《电子测量与仪器》习题答案

《电子测量与仪器》习题参考答案

习题1

一、填空题

1．比较法；数值；单位；误差。

2．电子技术；电子技术理论；电子测量仪器。 3．频率；电压；时间。

4．直接测量；间接测量；时域测量；频域测量；数据域测量。 5．统一性；准确性；法制性。

6．国家计量基准；国家副计量基准；工作计量基准。 7．考核量值的一致性。

8．随机误差；系统误差；粗大误差。 9．有界性；对称性。 10．绝对值；符号。 11．准确度；精密度。 12．2Hz ；0.02%。 13．2/3；1/3～2/3。 14．分组平均法。

15．物理量变换；信号处理与传输；测量结果的显示。 16．保障操作者人身安全；保证电子测量仪器正常工作。 二、选择题

1．A 2．C 3．D 4．B 5．B 6．D 7．A 8．B 9．B 10．D 三、简答题

1．答：测量是用被测未知量和同类已知的标准单位量比较，这时认为被测量的真实数值是存在的，测量误差是由测量仪器和测量方法等引起的。计量是用法定标准的已知量与同类的未知量（如受检仪器）比较，这时标准量是准确的、法定的，而认为测量误差是由受检仪器引起的。

由于测量发展的客观需要才出现了计量，测量数据的准确可靠，需要计量予以保证，计量是测量的基础和依据，没有计量，也谈不上测量。测量又是计量联系实际应用的重要途径，可以说没有测量，计量也将失去价值。计量和测量相互配合，才能在国民经济中发挥重要作用。

2．答：量值的传递的准则是：高一级计量器具检定低一级计量器具的精确度，同级计量器具的精确度只能通过比对来鉴别。

3．答：测量误差是由于电子测量仪器及测量辅助设备、测量方法、外界环境、操作技术水平等多种因素共同作用的结果。

产生测量误差的主要原因有：仪器误差、影响误差、理论误差和方法误差、人身误差、测量对象变化误差。按照误差的性质和特点，可将测量误差分为随机误差、系统误差、粗大误差三大类。误差的常用表示方法有绝对误差和相对误差两种。 四、综合题

1．解：绝对误差 ΔX 1＝X 1－A 1＝9－10＝－1V ΔX 2＝X 2－A 2＝101－100＝1V

相对误差 1111

1%100100%A X A γ-=-?=?= 2

22

1

1%100

100%A X A γ=?=?=

2．解：ΔI m1＝

1m γ× X m1

＝±

0.5％×400＝±2mA ，示值范围为100±2mA ；

ΔI m2＝2m γ× X m2 ＝±1.5％×100＝±1.5mA ，示值范围为100±1.5mA 。

111

22222%

100

1.5

1.5%100

m X m X X X X X γγ?===?=

==

选用量程为0～100mA 、1.5级的电流表更合适。

3．解：对于图1-9（a ）

绝对值：V 2R R R R x x x +-=?，相对误差：%100V

?+-=?=

R R R R R x x

x x γ 对于图1-9（b ）

绝对值：I R R x =?，相对误差：%100I

?=?=x

x x R R R R γ 4．解：45.8 86.4 500 3.80×104 3.12×10-3 3.18 43.5 4.00 5．解：① 准确度低，精密度高（系统误差大，随机误差小） ② 准确度高，精密度低（系统误差小，随机误差大） ③ 准确度高，精密度高（系统误差小，随机误差小）

习题2

一、填空题

1．正弦信号发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器。 2．主振级；调制级；内调制振荡器；输出级；监视器。 3．RC 文氏电桥振荡；稳幅；负。

4．外界条件；电路及元件内部的噪声；元件老化等产生的寄生相移。 5．频率合成器。 6．鉴相器（PD ）；环路低通滤波器（LPF ）；电压控制振荡器（VCO ）。

7．先产生正弦波再得到方波和三角波；用施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波；先产生三角波再转换为方波和正弦波。 二、选择题

