电子测量技术基础习题解答

电子测量技术基础习题解答内容摘要：

21111 0 . 0 3 2 7n iiiivv＝ ＝ ≈n － 1n － 1 表 － 1 n vi vi2 n vi vi2 n vi vi2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3σ＝ 从表 中可以看出，剩余残差最大的第 8 个测量数据，其值为： 8 0 .1 0 0 .1 0v ＝ － ＝ ＞ 3， n8 为坏值应 剔除。 （ 4）剔除 n8 后的 算术平均值 x＇ ＝ （ 5）重新列出 vi 和 vi2 如表 － 2 表 － 2 n vi vi2 n vi vi2 n vi vi2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 （ 6） 剔除 n8 后的 标准差的估计值 ＇ ≈ 3＇ ≈ （ 7）剔除 n8 后无坏值 / / 1 4x n＝ ＝ 0 . 0 1 6 3 ＝ 3 ＝ 15 因此用数字电压表测得结果为： 177。 按照舍入法则，对下列数据处理，使其各保留三位有效数字： 4， 5， 0， 125， 59 450 解： 4＝ 5＝ 0＝ 125＝ 59 450＝ 594102 按照有效数字的运算法则，计算下列各结果： ① ＝ ② ＝ ⑧ ＝ ④ 51. 4＝ 190 ⑤ ＋ ＝ ⑥ － ＝ 某电压放大器，测得输入端电压 Ui＝ ，输出端电压 Uo＝ 1200mV，两者相对误差均为 177。 2％，求放大器增益的分贝误差。 解：0 ix U Ur r r  ＝ （ ＋ ） ＝ （ 2% ＋ 2% ） ＝ 4% rdB＝ 20lg（ 1＋ 4%）＝ 177。 （ 20）＝ 177。 16 习 题 三 如何按信号频段和信号波形对测量用信号源进行分类。 答：按 信号频段 的划分，如 下 表所示 ： 名 称 频 率 范 围 主 要 应 用 领 域 超低频信号发器 低频信号发生器 视频信号发生器 高频信号发生器 甚高频信号发生器 超高频信号发生器 30kHz 以下 30kHz～ 300kHz 300kHz～ 6MHz 6MHz～ 30MHz 30MHz～ 300MHz 300MHz～ 3000 MHz 电声学、声纳 电报通讯 无线电广播 广播、电报 电视、调频广播、导航 雷达、导航、气象 按输出 信号 波形分类 ： 可分为正弦信号发生器和非正弦信号发生器。 非正弦信号发生器又可包括：脉冲信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序 列信号发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。 正弦信号发生器的主要性能指标有哪些。 各自具有什么含义。 答： 正弦信号发生器的主要性能指标 及 各自具 有的 含义 如下： （ 1）频率范围 指信号发生器所产生的信号频率范围。 （ 2）频率准确度 频率准确度是指信号发生器度盘 (或数字显示 )数值与实际输出信号频率间的偏差， 通常用相对误差表示 ： 011 100%fff－＝ 式中 f0 为度盘或数字显示数值，也称预调值， f1 是输出正弦信号频率的实际值。 （ 3）频率稳定度 其他外界条件恒定不变的 情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。 按照国家标准，频率稳定度又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。 频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意 15min 内所发生的最大变化，表示为： 17 m a x m in0 100%fff －＝ 频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意 3h 内所发生的最大变化，表示为： 预调频率的 x179。 106＋ yHz 式中 x、 y 是由厂家确定的性能指标值。 （ 4） 由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量 由温 度、电源、负载变化等外界因素造成的频率漂移 (或变动 )即为影响量。 ① 温度引起的变动量 环境温度每变化 1℃所产生的相对频率变化 ，表示为：预调频率的 x178。 106/℃，即 6 6100( ) 1 0 1 0 /ffft －＝ ℃ 式中△ t 为温度变化值， f0 为预调值， f1 为温度改变后的频率值。 ② 电源引起的频率变动量 供电电源变化 177。 10％所产生的相对频率变化 ，表示为： x106，即 6 6100( ) 1 0 10fff －＝ ③ 负载变化引起的频率变动量 负载电阻从开路变化到额定值时所引起的相对频 率变化， 表示为： x106，即 6 6211( ) 1 0 10fff －＝ 式中 f1 为空载时的输出频率， f2 为额定负载时的输出频率。 （ 5）非线性失真系数 (失真度 ) 用信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，并用非线性失真系数 r 表示 ： 式中 U1 为输出信号基波有效值， U U3 …… Un 为各次谐波有效值。 