1、电子测量与仪器 范泽良 吴政江 编著 课后习题答案电子测量与仪器习题参考答案习题1习题2一、填空题1正弦信号发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器。2主振级；调制级；内调制振荡器；输出级；监视器。3RC文氏电桥振荡；稳幅；负。4外界条件；电路及元件内部的噪声；元件老化等产生的寄生相移。5频率合成器。6鉴相器（PD）；环路低通滤波器（LPF）；电压控制振荡器（VCO）。7先产生正弦波再得到方波和三角波；用施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波；先产生三角波再转换为方波和正弦波。二、选择题1B 2A 3C 4A 5C 6D。三、简答题1答：高频信号发生器主要由主振级、调制级、内调制振荡器
2、、输出级、监视器和电源等六部分组成。各部分的功能是：（1）主振级。其作用是产生高频等幅载波信号，也叫高频振荡器。（2）调制级。将主振级产生的高频等幅载波信号与调制信号发生器产生的音频调制信号（400Hz或1KHz）同时送到调制级后，从调制级输出的就是载有音频信号的已调波了。（3）内调制振荡器。其作用是产生内调制信号的，也叫内调制振荡器，一般的高频信号发生器产生的内调制信号有400Hz和1kHz两种。（4）输出级。其作用主要是对已调信号进行放大和滤波，然后在此基础上通过衰减器对输出电平进行较大范围的调节和输出阻抗的变换，以适应各种不同的需要。（5）监视器。监视器主要用来测量输出信号的载波的电平和
3、调幅系数，显示输出信号的频率、幅度、波形等，对输出信号进行监视。（6）电源。电源供给各部分所需的直流电压。2答：正弦波形通常是令三角波经非线性成形网络，用分段折线逼近的方法来产生。电路图2-17所示为一种实际的正弦波形成电路。其功能是将三角波整形为近似的正弦波输出。电路中使用了6对二极管。+2V、-2V直流电源和电阻R1R6及R1R6为二极管提供适当的偏压，以控制三角波逼近正弦波时转折点的位置。随着输入三角波信号电压升高或降低的变化，6对二极管依次导通或截止，并把电阻R8R12依次接入电路或从电路中断开。多导通一个二极管将多增加一条电阻并联支路，因而输出电压斜率会降低，形成一段折线。相反，若多
4、截止一个二极管将多减少一条电阻并联支路，因而输出电压斜率会升高，同样也将形成一段折线。总之，电路中每个二极管可产生一个转折点。在正半周时，一对二极管可获得三段折线；在负半周时也产生三段折线。这样使用1对二极管就可获得6段折线。以后每增加一对二极管，正负半周可各增加二段。因此整个电路可产生26段折线。由这种正弦波形成网络所获得的正弦波信号失真小。用5对二极管时失真度可小于1%，用6对时可小于0.25%。3答：频率合成的方法一般有两种：直接合成法与间接合成法。直接合成法的优点是频率的稳定度高，频率转换速度快，频谱纯度高，频率间隔小，可以做到0.1Hz以下。缺点是它需要大量的混频器、滤波器、分频器及
5、倍频器等，电路单元多，设备复杂，体积大而显得笨重，造价贵。间接合成法也称为锁相合成法，它通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除（即完成频率的合成）。锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量滤波器、混频器及分频器等，有利于简化结构，降低成本，易于集成。4答：锁相环路是间接合成法的基本电路，它是完成两个电信号相位同步的自动控制系统。基本锁相环由鉴相器（PD）、环路低通滤波器（LPF）和电压控制振荡器（VCO）等三部分组成。其工作原理是：将输出信号Uo中的一部分反馈回来与输入信号Ui共同加到鉴相器PD上进行相位比较，其输出端的
6、误差电压U同两个信号的瞬时相位差成比例。误差电压U经环路低通滤波器LPF滤掉其中的噪音以后，用来控制压控振荡器VCO，使其振荡频率向其输入频率靠拢，直至锁定。此时，两信号的相位差保持某一恒定值，因而，鉴相器的输出电压也为一直流电压，振荡器就在此频率上稳定下来。也就是说，锁相环路的最终输出信号频率就是其输入信号频率，因而可以把锁相环看成是一个以输入频率为中心的窄带滤波器。5答：脉冲信号发生器主要由主振级、延迟级、形成级、整形级和输出级等五个部分组成。各部分的原理如下：（1）主振级。主振级的作用是形成一个频率稳定度高、调节性能良好的周期信号，作为下一级电路的触发信号。主振级一般由多谐振荡器组成，其
