电子测量部分习题答案

1、 其频率覆盖系数又为多少？ 因为差频式信号发生器 f0= fi- f2 所以输出频率范围为：400Hz 2.0000MHz 频率覆盖系数k0 =1 2 3 4.0000MHz =5000=5 103 400Hz 如果直接以fi构成一信号发生器，那么其频率覆盖系数 .4.5000MHz k = 1.8 2.4996MHz 简述高频信号发生器主要组成结构，并说明各组成局部的作用? 高频信号发生器主要组成结构图如以下图所示： 1 主振级 产生具有一定工作频率范围的正弦信号，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

2、调制级 主要进行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 N数量级。 3.5要求某高频信号发生器的输出频率 f= 860MHz，其可变电容器的电容 C的变化 范围为50pF200pF，请问该如何进行波段划分，且每个波段对应的电感应为多大？ 3.3 可变频率振荡器频率 fi = 2.49964.5000MHz，固定频率振荡器频率 f2=2.5MHz , 假设以fi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 fl构成一信号发生 器， 解： 3.4 答: 高频信号发生器原理框 60MHz 7 氏：n 而 k

3、? = = 7.5 , ky = k 一 8Hz -k=是二 fmin 1 2gLCmin C =max -1 C 解2二,LCmax lgk* 1g 7.5 0.875 n 3.43 4 1g 0.9k 1g1.8 0.255 , 1 1 、， 由 fmin = = =8MHz，所以 L0 =1.979PH 2 二 LCmax 2L200pF 相邻波段的电感值满足： 所以可以计算得出 Ln 3.8简述各种类型的信号发生器的主振器的组成，并比拟各自特点。 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

4、器组成为： LC三点式振荡电路，主振级的电路结构简单， 输出功率不大，一般在几到几十毫瓦的范围内。 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 XFG-7高频信号发生器的频率范围为 f=100kHz30MHz，试问应划分几个波段？为 答案一致，设 k=2.4 解：而重些=300 , 0= -100KHz - lg k 匚 _ lg 300 lg 0.9k lg 0.9 2.4 3.10简述合成

5、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 HS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

6、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。LI = 0.495H L2 =0.124H LI =0.031H 2.477 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？ 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转换器进行转换，并将电压信号送滤波器 进行滤波，一直以相同的转换时间间隔取下一 个数进行转换，这样就可得到任意波形发生 器。 提高

7、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 (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： (1) f0的表达式； (2) f0的范围； (3) 最小步进频率。 D/A转换器; 解：由图可知： (1)血=fo - f3 100 一 N2 _ N2f2 所以 f = N1 f J 100 fi 图3.37题3.12图 (2)川=5601000 N2 = 5000 6000 10 6 f0min =560f1 5000f2 =560 10KHz 5000 1KHz =5650KHz = 5.650 MH

8、z 100 , ,6000 f2 6000 1KHz fmax =1000f1 - =1000 10KHz - =10060KHz = 10.060 MHz 100 1KHz - =10 Hz 100 1kHz(1000 1100) f0 z( ) 100kHz(720 1000)解: (a) 上 ,所以 f0 - frm ，步进fr n m n nmax (b) 上 =f_ 所以 f - frN1 +frH，步进 fr P N1 P Pmax 输出频率为f1,那么 f r1 N1 , 设 VCO1 f1 fr1 & N1， 100 100 (3)因为N1和N2均可改变，但f0表达式中

9、, N2的系数小，所以 N2变化1得到的 (c) 矗fr2 f1 ,f =( N2 10N -fr2)N2 2 (frN 10N2 fr2)N2 fr1N1 f N10 3.13计算以下图所示锁相环的输出频率范围及步进频率。 (c) 图3.38 题3.13图 f0的变化最小，即f0的最小步进频率为 Af。= 100 7 f0L 1kHz 1000 100kHz 720 = 72.1MHz 10 f0H 1kHz 1100 - 100kHz 1000 = 100.11MHz 10 止丘1kHz 1 步进 -=100 Hz 10 3.15 AD9850 DDS中如果时钟频率 fc=125MHz，相

10、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 A20= 1,因为 DDS: fout fc A 125MHz 夜 A20 = - 12 - 30517.578125 Hz 2 2 = 30.518KHz 8 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： 即土 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 卜) 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 J. 1 1 S .f Tx 10nTxfc 2

