電子測量與儀器習題答案

1、電子測量與儀器習題答案（一）習題1答案1.解：x=x-A=100V-95V=5VC=-x=-5VA=x+C=100V-10V=90Vx=-C=10V2.解：x=x-A=40mA-38mA=2mA3.解：xm1=m1xm1xm2=m2xm2=±1.0%×20V=±0.20V>xm1選用第一塊表。4.解：x=x-AC=-x被校表的準確度等級應定為5.0級。5.解：Um本次測量報告值為8V，測量記錄值為7.5V。6.解：54.7954.8，86.372486.4，500.028500，21000=2.1000×1042.10×104，0.003

2、1250.00312，3.1753.18， 43.5243.5， 58350=5.8350×1045.84×1047.解：有效數(shù)字為18.4V，有效數(shù)字+1位安全數(shù)字為18.44V。8.解：相同數(shù)據(jù)有2.100k，2100，2.100×103，0.2100×10k（二）習題2答案1.答：按照輸出信號波形的不同，通用信號發(fā)生器分為正弦信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器和隨機信號發(fā)生器四類。正弦信號發(fā)生器為電路或系統(tǒng)檢修提供低頻、高頻等幅正弦信號或振幅調制波等已調波；函數(shù)信號發(fā)生器為電路或系統(tǒng)檢修提供正弦波、方波、三角波等波形；脈沖信號發(fā)生器為分析研

3、究電路或系統(tǒng)的瞬態(tài)特性提供矩形脈沖波或雙脈沖波等波形；隨機信號發(fā)生器為電路提供模擬噪聲信號，為分析研究電路或系統(tǒng)的抗噪聲性能等提供模擬噪聲。2.答：低頻信號發(fā)生器一般有50、150、600、5k等各種不同輸出阻抗，而高頻信號發(fā)生器一般只有50或75一種輸出阻抗。使用時，如果阻抗不匹配，會使波形失真變大、功率傳輸效率變小。為了避免阻抗不匹配產(chǎn)生的不良影響，應借助阻抗變換器等使之匹配連接。3.答：信號發(fā)生器作為主動測試儀器其構成應該包括振蕩器，而LC振蕩器、RC振蕩器等特性決定了振蕩器的頻率范圍或頻率穩(wěn)定性都比較差。由于頻率合成器具有自動實現(xiàn)頻率跟蹤的鎖相環(huán)而使之具有很高的頻率穩(wěn)定度和極純的頻譜。

4、6.答：函數(shù)信號發(fā)生器一般能夠輸出正弦波、三角波、方波等三種基本波形。7.答：函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的方法有三種：一種是先產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波形；第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波；第三種是先產(chǎn)生三角波再變換為方波和正弦波。函數(shù)信號發(fā)生器的構成方式則相應地有上述三種形式。8.答：（1）函數(shù)信號發(fā)生器的頻率范圍比低頻信號發(fā)生器或高頻信號發(fā)生器的寬，頻率范圍約為幾毫赫至幾十兆赫。（2）函數(shù)信號發(fā)生器能夠提供正弦波、三角波、方波等多種波形，而正弦信號發(fā)生器只能提供正弦波或已調波。（3）脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的振蕩器是由施密特觸發(fā)器、密勒積分器、電壓比較器等部分組成的組合振蕩器，缺

5、一不可；而正弦信號發(fā)生器的振蕩器是單一的正弦波振蕩器，是獨立的振蕩器。（三）習題3答案1.答：模擬式交流電壓表按照檢波器類型的不同分為均值電壓表、峰值電壓表和有效值電壓表，分別屬于放大檢波式、檢波放大式和放大檢波式。均值電壓表頻帶窄、測量靈敏度較低，為低頻或視頻毫伏表。峰值電壓表頻帶寬、靈敏度較高，為高頻或超高頻毫伏表。有效值電壓表種類較多，一般情況下，它的頻帶較窄、靈敏度較低，為低頻毫伏表。2.解：UP+=6VUP-=-2VUP-P=8VU=3.5V。3.解：（1）如果用峰值表測量，測量正弦波、三角波和方波時的讀數(shù)值都為（2）如果用均值表測量，測量正弦波時，測量非正弦波時，測量三角波時，測量

6、方波時，（3）如果用有效值電壓表測量，U=U=測量正弦波時，U=U=測量三角波時，U=U=測量方波時，U=U=答：（略）4.解：（1）如果峰值電壓表測量，測量正弦波時：U=U=20V測量三角波時：測量方波時：KF方=KP方=1=U方=（2）如果用均值電壓表測量，測量正弦波時：U=U=20V測量三角波時：測量方波時：KF方=KP方=1=U方=答：（略）5.解：因為DVM位數(shù)為，且量程為10V，所以電壓表末尾1個單位為0.001V。讀數(shù)誤差為：±0.025%Ux滿度誤差為：±0.01%Um滿度誤差相當于：答：（略）6.解：Ux=答：（略）7.答：最大顯示數(shù)字分別為9999，19

