电子测量技术基础复习指导(有解答).doc

第一章1.1 名词解释： 测量； 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。1.2名词解释：叙述直接测量、间接测量、组合测量。答：直接测量：它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系，间接得到被测量量值的测量方法。组合测量：当某项测量结果需用多个参数表达时，可通过改变测试条件进行多次测量，根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法称为组合测量。1.3 叙述电子测量的主要内容。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）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；（3）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：（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，幅频特性，相频特性曲线等。1.4 列举电子测量的主要特点.。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；（7）影响因素众多，误差处理复杂。1.5 试设计一个测量方案，测量某放大器的直流输出电阻(阻值估计在30k左右)。解：设计如右图所示，为减少测量误差采用数字电压表测量，且R1、R2都在30 K左右，可忽略电压表接入对输出电压的影响，则有： 所以：第二章2.1 解释下列名词术语的含义：真值、实际值、示值、测量误差、修正值。答：真值：一个物理量在一定条件下所呈现的客观大小或真实数值。指定值：由国家设立尽可能维持不变的实物标准(或基准)，以法令的形式指定其所体现的量值作为计量单位的指定值。实际值：实际测量时，在每一级的比较中，都以上一级标准所体现的值当作准确无误的值，通常称为实际值，也叫作相对真值。标称值：测量器具上标定的数值。修正值：与绝对误差绝对值相等但符号相反的值。2.2 按照表示方法的不同，测量误差分成哪几类?答：1、绝对误差： 定义为：xxA02、相对误差（1）实际相对误差： （2）示值相对误差： （3）满度相对误差： （4）分贝误差： Gx20 lgAu（d B）2.3 说明系统误差、随机误差和粗差的主要特点。答：系统误差的主要特点是：只要测量条件不变，误差即为确切的数值，用多次测量取平均值的办法不能改变或消除系差，而当条件改变时，误差也随之遵循某种确定的规律而变化，具有可重复性。随机误差的特点是： 有界性； 对称性； 抵偿性。粗差的主要特点是：测得值明显地偏离实际。2.4 有限次测量测量数据的处理方法。答：对有限次测量测量数据先按照不大于3的原则剔除坏值，然后计算、，最后写出测量结果表达式： 2.4 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？解： 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。2.6 WQ1型电桥在f1 kHz时测0.1pF110pF电容时，允许误差为 1.0 (读数值)0.01 (满量程值)，求该电桥测得值分别为lpF、10pF、100pF时的绝对误差、相对误差。 解：xm0.01%1100.011 pF x11.0%10.0110.021 pFx21.0%100.0110.111 pF x31.0%1000.0111.011 pF 2.7 两只电阻分别为R1202%，R2(1000.4) ，求：两电阻串联及并联两种接法时的总电阻和相对误差。解：串联时： R R1R2R串1200.66%0.8 总电阻：1200.8并联时： 符号有正有负时： R并20/10016.7 R并16.71.77%0.3并联时的总电阻为：16.70.32.8 将下列数据舍入到小数第二位。12.434412.43 63.7350163.740.694990.6925.325025.32 17.695517.70123.115123.12第三章3.1、信号发生器有何功用？将输出信号并加到被测器件、设备上，用其它测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析确定它们的性能参数。3.2、低频信号发生器主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么?答：低频信号发生器主要由主振器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器、指示电压表和稳压电源组成。