7、特点是电路简单，频率连续可调，既可工作在内触发状态，也可工作在外触发状态。当“内触发”时，主振级是一个多谐振荡器；当“外触发”时，主振级就相当于一个单稳态电路了。（2）延迟级。脉冲信号发生器除了具有主脉冲输出外，一般还要求有“同步”外部设备或仪器的同步脉冲输出。而主脉冲和同步脉冲之间需要有一定的延迟。延迟级就是为了完成这种延迟作用而设置的。（3）形成级。脉冲形成级的作用是形成脉冲宽度稳定性好，具有良好宽度调节性能的矩形脉冲波。其宽度一般为2.5ns1s。脉冲形成级的电路一般采用单稳态触发器和脉冲加、减电路。（4）整形级。为了使输出的脉冲波更趋近矩形，通常要求脉冲波形的前、后沿要陡峭，而整形级能
8、充分改善矩形脉冲的形状并具有电流放大作用。脉冲整形级主要由电流开关电路组成。而延迟级、形成级、整形级又构成脉冲形成级。（5）输出级。输出级的作用是对输出脉冲信号进行幅度放大，并通过衰减器输出各种幅度的脉冲波形。通常包括有脉冲放大器、倒相器等，输出信号的幅度、极性等在输出级进行调节。四、综合题1解：根据U实U示/衰减倍数。（1）当“输出衰减”旋钮置于40dB时，衰减倍数为100倍，所以当U示1V时，U实U示/衰减倍数1V/10010 mV。同理，当U示3V、5V时，U实30mV、50mV。（2）当U示5V，若“输出衰减”旋钮置于20dB时，衰减倍数为10倍，所以U实U示/衰减倍数5V/10500
9、 mV。同理，若“输出衰减”旋钮置于40dB、60dB时，衰减倍数为100倍、1000倍，U实50mV、5mV。2解：调节步骤如下：第1步，弹出输出波形转换开关S，使仪器输出为正弦信号。第2步，将波段选择开关置于波段，此时kHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于“5”、“0”和“0”刻度；此时数码显示出5.00，即5.00kHz。输出频率即为5kHz。第3步，调节输出细调旋钮使电压读数为“1”；再调节输出衰减旋钮，使其置于“40”，即衰减40dB，由表2-1可知，衰减了100倍（即为原值的0.01）；输出有效电压则为1V0.0110mV。习题3一、填空题1电子枪；偏转系统
10、。2电场；磁场。3阴极；第一栅极；第二栅极。4动能；光能；热能。5垂直系统；水平系统。6取样；高频；中频或低频；10MHz。71/10。8实时采样；顺序采样。9；。1010；5。二、选择题1C 2A 3B 4B 5A 6B 7C 8A三、简答题1答：在电子枪中，电子运动经过聚焦形成电子束，电子束通过垂直和水平偏转板打到荧光屏上产生亮点，亮点在荧光屏的垂直或水平方向上偏转的距离，正比于加在垂直或水平偏转板上的电压，即亮点在屏幕上的移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号的波形。示波器显示图形或波形的原理是基于电子与电场之间的相互作用原理进行的。2答：探头的作用主要有两个，即提高示波器的输入阻抗，降低
11、分布电容对波形的影响。3答：双踪示波器中电子开关在每一次扫描结束时转换。若第一扫描周期显示A波形，则第二扫描周期显示B波形，第三次显示A波形，这种方式称为交替工作方式，它适用于被显示波形频率较高的情况。如此交替地断续扫出A，B波形的方式称为断续工作方式，它适用于被显示波形频率较低的情况。4答：垂直移位、水平移位旋钮。聚集、辅助聚集、亮度旋钮。Y轴偏转因数选择（V/div）。扫描速度微调旋钮或同步调节。四、综合题1答：示波器上显示的波形如题图3-1所示。2答：示波器上显示的波形如题图3-2所示。题图3-1 题图3-23答：（1）一个周期水平距离为8div24div，扫描因数为0.20ms/div
12、，则，一个周期时间为T0.20ms/div4div0.8ms则，信号频率（2）相位差1.5div4div20.754答： VP-P1V/div5div5V 5V1050V5答：f10MHz，则有T0.1us，显示两个周期，则有2T0.2us；屏幕宽10cm，故扫描速度为10cm/0.2us5cm/us，扫描因数为0.2us/10cm0.02us/cm20ns/cm习题4一、填空题1电流；电压。2直接测量法；间接测量法。3为消除温度变化所引起的零点飘移。42M。5S1/Ifs；越小。6检波放大式；外差式。7-23dB。814.14；10。9放大器带宽；内部噪声。10；10uV。二、选择题1A 2
