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电子测量技术 第2章 测量误差理论和测量数据处理 第2章 测量误差理论和测量数据处理习题与思考题2-1某被测电压的实际值在10V左右，现用150V、0.5级和15V、1.5级两块电压表，选择哪块表测量更合适。2-2 测量一个15V的直流电压，要求测量误差不大于1.5%，现有四只电压表，其量程和精度如下所示：电压表编号1234量程（V）20303050准确度（级）1.01.00.50.5 问哪些电压表能满足要求？哪只电压表测量结果的误差最小？2-3预检定一台3mA、2.5级电流表的引用相对误差。按规定，引入修正值后所使用的标准仪器产生的误差不大于受检仪器容许误差的1/3，现有下列几只标准电流表，问应选哪一只最适合？ （1）10 mA、0.5级；（2）10 mA、0.2级；（3）15 mA、0.2级；（4）5 mA、0.5级。2-4用1.0级3V量程的直流电压表测得下图中a点和b点对地的电压Ua=2.54V，Ub=2.38V。试问 （1）Ua和Ub的相对误差是多少？ （2）通过测量Ua和Ub来计算R2上电压U2时，U2的相对误差是多少？ （3）若用该电压一直接测量R2两端电压U2时，U2的相对误差是多少？R1R2R3ab题图 2-12-5已知CD-4B型超高频导纳电桥在频率高于1.5MHz时，测量电容的误差为：5%(读数值)1.5pF。求用该电桥分别测200pf、30pF、2pF时，测量的绝对误差和相对误差。并以所得绝对误差为例，讨论仪器误差的相对部分和绝对部分对总测量误差的影响。2-6某单级放大器电压放大倍数的实际值为100，某次没量时测得值为95，求测量值的分贝误差。2-7设两只电阻R1=（1500.6），R2=622%，试求此二电阻分别在串联及并联时的总阻值及其误差。2-8用电压表和电流表测量电阻值可用下图所示的两种电路，REAVREVA（a） （b）题图 2-2 设电压表内阻为Rv，电流表内阻为Rx，试问两种电路中由于Rv和RA的影响，被测电阻Rx的绝对误差和相对误差是多少？这两种电路分别适用于测量什么范围的阻值？2-9用电桥测电阻Rx，电路如题下图所示，电桥中Rs为标准可调电阻，利用交换Rx与Rs位置的方法对Rx进行两次测量，试证明Rx的测量值R1及R2的误差R1及R2无关。R1R2RxRS题图 2-32-10用某电桥测电阻，当电阻的实际值为102时测得值为100，同时读数还有一定的分散性，在读数为100附近标准偏差为0.5，若用该电桥测出6个测得值为100的电阻串联起来，问总电阻的确定性系统误差和标准偏差各是多少？系统误差和标准偏差的合成方法有何区别？2-11具有均匀分布的测量数据，（1）当置倍概率为100%时若它的置信区间为M(x)-C(x), M(x)+C(x)，问这里C应取多大？（2）若取置信区间为M(x)-(x), M(x)+(x)，问置信概率为多大？2-12对某信号源的输出电压频率进行8次测量，数据如下（单位Hz）： 1000.82,1000.79,1000.85,1000.84,1000.78,1000.91,1000.76,1000.82 (1)试求其有限次测量的数学期望与标准差的估计值。 (2)若测量时无系统误差，给定置信概率为99%，那么输出频率的真值应在什么范围？2-13用电桥测一个50mH左右的电感，由于随机误差的影响，对电感的测量值在L00.8mH的范转内变化。若希望测量值的不确定度范转减少到0.3mH以内，又没有更精密的仪器，问可采用什么办法。2-14对某电阻进行10次测量，数据如下（单位k）： 0.992,0.993,0.992,0.993,0.993,0.991,0.993,0.993,0.994,0.992 请给出包含误差值的测量结果表达式。2-15对某信号源的输出频率f进行了10次等精度测量，结果为（单位kHz）：110.105,110.090,110.090,110.70,110.060,110.050,110.040,110.030,110.035,110.030。试用马利科夫及阿卑-赫梅特特判据判别是否存在变值系差。