电子测量作业

第一章1.12试设计一个测量方案，测量某放大器的直流输出电阻(阻值估计在30kΩ左右)。解：设计如右图所示，为减少测量误差采用数字电压表测量，且R1、R2都在30KΩ左右，可忽略电压表接入对输出电压的影响，则有：111RUERr＝＋222RUERr＝＋所以：12121221()RRUURURU－r＝－1.13选择测量仪器时，通常要根据被测量的大致大小选择合适的测量量程。例如仍采用题1.l0所示的测量电路，现分别用MF－20晶体管电压表的6V档和30V档测量负载RL上电阻Uo，已知电压表的电压灵敏度为20kΩ／V(由此司算出各档量程电压表输入电阻Rv＝电压灵敏度×量程)，准确度等级为2.5级(准确度等级s表示仪表的满度相对误差不超过s％，即最大绝对误差为Δxm＝±s%·xm。试分别计算两个量程下的绝对误差和相对误差。解：6V档时：Rv1＝120KΩR外1＝30//120＝24KΩ12452.22230xUV＝＝＋24Δx11＝Ux1－A＝2.222－2.5＝－0.278VΔx12＝±2.5%×6＝±0.15V111120.482xxxV＝＋＝110.4282.5xyA＝100%＝100%＝17%30V档时：rERRVK＋－12Rv2＝30×20＝600KΩR外2＝30//600＝28.57KΩ228.5752.24430xUV＝＝＋28.57Δx21＝＝2.244－2.5＝－0.06VΔx22＝±2.5%×30＝±0.75VΔx2＝0.81V20.862.5y＝100%＝32.4%第二章2.10现校准一个量程为100mV，表盘为100等分刻度的毫伏表，测得数据如下：仪表刻度值(mV)0102030405060708090100标准仪表示值(mV)0.09.920.230.439.850.260.470.380.089.7100.0绝对误差(mV)0.00.1-0.2-0.40.2-0.2-0.4-0.30.00.30.0修正值c(mV)0.0-0.10.20.4-0.20.20.40.30.0-0.30.0求：①将各校准点的绝对误差ΔU和修正值c填在表格中；②10mV刻度点上的示值相对误差rx和实际相对误差rA；③确定仪表的准确度等级；④确定仪表的灵敏度。解：②rx＝0.1/10×100%＝1%rA＝0.1/9.9×100%＝1.01%③因为：Δxm＝－0.4mVrm＝－0.4/100＝－0.4%所以：s＝0.5④100/100＝1mV2.14某142位(最大显示数字为19999)数字电压表测电压，该表2V档的工作误差为±0.025％(示值)±1个字，现测得值分别为0.0012V和1.9888V，问两种情况下的绝对误差和示值相对误差各为多少？解：10.02520.001210.110019999xmV＝＝411.00310100%8.36%0.0012xr－＝＝20.02521.988810.610019999xmV＝＝2.27用数字电压表测得一组电压值如下表：nxinxinxi1234520.4220.4320.4020.4320.4267891020.4320.3920.3020.4020.43111213141520.4220.4120.3920.3920.40判断有无坏值，写出测量报告值。解：（1）用公式niixnx1求算术平均值。1511(20.42)15ix＝＋20.43＋……＋20.40＝20.404（2）列出vi和vi2如表2.27－1（3）152211110.0327niiiivv＝＝≈n－1n－1表2.27－1nvivi2nvivi2nvivi2123450.0160.026-0.0040.0260.0160.0002560.0006760.0000160.0006760.0002566789100.026-0.014-0.104-0.0040.0260.0006760.0001960.0108160.0000160.00067611121314150.0160.006-0.014-0.014-0.0140.0002560.0000360.0001960.0001960.0000163σ＝0.098从表2.27中可以看出，剩余残差最大的第8个测量数据，其值为：80.100.10v＝－＝＞3，n8为坏值应剔除。（4）剔除n8后的算术平均值x＇＝20.414（5）重新列出vi和vi2如表2.27－2表2.27－2nvivi2nvivi2nvivi2123450.0060.016-0.0140.0160.0060.0000360.0002560.0001960.0002560.00003667890.016-0.024-0.0140.0160.0002560.0005760.0001960.00025610111213140.006-0.004-0.024-0.024-0.0140.0000360.0000160.0005760.0005760.000196（6）剔除n8后的标准差的估计值＇≈0.01633＇≈0.0489（7）剔除n8后无坏值//14xn＝＝0.0163＝0.004360.01308x3＝因此用数字电压表测得结果为：20.414±0.013第三章3.5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。3.12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。