1．B 2．A 3．C 4．A 5．C 6．D 。 三、简答题

1．答：高频信号发生器主要由主振级、调制级、内调制振荡器、输出级、监视器和电源等六部分组成。各部分的功能是：（1）主振级。其作用是产生高频等幅载波信号，也叫高频振荡器。（2）调制级。将主振级产生的高频等幅载波信号与调制信号发生器产生的音频调制信号（400Hz 或1KHz ）同时送到调制级后，从调制级输出的就是载有音频信号的已调波了。（3）内调制振荡器。其作用是产生内调制信号的，也叫内调制振荡器，一般的高频信号发生器产生的内调制信号有400Hz 和1kHz 两种。（4）输出级。其作用主要是对已调信号进行放大和滤波，然后在此基础上通过衰减器对输出电平进行较大范围的调节和输出阻抗的变换，以适应各种不同的需要。（5）监视器。监视器主要用来测量输出信号的载波的电平和调幅系数，显示输出信号的频率、幅度、波形等，对输出信号进行监视。（6）电源。电源供给各部分所需的直流电压。

2．答：正弦波形通常是令三角波经非线性成形网络，用分段折线逼近的方法来产生。电路图2-17所示为一种实际的正弦波形成电路。其功能是将三角波整形为近似的正弦波输出。电路中使用了6对二极管。+2V 、-2V 直流电源和电阻R 1~R 6及R 1’~R 6’为二极管提供适当的偏压，以控制三角波逼近正弦波时转折点的位置。随着输入三角波信号电压升高或降低的变化，6对二极管依次导通或截止，并把电阻R 8~R 12依次接入电路或从电路中断开。多导通一个二极管将多增加一条电阻并联支路，因而输出电压斜率会降低，形成一段折线。相反，若多截止一个二极管将多减少一条电阻并联支路，因而输出电压斜率会升高，同样也将形成一段折线。总之，电路中每个二极管可产生一个转折点。在正半周时，一对二极管可获得三段折线；

在负半周时也产生三段折线。这样使用1对二极管就可获得6段折线。以后每增加一对二极管，正负半周可各增加二段。因此整个电路可产生26段折线。由这种正弦波形成网络所获得的正弦波信号失真小。用5对二极管时失真度可小于1%，用6对时可小于0.25%。

3．答：频率合成的方法一般有两种：直接合成法与间接合成法。直接合成法的优点是频率的稳定度高，频率转换速度快，频谱纯度高，频率间隔小，可以做到0.1Hz以下。缺点是它需要大量的混频器、滤波器、分频器及倍频器等，电路单元多，设备复杂，体积大而显得笨重，造价贵。间接合成法也称为锁相合成法，它通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除（即完成频率的合成）。锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量滤波器、混频器及分频器等，有利于简化结构，降低成本，易于集成。

4．答：锁相环路是间接合成法的基本电路，它是完成两个电信号相位同步的自动控制系统。基本锁相环由鉴相器（PD）、环路低通滤波器（LPF）和电压控制振荡器（VCO）等三部分组成。其工作原理是：将输出信号U o中的一部分反馈回来与输入信号U i共同加到鉴相器PD上进行相位比较，其输出端的误差电压UФ同两个信号的瞬时相位差成比例。误差电压UФ经环路低通滤波器LPF滤掉其中的噪音以后，用来控制压控振荡器VCO，使其振荡频率向其输入频率靠拢，直至锁定。此时，两信号的相位差保持某一恒定值，因而，鉴相器的输出电压也为一直流电压，振荡器就在此频率上稳定下来。也就是说，锁相环路的最终输出信号频率就是其输入信号频率，因而可以把锁相环看成是一个以输入频率为中心的窄带滤波器。