主振器产生低频等幅振荡信号；电压放大器放大对主振器产生低频等幅振荡信号进行电压放大，同时还起缓冲隔离作用；输出衰减器控制输出信号电压的大小；功率放大器对输出衰减器的输出信号进行功率放大；阻抗变换器变换输出阻抗使之与被测电路实现阻抗匹配；指示电压表输出信号电压的大小；电源的作用是为高频信号发生器各单元电路提供合适的工作电压和电流。3.3 锁相环的基本工作原理。答：当压控振荡器输出频率f2由于某种原因变化时，相应相位也产生变化，该相位变化在鉴相器中与基准晶振频率f1的稳定相位相比较，使鉴相器输出一个与相位差成比例的电压ud(t)，经过低通滤波器，检出其直流分量uc(t)，用uc(t)控制压控振荡器中压控元件数值(如变容二极管电容)，从而调整VCO的输出频率f2，使其不但频率和基准晶振一致，相位也同步，这时称为相位锁定，因此最终VCO的频率输出稳定度就由晶振频率f1所决定。3.4 说明图3.4-1高频信号发生器各单元的主要作用。答：振荡器产生高频等幅振荡信号，调频器产生高频调频信号，内调制信号振荡器产生低频等幅振荡信号，缓冲放大器放大高频等幅振荡信号或高频调频信号，同时还起缓冲隔离作用，调制度计显示调制度计的大小，电子电压表显示缓冲放大器输出电压的大小，步进衰减输出级衰减缓冲放大器输出电压使之满足输入电路对输入电压大小的要求，电源的作用是为高频信号发生器各单元电路提供合适的工作电压和电流。3.5 调谐式高频振荡器主要有哪三种类型？答：调谐信号发生器的振荡器通常为LC振荡器，根据反馈方式，又可分为变压器反馈式、电感反馈式(也称电感三点式或哈特莱式)及电容反馈式(也称电容三点式或考毕兹式)三种振荡器形式。3.6 解释下列术语：频率合成，相干式频率合成，非相干式频率合成。答：频率合成是把一个(或少数几个)高稳定度频率源fs经过加、减、乘、除及其组合运算，以产生在一定频率范围内，按一定的频率间隔(或称频率跳步)的一系列离散频率的信号。相干式频率合成器：只用一个石英晶体产生基准频率，然后通过分频、倍频等，加入混频器的频率之间是相关的。非相干式直接合成器：用多个石英晶体产生基准频率，产生混频的两个基准频率之间相互独立。3.7 说明点频法和扫频法测量网络频率特性的原理。答：点频法测量网络频率特性的原理就是“逐点”测量幅频特性或相频特性。扫频法测量网络频率特性的原理就是在测试过程中，使信号源输出信号的频率按特定规律自动连续并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，就得到了被测电路的幅频特性曲线。3.8 扫频仪中如何产生扫频信号？如何在示波管荧光屏上获得网络的幅频特性?答：实现扫频振荡的方法很多，常用的有磁调电感法、变容二极管法以及微波波段使用的返波管法、YIG谐振法等。在磁调电感法中L2、C谐振回路的谐振频率 f 0为：由电磁学理论可知，带磁芯线圈的电感量与磁芯的导磁系数0成正比，即L20 L当扫描电流随时间变化时，使得磁芯的有效导磁系数0也随着改变，扫描电流的变化就导致了L2及谐振频率f0的变化，实现了“扫频”。在测试过程中，使信号源输出信号的频率按特定规律自动连续并周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器上显示，在示波管荧光屏上就得到被测电路的幅频特性曲线。3.9 间接式频率合成器原理框图如题3.9图，求相位锁定时输出信号的频率f是多少。 题3.9图 间接式频率合成器原理框图第四章 4.1 电子示波器有哪些特点?答：电子示波器的基本特点是： 能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。 输入阻抗高，对被测信号影响小。 工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。4.2 说明电子枪的结构由几部分组成，各部分的主要用途是什么?答：电子枪由灯丝(h)、阴极(K) 、栅极(G1)、前加速极(G2)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。灯丝h用于对阴极K加热，加热后的阴极发射电子。栅极G1电位比阴极K低，对电子形成排斥力，使电子朝轴向运动，形成交叉点F1，调节栅极G1的电位可控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏亮点的辉度。G2、A1、A2构成一个对电子束的控制系统。这三个极板上都加有较高的正电位，并且G2与A2相连。穿过栅极交叉点F1的电子束，由于电子间的相互排斥作用又散开。进入G2、A1、A2构成的静电场后，一方面受到阳极正电压的作用加速向荧光屏运动，另一方面由于A1与G2、A1与A2形成的电子透镜的作用向轴线聚拢，形成很细的电子束。4.3 如果要达到稳定显示重复波形的目的，扫描锯齿波与被测信号间应具有怎样的时序和时间关系？