7、999，3199和1999的數(shù)字電壓表的位數(shù)分別是4位，位，位（或統(tǒng)稱位）和位。當小數(shù)點位置在第一位后時，第1、2位的利用率低，并且分辨力要比小數(shù)點在第1位前的低，所以小數(shù)點應在第1位前，故第二塊表在0.2V量程上的分辨力是0.00001V。8.答：雙積分式A/D變換器的工作過程分為定時準備、定時取樣和不定時比較三個過程，其中取樣是利用輸入電壓（有效輸入為直流電壓）對積分電容定時充電（正向積分），而比較是利用與輸入電壓極性相反的基準電壓對積分電容不定時放電（反向積分）。雙積分式A/D變換器是將兩個電壓（輸入電壓和基準電壓）的比較變換為取樣時間（定時）和比較時間（不定時）的比較，而比較時間的大小

8、與輸入直流電壓的大小成正比，所以雙積分式A/D變換器屬于V-T型積分式A/D變換器。其依據(jù)的關系是取樣時，輸入電壓對積分電容凈充上的電荷與比較時基準電壓對積分電容放去的電荷相等。雙積分式A/D變換器顯著的優(yōu)點是抗干擾能力強，最大的缺點是變換速度慢。經(jīng)對工作過程的分析發(fā)現(xiàn)如果取樣時間為干擾信號周期的整數(shù)倍，取樣結束時，干擾信號（如工頻干擾）對積分電容凈充上的電荷為零，這對比較時電容放電時間的大小是不產(chǎn)生影響的，即抗干擾。經(jīng)上述分析得知，為了提高雙積分式A/D變換器的抗干擾能力，A/D變換器的取樣時間至少要取干擾信號的1個周期，并且為了提高A/D變換器的分辨力也應使取樣時間延長，這樣勢必使雙積分式

9、A/D變換器的變換速度變慢。9.答：三次積分式A/D變換器是在雙積分式A/D變換器的基礎上，將雙積分式A/D變換器的第二次積分分成粗積分、精積分兩次進行的積分式A/D變換器。三次積分式A/D變換器的特點是變換速度快、分辨力高、變換誤差小。這是因為同樣分辨力的情況下，三次積分式A/D變換器所需的位數(shù)較少，而且精積分時的基準電壓較小，而使積分器輸出以很慢的速度越過零點，故可以提高變換精度，減小變換誤差。三次積分式A/D變換器的工作過程分為準備、取樣、粗積分和精積分四個階段。其中取樣是在固定時間內利用輸入電壓對積分電容進行充電，粗積分是利用基準電壓對積分電容放電，精積分利用較小的基準電壓對積分電容進

10、行放電。粗積分、精積分的工作時間取決于取樣時對積分電容凈充上電荷的多少，與輸入電壓大小成正比。10.答：逐次比較式A/D變換器按照“大者棄、小者留”的原則，經(jīng)D/A變換器把已有的和當前假設的A/D輸出變換成可變的基準電壓，將被測電壓和可變基準電壓逐次進行比較，當基準電壓不大于被測電壓時，保留“1”作為當前A/D位輸出，即“小者留”。否則，舍棄“1”改為“0”作為當前A/D位的數(shù)據(jù)，即“大者棄”。上述過程是從高位到低位逐次進行逼近的，直至得出被測量或到A/D變換器末位為止。逐次比較式A/D變換器的優(yōu)點是變換速度快、精度高。這是因為跳步電壓是按照2-nUR遞減設置的，沒有雙積分式A/D變換器中電壓

11、的積分過程，且只要二進制數(shù)碼位數(shù)足夠多，其精度亦很高。逐次比較式A/D變換器的缺點是抗干擾能力差。這是因為電壓比較器的輸入是被測電壓瞬時值，所以外界任何干擾電壓的串入都可以影響測量結果。（四）習題4答案1.答：示波器得到穩(wěn)定波形的條件即示波器同步條件是掃描電壓周期等于被測信號周期的整數(shù)倍（隱含被測信號是周期性信號）。示波器波形顯示原理是：（1）因為示波管（示波器）具有線性偏轉特性，所以當Y偏轉板上加上被測信號，而X偏轉板上加上與時間成正比的鋸齒波時，就可以使每一次掃描出的波形是與實際波形一致的被測信號波形。（2）當示波器采用電平觸發(fā)（即觸發(fā)掃描）且滿足同步條件時，每一次掃描得到的波形就一致，保