5．答：脉冲信号发生器主要由主振级、延迟级、形成级、整形级和输出级等五个部分组成。各部分的原理如下：（1）主振级。主振级的作用是形成一个频率稳定度高、调节性能良好的周期信号，作为下一级电路的触发信号。主振级一般由多谐振荡器组成，其特点是电路简单，频率连续可调，既可工作在内触发状态，也可工作在外触发状态。当“内触发”时，主振级是一个多谐振荡器；当“外触发”时，主振级就相当于一个单稳态电路了。（2）延迟级。脉冲信号发生器除了具有主脉冲输出外，一般还要求有“同步”外部设备或仪器的同步脉冲输出。而主脉冲和同步脉冲之间需要有一定的延迟。延迟级就是为了完成这种延迟作用而设置的。（3）形成级。脉冲形成级的作用是形成脉冲宽度稳定性好，具有良好宽度调节性能的矩形脉冲波。其宽度一般为2.5ns~1s。脉冲形成级的电路一般采用单稳态触发器和脉冲加、减电路。（4）整形级。为了使输出的脉冲波更趋近矩形，通常要求脉冲波形的前、后沿要陡峭，而整形级能充分改善矩形脉冲的形状并具有电流放大作用。脉冲整形级主要由电流开关电路组成。而延迟级、形成级、整形级又构成脉冲形成级。（5）输出级。输出级的作用是对输出脉冲信号进行幅度放大，并通过衰减器输出各种幅度的脉冲波形。通常包括有脉冲放大器、倒相器等，输出信号的幅度、极性等在输出级进行调节。

四、综合题

1．解：根据U实＝U示/衰减倍数。（1）当“输出衰减”旋钮置于40dB时，衰减倍数为100倍，所以当U示＝1V时，U实＝U示/衰减倍数＝1V/100＝10 mV。同理，当U示＝3V、5V时，U实＝30mV、50mV。

（2）当U示＝5V，若“输出衰减”旋钮置于20dB时，衰减倍数为10倍，所以U实＝U示/衰减倍数＝5V/10＝500 mV。同理，若“输出衰减”旋钮置于40dB、60dB时，衰减倍数为100倍、1000倍，U实＝50mV、5mV。

2．解：调节步骤如下：第1步，弹出输出波形转换开关S，使仪器输出为正弦信号。

第2步，将波段选择开关置于Ⅳ波段，此时kHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于“5”、“0”和“0”刻度；此时数码显示出5.00，即5.00kHz。输出频率即为5kHz。

第3步，调节输出细调旋钮使电压读数为“1”；再调节输出衰减旋钮，使其置于“40”，即衰减40dB，由表2-1可知，衰减了100倍（即为原值的0.01）；输出有效电压则为1V×0.01＝10mV。

习题3

一、填空题

1．电子枪；偏转系统。

2．电场；磁场。

3．阴极；第一栅极；第二栅极。

4．动能；光能；热能。

5．垂直系统；水平系统。

6．取样；高频；中频或低频；10MHz。

7．1/10。

8．实时采样；顺序采样。

9．2；3。 10．×10；÷5。 二、选择题

1．C 2．A 3．B 4．B 5．A 6．B 7．C 8．A 三、简答题

1．答：在电子枪中，电子运动经过聚焦形成电子束，电子束通过垂直和水平偏转板打到荧光屏上产生亮点，亮点在荧光屏的垂直或水平方向上偏转的距离，正比于加在垂直或水平偏转板上的电压，即亮点在屏幕上的移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号的波形。示波器显示图形或波形的原理是基于电子与电场之间的相互作用原理进行的。

2．答：探头的作用主要有两个，即提高示波器的输入阻抗，降低分布电容对波形的影响。

3．答：双踪示波器中电子开关在每一次扫描结束时转换。若第一扫描周期显示A 波形，则第二扫描周期显示B 波形，第三次显示A 波形……，这种方式称为交替工作方式，它适用于被显示波形频率较高的情况。如此交替地断续扫出A ，B 波形的方式称为断续工作方式，它适用于被显示波形频率较低的情况。