11、- Um |fc| 减少测频误差的方法：在 fx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 Vm/ Vn。 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？ _ :N _1 _1 解：1量化误差 N = 1 1 =0.019% N 5400 fxT 4.9用一个7位电子计数器测量一个 fx = 5MHz的信号频率，试分别计算当

12、“闸门时间置 于1s、0.1s和10ms时，由土 1误差产生的测频误差。 . , N -1 _1 二 解：闸门时间为 1s时，土 1误差= - =M2X10盘 N fxT 5MHz 1 . , 、.：N _1 _1 闸门时间为0.1s时，土 1误差q=1=2勺0 N fxT 5MHz 0.1 . . N _1 _1 圭 闸门时间为10ms时， 1误差熟= - ! - = 210 N fxT 5MHz 0.01 N (2)量化误差 N =品 x 一0.019% 20 =-0.00095% 9 4.10用某计数式频率计测频率，晶振频率 fc的相对误差为 f/fc= 5X108,门控时 间T = 1

13、s,求： (1)测量fx= 10MHz时的相对误差；10 (2)测量fx= 10KHz时的相对误差，并找出减小测量误差的方法。 , 、 f 1 * J (1) x = ( 6 5 10与=1.5 10J fx 1 10 106 f 1 8 4 (2) 二=( - 3 5 10 ) = 1.0005 10 fx 1 10 103 对相同闸门时间下，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用某计数式频率计测周期，晶振频率 fc的相对误差为 fc/ fc= 5刈0一8,时基频 率为10MHz，周期倍乘100。求测量10 HS周期时的测量误差。 解：计数器测周期误差

14、 T 1 f 1 竖 4 b = 一(广=一(100 10 1 10 106 5 10)= 1.0005 10 一 4.12用某电子计数器测一个 fx= 10Hz的信号频率，当信号的信噪比 S/N= 20dB时，分别计 算当“周期倍乘置于X 1和X 100时，由于转换误差所产生的测周误差， 并讨论计算结果。 一 . . ：T 1 1 所以“周期倍乘置于X 1时： 一 = X=0.0282 Tx 2 = 10 _ 一 ，上T 1 1 所以“周期倍乘置于x 100时： x = 1- 乂 1 =0.000282 Tx 2 100 二 10 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

15、差。 4.13用多周期法测量某被测信号的周期，被测信号重复周期为 50Hz时，计数值为 100000,内部时标信号频率为 1MHz。假设采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未 解：测频土 1误差f fx fc fc 解：由转换误差产生的测周误差为: jL _ 1 U Tx 一，2 1S 二 U 因为: 20lgU =20, Un 所以上 Un =10 11 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， N =kTxfc12 f 1 7 7 c) =： ( 6 1 10。= 2 10 = fc 10 1 106 由以上计算结果可知，采用第三种方案是正确的

16、。所以k 100000 5000000 Tx fc x c 50 fc fc Txf c 15000 kfc c -0.003s 5000000 - fc fc 4.14 某计数式频率计，测频闸门时间为 1s,测周期时倍乘最大为X 10000, 为10MHz ,求中界频率。 解：测频和测周土 1误差分别为： fx 1 Tx 1 LTx - = - . - = - - = - fx fxT Tx 10nTxfc fx Tx 时基最局频率 T= 一 =1，所以 fM 史一 fxT 10nTxfc 10n fc. T 中届频率 fM = J101MHZ =316KHz 1 4.15欲测量一个标称频率

17、 f0= 1MHz的石英振荡器，要求测量精确度优于土 列几种方案中，哪一种是正确的？为什么？ (1) 选用E312型通用计数器( fc/fcv 1 X 106), “闸门时间置于1s。 (2) 选用E323型通用计数器( fc/fc 100) =5.078 1 T 2 2n 3 100 27 7 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%Jx 土 1字，分别用2V档和20V档测量Ux=1.56V 电压时，问误差各是多少

18、？ 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% X 1.56 + 0.0001V = 0.000412V = 0.41mV 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% X 1.56 + 0.001V = 0.001312 V = 1.3mV 5.18 图5.72为双积分 A/D转换器，

19、= 100m TG= 100 s,试求: (1) 刻度系数； (2) 画出工作流程图。 1 t2 T J Uxdt =二Ux; R1C u R1C . 、， ，、一 t3 T1 T2 比拟期K1关K2合进行正值积分， 0=Uo1-l -Urdt = - - x+- Ur,所以 12 R1C R2C Uo1 图5.74 题5.18图 解：方法 22 R1Ur R2T1 T2 = R2N1 N2 RM M R2T1 To 2 ,所以刻度系数为: 23 100 103 6.2 62一10310。10 lOOo 方法二：利用电荷平衡原理， Q= Q,采样期Q1 =凹生T1 ,比拟期Q2 =丁2 , R

