思考与习题.doc

11.1 按具体测量对象来区分，电子测量包括哪些内容？ 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）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：（3）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；（4）电子电路性能的测量如：放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数等：（5）特性曲线显示如：幅频特性，相频特性曲线等。1.2 常用电子测量仪器有哪些？答：（1）时域测量的仪器：电子电压表、电子计数器、电子示波器、测量用信号源等。（2）频域测量的仪器：频率特性测试仪、频谱分析仪、网络分析仪等。（3）调制域测量仪器：调值 调制度仪、调制域分析仪等。（4）数据域测量仪器：逻辑笔、数字信号发生器、逻辑分析仪、数据通信分析仪等。（5）随机测量仪器：噪声系数分析仪、电磁干扰测试仪等。1.6 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（2）相对误差（3）引用误差（4）修正值1.7 将下列数据进行舍入处理，要求保留四位有效数字。3.14159、2.71729、4.51050、3.21650、3.6235、6.378501、7.691499。答：3.14159 3.142（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在 最后位加1）。2.717292.7174.510504.511 （将5舍去向前一位进1）3.216503.216 （被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。） 3.62353.624 （要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在 最后位加1）。6.3785016.378（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。） 7.6914997.6911.8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。nn 10.992-0.00150.0000022560.9940.00050.0000002520.993-0.00050.0000002570.9970.00350.0000122530.992-0.00150.0000022580.9940.00050.0000002540.991-0.00250.0000062590.991-0.00250.0000062550.993-0.00050.00000025100.9980.00450.000020252）用公式求算术平均值。3）用公式求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。4）用公式计算标准差的估计值。5）按莱特准则判断粗大误差，即根据剔除坏值。从表中可以看出，剩余残差最大的第10个测量数据，其值为： 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）用公式求算术平均值的标准差估计值。 8）用公式求算术平均值的不确定度。9）写出测量结果的表达式。 2RXGR1R2RnE图2.1 直流电桥测电阻2.1 简述直流电桥测量电阻的基本方法。答：当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。典型的惠斯登电桥的原理如图2.1所示。其步骤如下：（1） 测量时，接上被测电阻，再接通电源（2） 通过量程开关调节比例系数，其中k=R1/R2。（3） 再调节，使电桥平衡，即检流计指示为0。（4） 读出和的值，用公式求得。2.2 右图2.2表示的串联电桥达到了平衡，其中、R2GR3LXRXC2C4图2.2 串联电桥、试求、的值。答：串联电桥中，由电桥的平衡条件可得 由实部与实部、虚部与虚部相等可得： 分别将已知数值代入，可算得： 33.1 电流的直接测量与间接测量原理有何区别？两种测量方法的测量准确度各取决于什么因数？答：电流的直接测量就是把电流表串入电路，从电流表直接测出电流值。间接测量法就是先测量负载两端电压，然后换算出电流值。直接测量法的测量准确度主要取决于串入的电流表的精度和内阻，内阻越小越好；间接测量法则与电压表精度和内阻有关，内阻越大越好。3.2 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。3.3 热电式电流表是如何测量电流的？答：热电式电流表的基本原理利用热电偶组成闭合回路，将热电偶的工作端与流过电流的金属导线焊接在一起，当金属导线中流过电流时，热电偶工作端温度发生变化，而热电偶是由二个不同金属元素构成，在热电偶的另两端有电动势出现，其大小正比于两焊接点的温度差，且与组成热电偶的材料有关，这样就反映出被测高频电流的量值。