4．答：⑴垂直移位、水平移位旋钮。 ⑵聚集、辅助聚集、亮度旋钮。 ⑶Y 轴偏转因数选择（V/div ）。 ⑷扫描速度微调旋钮或同步调节。 四、综合题

1．答：示波器上显示的波形如题图3-1所示。 2．答：示波器上显示的波形如题图3-2所示。

u

u

题图3-2

3．答：（1）一个周期水平距离为8div÷2＝4div ，扫描速度为0.20ms/div ， 则，一个周期时间为T ＝0.20ms/div×4div ＝0.8ms

则，信号频率z T f KH 25.1m s

8.01

1===

（2）相位差＝1.5div÷4div×2π＝0.75π 4．答：① V P-P ＝1V/div×5div ＝5V ② 5V×10＝50V

5．答：f ＝10MHz ，则有T ＝0.1u s ，显示两个周期，则有2T ＝0.2u s ；

屏幕宽10cm ，故扫描速度为10cm/0.2u s ＝5cm/u s ，扫描因数为0.2u s/10cm ＝0.02u s/cm ＝20ns/cm

习题4

一、填空题

1．电流；电压。

2．直接测量法；间接测量法。

3．为消除温度变化所引起的零点飘移。 4．2M 。

5．S ＝1/I fs ；越小。

6．检波－放大式；外差式。 7．-23dB 。 8．14.14；10。

9．放大器带宽；内部噪声。

10．21

4；10u V 。

二、选择题

1．A 2．C 3．D 4．B 5．C 6．D 7．B 8．A 三、简答题

1．答：一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值三个基本参数和与之相关的波形因数、波峰因数两个派生参数来表征。

对于理想的交流电压，U P ＝U m ，2

p U U π＝

，U U

对于理想的正弦交流电压，有

/ 1.11f K U U ===

1.41p p

p U K U ===

2．答：

U x

u x I x R x

3．答：仪表中有两个线圈，一个是固定的，另一个是活动的，两个线圈串联相接。其中一个线圈通入负载电流，称为电流线圈；另一个线圈通入与负载电压有关的电流，称为电压线圈。因而仪表指针偏转量与通过电流线圈和电压线圈的电流之积成正比关系。

4．答：显示位数，显示位数是指能显示0～9十个完整数码的位数；分辨率，分辨率是指数字万用表能够显示输入电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的最小电压变化值；输入阻抗；抗干扰能力；测量速率是在单位时间内以规定的准确度完成的测量次数，或一次完整测量所需的时间。

5．答：在同一个测量周期内，首先对被测直流电压U x 在限定时间（T 1）内进行定时积分，然后切换积分器的输入电压为基准电压﹙-U x ＜0时，U r ＞0；-U x ＞0时，U r ＜0），再对U r 进行定值反向积分，直到积分器输出电压等于零为止。合理选择电路参数可把被测电压U x 变换成反向积分的时间间隔，再利用脉冲计数法对此时间间隔进行数字编码，从而得出被测电压数值。整个过程是两次积分，将被测电压模拟量U x 变成与之正比的计数脉冲个数，从而完成A/D 转换。

6．答：逐次逼近比较式A/D 转换器的工作原理非常类似于天平称质量过程。天平在称物质的质量时使用一系列的砝码，根据称量过程中天平的平衡情况，逐次增加或减少砝码，使天平最终趋于平衡。逐次逼近比较式A/D 转换器，在转换过程中用被测电压去与基准电压按指令进行比较，依次按二进制递减规律减小，从数字码的最高位开始，逐次比较到最低位，使U o 逐次逼近U x 。

四、综合题

1．解：R v 1＝20KΩ/V×5V ＝100KΩ

125

100%20%10025

γ=-?≈-+

R v 2＝20KΩ/V×10V ＝200KΩ

225

100%11.1%20025

γ=-?≈-+

2．解：对于正弦波 10(V)x U =

对于方波

0.99(V)a U U ≈=

9(V)x f U K U ==

对于三角波

0.99(V)a U U ≈=

910.35(V)x f U K U ===

3．解：对于正弦波

7.05(V)p a U =

5(V)x U =

5 4.5(V)1.11x f U U K ===

对于方波

7.05(V)p a U =

1

7.05(V)x p p

U U K == 7.05

7.05(V)1

x f U U K =

== 对于三角波

7.05(V)p a U =

114.1 4.1(V)x p p U U K =

=≈

3.55(V)x f U U K =

= 4．解：（1）显示为9999的是四位数字万用表，显示为19999的是1

42

位数字万用表。

（2）分辨率为200mV ／20000＝0.01mV ＝10μV

5．解：误差的表示形式有：)%%(m x U b U a U +±=?；)%(个字n U a U x +±=?。 这里a ＝0.008，b ＝0.001。已知U m ＝10V ，可以演变为以下形式：