2 2 2231100%nU U Ur U ＋ ＋ … ＋＝ 由于 U U3 …… Un 等较 U1 小得多，为了测量上的方便，也用下面公式定义 r： 18 2 2 2232 2 212 100%nnU U UrU U U ＋ ＋ … ＋＝＋ ＋ … ＋ （ 6）输出阻抗 信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。 低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般600Ω (或 1kΩ )，功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常 50Ω、 75Ω、 150Ω、 600Ω和 5kΩ等档。 高频信号发生器一般仅有 50Ω或 75Ω档。 （ 7）输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围。 （ 8）调制特性 当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制，当调制信号由外部加到信号发生器进行调制时，称为外调制。 文氏桥振荡器的振荡原理是什么。 答： 是文氏桥振荡器传输函数 的幅频特性和相频特性分别为：     22 0013N N jω ＝ ω ＝ωω＋ －ω ω   00/3arc t g ωωω ＝ － －ω ω 当 ω＝ ω0＝ 1/RC，或 f＝ f0＝ 1/2πRC 时，输出信号与输入信号同相，且此时传输函数模 N(ω0)＝ N(ω)max＝ 1/3 最大，如果输出信号 U0 后接放大倍数 KV＝ N(ω0)＝ 3 的同相放大器，那么就可以维持 ω＝ ω0 或者 f＝ f0＝ 1/2πRC 的正弦振荡，而由于 RC 网络的选频特性，其他频率的信号将被抑制。 某文氏桥只 C 振荡器如题 3． 4 图所示，其中 R R4 是热敏电阻，试确定它们各自应具有什么性质的温度系数。 答： R3 应具有 正 性质的温度系数 ， R4 应具有 负 性质的温度系数。 题 图 19 差频式振荡器作低频信号发生器振荡源的原理和优点是什么。 答： 差频式振荡器 的 可变频率振荡器和固定 频率振荡器分别产生可变频率的高频振荡 f1 和固定频率的高频振荡 f2 ，经过混频器 M 产生两者差频信号 f ＝ f1 – f2。 这种方法的 主要缺点是电路复杂， 频率准确度、稳定度较差，波形失真较大；最大的优点是容易做到在整个低频段内频率可连续调节而不用更换波段，输出电平也较均匀， 所以常用在扫频振荡器中。 XD1 型低频信号发生器表头指示分别为 2V 和 5V，当输出衰减旋钮分别指向下列各位置时，实际输出电压值为多大。 电平表 头指示 0dB 10dB 20dB 30dB 40dB 50dB 60dB 70dB 80dB 90dB 倍 数 1 10 100 316 1000 3160 104 104 2 V 2 103 2103 104 2104 105 5 V 5 5104 结合图 —11，说明函数信号发生器的工作原理和过程。 欲产生正向锯齿波，图中二极管应如何联接。 答：正向锯齿波充电电压增大的时间长，放电电压减少的时间短，在 R 两端并联的二二极管左端为正，右端为负。 1 mRCtUE＝ 2 ( / / )D mR R CtUE＝ t1＞ t2 为 正向锯齿波。 说明图 3． 314 所示 XD8B 框图中 RP 4 和 RP 2 两个电位器的功能。 答： RP4 调频率， RP2 波形选择。 说明图 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。 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 20 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 ：0 12f LC＝ 电感反馈式 振荡 器的 振荡频率 ：0 1212f L L C＝ （ ＋ ） 电容反馈式 振荡 器的 振荡频率 ：0121212f CCL CC＝＋ 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。 题 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247。 n 和247。 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 图 解：相位锁定时： f1/n＝ f2/m ∴ f2＝ f1178。 m/n 当 m＝ 1 n＝ 10 时 f2min＝ f1/10＝ 当 m＝ 10 n＝ 1 时 f2max＝ 10f1＝ 10MHz 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。 说明点频法和扫频法测量网络频率特性的原理和各自特点。 21 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。 其 特点 是： ① 可实现网络的频率特性的自动或半自动测量；② 不会出现由于点频法中的频率点离散而遗漏掉细节的问题；③ 得到的是被测电路的动态频率特性，更符合被测电路的应用实际。 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 L C 谐振回路的谐振频率 f 0 为： 0 212f LC＝ ＋ 由电磁学理论可知，带磁芯线圈的电感量与磁芯。