电子测量答案.doc

第一章1.1 解释名词： 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 叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点，并各举一两个测量实例。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。如：用电压表测量电阻两端的电压，用电流表测量电阻中的电流。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。如：用伏安法测量电阻消耗的直流功率P，可以通过直接测量电压U，电流I，而后根据函数关系PUI，经过计算，间接获得电阻消耗的功耗P；用伏安法测量电阻。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。例如，电阻器电阻温度系数的测量。1.4 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。1.5 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。1.12 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、标称值、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。示值：测量器具指示的被测量量值称为测量器具的示值。测量误差：测量仪器仪表的测得值与被测量真值之间的差异。修正值：与绝对误差绝对值相等但符号相反的值2.3 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）2.4 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。2.11 WQ1型电桥在f 1 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第三章3.9 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。3.10 调谐式高频振荡器主要有哪三种类型？振荡频率如何确定和调节？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。变压器反馈式振荡器的振荡频率：电感反馈式振荡器的振荡频率： 电容反馈式振荡器的振荡频率：通常用改变电感L来改变频段，改变电容C进行频段内频率细调。3.11 题3.11图是简化了的频率合成器框图，f1为基准频率， f2为输出频率，试确定两者之间的关系。若f1 1MHz，分频器n和m中n、m可以从1变到10，步长为1，试确定f2的频率范围。 题3.11图解：相位锁定时：f1/nf2/m f2f1m/n当 m1 n10时 f2minf1/100.1MHz 当 m10 n1时 f2max10f110MHz3.12 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。3.13 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。其特点是：原理简单，需要的设备也不复杂。但由于要逐点测量，操作繁琐费时，并且由于频率离散而不连续，非常容易遗漏掉某些特性突变点，而这常常是我们在测试和分析电路性能时非常关注的问题。另外当我们试图改变电路的结构或元件参数时，任何改变都必然导致重新逐点测量。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。3.14 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，在示波管荧光屏上就得到了被测电路的幅频特性曲线。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。4.4 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 Ty4.6 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。4.9 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。4.11 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。4.12 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。4.13 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。4.15 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。4.19 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第五章5.3 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。5.4 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。5.13 简述电桥法、谐振法、f-V转换法测频的原理，它们各适用于什么频率范围？这三种测频方法的测频误差分别决定于什么？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：电桥法测频适用于10kHz以下的音频范围。在高频时，由于寄生参数影响严重，会使测量精确度大大下降。电桥测频的精确度约为(0.51)。电桥法测频的精确度取决于电桥中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确度(检流计的灵敏度及人眼观察误差)和被测信号的频谱纯度。能达到的测频精确度大约为(0.51)。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：谐振法测频适用于高频信号的频率，频率较低时谐振回路电感的分布电容引起的测量误差较大，测量的准确度较低。频范围为0.51500 MHz。谐振法测频的误差来源为： 谐振频率计算公式是近似计算公式； 回路Q值不太高时，不容易准确找到真正的谐振点； 环境温度、湿度以及可调元件磨损等因数，使电感、电容的实际的元件值发生变化； 读数误差。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