电子测量技术基础(第3版)课后答案陆绮荣

电子测量技术基础(第3版)课后答案陆绮荣内容摘要：

VM精密程度的一个基本参数。 所谓位数是指能显示 0~9共十个完整数码的显示器的位数。 （ 2）量程的范围 DVM的量程范围包括基本量程和扩展量程。 基本量程是测量误差最小的量程，它不经过衰减和放大器；扩展量程是采用输入衰减器和放大器来完成的，它的测量精度比基本量程的测量精度降低。 （ 3）超量程能力 超量程能力是 DVM的一个重要的性能指标。 1/2位和基本量程结合起来，可说明 DVM是否具有超量程能力 2．分辨率 分辨率是指 DVM 能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。 3．测量速率 测量速率是指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间。 4．输入特性 输入特性包括输入阻抗和零电流两个指标。 直流测量时， DVM输入阻抗用 iR 表示。 量程不同， iR 也有差别 ，一般在 10MΩ ~1000 MΩ之间。 交流测量时， DVM 输入阻抗用 iR 和输入电容 iC 的并联值表示，一般 iC 在几十至几百皮法之间。 5．抗干扰能力 DVM的干扰分为共模干扰和串模干扰两种。 仪器中采用共模抑制比和串模抑制比来表示DVM的抗干扰能力。 一般共模干扰抑制比为（ 80~150） dB；串模抑制比为（ 50~90） dB。 6．固有误差和工作误差 DVM的固有测量误差主要是读数误差和满度 误差，通常用测量的绝对误差表示。 图 数字多用表的框图 VDC K IDC变换器 Ω DC变换器 数字电压表 ACDC变换器 VAC I Ω 13 ）（ mx UUU  %%  (515) 工作误差指在额定条件下的误差，通常也以绝对值形式给出。 5． 10 直流电压的测量方案有哪些。 答： 直流电压的测量一般可采用直接测量法和间接测量法两种。 可用数字式万用表、模拟式万用表、电子电压表、示波器等设备运用零示法、微安法等测量直流电压。 5． 11 交流电压的测量方案有哪些。 答： 交流电压的测量一般可分为两大类，一类是具有一定内阻的交流信号源，另一类是电路中 任意一点对地的交流电压。 交流电压的常用测量方法有电压表法和示波器法。 5． 12 甲、乙两台 DVM，甲的显示器显示的最大值为 9999，乙为 19999，问： （ 1）它们各是几位的 DVM，是否有超量程能力。 （ 2）若乙的最小量程为 200mV，其分辨率为多少。 （ 3）若乙的固有误差为 )%%( mx UUU  ，分别用 2V 和 20V 档测量VUx  电压时，绝对误差和相对误差各为多少。 答： （ 1） 超量程能力是 DVM的一个重要的性能指标。 1/2位和基本量程结合起来 ，可说明 DVM是否具有超量程能力。 甲是 4位 DVM，无超量程能力；乙为 4 位半 DVM，可能具有超量程能力。 （ 2）乙的分辨率指 其末位跳动 177。 1所需的输入电压，所以其分辨率为。 （ 3）用 2V挡测量 绝对误差 )%%( mx UUU  V1 1 )2%%(  相对误差 %%%100  UUx 用 20V挡测量 绝对误差 )%%( mx UUU  V4 7 )20%%(  相对误差 %%%100  UUx 第 6章习题 6． 1 目前常用的测频方法有哪些，各有何特点。 答： 目前常用的 频率测量方法按工作原理可分为直接法和比对法两大类。 （ 1）直接法 是指直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率的方法。 电桥法和谐振法是这类测量方法的典型代表。 直接法常常通过数学模型先求出频率表达式，然后利用频率与其它已知参 14 数的关系测量频率。 如谐振法测频，就是将被测信号加到谐振电路上，然后根椐电路对信号发生谐振时频率与电路的参数关系 LCf x 2/1 ，由电路参数 L、 C的值确定被测频率。 （ 2）比对法 是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。 其测量准确度主要取决于标准频率的准确度。 拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典型代表。 尤其利用电子 计数器测量频率和时间，具有测量精度高、速度快、操作简单、可直接显示数字、便于与计算机结合实现测量过程自动化等优点，是目前最好的测频方法。 6． 2 通用电子计数器主要由哪几部分组成。 画出其组成框图。 答： 电子计数器一般由输入通道、计数器、逻辑控制、显示器及驱动等电路 构成。 6． 3 测频误差主要由哪两部分组成。 什么叫量化误差。 使用电子计数器时，怎样减小量化误差。 答： 电子计数器测频是采用间接测量方式进行的，即在某个已知的标准时间间隔内，测出被测信号重复的次数 N，然后由公式计算出频率。 其误差主要 由两部分组成。 一是计数的相对误差，也叫量化误差；二是 闸门开启时间 的相对误差。 按最坏结果考虑，频率测量的公式误差应是两种误差之和。 量化误差 是 利用电子计数器测量频率 ，测量 实质是已知的时间内累计脉冲个数 ， 是一个量化过程 ， 这种计数只能对整个脉冲进行计数 ， 它不能 测出半个脉冲 ， 即量化的最小单位是数码的一个字。 量化误差的极限范围是 177。 １个字，无论计数值是多少，量化误差的最大值都是 1 一个字，也就是说量化误差的绝对误差 1N。 因此，有时又把这种误差称为“  1个字误差”，简称“ 1 误差。 ” 这种测量误差是仪器所固有的 ， 是量化过程带来的。 当被测量信号频率一定时 ， 主门开启的时间越长 ， 量化的相对误差越小 ， 当主门开启时 间一定时 ,提高被测量信号的频率 ， 也可减小量化误差的影响。 6． 4 测量周期误差由哪几部分组成。 什么叫触发误差。 测量周期时，如何减小触发误差的影响。 答： 电子计数器测量周期也是采用间接测量方式进行的， 与测频误差的分析类似，测周误差也由两项组成，一是量化误差，二是时标信号相对误差。 测周时 输入信号受到噪声干扰，也会产生噪声干扰误差，这是一种随机误差，也称为触发误差。 触发误差是指在测量周期时，由于输入信号中的干扰噪声影响，使输入信号经触发器整形后，所形成的门控脉冲时间间隔与信号的周期产生了差异而产生的误差， 触发 误差与被测信号的信噪比有关 ， 信噪比越高 ， 放大 整形 主门 门控信号 ST 被测信号 晶体振荡 分频电路 计数 译码 显示 逻辑 控制 Tx 图 电子计数器组成框图 15 触发误差就越小 ， 测量越准确。 6． 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。 6． 6 使用电子计数器测量周期时，如何选择周期倍乘。 答： 电子计数器测量周期时， “周期倍乘”后再进行周期测量，其测量精确度大为提高。 需要注意的是所乘倍数 k 要受到仪 器显示位数等的限制。 6． 7 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 s）两种方案，试比较这两种方法由177。 1误差所引起的测量误差。 答： ① 测频时，量化误差为 31051200 11  sx TfNN ② 测周时，量化误差为 37 102102020  cxcx fffTNN 从计算结果可以看出，采用测周方法的误差小些。 6． 8 使用电子计数器测量相位差、脉冲宽度时，如何选择触发极性。 答： 电子计数器测量相位差、脉冲宽度时时通常是 测量两个正弦波上两个相应点之间的时间间隔，触发极性可以取“ +”，也可以取“ ”，根据测量方便进行选择。 为了减小测量误差，可利用两个通道的触发源选择开关，第一次设置为“ +”，信号由负到正通过零点，测得 T1；第二次设置为“ ”，信号由正到负通过零点，测得 T2；两次测量结果取平均值。 