《电子测量与仪器》陈尚松版的课后答案要点.doc

第三章 信号发生器思考题与习题3.3 已知可变频率振荡器频率f12.49964.5000MHz，固定频率振荡器频率f2=2.5MHz，若以f1和f2构成一差频式信号发生器，试求其频率覆盖系数，若直接以f1构成一信号发生器，其频率覆盖系数又为多少？解：因为差频式信号发生器f0= f1f2所以输出频率范围为：400Hz2.0000MHz频率覆盖系数如果直接以f1构成一信号发生器，则其频率覆盖系数3.5 要求某高频信号发生器的输出频率f860MHz，已知其可变电容器的电容C的变化范围为50pF200pF，请问该如何进行波段划分，且每个波段对应的电感应为多大？解：而，由，所以相邻波段的电感值满足：，所以可以计算得出3.9 XFG-7高频信号发生器的频率范围为f=100kHz30MHz，试问应划分几个波段？（为答案一致，设k=2.4）解：而，3.11 简述直接数字频率合成原理，试设计一个利用微处理器产生任意波形发生器的方案，并讨论如何提高任意波形的频率？PC机滤波D/A答：在存储器里存储任意波形的数字量，通过微处理器以一定的时间间隔读取数据，并送D/A转换器进行转换，并将电压信号送滤波器进行滤波，一直以相同的转换时间间隔取下一个数进行转换，这样就可得到任意波形发生器。提高任意波形频率的方法有：（1）减小读取时间间隔，并采用转换速度较快的D/A转换器；（2）采用读取时间短的存储器；（3）一个周期转换的点数减小。3.12有一频率合成器如图3.37所示，求：（1）f0的表达式；（2）f0的范围；（3）最小步进频率。100f3fl10kHzN15601000LPFPDBPFVCO1f0M(-)f21kNzVCO2f3N250006000PD100LPF图3.37 题3.12图 解：由图可知：（1）所以（2） （3）因为N1和N2均可改变，但f0表达式中，N2的系数小，所以N2变化1得到的f0的变化最小，即f0的最小步进频率为frfrLfrHf0f0 frH（b）MVCOPPDLPFN13.13 计算下图所示锁相环的输出频率范围及步进频率。frf0（a）VCOnPDLPFmfr1f0（c）1KHzN2720100M(+)BPFVCO2PDLPFN2720100VCO1LPF10PDN110001100III100kHzfr2图3.38 题3.13图解：（a），所以，步进 （b），所以，步进 （c）设VCO1输出频率为f1，则， 步进3.15 AD9850 DDS中如果时钟频率fc=125MHz，相位累加器宽度N=32位，频率控制字k=0100000H，这时输出频率为多少？解：k=0100000H，所以A201，因为DDS：第四章： 时频测量4.3 分析通用计数器测量频率和周期的误差，以及减小误差的方法。答：通用计数器测量频率的误差：即1误差和标准频率误差。一般总误差可采用分项误差绝对值合成，即 通用计数器测量周期的误差：主要有三项，即量化误差、转换误差以及标准频率误差。其合成误差可按下式计算 减少测频误差的方法：在一定时，闸门时间T选得越长，测量准确度越高减少测周误差的方法：1)采用多周期测量可提高测量准确度；2)提高标准频率，可以提高测周分辨力；3)测量过程中尽可能提高信噪比VmVn。4.8 用计数式频率计测量频率，闸门时间（门控时间）为l s时，计数器读数为5400，这时的量化误差为多大？如将被测信号倍频4倍，又把闸门时间扩大到5倍，此时的量化误差为多大?解：（1）量化误差（2）量化误差4.9用一个7位电子计数器测量一个fx5MHz的信号频率，试分别计算当“闸门时间”置于1s、0.1s和10ms时，由1误差产生的测频误差。解：闸门时间为1s时，1误差闸门时间为0.1s时，1误差闸门时间为10ms时，1误差4.10 用某计数式频率计测频率，已知晶振频率fc的相对误差为fcfc5108，门控时间T1s，求：（1）测量fx10MHz时的相对误差；（2）测量fx10KHz时的相对误差，并找出减小测量误差的方法。解：测频1误差（1）（2）对相同闸门时间下，当被测频率越高时，测频相对误差越小，同时晶振频率误差影响也越大。4.11 用某计数式频率计测周期，已知晶振频率fc的相对误差为fcfc5108，时基频率为10MHz，周期倍乘100。求测量10s周期时的测量误差。解：计数器测周期误差4.12 用某电子计数器测一个fx10Hz的信号频率，当信号的信噪比S/N20dB时，分别计算当“周期倍乘”置于1和100时，由于转换误差所产生的测周误差，并讨论计算结果。解：由转换误差产生的测周误差为：因为：，所以所以“周期倍乘”置于1时：所以“周期倍乘”置于100时：由测周误差可知，增大“周期倍乘”可以减少由转换误差产生的测周误差。4.13用多周期法测量某被测信号的周期，已知被测信号重复周期为50Hz时，计数值为100000，内部时标信号频率为 1MHz。若采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未知信号，已知计数值为15000，求未知信号的周期？解：因为多周期法测被测信号周期，所以4.14 某计数式频率计，测频闸门时间为1s，测周期时倍乘最大为10000，时基最高频率为10MHz，求中界频率。解：测频和测周1误差分别为：， ，所以中届频率4.15 欲测量一个标称频率f01MHz的石英振荡器，要求测量精确度优于1106，在下列几种方案中，哪一种是正确的？为什么？(1) 选用E312型通用计数器（fc/fc1106），“闸门时间”置于1s。(2) 选用E323型通用计数器（fc/fc1107），“闸门时间”置于1s。