2-16对某电阻的9次测量值如下（单位k） 10.32,10.28,10.21,10.41,10.25,10.31,10.32,100.4 试用莱特准则和格拉布斯准则（对应99%的置信概率）判别异常数据，并讨论在本题的情况下应采用哪种准则。2-17用两种不同方法测量同一电阻，若在测量中皆无系统误差，所得阻值（）为： 第一种方法：100.36,100.41,100.28,100.30,100.32,100.31,100.37,100.29, 第二种方法：100.33,100.35,100.29,100.31,100.30,100.28。 （1）若分别用以上两组数据的平均值作为该电阻的两个估计值，问哪一估计值更为可靠？ （2）用两种不同测量方法所得的全部数据，求被测电阻的估计值（即加权平均值）。2-18对某电阻进行了十次测量，数值（k）为； 99.2,99.4,99.5,99.3,99.1,99.3,99.4,99.2,99.5。测量的系统误差为1%并为均匀分布，测量的随机误差为正态分布。对测量数据进行处理，最后给出电阻的测量值和测量和测量值包含的不确定度。2-19将下列数字进行舍入处理，要求保留三位有效数字。 54.79,96.3724,500.028,21000,0.003125,3.175,43.52,583502-20改正下列数据的写法： 4.45kHz1.8Hz、516.4300V0.425V、1700533382-21参考例2-2-6的解题过程，用C语言或MATLAB设计测量数据误差处理的通用程序，要求如下：（1）提供测试数据输入、中间计算结果、粗大误差判别准则选择等的人机界面；（2）编写程序使用说明；（3）通过实例来验证程序的正确性。 4 电子测量技术 第3章 时间和频率的测量 第二篇 基础电量的测量与信号源第3章 时间和频率的测量 习题与思考题3-1按测量原理进行分类，测量频率的方法有哪几类？3-2 通用电子计数器有哪能些技术指标？其含义如何？3-3 使用常规通用计数器测量频率时，整形电路、分频电路和主闸门的开关速度将如何影响测量精度？如何使它们的影响减小到可以忽略的程度？3-4 试用常规通用计数器拟定测量相位差的原理框图。3-5 判断下述两个论点是否正确： （1）利用常规通用计数器计数，其量化误差等于1字。 （2）利用常规通用计数器计数，其量化误差等于、小于1字。3-8 分析常规通用计数器测量频率的误差，如何减小测频量化误差？3-9 分析常规通用计数器测量周期的误差。如何减小测周期的量化误差和噪声引起的触发误差？3-10常规通用计数器工作在自校状态，晶振频率是fc=106Hz，在闸门开启时间为t=0.1s、1s、5s、10s时，其显示值分别为100001、99999、1000000、10000000。试讨论那种情况本机工作正常，那种情况有故障，可能是什么故障？3-11用常规通用计数器测量一个fx=10MHz的信号频率，试分别计算“闸门时间”置于1s、0.1 s、10ms时，该计数器的测频误差，并计论计算结果。3-12 使用常规通用计数器测量一个fx=10Hz的信号频率，当信号的信噪比S/N=40dB时，分别计算当“周期倍乘”置于100和103时，该计数器的测周误差，并计论计算结果。3-13某常规通用计数器内部晶振频率fc=1MHz，若由于需要，使其工作于高稳定度的外部频率标准，该标准频率fc=4MHz。若计数器工作正常，为了得到正确的测量结果，其测频读数应如何换算？如果测周，则读数应应如何换算？3-14 利用常规通用计数器测频，已知内部晶振频率fo=1MHz，fc/fc =110-7，被测频率fo=100kHz，若要求“1”误差对测频的影响比标准频率误差低一个量级（即为110-6），则闸门时间应取多大？若被测频率fx=1kHz，旦闸门时间保持不变，上述要求能否满足？若不能满足，请另行设计一种测量方案。3-15某常规通用计数器的内部标准频率误差为fc/fc=110-9，利用该计数器将一个10MHz的晶体振荡器标准到10-7，则计数器闸门时间应为多少？能否利用该计数器将晶体校准到10-9？为什么？3-16说明内插法、游标法提高测时精度的基本原理。3-17 试利用误差合成公式，分析倒数计数器的测频误差。3-18 在Multisim环境下，设计一种基于游标法的时间间隔测量仪，给出原理图和仿真试验结果。