《电子测量技术与应用项目》思考与练习答案4-6

第四章思考与练习1.根据输出信号波形种类的不同，通用信号发生器分为哪几类？通常用于什么用途？答：根据输出信号波形种类的不同，通用信号发生器分为正弦信号发生器、矩形信号发生器、脉冲信号发生器、三角波信号发生器、钟形脉冲信号发生器、噪声信号发生器、图像信号发生器、扫频信号发生器等。通常用于产生不同频率、不同波形的电压、电流信号，提供测试用电信号。2.信号发生器常用的技术指标有哪些？是如何定义的？答：信号发生器常用的技术指标包括频率特性、输出特性和调制特性。其中频率特性包括有效频率范围、频率准确度和频率稳定度。有效频率范围指各项指标均得到保证的输出频率范围；频率准确度指频率的实际值与标称值的偏差；频率稳定度指在一定的时间间隔内频率的相对变化。输出特性包括输出阻抗、输出电平、输出波形、平坦度和谐波失真。调制特性包括调幅、调频和调相。3.低频信号发生器一般包括哪几个部分？各部分的作用是什么？答：低频信号发生器组成:主振器、电平调节、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器、电压表。主振器：产生低频正弦信号，其振荡频率范围即为信号发生器的有效频率范围。电压放大器：具有缓冲、电压放大作用。缓冲是为了隔离后级电路对主振器的影响，保证主振频率稳定，一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。放大是为了使信号发生器的输出电压达到预定技术指标，要求其频带宽、谐波失真小、工作稳定等。输出衰减器：改变信号的输出电压或功率。功率放大器：对衰减器送来的信号进行功率放大。阻抗变换器：匹配不同阻抗的负载，以获得最大输出功率。电压表：指示电压放大器或功率放大器的输出电压幅度，或对外部电压信号进行测量。4.高频信号发生器一般包括哪几个部分？各部分的作用是什么？答：高频信号发生器的组成：1）主振级：产生高频振荡信号。2）缓冲级：隔离调制级对主振级可能产生的不利影响，以保证主振级工作稳定。3）调制级：对缓冲级输出的信号进行正弦幅度调制和放大后输出并保证一定的输出电平和输出阻抗。4）内调制振荡器：提供频率为400Hz或1000Hz的内调制信号。5）可变电抗器：实现频率调制。6）输出级：进一步控制输出电压的幅度。5.简述高频信号发生器中主振器与内调制振荡器的区别和作用。答：内调制振荡器与主振器都是振荡器，但作用完全不同。内调制振荡器产生低频信号，并且作为调制信号存在，它有两种输出：400HZ与1000HZ。而主振器作为高频信号发生器的核心电路。它主要产生高频载波信号，频率范围是100KHZ到30MHZ。当高讯处于AM调幅工作状态时，用内调制振荡器产生的信号对主振产生的高频载波信号的幅度进行调制，让输出的信号频率保持载波信号不变，而幅度随调制信号的变化规律变化。达到输出调幅波的目的。当高讯处于FM调频工作状态时，用内调制振荡器产生的信号对主振产生的高频载波信号的频率进行调制，让输出的信号幅度保持载波信号幅度不变，而频率随调制信号的变化规律变化，达到输出调频波的目的。6.正弦信号发生器的调制方式一般有哪几种方式？答：高频正弦信号发生器的调制方式一般为调幅或调频。7.基本锁相环有哪些部分组成？各部分作用是什么？答：基本锁相环由基准频率源、相位比较器、环路滤波器和压控振荡器组成。其中基准频率源提供基准频率；相位比较器将两个输入信号的相位进行比较，输出与相位差成正比的误差电压；环路滤波器滤出误差电压中的高频分量；压控振荡器根据输入电压的大小改变振荡的频率。8．如图所示三环频率合成器，为了得到38.912MHZ的输出频率,问分频比N1,N2各为多大?已知:M=100,fi=100KHZ,fo2=38.6MHZ,f0=38.912MHZ。