(3) 选用E323型通用计数器（fc/fc1107），“闸门时间”置于10s。解：（1）测频时，其误差 （2） （3）由以上计算结果可知，采用第三种方案是正确的。第五章 电压测量UOtUOtUOt5.3 利用全波平均值电子电压表测量图5.70所示三种不同波形（正弦波、方波、三角波）的交流电压，设电压表的读数都是1V，问： （1）对每种波形，电压表的读数各代表什么意义？ （2）三种波形的峰值、平均值及有效值分别为多少？ （3）根据测量结果，将三个波形画在同一坐标图上以进行比较。解：（1）对正弦波，读数为有效值，对其他波形，读数仅能间接反应被测量的大小。图5.70 习题5.3图（2）因为，所以V因为，即所以正弦波有效值为1V，峰值为V，均值为0.901V。方波有效值为V，峰值为V，均值为0.901V。三角波有效值为V，峰值为V，均值为0.901V。三种波形在同一坐标图为：5.4 若在示波器上分别观察峰值相等的正弦波、方波、三角波，得Up5V；现在分别采用三种不同检波方式并以正弦波有效值为刻度的电压表进行测量，试求其读数分别为多少？解：已知各波形VP=5V 均值表： 正弦波 方波 三角波 峰值表：因为各波形峰值相同，所以三种波形的读数均为： 有效值表：正弦波 ： 方波： 三角波：5.8 DS18型五位双积分型数字电压表中Us6.0000V，fc0.75MHz，计数器满量程N160000，求被测电压Ux2.5000V时，计数器计数值N2为多大？采样时间Tl和测量时间T2分别为多大？解：根据双积分原理，可知（1）在准备期，进行定时积分，所以 5.9 试画出图5.71积分器的输出时间波形图（Uot），假设图中C1F，R10k，图中模拟开关的接通时间为：0-t1(10ms）S0、S1接通，S2、S3开关断开； t1-t3(20ms）S1接通，其他开关断开；t3-t4(10ms）S2接通，其他开关断开；t4-t5(10ms）S3接通，其他开关断开；t5-t6(10ms）S0、S3接通，S1、S2开关断开。ACS0S1S2S30V+10V+5VR+5VU0+15+10+5051015102030405060t1t2t3t4t5t6t/ms图5.71 题5.9图U0/V图中假设模拟开关(S0S3）和运算放大器A均是理想器件。解：按照积分器工作原理，其输出电压和输入电压之间的关系为：0t1(10ms)：S0、S1接通，S2、S3断开，A的同向与反向输入端虚短，所以；t1t3(20ms)：S1接通，其他开关断开，输入端电压等效为05V5V，Vt3t4(10ms)：S2接通，其他开关断开，输入端电压等效为105V5V，t4t5(10ms)：S3接通，其他开关断开，输入端电压等效为55V=0V，t5t6(10ms)：S0、S3接通，S1、S2断开，所以输出波形图如下：5.10 图5.73为某三斜式A/D的积分器的输出时间波形，设基准电压|Ur|10V，试求积分器的输入电压大小和极性。题中假设在采样期和比较期内，积分器的时间常数RC相等。10050100t/msOUO/VUrUr/27图5.73 题5.11图解：由输出波形可知，积分器输入电压为负的，5.14两台DVM ，最大计数容量分别为19999；9999。若前者的最小量程为200mV，试问：(1) 各是几位的 DVM ；(2) 第台DVM的分辨力是多少？(3) 若第台DVM的工作误差为0.02%Ux1字，分别用2V档和20V 档测量Ux=1.56V电压时，问误差各是多少？解：（1）计数容量为19999的DVM为4位半，计数容量为9999的DVM为4位；（2）第台DVM的最小量程为200mV，所以DVM显示数据应为199.99mV，即最小分辨力为0.01mV；（3）当用2V档测量时：为1.9999V，所以一个字误差为：0.0001V，测量误差为：0.02%1.560.0001V0.000412V0.41mV当用20V档测量时：为19.999V，所以一个字误差为：0.001V，测量误差为：0.02%1.560.001V0.001312 V1.3mV。5.18 图5.72为双积分A/D转换器，已知T1100ms，T0100s，试求：（1）刻度系数； （2）画出工作流程图。A10FK4K1UxVR=6.2V100K图5.74 题5.18图VR=6.2V62K62KK3K2CU0解：方法一：利用双积分原理，（1）在准备期，K4合进行清零，采样期K1合进行定时积分，； 比较期K1关K2合进行定值积分， ，所以 ，所以刻度系数为：方法二：利用电荷平衡原理，Q1Q2，采样期，比较期，所以，所以工作过程，按准备期，采样期和比较期进行，流程图如下： 5.19 一台DVM，技术说明书给出的准确度为V0.01%Vx0.01%Vm，试计算用1V量程分别测量1V和0.1V电压时的绝对误差和相对误差，有何启示？解：（1）0.0110.011210-4V， （2）0.010.10.0111.110-4V，由此可见相对误差明显增大，可知在相同量程下，被测值越接近量程，那么相对误差相对较小。第六章时域测量（示波器）613 有A，B两台数字示波器，最高采样率均为200Ms/s，但存储深度A为1K，B为1M，问当扫速从10ns/div变到1000ms/div时，试计算其采样率相应变化的情况，并仿照教材图6.XX形式用曲线表示出来。这给选用DSO有何启示？解：根据DSO扫速、采样速率和记录长度的关系：A： 对应P1点当扫速为1ms/div时，相应的采样速率 对应P2点B： 对应P3点当扫速为1000ms/div时，相应的采样速率 对应P4点结论：在选用DSO时，对相同最高采样率的DSO，应该选用记录长度较大的，这样扫速在较大范围变化时，采样速度不必跟着变化。