44.1 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：先把=1V换算成正弦波的平均值。按“平均值相等则读数相等”的原则，方波和三角波电压的平均值也为0.9V，然后再通过电压的波形因数计算有效值。 4.2 在示波器上分别观察到峰值相等的正弦波、方波和三角波，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）用峰值检波方式电压表测量，读数都是5V，与波形无关。（2）用有效值检波正弦有效值刻度的电压表测量正弦波 方波 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 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。三角波 相应此平均值的正弦波的有效值即为读数值。4.3 绘图说明DVM的电路构成和工作原理答：数字电压表（DVM）的组成如图4.1所示。图4.1数字电压表的组成框图模拟部分被测信号A/变换器逻辑控制电路计数器输入电路显示器时钟信号发生电路数字部分整个框图包括两大部分，模拟部分包括输入电路（如阻抗变换电路、放大和扩展量程电路）和A/D转换器。A/D转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字量的转换。电压表的技术指标如准确度、分辨率等主要取决于这部分的工作性能。数字部分主要完成逻辑控制、译码和显示功能。4.5 使用电子计数器测量频率时，如何选择闸门时间？答：电子计数器测量频率时，当被测信号频率一定时，主门开启时间越长，量化的相对误差就越小。所以在不使计数器产生溢出的前提，扩大主门的开启时间Ts，可以减少量化误差的影响。但主门时间越长测量时间就越长，所以两者应该兼顾。4.6 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 测周时，量化误差为 从计算结果可以看出，采用测周方法的误差小些。55. 1 通用示波器应包括哪些单元？各有何功能？答： 通用示波器主要包括X偏转系统、Y轴偏转系统和示波管三大部分。如图7.1所示。 Y轴偏转系统将输入的被测交流信号放大；X轴偏转系统提供一个与时间成线性关系的锯齿波电压；两组电压同时加到示波管的偏转板上，示波管中的电子束在偏转电压的作用下运动，在屏幕上形成与被测信号一 致的波形。阴极射线示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，它们都被密封在真空的玻璃壳内，电子枪产生的高速电子束打在荧光屏上，偏转板控制电子束的偏转方向，使其按要求在荧光屏相应的部位产生荧光。ViVx-VxVy-VyY轴偏转系统X轴偏转系统图7.1示波器结构的框图 5. 2 用逐点描迹法来说明电信号的显示过程。答：Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿波电压，即X、Y偏转板同时加电压，假设，则电子束在两个电压的同时作用下，在水平方向和垂直方向同时产生位移，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。如图7.2所示。 当时间时， （锯齿波电压的最大负值）。光点出现在荧光屏上的最左侧的“0”点，偏离屏幕中心的距离正比于。 当时间时，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，将会出现在屏幕的第象限的“1”点。 当时间时，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，但此时正弦波电压为正的最大值，即；光点将会出现在屏幕第象限的最高点“2”点。 当时间时，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，与“1”点情况类似，光点将会出现在屏幕第象限的“3”点。 当时间时，但此时锯齿波电压和正弦波电压均为为0，即；光点将会出现在屏幕中央的“4”点。t023415678图7.2 X、Y偏转板同时加信号时光点的轨迹图 图7.15 放大器幅频特性测试连线图Uyy023415678023415678tux正弦波的负半周与正半周类似，光点将依次出现在第象限的“5”、“6”、“7”、“8”点。以后，在被测信号的第二个周期、第三个周期等都将重复第一个周期的情形，光点在荧光屏上描出的轨迹也都将重叠在第一次描出的轨迹上，因此，荧光屏显示的是被测信号随时间变化的稳定波形。5. 3 如果被测正弦信号的周期为T，扫描锯齿波的正程时间为T/4，回程时间可忽略，其中被测信号加在Y输入端，扫描信号加在X输入端，试用作图法说明信号的显示过程。答：信号的分析方法与上题类似，其波形如图7.3所示。图7.3 时荧光屏显示的波形情况 图7.15 放大器幅频特性测试连线图01234uxtTx =1/4TyTytuy012345.4 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。