13、C 3D 4B 5C 6D 7B 8A三、简答题1答：一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值三个基本参数和与之相关的波形因数、波峰因数两个派生参数来表征。对于理想的交流电压，UPUm， 对于理想的正弦交流电压，有2答：3答：仪表中有两个线圈，一个是固定的，另一个是活动的，两个线圈串联相接。其中一个线圈通入负载电流，称为电流线圈；另一个线圈通入与负载电压有关的电流，称为电压线圈。因而仪表指针偏转量与通过电流线圈和电压线圈的电流之积成正比关系。4答：显示位数，显示位数是指能显示09十个完整数码的位数；分辨率，分辨率是指数字万用表能够显示输入电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的最
14、小电压变化值；输入阻抗；抗干扰能力；测量速率是在单位时间内以规定的准确度完成的测量次数，或一次完整测量所需的时间。5答：在同一个测量周期内，首先对被测直流电压Ux在限定时间（T1）内进行定时积分，然后切换积分器的输入电压为基准电压-Ux0时，Ur0；-Ux0时，Ur0），再对Ur进行定值反向积分，直到积分器输出电压等于零为止。合理选择电路参数可把被测电压Ux变换成反向积分的时间间隔，再利用脉冲计数法对此时间间隔进行数字编码，从而得出被测电压数值。整个过程是两次积分，将被测电压模拟量Ux变成与之正比的计数脉冲个数，从而完成A/D转换。6答：逐次逼近比较式A/D转换器的工作原理非常类似于天平称质量
15、过程。天平在称物质的质量时使用一系列的砝码，根据称量过程中天平的平衡情况，逐次增加或减少砝码，使天平最终趋于平衡。逐次逼近比较式A/D转换器，在转换过程中用被测电压去与基准电压按指令进行比较，依次按二进制递减规律减小，从数字码的最高位开始，逐次比较到最低位，使Uo逐次逼近Ux。四、综合题1解：Rv120K/V5V100KRv220K/V10V200K2解：对于正弦波 对于方波对于三角波3解：对于正弦波 对于方波 对于三角波4解：（1）显示为9999的是四位数字万用表，显示为19999的是位数字万用表。（2）分辨率为200mV200000.01mV10V5解：误差的表示形式有：；。这里a0.00
16、8，b0.001。已知Um10V，可以演变为以下形式：因为位DVM在10V量程的最大显示值为1.99999V，末位跳1个字是50V，正好是其满度误差值0.0001V/2，所以可以用2个字来表示。6一逐次逼近比较式A/D转换器采用12位二进制，其内部的A/D转换最高位为2048mV，最低位输出为1mV，设输入电压为1893mV。其转换结果为多少？试说明其逐次逼近比较的过程。解：由题意可知各对应的二进制位的值如下表（单位为mV）b11b10b9b8b7b6b5b4b3B2b1b0204810245122561286432168421其比较过程为：（1）20481893，故b110，余数为1893；
17、（2）10241893，故b101，余数为18931024869；（3）512869，故b91，余数为869512357；（4）256357，故b81，余数为357256101；（5）128101，故b70，余数为101；（6）64101，故b61，余数为1016437；（7）3237，故b51，余数为37325；（8）165，故b40，余数为5；（9）85，故b30，余数为5；（10）45，故b21，余数为541；（11）21，故b10，余数为1；（12）11，故b01，余数为110。比较完成，比较结果为0111 0110 0101。习题5一、填空题1电阻；消耗；电抗；存储。2无穷大；无穷小
18、。3电压模值；Q。4振荡电路；谐振电路。5串联形式；并联形式。6清除存在于测量电缆或测量夹具上的杂散电抗；开路清零；短路清零。7反比；越慢；越高。88次/秒；测试速度。9基极阶梯波信号发生器；集电极扫描电压发生器。10电阻测量法；电压测量法；信号注入法。二、选择题1B 2B 3D 4A 5B 6C三、简答题1答：（1）RB-E 低，RB-C 低，该管为NPN型，故RC-E低；而题目条件为RC-E 高，故不能正常工作。（2）RB-E 高，RC-E 高，该管为PNP型，则RC-B 低，RB-C 高，这与题目条件相反，故，管子不能正常工作。2答：有：电桥法。优点：精度高，使用不同电桥可以得到的频率范
