电子测量技术课后习题答案.doc

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 % 100 % % 100 1 x s x x x m x % 5 . 1 % 100 100 % 5 . 0 300 （2）对量程为0-100V、1.0 级电压表，同样根据公式有 % 100 % % 100 2 x s x x x m x % 0 . 1 % 100 100 % 0 . 1 100 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。 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 V V V A x x 5 450 445 （2）相对误差 % 12 . 1 % 100 445 5 % 100 x x x （3）引用误差 % 0 . 1 % 100 500 5 % 100 m m x x （4）修正值 V x c 5 210 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。 n ） （ V V i ） （ V i ） （ 2 2 V i n ） （ V V i ） （ V i ） （ 2 2 V i 1 0.992 -0.0015 0.00000225 6 0.994 0.0005 0.00000025 2 0.993 -0.0005 0.00000025 7 0.997 0.0035 0.00001225 3 0.992 -0.0015 0.00000225 8 0.994 0.0005 0.00000025 4 0.991 -0.0025 0.00000625 9 0.991 -0.0025 0.00000625 5 0.993 -0.0005 0.00000025 10 0.998 0.0045 0.00002025 2）用公式 n i i x n x 1 求算术平均值。 9935 . 0 10 998 . 0 993 . 0 992 . 0 ) ( 1 10 1 10 2 1 V V V n x 3）用公式 x x i i 求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。 4）用公式 n i i n 1 2 1 1 计算标准差的估计值 。 00237 . 0 0000505 . 0 9 1 ) 00002025 . 0 00000025 . 0 00000225 . 0 ( 9 1 1 10 1 10 1 2 i v 5）按莱特准则判断粗大误差，即根据 x x x i i 3 剔除坏值。 00711 . 0 00237 . 0 3 ) ( 3 x 从表中可以看出，剩余残差最大的第10 个测量数据，其值为： ) ( 3 0045 . 0 9935 . 0 998 . 0 10 10 x x x v 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 n x 求算术平均值的标准差估计值。 00075 . 0 16228 . 3 00237 . 0 10 00237 . 0 n x 8）用公式 x x 3 求算术平均值的不确定度。 00225 . 0 00075 . 0 3 3 x x 9）写出测量结果的表达式。 0023 . 0 9935 . 0 x x A 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。 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， V U p 5 ，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）用峰值检波正弦有效值刻度的电压表测量，读数都3.54V，与波形无关。 （2）用有效值有效值检波正弦有效值刻度的电压表测量 正弦波 V K U U P P 54 . 3 414 . 1 5 正弦波 正弦波 正弦波 方波 V K U U P P 5 1 5 方波 方波 方波 三角波 V K U U P P 89 . 2 73 . 1 5 三角波 三角波 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 V K U U P P 54 . 3 414 . 1 5 正弦波 正弦波 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。 V U K U F 55 . 5 5 11 . 1 正弦波 正弦波 正弦波 三角波 V K U U P P 89 . 2 73 . 1 5 三角波 三角波 三角波 V K U U F 51 . 2 15 . 1 89 . 2 三角波 三角波 三角波 相应此平均值的正弦波的有效值即为读数值。 V K U U P P 78 . 1 414 . 1 51 . 2 正弦波 正弦波 正弦波 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 ) % 02 . 0 % 05 . 0 ( m x U U U ，分别用 2V 和 20V 档测量 V U x 56 . 1 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 ) % 02 . 0 % 05 . 0 ( m x U U U V 118 . 0 ) 2 % 02 . 0 56 . 1 % 05 . 0 ( 相对误差 % 9 . 5 % 100 2 118 . 0 % 100 U U x 用20V 挡测量 绝对误差 ) % 02 . 0 % 05 . 0 ( m x U U U V 478 . 0 ) 20 % 02 . 0 56 . 1 % 05 . 0 ( 相对误差 % 4 . 2 % 100 20 478 . 0 % 100 U U x 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。 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 3 10 5 1 200 1 1 s x T f N N 测周时，量化误差为 5 7 10 2 10 200 1 c x c x f f f T N N 从计算结果可以看出，采用测周方法的误差小些。 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 6 6 10 1 1 10 1 1 1 s x T f N N 倍增系数为 5 11 6 10 10 1 10 1 M 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 放大 整形 主门 门控信号 S T 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 稳幅原理。 答： 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 RC f f 2 1 0 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 0 f 和 n f a 2 。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 3 V ，那么就满足了振荡器 起振的幅值条件A V F1，可以维持频率 RC f f 2 1 0 时的等幅正弦振荡。 实际电路中，其中 R 3 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，R 3 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， RC f 2 1 的信号 产生增幅振荡。随着该信号的增大，流过R 3 的电流增大，从而使R 3 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 R 3 、R 4 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 0 V 直接接在 R 3 、R 4 的串联电路中，从而使流过 R 3 的电流增大，R 3 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。 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。 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 图7.1 文氏电桥振荡器的原理框图 f o R2 C2 R4 + - A C1 R1 R3 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 f 0 Vd 压控振荡器 低通滤波器 f 0 f r Vi Vo 基准频率源 信号的相位差，以电压V d 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。 7 8 已 知 Z r Z r MH f kH f 40 , 100 2 1 用 于 组 成 混 频 倍 频 环 ， 其 输 出 频 率 Z o MH f ) 1 . 101 73 ( ，步进频率 Z kH f 100 ，环路形式如下图所示，求 （1）M 取“+”，还是“-”？ （2）N=？ 解：根据锁相原理，我们不难看出 1 r Nf f 而 o r f f f 2 （1）若M取“+”， 则 Z Z Z o r MH MH MH f f f ) 1 . 141 113 ( ) 1 . 101 73 ( 40 2 则 1411 1130 1 . 0 1 . 141 113 1 r f f N （2）若M取“-”， 则 Z Z Z r o MH MH MH f f f ) 1 . 61 33 ( 40 ) 1 . 101 73 ( 2 则 611 330 1 . 0 1 . 61 33 1 r f f N 86 比较触发扫描和连续扫描的特点。 答：连续扫描和触发扫描示波器扫描的两种方式。为了更好地观测各种信号，示波器应该既 能连续扫描又能触发扫描，扫描方式的选择可通过开关进行。在连续扫描时，没有触发脉冲 信号，扫描闸门也不受触发脉冲的控制，仍会产生门控信号，并启动扫描发生器工作；在触 发扫描时，只有在触发脉冲作用下才产生门控信号。对于单次脉冲或者脉冲周期长的信号采 用触发扫描方式更能清晰观测。 89 有一正弦信号，使用垂直偏转因数为10mV/div 的示波器进行测量，测量时信号经过 10：1 的衰减探头加到示波器，测得荧光屏上波形的高度为7.07div，问该信号的峰值、有 效值各为多少？ 答：示波器测量的是峰-峰值。 y y p p k D h V 混频器 (M) 鉴相器 f 0 =(73101.1)MH Z 带通滤波器 f r1 =100kH Z 频率源1 压控振荡器 低通滤波器 频率源2 f r2 =40MH Z f=100kH Z 分频器 （N） mV mV V p p 707 10 10 07 . 7 正弦信号的峰值 mV mV V V p