答：Txn Ty4.4 电子示波器由哪几个部分组成?各部分的作用是什么?答：电子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。Y通道的作用是：检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小地传输到示波管的垂直偏转极板上。X通道的作用是：产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的x偏转板上去，使电子射线沿水平方向线性地偏移，形成时间基线。Z通道的作用是：在时基发生器输出的正程时间内产生加亮信号加到示波管控制栅极上，使得示波管在扫描正程加亮光迹，在扫描回程使光迹消隐。示波管的作用是：将电信号转换成光信号，显示被测信号的波形。幅度校正器的作用是：用于校正Y通道灵敏度。扫描时间校正器的作用是：用于校正x轴时间标度，或用来检验扫描因数是否正确。电源的作用是：为示波器的各单元电路提供合适的工作电压和电流。4.5 什么是内同步？什么是外同步？答：同步信号采自于Y通道的(即被观察信号)被称为内同步；同步信号采自于来自仪器外部的同步信号的方式被称为外同步。4.6 延迟线的作用是什么？内触发信号可否在延迟线后引出，去触发时基电路？为什么？答：当示波器工作在内触发状态时，利用垂直通道输入的被测信号去触发水平偏转系统产生扫描电压波，从接受触发到开始扫描需要一小段时间，这样就会出现被测信号到达Y偏转板而扫描信号尚未到达X偏转板的情况，为了正确显示波形，必须将接入Y通道的被测信号进行一定的延迟，以便与水平系统的扫描电压在时间上相匹配。内触发信号不能在延迟线后引出，去触发时基电路。如果在延迟线后引出，水平系统的扫描电压在时间上相对于垂直通道输入的被测信号就没有延迟了。4.7 示波器Y通道内为什么既接入衰减器又接入放大器？它们各起什么作用？答：为适应Y通道输入的被测信号的大幅度的变化既接入衰减器又接入放大器。放大器对微弱的信号通过放大器放大后加到示波器的垂直偏转板，使电子束有足够大的偏转能量。衰减器对输入的大幅度信号进行衰减。4.8 什么是连续扫描和触发扫描？如何选择扫描方式？答：连续扫描：扫描电压是周期性的锯齿波电压。在扫描电压的作用下，示波管光点将在屏幕上作连续重复周期的扫描，若没有Y通道的信号电压，屏幕上只显示出一条时间基线。触发扫描：扫描发生器平时处于等待工作状态，只有送入触发脉冲时才产生一次扫描电压，在屏幕上扫出一个展宽的脉冲波形，而不显示出时间基线。被测信号是连续的周期性信号时，选择连续扫描方式。被测信号是短短暂的周期性脉冲信号时，选择触发扫描方式。4.9 如何进行示波器的幅度校正和扫描时间校正？答：幅度校正的方法是：设校正器输出电压幅度为1V，把它加到Y输入端，灵敏度开关置于“1”档的校正位置上，调节Y轴灵敏度电位器，使波形在Y轴显示为1cm或1div。扫描时间校正的方法是：设校正器输出电压的频率为1KHz，把它加到Y输入端，扫描时间开关置于“1”ms档的校正位置上，调节X轴灵敏度电位器，使标尺的满度范围内正好显示10个周期。4.10 取样示波器的非实时取样过程为什么能将高频信号变为低频信号？取样示波器能否观测单次性高频信号？答：非实时取样过程对于输入信号进行跨周期采样，通过若干周期对波形的不同点的采样，经过保持延长后就将高频信号变成了低频信号。取样示波器不能观测单次性高频信号，因为不能对其进行跨周期采样。4.11 被测脉冲信号电压幅度Up3V，经1:10探极引入，“倍率”置“l位，“微调”置校正位，要想在荧光屏上获得高度为3cm的波形，Y轴偏转灵敏度开关“V/cm”应置哪一档? 解：4.12 用示波器正弦电压，H = 8 cm、Dy1V/cm、若K=101，求被测正弦信号的峰-峰值和有效值。解：正弦信号的峰-峰值为正弦信号的有效值为4.13 一示波器的荧光屏的水平长度为10cm，要求显示10MHz的正弦信号两个周期，问示波器的扫描速度应为多少？解：依题意有： 所以：第五章5.1 与其他物理量的测量相比，时频测量具有哪些特点？答：（1）测量的精度高； （2）测量范围广 （3）频率的信息传输和处理比较容易并且精确度也很高。5.2 电子计数式频率计主要由哪几部分组成?其中放大整形电路和门控电路起什么作用?5.3 简述计数式频率计测量频率的原理，说明这种测频方法测频有哪些测量误差？对一台位数有限的计数式频率计，是否可无限制地扩大闸门时间来减小1误差，提高测量精确度？答：是根据频率的定义来测量频率的。若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率fx为： fxN/T测量误差主要有：1误差： 标准时间误差：不可无限制地扩大闸门时间来减小1误差，提高测量精确度。一台位数有限的计数式频率计，闸门时间时间取得过大会使高位溢出丢掉。5.4 什么是1误差？测频时如何减小这种误差？