3-19 在Multisim环境下，设计一种用于频率测量的倒数计数器，给出原理图和仿真试验结果。 6 电子测量技术 第4章 电压测量 第4章 电压测量 习题与思考题4-1在示波器的垂直系统增益保持不变时，由其荧光屏上观察到峰值均为1V的正弦波、方波和三角波。分别采用峰值、有效值及平均值检波方式的、按正弦波有效值刻度的电压表测量，测量结果的示值分别为多少？4-2已知某电压表采用正弦波有效值刻度，如何用实验的方法确定其检波方式？至少列出二种方法，并对其中一种进行分析。4-3利用峰值电压表，测量正弦波、三角波和方波三种波形的交流电压。设电压表读数均为10伏，问： （1）对每个波形来说，读数代表什么意义？ （2）它们的峰值、平均值、有效值分别为多少？ （3）若用有效值电压表，重复（1）、（2）。 （4）若用平均值（检波）电压表，重复（1）、（2）。4-4 说明逐次渐近比较式和双斜积分式直流数字电压表的A/D转换原理、优缺点和应用范围。4-5进一步提高双斜积分式ADC的分辩力和减少转换误差的主要困难是什么？4-6试用波形图分析双斜积分式DVM由于积分器线性不良所产生的测量误差。4-7双斜积分式ADC为什么要增加自动校零技术？试简述其自动校零过程。4-8试画出多斜积分式DVM转换过程的波形图。4-9 设最大显示为“1999”的3位数字电压表和最大显示为“19999”的4位数字电压表的量程，均有200mV、2V、20V、200V的档极，若用它们去测量同一电压1.5V时，试比较其分辩力。4-10为什么双斜积分式数字电压表第一次积分时间（T1）都选用为市电频率的整数N倍？N数的大小是否有一定限制？如果当地市电频率降低了，给测量结果将带来什么影响？4-11为什么数字万用表的电阻档去测晶体二、三极管的PN结正向电阻时，其结果比模拟式万用表电阻档测量的数值相差很大？试述其原因。4-12双斜积分式DVM，基准电压Ur=10V，设积分时间T1=1ms，时钟频率fc=10MHz，DVM显示T2时间计数值N=5600，问被测电压Ux=？4-13设计与使用数字式电压表（DVM），必须注意哪二类干扰？各应采取什么措施加以克服？4-14为什么不能用普通峰值检波式、均值检波式和有效值电压表测量占空比t/T很小的脉冲电压？测量脉冲电压常用什么方法？4-15利用电压测量方法自拟一个测量电路，测量一个波正弦信号调制的调幅波的调幅系数M%。4-16非线性失真系数的测量实质上是交流电压的测量，自拟一个测量D的方框图，简述其工作原理。4-17欲测量失真的正弦波，若手头无有效值表，则应选用峰值表还是均值表更适当一些？为什么？4-18利用电压电平表测量某信号源的输出功率。该信号源输出阻抗50，在阻抗匹配的情况下，电压电平表读数为10dBu，此时信号源输出功率为多少？4-19 在Multisim环境下，设计一种多斜积分式DVM，给出原理图和仿真试验结果。4-20 在Multisim环境下，设计一种脉冲调宽式DVM，给出原理图和仿真试验结果。 8 电子测量技术 第5章 信号源 第5章 信号源 习题与思考题5-1 对测量信号源的基本要求是什么？5-2 什么叫频率合成？简述频率合成的方案及各自的优缺点？5-3为什么说锁相环能跟踪输入频率？5-4某二阶锁相环路的输出频率为100kHz，该环路的捕捉带宽f=10kHz。在锁定的情况下，若输入该环路的基准频率由于某种原因变化为110kHz，此时环路还能否保持锁定？为什么？5-5 如下图所示，令f1=1MHz，N=110（以1步进），m=1100（以10步进），求f2的表达式及其频率范围。f1f21/nPDLPFVCO1/m题图 5-15-6 如下图所示，令f1=1MHz，f2=010kHz（以1kHz步进），f3=0100kHz（以10 kHz步进），求f4的频率变化范围。提示：低通滤波器F1、F2分别滤出混频器M1、M2的差频。f1f4PDLPFVCOM (-)f2f3F2M (-)F1题图 5-25-7在DDFS中，直接将相位累加器的最高位输出将得到何种波形，其输出频率有何特点？如果直接将相位累加器的地址当做DAC的输入，将得到何种波形? 如何通过DDFS得到三角波？5-8 为什么DDFS的输出中会存在较大的杂散？降低杂散有哪些技术措施？