PD1LPF1VCO1可编程分频器÷N1PD2LPF2VCO2可编程分频器÷N2fif01混频PD3固定分频器÷Mf01′LPF3VCO3f02f0f0–f02PD1LPF1VCO1可编程分频器÷N1PD2LPF2VCO2可编程分频器÷N2fif01混频PD3固定分频器÷Mf01′LPF3VCO3f02f0f0–f02图4-26习题8图解：由图4-26可得：MfNfi÷=101，ifNf202=，02001fff−=。则MHzf312.06.38912.3801=−=。31201.0312.0100011=÷×=÷=ifMfN。3861.06.38022=÷=÷=iffN。9．证明下图所示的频率合成器的输出频率与输入频率的关系为：ifNNNf−=12301PDLPFVCO÷N3fif1÷N2÷N1混频f2f0=f2-f1PDLPFVCO÷N3fif1÷N2÷N1混频f2f0=f2-f1图4-27习题9图解：322NfNfi÷=÷，又有11Nffi÷=，则iiifNNNfNfNNfff)1(1123123120−=−=−=。9.函数信号发生器能输出哪几种波形的信号？函数信号发生器一般有哪几种构成方式？答：函数信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、矩形波和正负尖脉冲等波形。函数信号发生器一般有正弦式、脉冲式和合成式三种构成方式。10.简述数字频率合成技术的特点。答：数字频率合成技术分为直接数字频率合成和锁相环数字频率合成。其中直接数字频率合成具有频率切换速度快、频率分辨率高、频率和相位易于控制等特点，锁相环数字频率合成除了具有这些特点外还可以产生极高的频率以及输出频率相对带宽较宽等特点。主讲教师：王震宇•中共党员，副教授。•1991年毕业于哈尔工业大学，即从事高等教育工作至今，一直工作在教学科研第一线。•1998年由原国家教委公派以访问学者身份赴匈牙利布达佩斯工业大学学习进修一年。•发表论文多篇，主编教材三部，曾获省科技进步三等奖，参与多项国家自然科学基金项目。•2003年以人才引进方式进入原湛江海洋大学（现广东海洋大学）至今。•电话：[phone]•ＱＱ：317333535•电邮：[e-mail]（MSN）•微信公众号：wangzhenyu_1000第五章思考与练习1.通用电子计数器的主要测试功能有哪些？答：通用电子计数器可以测量频率、频率比、周期、时间间隔及累加计数等，还可以自检。2.通用电子计数器基本组成是怎样的？画出方框图并说明各组成部分的作用是什么？答：通用电子计数器由以下部分组成：（1）输入通道（2）计数显示电路（3）逻辑控制电路（4）标准时间产生电路。其方框图如下图所示：其中各部分作用为：输入通道即输入电路。其作用是接受被测信号，并对被测信号进行放大整形，然后送入闸门（即主门或信号门）。输入通道通常包括A、B两个独立的单元电路。计数显示电路是一个十进制计数显示电路，对通过闸门的脉冲（即计数脉冲）进行计数，并以十进制方式显示计数结果。逻辑控制电路产生各种控制信号，用于控制电子计数器各单元电路的协调工作。在“启动”、“停止”信号作用下，输出门控信号控制门电路即控制显示时间的长短。计数结束后发出复零指令。标准时间信号由石英晶体振荡器提供，作为电子计数器的内部时间基准。3.画出通用电子计数器测量频率、周期的原理框图，简述其基本原理，并说明二者的区别。答：测量频率：基本原理为：1．石英晶体振荡器产生高稳定的振荡信号，经分频后产生准确的时间间隔Ts。2．用这个Ts作为门控信号去控制主门的开启时间。3．被测信号经放大整形后，变成方波脉冲，在主门开启时间Ts内通过主门，由计数器对通过主门的方波脉冲的个数进行计数。4．若在时间间隔Ts内计数值为N。则被测信号的频率f=N/Ts。5．该频率由显示电路将测量结果显示出来。测量周期：石英晶振主门十进电子计数器分频或倍频门控电路脉冲形成电路ＴxB输入Ｔo门控信号Ｔx石英晶振主门十进电子计数器分频或倍频门控电路脉冲形成电路ＴxB输入门控电路脉冲形成电路ＴxＴxB输入Ｔo门控信号Ｔx门控信号Ｔx基本原理为：被测信号从B输入端输入，经脉冲形成电路的放大整形变成方波，加到主门门控信号；同时，晶振产生的标准信号（又称时标信号）经分频或倍频后送到主门作为计数脉冲。