个字）

（ （ 2ppm 80V)0001.01080)V 1000001.000008.0()

%001.0%008.0(6+±=+?±=?+±=+±=?-x x x m x U U U U U U

因为2

1

5位DVM 在10V 量程的最大显示值为1.99999V ，末位跳1个字是50μV ，正好是其满度误差值

0.0001V/2，所以可以用2个字来表示。

6．一逐次逼近比较式A/D 转换器采用12位二进制，其内部的A/D 转换最高位为2048mV ，最低位输

出为1mV，设输入电压为1893mV。其转换结果为多少？试说明其逐次逼近比较的过程。

（1）2048＞1893，故b11＝0，余数为1893；

（2）1024＜1893，故b10＝1，余数为1893－1024＝869；

（3）512＜869，故b9＝1，余数为869－512＝357；

（4）256＜357，故b8＝1，余数为357－256＝101；

（5）128＞101，故b7＝0，余数为101；

（6）64＜101，故b6＝1，余数为101－64＝37；

（7）32＜37，故b5＝1，余数为37－32＝5；

（8）16＞5，故b4＝0，余数为5；

（9）8＞5，故b3＝0，余数为5；

（10）4＜5，故b2＝1，余数为5－4＝1；

（11）2＞1，故b1＝0，余数为1；

（12）1＝1，故b0＝1，余数为1－1＝0。

比较完成，比较结果为0111 0110 0101。

习题5

一、填空题

1．电阻；消耗；电抗；存储。

2．无穷大；无穷小。

3．电压模值；Q。

4．振荡电路；谐振电路。

5．串联形式；并联形式。

6．清除存在于测量电缆或测量夹具上的杂散电抗；开路清零；短路清零。

7．反比；越慢；越高。

8．8次/秒；测试速度。

9．基极阶梯波信号发生器；集电极扫描电压发生器。

10．电阻测量法；电压测量法；信号注入法。

二、选择题

1．B 2．B 3．D 4．A 5．B 6．C

三、简答题

1．答：（1）R B-E ＝低，R B-C ＝低，该管为NPN型，故R C-E＝低；而题目条件为R C-E ＝高，故不能正常工作。

（2）R B-E ＝高，R C-E ＝高，该管为PNP型，则R C-B ＝低，R B-C ＝高，这与题目条件相反，故，管子不能正常工作。

2．答：有：①电桥法。

优点：精度高，使用不同电桥可以得到的频率范围宽，价格低

缺点：需要手动平衡，单台仪器的频率覆盖范围较窄。

②谐振法。

优点：可测很高的Q值。

缺点：需要调谐到谐振，阻抗测量精度低。

③电压电流法。

优点：可测量接地器件，适用于探头类测试需要。

缺点：工作频率范围受使用探头的变压器的限制。

3．答：晶体管特性图示仪由基极阶梯信号发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换与控制电路、显示处理电路和显示器组成。各部分功能为：

①基极阶梯波信号发生器：用以提供必需的基极电流。

②集电极扫描电压发生器：用以提供从零开始的、可变的集电极电源电压。

③测试转换和控制电路：用以转换和控制不同的测试接法和不同类型的半导体器件的特性曲线和参数。

④显示电路：用以显示被测器件的特性曲线，其作用和原理与示波器相当。 四、综合题

1．答：C 为b 极，B 为e 极，A 为c 极，为PNP 管。

2．答：Ω=?=

=?=52510050

N 12N 21R R R R R R R R x x