5-9 设计一种四模预分频器的整数分频锁相环，预分频器取值为P、P+1、P+4和P+5。分析该锁相环的最小连续分频系数。5-10 说明精确噪声源的工作原理。5-11在Multisim环境下，参考图5-3-1，设计一种基于DDFS的正弦信号源，给出原理图和仿真试验结果。5-12 试采用微处理器和AD9854，设计一种能够产生音频范围内FSK、BPSK和AM调制信号的信号源，给出电路设计原理图、PCB图以及试验结果。5-13 查阅CMOS锁相环集成电路CD4046的数据手册，以CD4046和其他一些简单逻辑芯片为基础，设计能够实现题图5-1的锁相环电路。 10 电子测量技术 第6章 时域测量 第三篇 信号的显示、分析与测量第6章 时域测量 习题与思考题6-1 对模拟示波器的扫描电压有哪些基本要求？6-2 被测信号波形和触发电平如下图所示（图中的虚线为触发电平）。试分别画出正极性触发和负极性触发时模拟示波器屏幕上的波形。题图 6-16-3 被测信号如下图所示，扫描正程tsT。当选择单次触发时，在不同触发电平a、b下，画出正、负极性触发两种情况下模拟示波器屏幕上的波形。abT题图 6-26-4 一个受正弦调制电压调制的调幅波v加到示波管的垂直偏转板，而同时又把这个正弦调制电压加到水平偏转板，试画出屏幕上显示的图形，如何从这个图形求这个调幅波的调幅系数。6-5 为了测量一个调频波的调频指数m，可将调频波加到示波管垂直偏转板，而同时又把载波信号加到水平偏转板。试说明其测量原理及如何根据示波器显示的图形计算m？6-6 有两路周期相同的脉冲信号V1和V2，如下图所示，若只有一台单踪模拟示波器，如何用它测V1和V2前沿间的距离？t00V1tV2题图 6-36-7 已知A、B两个周期性的脉冲列中均有5个脉冲，如下图所示，又知示波器扫描电路的释抑时间小于任意两个脉冲之间的时间。问（1）若想观察脉冲列的一个周期（5个脉冲），扫描电压正程时间如何选择？ （2）对两个脉冲列分别计论：若只想仔细观察第2个脉冲是否能做到？如能，如何做到？如不能，为什么？（B）00t1t2t3t4tV（A）t1t2t3t4tV题图 6-46-8 欲观测一个上升时间tr约为50ns的脉冲波形，现有下列四种型号的示波器，问选用哪种型号的示波器最好，为什么？其次应选哪种示波器，这时应注意什么问题？（1） SBT-5型，f3dB=10MHz, tR40ns;（2） SBT-10型，f 3dB=30MHz, tR12ns;（3） SBT-8型，f 3dB=15MHz, tR24ns;（4） SBT-10型，f 3dB=100MHz,tR3.5ns;6-9 什么是采样？数字存储示波器是如何复现信号波形的？6-10 数字存储示波器有哪些采样方式？不同采样方式下，数字存储示波器的最高工作频率取决于哪些因素？6-11 试设计电路来实现本章6.4.4节中提到的各种触发方式。6-12 试比较模拟示波器与数字存储示波器的优缺点。6-13 在Multisim环境下，利用Agilent 54622D虚拟示波器，通过仿真试验来说明触发电平、触发极性、触发耦合方式对波形显示的影响。6-14 在Multisim环境下，基于Tektronix TDS204虚拟示波器设计一种时域反射计，给出电路原理图和仿真试验结果。 13 电子测量技术 第7章 频谱分析仪第7章 频谱分析仪习题与思考题7-1试比较频谱分析仪与示波器作为信号测量仪器的特点及其测量领域。7-2外差式频谱分析仪的技术特性主要有哪些？如何得到较高的动态分辨力？7-3试比较FFT分析仪与外差式频谱分析仪的优缺点。7-4举例说明扫频振荡器线性不良给频谱分析仪带来的测量误差。7-5使用频谱分析仪观测一个载频为97MHz、调制信号为1kHz、调幅深度为50%的调幅波（载波与边频幅度差约为12dB）。频谱分析仪的分辨力带宽为3kHz、中心频率为97MHz、扫描跨度为0Hz、扫描时间为2ms，请画出频谱分析仪荧光屏上将显示的频谱示意图。7-6 BP-1为窄带频谱分析仪，其最大扫频宽度fmax=30kHz，现欲观测20kHz的失真正弦波的谐波成分，荧光屏上能够同时出现该信号的几根谱线？7-7利用频谱分析仪分析一个调幅波的频谱，在频谱分析仪屏幕上显示出载频和一对边频谱线，将载频谱线高度调到0dB，读出边频谱线高度的dB值为p，则被测调幅波的调幅系数为： ，试证明之。