6． 9 欲测量一个 =1MHZ的石英振荡器，要求测量准确度优于177。 1 106，在下列几种方案中，哪种是正确的，为什么。 （ 1） 选用 E312型通用计数器（≤177。 1 106），闸门时间置于 1s。 （ 2） 选用 E323型通用计数器（≤177。 1 107），闸门时间置于 1s。 （ 3） 通用计数器型号同上，闸门时间置于 10s。 答： 要看哪个方案正确，就是要比较哪种方案的测量准确度符合要求。 （ 1）选用 E312型通用计数器（≤177。 1 106），闸门时间置于 1s。 666 102)1011101 1(1   ccsxxxf f fTff f （ 2）选用 E323型通用计数器（≤177。 1 107），闸门时间置于 1s。 （ 3）通用计数器型号同上，闸门时间置于 10s。 776 102)10110101 1(1   ccsxxxf f fTff f 16 从计算结果可以看出第 3种方法是正确的 ，它符合测量准确度的要求。 6． 10 利用频率倍增方法，可提高测量准确度，设被测频率源的标称频率为 =1MHZ，闸门时间置于 1s，欲把177。 1误差产生的测频误差减少到 1 1011，试问倍增系数应为多少。 答： 倍增前 量化误差为 66 1011101 11  sx TfNN 倍增系数为 5116 10101 101 M 6． 11 利用下述哪种测量方案的测量误差最小。 （ 1） 测频，闸门时间 1s。 （ 2） 测周，时标 100μ s。 （ 3） 周期倍乘， N=1000。 答： 对于一 确定频率 f，可以根据中界频率进行判断。 HzTf c 46 10410100 11   中界频率 HzTff sc 202020440  若题目中给定的被测频率低于中界频率，则采用测周法比测频法误差小，若先经过“周期倍乘”，再进行周期测量则误差最小。 第 7章习题 7． 1 低频信号源中的主振器常用哪些电路。 为什么不用 LC正弦振荡器直接产生低频正弦振荡。 答： 低频信号源中的主振器 一般由 RC 振荡电路或差频式振荡电路组成。 相对来说采用 RC振荡电路或差频式振荡电路比 LC 振荡电路简单，调节方便。 7． 2 画出文氏桥 RC振荡器的基本构成框图，叙述正反馈桥臂的起振条件和负反馈桥臂的稳幅原理。 答： 图 fo R2 C2 R4 + A C1 R1 R3 17 图 为 文氏电桥振荡器的原理框图。 R C R C2 组成 RC 选频网络，可改变振荡器的频率； R R4组成负反馈臂，可自动稳幅。 在RCff 2 10 时，输入信号经 RC 选频网络传输到 运算放大器。 同相端的电压与运算放大器的反馈网络形成的电压同相，即有 0f 和  nfa 2。 这样，放大 器和 RC选频网络组成的电路刚好组成正反馈系统，满足振荡的相位条件，因而有可能振荡。 此时，反馈系数 F=1/3，因此只要后接的二级放大器的电压放大倍数为 A 3V ，那么就满足了振荡器起振的幅值条件 AVF≥ 1，可以维持频率RCff 2 10 时的等幅正弦振荡。 实际电路中，其中 R3是具有负温度系数的热敏电阻。 在振荡器的起振阶段，由于温度低， R3 的阻值较大，负反馈系数小，使负反溃放大器的电压增益大于 3，RCf 2 1的信 号产生增幅振荡。 随着该信号的增大，流过 R3 的电流增大，从而使 R3 的温度升高，阻值下降，反馈深度加深，负反馈放大器的电压放大倍数减小，只要 R R4选择恰当，最后将达到稳定的等幅正弦振荡。 当电路进入稳定的等幅振荡之后，如果由于某种原因引起输出 电压增大时，由于 0V 直接接在 R R4的串联电路中，从而使流过 R3的电流增大， R3减小也会使负反馈放大器的放大倍数下降，令输出电压减小，达到稳定输出电压的目的。 7． 3 高频信号发生器主要由哪些电路组成。 各部分的作用是什么。 答： 高频信号发生器组成的基本框图如图。 主要包括主振级、缓冲。