12、證每一次掃描得到的波形能夠在屏幕上重合，從而為得到穩(wěn)定波形提供必要的條件。（3）當保證同一點熒光物質熄滅間隔時間不超過視覺暫留時間時，就能使上述波形不產(chǎn)生閃爍，保證在屏幕上得到一個便于觀察的穩(wěn)定波形。2.答：示波器線性掃描方式主要包括觸發(fā)掃描、連續(xù)掃描以及自動掃描、單次掃描等方式。觸發(fā)掃描是在觸發(fā)源（一般選擇內觸發(fā)源被測信號）電平達到觸發(fā)電平時，在由觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的作用下，由掃描環(huán)產(chǎn)生掃描電壓，由于該方式最容易得到同步條件而優(yōu)先采用，該方式在無觸發(fā)源的情況下，為避免熒光物質被燒壞而黑屏。連續(xù)掃描是通過改變時基閘門電路直流輸入電平的大小而在自激狀態(tài)下產(chǎn)生的掃描，該方式不管是否有被測信號都

13、保證在屏幕上得到波形或時基線。自動掃描是在自動電路（單穩(wěn)態(tài)電路）作用下，實現(xiàn)觸發(fā)掃描和連續(xù)掃描的自動轉換，一般情況下，操作者通常采用自動掃描方式。單次掃描一般用來去觀察非周期性信號，它是在每一次人工操作下完成一次掃描的方式。3.答：內觸發(fā)信號不可以從延遲線后引出。這是因為：（1）脈沖等上升時間短的信號比較適合采用觸發(fā)掃描方式。對于占空比小的脈沖等信號來說，如果采用連續(xù)掃描方式，顯示出的脈寬部分太窄（甚至顯示出的線條也比應該顯示出的脈寬寬度還寬），而看不到脈寬細節(jié)，或者顯示出由很亮的時基線與較暗淡的脈寬組合而成的波形，只有采用觸發(fā)掃描才不致于出現(xiàn)上述情況。（2）采用觸發(fā)掃描時，只有當觸發(fā)源（一般

14、采用內觸發(fā)）電平達到觸發(fā)電平時，才能產(chǎn)生掃描電壓而顯示出產(chǎn)生掃描電壓之后的被測信號部分波形，而脈沖等由低電平達到觸發(fā)電平必須要經(jīng)歷一定的時間，這樣勢必使掃描電壓比被測信號滯后而得不到完整的被測信號波形。因此要采用延遲線對被測信號延遲后加到示波管Y偏轉板上，使被測電壓滯后而看到完整的被測信號波形。對正弦波等上升時間較長的波形來說，由于該延遲時間較短而體現(xiàn)不出上述作用來，所以簡易示波器一般不加延遲線。（3）當從延遲線后引出內觸發(fā)信號時，不能使被測信號比掃描電壓滯后，得到的波形仍然不完整。所以內觸發(fā)信號不能從延遲線后引出。4.答：雙蹤顯示方式包括斷續(xù)顯示、交替顯示兩種方式。斷續(xù)顯示和交替顯示分別適合

15、測試高頻和低頻信號。交替顯示是指在每一個掃描周期內只掃描顯示其中的一個信號，間隔一個周期掃描一次。被測信號頻率越低，掃描電壓周期越長，即掃描同一個信號的間隔時間越長，當該時間超過視覺暫留時間時，顯示出的波形就會閃爍。反之，信號頻率較越高時，則不會使顯示波形產(chǎn)生閃爍。所以交替方式只適合觀測高頻信號。斷續(xù)顯示是指利用斷續(xù)器（頻率恒定）將每個掃描周期分割成很多的時間段，每個時間段顯示一個波形的一段，間隔一個時間段顯示同一個波形的另外一段。要顯示信號頻率越高，掃描周期越短，即掃描速度越快，因為時間段是不變的，這樣顯示出的波形線段越長，波形顯示的斷續(xù)感增強，不利于觀測。反之，信號頻率越低，掃速越慢，波形

16、顯示的連續(xù)感越好，便于觀察。所以斷續(xù)方式適合顯示低頻信號。5.答：將標準的方波通過探極加到示波器上，調整示波器有關開關旋鈕，當顯示出的波形是不失真的方波時，就表明探極補償電容補償正確，否則，說明探極補償電容補償不正確（欠補償或過補償）。當發(fā)現(xiàn)補償電容不合適時，利用小螺刀左右調整補償電容，直至補償正確為止。6.答：（a）有可能是因為選擇了“GND”輸入耦合方式而使信號沒有加到示波器內部所致，此時選擇“DC”或“AC”耦合方式即可。另一原因可能是因為輸入的信號很小，而所選的偏轉因數(shù)又太大（對輸入信號衰減過大），此時調小偏轉因數(shù)即可。（b）此種情況，雖然把被測信號加到了示波器上，但因為選擇了“X-Y