计数器对门控信号作用期间通过时标信号进行计数。若计数器读数为N，标准时标信号周期为To，则被测周期Tx=NTo。二者的区别：测频时被测信号经变换后作为计数脉冲，石英晶振产生的信号作为时间间隔控制闸门。测周时被测信号经变换后作为时间间隔控制闸门，石英晶振产生的信号经变换后作为计数脉冲。4.时标信号和时基信号的特点与区别？答：测量周期时标准时间信号（晶振）经过放大整形和倍频电路，送入A通道，用作测周期时的计数脉冲，称为时标信号。测量频率时标准时间信号（晶振）经过放大整形和一系列分频，送入B通道，用作控制门控电路的信号，称为时基信号。5.通用电子计数器测量频率、周期时存在哪些主要误差？如何减小这些误差？答：通用电子计数器测量频率、周期时存在量化误差、触发误差和标准频率误差。量化误差是不可消除的；触发误差对测量周期影响较大，而对测量频率影响较小，可以提高被测信号的信噪比，并采用多周期测量法测量周期，以减小触发误差；标准频率误差较小，可以不予考虑。6.用7位电子计数器测量fx=10MHZ的信号频率。当闸门时间置于1s、0.1s、10ms时，试分别计算电子计数器测频量化误差是多少？解：绝对量化误差都为±1。相对量化误差为%1001×±=NNγ，当闸门时间分别置于1s、0.1s、10ms时，计数器计数N分别为107，106，104。则对应的相对量化误差分别为±0.00001%，±0.0001%，±0.01%。7.用电子计数器测量频率，已知闸门时间和计数值N如下表所示，求各情况下的fx=?T10s1s0.1s10ms1msN1000000100000100001000100fx解：TNfx=，则各情况下的fx如下表所示。T10s1s0.1s10ms1msN1000000100000100001000100fx1000001000001000001000001000008.电子计数器多周期法测量周期。已知被测信号重复周期为50μs，计数值为100000，内部时标信号频率为1MHz。保持电子计数器状态不变，测量另一未知信号，已知计数值为15000，求未知信号的周期是多少？解：电子计数器测周时有sfxmfkNT1=，则2121NNTT=，已知sTµ501=，N1=100000，N2=15000，则sNNTTµ5.710000015000501212=×==9.要用电子计数器测量一个kHz1x=f的信号频率，采用测频（选闸门时间为1s）和测周（选时标0.1ms）两种方法，试比较两种方法由1±误差所引起的测量误差。解：测量频率时，计数器显示的计数值N=1000，则测量误差为%1.0%10010001±=×±。测量周期时，计数器显示的计数值N=10，则测量误差为%10%100101±=×±主讲教师：王震宇•中共党员，副教授。•1991年毕业于哈尔工业大学，即从事高等教育工作至今，一直工作在教学科研第一线。•1998年由原国家教委公派以访问学者身份赴匈牙利布达佩斯工业大学学习进修一年。•发表论文多篇，主编教材三部，曾获省科技进步三等奖，参与多项国家自然科学基金项目。•2003年以人才引进方式进入原湛江海洋大学（现广东海洋大学）至今。•电话：[phone]•ＱＱ：317333535•电邮：[e-mail]（MSN）•微信公众号：wangzhenyu_1000第六章思考与练习1.测量电阻、电感、电容的方法有哪些？它们各有哪些特点？答：测量电阻、电感、电容的方法分为电压表-电流表法、谐振法、电桥法和三种。电压表-电流表法，即伏安法，是根据欧姆定律来确定被测量的值。测量精确度较差，比较适合直流电阻的测量。谐振法又称Q表法，它是以LC谐振回路的谐振特性为基础而进行测量的方法。从理论上讲，谐振法的测量精度不如交流电桥法。但在高频范围内，由于分布参数的影响，用交流电桥法来测量已不能获得较准确的结果，而谐振法的测量过程比较符合高频集中参数元件的实际工作情况，反而容易获得较为可靠的测量结果。所以，谐振法比电桥法具