第四章4.1电子示波器有哪些特点？答：电子示波器的基本特点是：①能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。②输入阻抗高，对被测信号影响小。③工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。④在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。4.11延迟线的作用是什么？内触发信号可否在延迟线后引出，去触发时基电路？为什么？答：当示波器工作在内触发状态时，利用垂直通道输入的被测信号去触发水平偏转系统产生扫描电压波，从接受触发到开始扫描需要一小段时间，这样就会出现被测信号到达Y偏转板而扫描信号尚未到达X偏转板的情况，为了正确显示波形，必须将接入Y通道的被测信号进行一定的延迟，以便与水平系统的扫描电压在时间上相匹配。内触发信号不能在延迟线后引出，去触发时基电路。如果在延迟线后引出，水平系统的扫描电压在时间上相对于垂直通道输入的被测信号就没有延迟了。第五章5.5用一台七位计数式频率计测量fx＝5MHz的信号频率，试分别计算当闸门时间为1s、0.1s和10ms时，由于“±1”误差引起的相对误差。解：闸门时间为1s时：6110.2105101xNNfT－6＝＝＝闸门时间为0.1s时：6110.2105100.1xNNfT－5＝＝＝闸门时间为10ms时：63110.2105101010xNNfT－4－＝＝＝5.7用某计数式频率计测频率，已知晶振频率的相对误差为Δfc/fc＝±5×10－8，门控时间T＝1s，求：（1）测量fx＝10MHz时的相对误差；（2）测量fx＝10kHz时的相对误差；并提出减小测量误差的方法。解：（1）87611()(510)1.51010101xcxcxfffffT－＝＋＝＋＝（2）8311()(510)1010101xcxcxfffffT－4＝＋＝＋＝从Δfx/fx的表达式中可知，①提高晶振频率的准确度可减少Δfc/fc的闸门时间误差，②扩大闸门时间T或倍频被测信号可减少±1误差。第六章6.1举例说明测量相位差的重要意义。答：测量输出与输入信号间相位差在图像信号传输与处理、多元信号的相干接收等学科领域，都有重要意义。6.5用示波器测量两同频正弦信号的相位差，示波器上呈现椭圆的长轴A为100m，短轴B为4cm，试计算两信号的相位差。解：410BarctgarctgA＝2＝2φ＝43.6°第七章7.1简述电压测量的意义和特点。答：因为电压是表征电信号的三大基本参数之一，所以电压测量就显得十分重要。电压测量的特点：①频率范围宽；②测量范围宽；③对不同波形电压，测量方法及对测量精度的影响有差异；④被测电路的输出阻抗不同对测量精度有影响；⑤测量精度，测量直流电压精度较高，交流电压精度较低；⑥测量易受外界因素干扰。7.5说明调制式直流放大器的工作过程及其抑制直流漂流的原理。答：调制式直流放大器，是将直流信号斩波使信号变成交流信号，再进行放大，对放大后的信号再进行解调为直流信号。由于是用交流放大，所以直流零漂就被隔断。第八章8.2某直流电桥的四个桥臂电阻分别为R1＝1000Ω，R2＝100Ω，R3＝4lΩ和R4=400Ω。电源为1.5V(不计内阻)，指示器灵敏度为2mm/A，内阻为50Ω。（1）断开指示器，求其两端的戴维南等效电路。（2）计算指示器由电路不平衡引起的偏转。解：根据电桥平衡条件：1324RRRR＝可知，R3有1Ω的不平衡电阻，断开指示器支路，B、D两端的开路电压为：121423OCADABSSRRUUUUURRRR＝－＝－＋＋1000100mV＝1.5－1.5＝7.651000＋400100＋41在B、D两端计算戴维南等效电阻时，1.5V电源必须短路。231401423RRRRRRRRR＝＋＋＋100040010041＝＋＝314.71000＋400100＋41戴维南等效电路如右图。307.651021314.7OCgUARRI＝＝＝＋＋5022142mm＝＝8.7某交流电桥平衡时有下列参数：Z1为R1＝2000Ω与C1＝0.5μF相并联，Z2为R2＝1000Ω与C2＝1μF相串联，Z4为电容C4＝0.5μF，信号源角频率ω＝103rad/s，求阻抗R－＋1.5VPA0Z3的元件值。解：电桥平衡时有：3224111111ZRjjjR＝＋ωCωC＋ωC，展开并整理得：321214111ZRjjRj＝＋＋ωCωCωC363636111100.51010102000100.510jjj－－－＝1000＋＋16110.5100.510jj－3－＝＝ω所以：R3＝0C3＝0.5μF8.8某电桥在ω＝104rad/s时平衡并有下列参数：Z1为电容C1＝0.2μF，Z2为电阻R2＝500Ω，Z4为R4＝300Ω与C4＝0.25μF相并联，求阻抗Z3(按串联考虑)。解：电桥平衡时有：4432144111RjZRjRjωC＝ωC＋ωC展开并整理得：22413442441RRCZRjR＝ωC＋ω＋ωC所以：2266422241432246445003000.2100.25101014411100.2510300RRCRRωC＝＝＝＋ωC＋6224132246445003000.21011100.2510300RRCLHmHR＝＝＝1.9210＝19.2＋ωC＋