19、围宽，价格低缺点：需要手动平衡，单台仪器的频率覆盖范围较窄。 谐振法。优点：可测很高的Q值。缺点：需要调谐到谐振，阻抗测量精度低。 电压电流法。优点：可测量接地器件，适用于探头类测试需要。缺点：工作频率范围受使用探头的变压器的限制。3答：晶体管特性图示仪由基极阶梯信号发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换与控制电路、显示处理电路和显示器组成。各部分功能为：基极阶梯波信号发生器：用以提供必需的基极电流。集电极扫描电压发生器：用以提供从零开始的、可变的集电极电源电压。测试转换和控制电路：用以转换和控制不同的测试接法和不同类型的半导体器件的特性曲线和参数。显示电路：用以显示被测器件的特性曲线，其作用
20、和原理与示波器相当。四、综合题1答：C为b极，B为e极，A为c极，为PNP管。2答： 习题6一、填空题1测量频率；测量周期；测量时间。2石英晶体振荡器；分频；倍频。3频率低；其周期TB；频率高。4 NT0。5时标误差；计数误差；触发。6多周期。7增大闸门开启时间T0；被测信号的频率fx越高。8中界频率；。9施密特触发器的触发电平设置不当；被测信号中的干扰（噪声）；反；大。二、选择题1C 2D 3B 4B 5A 6D 7A三、简答题1答：电子计数器的标准时间信号，具有两个显著的特点：一是有很高的精度，因为在电子计数器中总是采用高精度的石英晶体振荡器来产生标准时间信号；二是多值性，即能够产生多种不
21、同的频率。为了适应不同频率和时间的测量需要，通用计数器一般都有多种不同的标准时间，这些不同的标准时间信号是石英晶体振荡器通过分频或倍频所得，供时基选择电路选用。分频电路一般采用与十进制数相同的电路，倍频电路一般采用非线性LC选频放大器。为了保证分频或倍频后时基信号的精度，可以采用门控分频或锁相倍频等方法来改进电路。2答：电子计数器输入电路的作用是将各种不同形状、不同幅度和不同极性的输入信号加工成具有一定形状、一定幅度和一定极性的、计数器所必须的波形，通常是将输入信号整形为脉冲信号，以便于计数电路计数。3答：电子计数器测量频率的基本原理如下：被测信号x经过放大整形后成为计数脉冲，加在主控门的输入
22、端。晶体振荡器产生的振荡信号经过分频器分频后去触发门控电路，使其产生宽度为T0的门控信号（或叫闸门信号）。主控门在T0内打开，使得计数脉冲通过，其余时间关闭，不让计数脉冲通过。通过主控门的计数脉冲列由十进制计数器计数，计数结果N在显示器中显示出来。实质上，电子计数器测频的基本原理是比较法。以Tx与T0相比较，也就是x同0相比较：在时间T0内，通过的脉冲数为N，每一个脉冲的周期为Tx，故而T0NTx，即NT0/Tx。简单地说，计数器得到时间T0内通过的脉冲个数N，而主控门的开启时间T0则确定了计数器所显示数字的单位。两者结合在一起即得到被测频率值xN/T0。4答：电子计数器自校原理框图如图6-1
23、5所示。它一方面把时基信号经过m倍分频、扩大其周期后，作为闸门信号去控制主控门的开启时间；另一方面，又把时基信号经过n倍倍频后，作为计数脉冲由输入通道A送入计数器进行计数。也就是说，在给定的时间内对已知的标准信号进行频率计数，其结果也是已知的。即。 由于分频系数m和倍频系数n是已知的，所以根据上式就可以检查整机的工作是否正常。例如m106，n100，则计数器显示应为N106100108。如果每次测量的显示值在N10000 00001以内，就说明整机工作正常。否则，整机工作不正常，应作相应的校正。四、综合题1解：测频分辨力Tx/T0（1/100kHz）/1s0.00001 Hz 量化误差 同理，
24、当闸门时间为10s时，量化误差0.000%2解：(1) 测频时的量化误差测周时的量化误差(2)中界频率：当fxfm1KHz时，采用测周期法；而当fxfm1KHz时，采用测频率法。习题7一、填空题1电调谐带通滤波器或混频器。2点频（静态）；扫频（动态）。3差频。4电路网络的幅频特性；电信号的频率响应。5减少寄生调幅。6恒带宽分析式频谱仪；恒百分比带宽分析式频谱仪。7基波抑制。二、选择题1D 2B 3C 4B 5A 6D三、简答题1答：信号的频域测量和频谱分析是研究电路网络或电信号中各频率分量的幅度u与频率f的关系，即在频域内观察和分析电路网络或电信号。这时幅度u是频率f的函数，可表示为uF（f）