答：测频时，主门的开启时刻与计数脉冲的时间关系在时间轴上的相对位置是随机的，在相同的主门的开启时间T，计数器所计的数不一定相同，脉冲计数的最大误差为1，即1误差。当fx一定时，增大闸门时间T，可减少这种1误差。5.5 简述计数式频率计测量周期的原理。答：用被测信号产生闸门时间Tx，用晶振产生计数脉冲fc，若在闸门时间Tx内计数器计数的脉冲个数为N，则：5.6 简述计数式频率计测量时间间隔的原理。答：用被测信号产生闸门的开关时间，用晶振产生计数脉冲fc，若在闸门时内计数器计数的脉冲个数为N，则： 5.7 简述电桥法、谐振法、f-V转换法测频的原理。答：电桥法测频的原理是利用电桥的平衡条件和被测信号频率有关这一特性来测频。交流电桥能够达到平衡时有： 谐振法测频的原理是利用电感、电容、电阻串联、并联谐振回路的谐振特性来实现测频。电路谐振时有：f-V转换法测频的原理是先把频率转换为电压或电流，然后用表盘刻度有频率的电压表或电流表指示来测频率。以测量正弦波频率fx为例，首先把正弦信号转换为频率与之相等的尖脉冲uA，然后加于单稳多谐振荡器，产生频率为fx 、宽度为、幅度为Um的矩形脉冲列u (t)，这一电压的平均值等于：所以： 5.8 简述示波器上用李沙育图形法进行测频、测时间间隔的原理。答：用李沙育图形法进行测频的原理是：示波器荧光屏上的李沙育图形与水平轴的交点nX以及与垂直轴的交点nY来决定频率比，即：若已知频率信号接于X轴，待测频率信号接于Y轴，则： 5.9 设fx20MHz，选闸门时间T0.1s，求测频的量化误差。若T增加为1s，则测频误差为多少？解： 若T增加为1s，则测频误差为510 8，精度提高10倍，但测量时间是原来的10倍。5.10 用计数式频率计测量频率，闸门时间为1s时，计数器读数为5 400，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） （2）6.11 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，N1000。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。第六章6.1 举例说明测量相位差的重要意义。答：测量输出与输入信号间相位差在图像信号传输与处理、多元信号的相干接收等学科领域，都有重要意义。6.2 测量相位差的方法主要有哪些？答：测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔再换算为相位差；把相位差转换为电压，先测量出电压再换算为相位差；零示法测量等。6.3 零示法测量相位差的原理。答：它是以一精密移相器相移值与被测相移值作比较来确定被测信号间相位差的。测量时，调节精密移相器，使之抵消被测信号间原有的相位差使平衡指示器示零。由精密移相器表针指示可直读两被测信号间的相位差值。6.4 用椭圆法测量两正弦量的相位差，在示波器上显示的椭圆图形中测得椭圆中心横轴到图形最高点的高度Ym6cm，椭圆与)Y轴交点y03cm，求相位差。解： 30第七章7.1 简述电压测量的特点。答：电压测量的特点是：l.、频率范围宽，除直流外，交流电压的频率从10-6109Hz。2、测量范围广，低至10-9V，高到几十伏，几百伏甚至上千伏。3、待测电压的波形，除正弦波外，还包括失真的正弦波以及各种非正弦波。4、输入阻抗高，对被测电路的影响小。5、测量精度高，直流电压测量精度优于10-7量级。交流电压测量的精度一般在10-210-4量级。6、易受外界干扰影响，当信号电压较小时，干扰往往成为影响测量精度的主要因素。7.2 交流电压的峰值、幅值、平均值、有效值、波形因数和波峰因数的定义。答：周期性交变电压u(t)在一个周期内偏离零电平的最大值称为峰值Up。平均值的数学定义为：在电子测量中，平均值通常指交流电压检波(也称整流)以后的平均值，全波平均值定义为 某一交流电压的有效值等于直流电压的数值U，当该交流电压和 数值为U的直流电压分别施加于同一电阻上时，在一个周期内两者产生的热量相等。则数学式可表示为 波形因数KF，定义为该电压的有效值与平均值之比：波峰因数，定义为该电压的峰值与有效值之比： 7.3 模拟交流电压表的主要类型。答：模拟交流电压表的主要类型有：检波放大式、放大检波式、调制式、外差式和热偶变换式等。7.4 DVM的固有误差的表示式及其意义。答：DVM的固有误差通常用绝对误差表示 其中Ux为测量示值，Um为该量程满度值，aUx称为读数误差.。bUm称为满度误差，它与被测点压大小无关，而与所取量程有关。当量程选定后，显示结果末位1个字所代表的电压值也就一定，因此满度误差通常用正负几个字表示。7.5 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：（1）正弦波的有效值 （2）方波的有效值（3）三角波的有效值7.6 甲、乙两台D