5.5 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：被测交流信号的周期为 其中 所以 5.6 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。 正弦信号的峰值 正弦信号的有效值 5.8 某示波器的带宽为120MHz，探头的衰减系数为10：1，上升时间为t0=3.5ns。用该示波器测量一方波发生器输出波形的上升时间tx，从示波器荧光屏上测出的上升时间为t0=11ns。问方波的实际上升时间为多少？答：由于测量包含了示波器本身的固有上升时间，必须修正，同时考虑探头衰减倍数，方波的实际上升时间为5.9 示波器测量电压和频率时产生误差的主要原因是什么？答：由于测量时是通过示波器屏幕上的刻度来读数的，目前的多数示波器的最小刻度是1毫米，毫米以下是估测读数，同时，示波器显示的光迹不可能做得很细，因此产生误差的主要原因是读数误差。5.10 在通用示波器中调节垂直增益旋钮、水平因素旋钮、触发电平、极性开关、聚焦旋钮的作用是什么？这些控键在哪个电路单元中？答：下列开关、旋钮是示波器中常用的。（1）辉度即示波器光迹的亮度调节，在示波器高压电源部分。（2）聚焦和辅助聚焦即示波器显示光迹的聚焦程度调节，聚焦越好，光迹线越细，显示越清晰，在示波器高压控制部分。（3）X轴移位即示波器显示光迹在X轴方向移动，该部分控制在X偏转板后置放大部分。（4）触发方式即示波器扫描信号发生器的工作控制方式，该部分控制在X偏转板扫描电路部分。（5）Y轴移位即示波器显示光迹在Y轴方向移动，该部分控制在Y偏转板后置放大部分。（6）触发电平触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值，该部分控制在X偏转板扫描电路部分。（7）触发极性触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿，该部分控制在X偏转板扫描电路部分。（8）偏转灵敏度粗调（V/div） 示波器Y通道的增益粗调。（9）偏转灵敏度细调示波器Y通道的增益细调。（10）扫描速度粗调（T/div）示波器X通道的扫描速率粗调。（11）扫描速度微调示波X通道的扫描速细粗调。（12）稳定度 调节示波器扫描锯齿波的周期，以保证与被测波形同步。6.1 什么是频谱分析，用频谱分析仪和示波器分析信号有什么不同？各有什么优点？答：频率特性测试仪、频谱分析仪都是以频率为自变量，以各频率分量的信号值为因变量进行分析的，通过频谱测量可以确定信号的谐波分量,还可以了解信号的频谱占用情况。示波器和频谱仪都可用来观察同一物理现象，两者所得的结果应该是相同的。但由于两者是从不同角度去观察同一事物，故所得到的现象只能反映事物的不同侧面。因此，从测量的观点看，这两类仪器各有特点，使用时应注意选择。（1）某些在时域较复杂的波形，在频域的显示可能较为简单（2）如果两个信号内的基波幅度相等，两次谐波幅度也相等，但基波与两次谐波的相位差不相等，则这两个信号所显示的频谱图是没有分别的，因为实际的频谱分析仪通常只给出幅度谱和功率谱，不直接给出相位信息；但用示波器观察这两个信号的波形却有明显不同。（3）当信号中所含的各频率分量的幅度略有不同时,波形的变化是不太明显的,用示波器很难定量分析失真的程度，但是频谱仪对于信号的基波和各次滤波含量的大小则一目了然，因为谱线数量明显不同，而且直接可得出定量的结果。6.2 扫频仪中如何产生扫频信号？答：扫频信号发生电路主要包括扫频振荡器、稳幅电路及输出衰减器，如图8.1所示扫频振荡器是扫频信号发生器的核心，在目前常用的有磁调电感扫频振荡器、变容管扫频振荡器及宽带扫频。前两种方法是改变振荡回路元件（电感或电容）的参数值来改变信号频率的，其扫频宽度和扫描线性受到一定限制。宽带扫频则克服了上述缺点，它具有较宽的扫频宽度，中心频率在较宽的范围内可调节，而且中心频率与扫频宽度的调节可独立进行，互不干扰。 输出衰减器 扫频振荡器 AGC控制器控制器图8.1扫频信号发生电路的构成选通性，在零差频点，信号得以通过，因而幅度最大；离零差频点越远，差频越来越大，低通滤波器输出的幅度迅速衰减，于是在处形成了菱形频标。同理在各零差频点处也形成了菱形频标。一、示波器测量时间实验：1 现象：示波器屏幕上没有任何信号。可能的原因有：（1） 示波器的电源开关没有打开；（2） 亮度设置太低，请调节亮度旋扭，增加亮度；（3） 波形偏离屏幕显示区，请调节上下位移旋扭和左右位移旋扭，使波形在示波器屏幕中间区域显示；（4） 实验者可能将所用通道的接地旋扭按下了，这样信号就会对地短路，没有任何信号输入到示波器测量端，请将该旋扭弹起；（5） 仪器相关元件损坏，请联系实验室老师解决。2 现象：在做示波器测量时间实验中，所读波形周期与理论值相差太大。可能是由于：（1） 没有把扫描微调旋扭置于校准的位置；该旋扭位于时基旋扭下方，请将其右旋到底；（2） 如果所测周期与理论值相差5倍左右，请看一下是不是将5扩展档按下了？如果按下该档，实际时基量程只有所标的五分之一，请把旋扭弹起，或者在按下的情况下，按实际时基量程的五分之一计算即可，（该旋扭位于时基旋扭的上方）。（3） 所用信号源输出的实际频率不是实验内容的测量点频率，请注意信号源频率直接从右方LCD显示读出即可，不需将结果再乘以所用频率档；例如：