20、1 R2 5.19 一台DVM ,技术说明书给出的准确度为 Z = 0.01%Vx土 0.01% X Vm,试计算用1V 量程分别测量1V和0.1V电压时的绝对误差和相对误差，有何启示？ 解：1 = 0.01 % X 1 + 0.01 %X 1 = 2X 10-4V, (2) = 0.01 %X 0.1 + 0.01 %X 1= 1.1 X 10-4V, 丫 = _A=1.1勺0 =011%,由此可见相对误差明显增大，可知在相同量程下，被 Vx 0.1 测值越接近量程，那么相对误差相对较小。 6. 1通用示波器由哪些主要电路单元组成 ？它们各起什么作用？它们之间有什么联系？ 6. 2 通用示波

21、器垂直偏转通道包括哪些主要电路？它们的主要作用是什么？它们的主要 工作特性是什么？ 6. 3简述通用示波器扫描发生器环的各个组成局部及其作用？ 6. 4 在示波器的水平和垂直偏转板上都加正弦信号所显示的图形叫李沙育图形。如果都 加上同频、同相、等幅的正弦信号，请逐点画出屏幕上应显示图形； 如果两个相位差为 90 的正弦波，用同样方法画出显示的图形。 6. 5 现用示波器观测一正弦信号。假设扫描周期 Tx为信号周期的两倍、扫描电压的 幅度Vx = 时为屏幕X方向满偏转值。当扫描电压的波形如图 6. 42的a、b、c、d所示时， 试画出屏幕上相应的显示图形。 RlU e = R2T1 To =0.

22、01V/字 所以 UTULT2, R1 R2 Ux Ur -N1T0 =倾0 , Ux RRUrRN2 UrR M N R NR T T所以e = UR R2T1 T0 _ 100_103_6.2 _ 62 103 100 103 100 10 =0.01V/字 2 10 _4 = 0.02% , 24 解: 25 6. 7 一示波器的荧光屏的水平长度为 10cm，现要求在上面最多显示 10MHz正弦信号两 个周期幅度适当，问该示波器的扫描速度应该为多少？ 1 1 7 解：正弦信号频率为 10MHz , T = T= - =1X10-7s,要在屏幕上显示两个周 f 10 10 10 期，那么显

23、示的时间为 t=2T=2x10 s，扫描速度为 - =50106cm/s 2 10 6. 8示波器观测周期为 8ms,宽度为1ms,上升时间为 0.5ms的矩形正脉冲。试问用示 波器分别测量该脉冲的周期、脉宽和上升时间，时基开关 t/cm应在什么位置 示波器 时间因数为 0.05 0.5s,按1 2 5顺序控制。 解： 在示波器屏幕上尽量显示一个完整周期，而水平方向为 10cm,所以 测量周期时，8ms/10cm = 0.8ms/cm，时基开关应在 1ms位置， 测量脉宽时，1ms/10cm = 0.1ms/sm，时基开关应在 100 g位置， 测量上升时间时，0.5ms/10cm= 50 p

24、s/cm时基开关应在 50 g 位置 6. 10欲观察上升时间tR为50ns的脉冲波形，现有以下四种技术指标的示波器，试问选择 哪一种示波器最好？为什么？ 1 f3dB = 10MHz , t产 40ns 2 f3dB= 30MHz , t产 12ns 3 f3dB = 15MHz , tr 24ns 4 f3dB= 100MHz , tv 3. 5ns 解：由BW=0.35/tr，可知BW =0.35/50勺0“= 7MHz,选择示波器时，信号上升 26 时间应大于35 tR示波器上升时间 ，或者带宽大于3 5fM,这样只有2和4满足, 而4的上升时间最小，观察效果最好，但价格贵。 6. 11用8位A/D转换时间100 s、输入电压范围(0 5V)作为数字存储示波器 Y通道 的模数转换器。试问： (1) Y通道能到达的有效存储带宽是多少？ (2) 拟定输入信号范围为(一 2. 5 + 2.5) V时的输入电路形式； (3) 信号幅度的测量分辨力是多少？ (4) 假设要求水平方向的时间测量分辨力优于 1%,那么D/Ax应该是多少位的？ 6. 12数字存储示波器，设水平分辨力 N = 100点/Div，当扫描速度为 5 s/Div ; 5ms/D