设采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未知信号，计数值为15000，求未知信号的周期.解：因为多周期法测被测信号周期，所以4.14 *计数式频率计，测频闸门时间为1s，测周期时倍乘最大为×10000，时基最高频率为10MHz，求中界频率。解：测频和测周±1误差分别为：，所以中届频率4.15 欲测量一个标称频率f01MHz的石英振荡器，要求测量准确度优于±1×106，在以下几种方案中，哪一种是正确的.为什么.(1) 选用E312型通用计数器fc/fc±1×106，"闸门时间置于1s。(2) 选用E323型通用计数器fc/fc±1×107，"闸门时间置于1s。(3) 选用E323型通用计数器fc/fc±1×107，"闸门时间置于10s。解：1测频时，其误差 2 3由以上计算结果可知，采用第三种方案是正确的。4.16 利用频差倍增法来提高测量精度时，设被测频率源和标称频率fc1MHz，闸门时间1秒，欲将±1个字误差降到l×l011，试问倍增器倍增次数应为多少.解：频差倍增法测量误差为，其中±1误差为：，所以倍增器倍增次数4.17 提高时间测量分辨力的方法有哪些.简述每种方法的特点。答：提高时间测量分辨力的方法有平均法、插法以及游标法。插法：通过插将起始脉冲与第一个钟脉冲之间的时间间隔和终止脉冲与紧接着到来的钟脉冲之间的时间间隔进展放大，虽然±1字的误差依然存在，但已经缩小很多倍。游标法：游标法事实上是用数字量化的方法把被测时间间隔扩展了K倍，K称为扩展倍率或插系数，可以实现准确的时间间隔测量。图4.51 题4.18图4.18 用游标法测量图4.51中的值，设f1=5MHz，f2=5.01MHz，求之值。解：根据游标法原理：,所以第五章 电压测量5.1简述电压测量的根本要求及电压测量仪器的分类方法。答：电压测量的根本要求：1应有足够宽的电压测量围2应有足够宽的频率围3应有足够高的测量准确度4应有足够高的输入阻抗5应具有高的抗干扰能力电压测量仪器的分类方法：1按频率围分类2按被测信号的特点分类3按测量技术分类5.2 交流电压表都是以何值来标定刻度读数的.真、假有效值的含义是什么.答：交流电压表都是以正弦波有效值为刻度的，真有效值：我们认为有效值表的读数就是被测电压的有效值，即有效值表是响应输入信号有效值的。因此，有效值表中=Ui，并称这种表为真有效值表。假有效值：有效值表的读数不能反映被测电压的有效值真实大小。UOtUOtUOt5.3 利用全波平均值电子电压表测量图5.70所示三种不同波形正弦波、方波、三角波的交流电压，设电压表的读数都是1V，问： 1对每种波形，电压表的读数各代表什么意义. 2三种波形的峰值、平均值及有效值分别为多少. 3根据测量结果，将三个波形画在同一坐标图上以进展比较。解：1对正弦波，读数为有效值，对其他波形，读数仅能间接反响被测量的大小。图5.70 习题5.3图2因为，所以V因为，即所以正弦波有效值为1V，峰值为V，均值为0.901V。方波有效值为V，峰值为V，均值为0.901V。三角波有效值为V，峰值为V，均值为0.901V。三种波形在同一坐标图为：5.4 假设在示波器上分别观察峰值相等的正弦波、方波、三角波，得Up5V；现在分别采用三种不同检波方式并以正弦波有效值为刻度的电压表进展测量，试求其读数分别为多少.解：各波形VP=5V 均值表： 正弦波 方波 三角波 峰值表：因为各波形峰值一样，所以三种波形的读数均为： 有效值表：正弦波 ：方波： 三角波：5.5 用峰值表和均值表分别测量同一波形，读数相等。这可能吗.为什么.答：峰值表和均值表的读数均是以正弦波有效值为刻度的，对峰值表：有对均值表：有对任一波形有，即先两电压表读数假设一样，则即，所以只要被测波形为正弦波即可满足该条件。5.6 *电压表采用正弦波有效值为刻度，如何以实验方法判别它的检波类型.试列出两种方案，并比较哪一种方案更适宜。答：方案一：5.7 简述逐次逼近比较型数字电压表和双积分型数字电压表的工作原理，并比较它们的优缺点。5.8 DS18型五位双积分型数字电压表中Us6.0000V，fc0.75MHz，计数器满量程N160000，求被测电压U*2.5000V时，计数器计数值N2为多大.采样时间Tl和测量时间T2分别为多大.解：根据双积分原理，可知1在准备期，进展定时积分，所以5.9 试画出图5.71积分器的输出时间波形图Uot，假设图中C1F，R10k，图中模拟开关的接通时间为：0-t1(10msS0、S1接通，S2、S3开关断开； t1-t3(20msS1接通，其他开关断开；t3-t4(10msS2接通，其他开关断开；t4-t5(10msS3接通，其他开关断开；t5-t6(10msS0、S3接通，S1、S2开关断开。ACS0S1S2S30V+10V+5VR+5VU0+15+10+5051015102030405060t1t2t3t4t5t6t/ms图5.71 题5.9图U0/V图中假设模拟开关(S0S3和运算放大器A均是理想器件。解：按照积分器工作原理，其输出电压和输入电压之间的关系为：0t1(10ms)：S0、S1接通，S2、S3断开，A的同向与反向输入端虚短，所以；t1t3(20ms)：S1接通，其他开关断开，输入端电压等效为05V5V，Vt3t4(10ms)：S2接通，其他开关断开，输入端电压等效为105V5V，t4t5(10ms)：S3接通，其他开关断开，输入端电压等效为55V=0V，t5t6(10ms)：S0、S3接通，S1、S2断开，所以输出波形图如下：5.10 图5.73为*三斜式A/D的积分器的输出时间波形，设基准电压|Ur|10V，试求积分器的输入电压大小和极性。题中假设在采样期和比较期，积分器的时间常数RC相等。10050100t/msOUO/VUrUr/27图5.73 题5.11图解：由输出波形可知，积分器输入电压为负的，5.14两台DVM ，最大计数容量分别为19999；9999。假设前者的最小量程为200mV，试问：(1) 各是几位的 DVM ；(2) 第台DVM的分辨力是多少.(3) 假设第台DVM的工作误差为0.02%U*±1字，分别用2V档和20V 档测量U*=1.56V电压时，问误差各是多少.解：1计数容量为19999的DVM为4位半，计数容量为9999的DVM为4位；2第台DVM的最小量程为200mV，所以DVM显示数据应为199.99mV，即最小分辨力为0.01mV；3当用2V档测量时：为1.9999V，所以一个字误差为：0.0001V，测量误差为：0.02%×1.560.0001V0.000412V0.41mV当用20V档测量时：为19.999V，所以一个字误差为：0.001V，测量误差为：0.02%×1.560.001V0.001312 V1.3mV5.16在双斜式DVM中，假设采样期T1100ms，工频干扰的频率为49Hz、幅度Un2V、初相角。试求：(1)由此干扰引起的测量误差；(2)该DVM的串模抑制比NMRR为多少.解：1由公式2DVM的串模抑制比dBAU*KURUo123Uos5.17 论述HP3455DVM中校零方案的可行性。如图5.74所示，开关K1时，测得U1 K2时，测得U2 K3时，测得U3图5.74 题5.17图经微机进展下面的运算的运算，则到达自动校零的目的。解：K1时，由放大器可知A×UOSU1K2时，由放大器可知AUSEU2K3时，由放大器