25、。通常以频率f为水平轴，幅度u为垂直轴，所得的图形就称为幅频特性或频谱图。频域测量主要包括： 频率特性测量：主要对电路网络的频率特性进行测量，包括幅频特性、相频特性、带宽及回路Q值等特性的测量。 选频测量：利用选频电压表，通过调谐滤波的方法，选出并测量信号中某些频率分量的大小。 频谱分析：用频谱分析仪分析信号中所含的各个频率分量的幅值、功率、能量和相位关系，以及振荡信号源的相位噪声特性、空间电磁干扰等。 调制度分析测量：对各种频带的射频信号进行解调，恢复调制信号，测量其调制度，如调幅波的调幅系数、调频波的频偏、调频指数以及它们的寄生调制参量等。 谐波失真度测量：信号通过非线性器件都会产生新的频
26、率分量，俗称非线性失真。这些新的频率分量包括谐波和互调两种类型。2答：幅频特性的测试方法有点频测量法和扫频测量法两种方法。点频测量法的优点是测量时不需要特殊仪器，测量方法简单，测量准确度比较高，能反映出被测网络的静态特性，是工程技术人员在没有频率特性测试仪的条件下，进行现场测量研究和分析的基本方法之一。但由于测试频率点是不连续的，因而这种方法的缺点是操作繁琐、工作量大、测量速度也较慢且容易漏测某些突变点，不能反映出被测网络的动态特性。而扫频测量法的优点是测量过程简单，速度快，也不会产生漏测现象，还能边测量边调试，大大提高了调试工作效率。扫频法反映的是被测网络的动态特性，测量结果与被测网络实际工
27、作情况基本吻合，这一点对于某些网络的测量尤为重要，如滤波器的动态滤波特性的测量等。扫频测量法的不足之处是测量的准确度比点频测量法低。3答：当被测网络内部没有检波器时要用检波探头；而当被测网络内部带有检波器时就不用检波探头。4答：超外差频谱分析仪是利用超外差接收机的原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。实质上，超外差频谱仪是一种具有扫频和窄带宽滤波功能的超外差接收机，与其他超处差接收机原理相似，只是用扫频振荡器作为本机振荡器，中频电路有频带很窄的滤波器，按外差方式选择所需频率分量。这样，当扫频振荡器的频率在
28、一定范围内扫动时，与输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频（中频），使输入信号的各个频率分量依次落入窄带滤波器的通带内，被滤波器选出并经检波器加到示波器的垂直偏转系统，即光点的垂直偏转正比于该频率分量的幅值。由于示波器的水平扫描电压就是调制扫频振荡器的调制电压（由扫描发生器产生），所以水平轴已变成频率轴。因此屏幕上显示的就是输入信号的频谱图。5答：谐波失真度定义为信号的全部谐波能量与基波能量之比的平方根值,对于纯电阻性负载,则定义为全部谐波电压(或电流)有效值与基波电压(或电流)有效值之比。谐波失真度的测量方法有多种，目前最常用的方法是基波抑制法。所谓基波抑制法，就是将被测信号中基波分量滤
29、除，测量出所有谐波分量总的有效值，再确定与被测信号总有效值相比的百分数即为谐波失真度值。大多数的失真度分析仪都是根据这个原理制成的。四、综合题1解：接被测网络时的总衰减量B10dB+3dB3dB将扫频输出与检波探头对接时的总衰减量B220dB+5dB25dB因为B1B2，所以被测网络为衰减器。其衰减倍数为：B2-B125dB3dB22dB2解：在频率为20Hz时失真度分析仪指示值Kr26.5%，根据可得信号的失真度为同理，当失真度分析仪指示值分别为22.5%、19.8%时，信号的失真度分别为23.09%、20.20%。3解：根据谐波失真度的定义得习题8一、填空题1固定型故障；暂态型故障；桥接型
30、故障；延迟型故障。2故障检测；故障定位；故障处理。3穷举测试法；结构测试法；功能测试法；随机测试法。4组合触发；延迟触发；毛刺触发；手动触发与外触发。5数字系统硬件的调试与检测；数字系统软件的测试。6序列触发 。7同步取样。8扫描设计技术；内建自测试技术；边界扫描测试技术。9数字信号源；被测数字系统；测试仪器。二、选择题1A 2C 3B 4B 5D 6D 7C三、简答题1答：数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性，其被测系统的信息载体主要是二进制数据流。其理论基础是数字电路和逻辑代数。数据域测量具有以下几个特点：（1）数字信号通常是按时序传递的；（2）数字系统中信号的传递方式多种多样；（3）数字信号往往是单次或非周期性的；（4）被测信号的速率变化范围很宽；（5）数字信号为脉冲信号；（6）被测信号故障定位难。2答：逻辑笔主要用于判断