7-8利用频谱分析仪测量一放大器的非线性失真系数D，将基频谱线高度调到0dB，分别读得二次谐波、三次谐波、的谱线高度的dB值为P2、P3，试证明被测非线性失真系数为： 7-9试说明频谱分析仪采用对数放大器的必要性。7-10频谱分析仪的可测量信号频率范围为9kHz3.6GHz，第一中频为4.235MHz，那么，其第一本振的扫频范围是多少？输入信号的镜像干扰频率范围是什么？7-11 如果设置频谱分析仪的扫描起始频率为0Hz，终止频率为150kHz，频谱分析仪不接入任何信号，请画出在频谱分析仪分别选择1kHz、3kHz、10kHz的分辨力带宽时，频谱分析仪屏幕上显示频谱的示意图 （不用标注幅度值）。7-12为什么频谱分析仪显示的一根根谱线实际上是频谱分析仪中频滤波器的选择性曲线？7-13说明频谱分析仪扫频速度过快对测量结果会造成什么影响，为什么？7-14查阅网络分析仪的技术资料，说明网络分析仪的功能和基本原理，比较网络分析仪与频谱分析仪的异同的。 22 电子测量技术 第8章 数据域测量第8章 数据域测量 习题与思考题8-1 数字信号与模拟信号相比有哪些特点？为什么和示波器测试数字信号比较困难？8-2按功能划分，逻辑分析仪有哪两大类？它们的主要区别是什么？8-3说明逻辑分析仪的主要特点、基本组成以及各部分的主要作用。8-4逻辑分析仪的数据采集方式有哪两种？它的触发方式有哪几大类？8-5逻辑分析仪的存储方式有哪几种？说明跳变存储的原理和作用。8-6逻辑分析仪的定时图与通用示波器的波形图有什么区别？说明波形显示、列表显示和图解显示三种状态显示方式的特点和应用。8-7逻辑状态分析和定时分析的触发选择有什么不同？8-8如何提高定时图的分辨力？8-9 利用Multisim中的虚拟逻辑分析仪，对4位计数器的输出进行定时分析，给出电路原理图和仿真试验结果。电子测量技术 第9章 测量自动化第四篇 测试自动化第9章 测试自动化 习题与思考题9-1 简述各代自动测试系统的特点。9-2 常用的自动测试系统的外总线有哪几种？说明它们的主要用途？9-3 GPIB系统有哪几部分组成？说明GPIB接口的各种功能。如何实现这些功能？9-4 说明GPIB系统的基本特性。如何设计和组建GPIB系统？9-5 说明VXI自动测试系统结构的特点。9-6 VXI系统的系统控制器有哪几种形式？它们分别用于什么场合？9-7 VXI总线包含哪些信号线？作用分别是什么？9-8什么是PXI？比较PXI与CompactPCI的异同点。9-10 说明LXI有哪些器件类型，各有什么特点。9-11 说明在IEEE488.2和SCPI两个国际标准制订之后，为什么还要制订VPP规范。9-12 什么是VISA？ 9-13 根据VPP仪器驱动器的模型，设计一种数字万用表的仪器驱动器函数树及函数模板。9-14什么是IVI？IVI技术的特点是什么？9-15在IVI仪器驱动器中，仪器互换性是如何实现的？9-16 在LabVIEW或LabWindows/CVI环境下，设计一种虚拟FFT分析仪，通过PC的声卡来实现音频信号采集，并能够在屏幕上实时显示音频信号的时域波形及其频谱图。附 录附录1 t分布在对称区间的积分表附表1-1 值表P k0.50.60.70.80.90.950.980.990.99911.0001.3761.9633.0786.31412.70631.82163.657636.61920.8161.0611.3861.8862.9204.3036.9659.92531.59830.7650.9781.2501.6382.3533.1824.5415.84112.92440.7410.9411.1901.5532.1322.7763.7474.6048.61050.7270.9201.1561.4762.0152.5713.3654.0326.85960.7180.9061.1341.4401.9432.4473.1433.7075.95970.7110.8961.1191.4151.8952.3652.9982.4995.40580.7060.8891.1081.3971.8602.3062.8963.3555.04190.7030.8831.1001.3831.8332.26