17、”方式而沒有掃描電壓，所以只顯示一條豎線。此時，改變“X-Y”方式為掃描方式即可。（c）原因是因為所選偏轉因數(shù)太小，調大偏轉因數(shù)即可。（d）原因是掃描不同步，選擇觸發(fā)掃描（或自動掃描）調節(jié)觸發(fā)電平即可。（e）原因是掃速太慢而使顯示出的信號周期個數(shù)太多所致，此時調快掃速（調小時基因數(shù)）即可。7.解：（1）HP-P=（a）（b）得到的波形如圖4-1（a）所示。（2）HP-P=得到的波形如圖4-1（b）所示。8.解：據(jù)題意知，Ts =4Ty=4×1/fy=4/2kHz=2msTx=Ts+Tbfx=400Hz答：（略）圖4-3 9.解：據(jù)題意知，掃描電壓周期是被測信號周期的2.5倍，所以每次

18、掃描得到2.5個周期的被測信號波形。但因為不滿足掃描同步條件，所以示波器上得到的波形應不穩(wěn)定，如圖4-2所示。10.解：據(jù)題意知，掃描正程、掃描逆程分別可以得到3個周期和1個周期的被測信號波形。但因為滿足掃描同步條件，所以可以得到穩(wěn)定的波形，如圖4-3所示，其中虛線為回掃線。11.解：由題意知，S=1mV/div，Hp-p=7.07div，探極衰減比K=10：1，所以Up-p=7.07div×1mV/div=7.07mV探極輸出電壓：U=正弦波電壓：U=10×2.5mV=25mV答：（略）12.解：由題意知，S=10mV/div，Dx=1ms/div，探極衰減比K=10：1

19、，所以圖4-4 （a）（b）LT= (1)Hp-p=得到如圖4-4（a）所示的波形。（2）HP-P=得到如圖4-4（b）所示的波形，圖中方格線間距2div。13.解：Tmin=10divfmax=20MHz答：（略）14.解：Tmax=10div/2×5ms/div=25msfmin答：（略）15.答：（a）如圖所示表明顯示波形不穩(wěn)定，又因為只有X通道有故障，可能是觸發(fā)電路的觸發(fā)電平不穩(wěn)定的原因。（b）如圖所示表明沒有對回掃線進行消隱，可能是原因Z通道沒有與X通道正確相連而不能在回程期間消隱。16.答：（a）（f）圖的觸發(fā)情況分別是零電平負極性觸發(fā)、正電平負極性觸發(fā)、負電平負極性觸發(fā)

20、、負電平正極性觸發(fā)、正電平正極性觸發(fā)和零電平正極性觸發(fā)。17.解：答：（略）18.解：據(jù)題意知，Dx=1ms/ div，S=0.5V/ div，H=8div，正弦波一個周期的寬度L=8div，探極衰減比K=101。正弦波周期：T=DxL/K=1ms/div×8div =8ms正弦波頻率：f=1/T=125Hz正弦波峰-峰值：Up-p=SH=0.5V/div×8div =4V正弦波電壓：U=答：（略）19.解：據(jù)題意知，try=9ns，而示波器上升時間應滿足：trtry/3，即tr9ns/3=3ns，BW0.35/3ns120MHz答：（略）20.答：數(shù)字存儲示波器利用A/D

21、變換器將輸入的模擬信號變換成數(shù)字信號，然后存儲于數(shù)字存儲器中，需要時再將存儲器中存儲的內容調出，并通過D/A變換器，將數(shù)字信號恢復為模擬信號，最后顯示在示波器熒光屏上。（五）習題5答案1.答：掃頻儀實質上是掃頻信號源與X-Y方式示波器的結合。主要包括掃描信號源、掃頻振蕩器、檢波器、頻標電路和X-Y示波器。掃描信號源除了用來產(chǎn)生掃描電壓外，還用來連續(xù)改變掃頻信號源振蕩頻率，以得到頻率連續(xù)變化的掃頻信號加到被測電路中，被測電路的輸出經(jīng)檢波器檢波得到電路的幅頻特性曲線并通過示波器加以顯示出來。2.答：掃頻儀的掃描電壓可以是正弦半波信號。這是因為只要掃頻信號的頻率變化規(guī)律與示波器水平掃描電壓的變化規(guī)律完全一致，而不管掃描電壓是否均勻，掃描出的幅頻特性曲線是相同的。當掃頻信號u3為正弦波電壓時，由于耦合變壓器電感磁心磁滯等原因，顯