電子測量技術基礎習題解答(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 0時： 當 m＝10 n＝1時： 解釋下列術語：頻率合成，相干式頻率合成，非相干式頻率合成。答：頻率合成是把一個(或少數幾個)高穩定度頻率源fs經過加、減、乘、除及其組合運算，以產生在一定頻率范圍內，按一定的頻率間隔(或稱頻率跳步)的一系列離散頻率的信號。相干式頻率合成器：只用一個石英晶體產生基準頻率，然后通過分頻、倍頻等，加入混頻器的頻率之間是相關的。非相干式直接合成器：用多個石英晶體產生基準頻率，產生混頻的兩個基準頻率之間相互獨立。 說明點頻法和掃頻法測量網絡頻率特性的原理和各自特點。答：點頻法測量網絡頻率特性的原理就是“逐點”測量幅頻特性或相頻特性。其特點是：原理簡單，需要的設備也不復雜。但由于要逐點測量，操作繁瑣費時，并且由于頻率離散而不連續，非常容易遺漏掉某些特性突變點，而這常常是我們在測試和分析電路性能時非常關注的問題。另外當我們試圖改變電路的結構或元件參數時，任何改變都必然導致重新逐點測量。掃頻法測量網絡頻率特性的原理就是在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規律自動連續并且周期性重復，利用檢波器將輸出包絡檢出送到示波器上顯示，就得到了被測電路的幅頻特性曲線。其特點是：① 可實現網絡的頻率特性的自動或半自動測量；② 不會出現由于點頻法中的頻率點離散而遺漏掉細節的問題；③ 得到的是被測電路的動態頻率特性，更符合被測電路的應用實際。 掃頻儀中如何產生掃頻信號？如何在示波管熒光屏上獲得網絡的幅頻特性？答：實現掃頻振蕩的方法很多，常用的有磁調電感法、變容二極管法以及微波波段使用的返波管法、YIG諧振法等。在磁調電感法中LC諧振回路的諧振頻率 f 0為：由電磁學理論可知，帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導磁系數μ0成正比L2＝μ0 L當掃描電流隨時間變化時，使得磁芯的有效導磁系數μ0也隨著改變，掃描電流的變化就導致了L2及諧振頻率f0的變化，實現了“掃頻”。在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規律自動連續并且周期性重復，利用檢波器將輸出包絡檢出送到示波器上顯示，在示波管熒光屏上就得到了被測電路的幅頻特性曲線。 對于矩形脈沖信號，說明下列參數的含義：脈沖幅度、脈沖寬度、脈沖上升時間和下降時間、脈沖占空系數、脈沖過沖、平頂降落。答：① 脈沖幅度Um：脈沖波從底部到頂部之間的數值。② 脈沖寬度：一般指脈沖前、 Um時相應的時間間隔。③ 脈沖上升時間tr： Um 上升到0. 9Um所經歷的時間。④ 脈沖下降時間tf ： 。⑤ 脈沖的占空系數ε：脈沖寬度τ與脈沖周期T的比值稱為占空系數或空度比。⑥ 脈沖過沖：包括上沖和下沖。上沖指上升邊超過頂值Um以上所呈現的突出部分，下沖是指下降邊超過底值以下所呈現的向下突出部分.⑦ 平頂降落ΔU：脈沖頂部不能保持平直而呈現傾斜降落的數值，也常用其對脈沖幅度的百分比值來表示。 以圖3．64中XC14型脈沖信號發生器框圖為例，說明通用脈沖信號發生器的工作原理。在通用脈沖信號發生器中，如何由方波(矩形波)信號獲得梯形波、鋸齒波和三角波？ 答：、自激多諧振蕩器、延遲電路構成觸發脈沖發生單元。延遲電路和前述延時級的電路形式及延時調節方法相同，輸出波形(c)比自激多諧振蕩器或外觸發脈沖信號(a)延遲了τd時間，(b)波形表示(a)信號進行積分并與一比較電平E1相比較產生延遲脈沖的過程。、比較整形電路和相減電路構成脈沖形成單元。積分調寬電路和比較整形電路的作用與前述延遲電路相似，形成比信號(c)延時f的脈沖(e) ，而后信號(c)、(e)共同作用在相減電路上輸出窄脈沖(f)，調節積分器電容C和積分器中恒流源可以使τ在10ns～1 000μs間連續可變。極性變換電路、前后沿調節電路、輸出電路構成脈沖輸出單元。極性變換電路實際上是一個倒相器，用開關K選擇輸出脈沖的正、負極性。前后沿調節電路和延遲電路中積分器原理類似，調節積分電容c和被積恒流源來調節脈沖前后沿，可使輸出脈沖變換為矩形、梯形、三角形、鋸齒形，以供不同的需要。輸出電路是由兩極電流放大器構成的脈沖放大器，能保證在50Ω負載上獲得波形良好的脈沖輸出。輸出脈沖的幅度和直流偏置電平也在該級進行調節。 XD11型多用信號源產生脈沖波形的原理與XC14型脈沖發生器有何不同？答：XD11型多用信號源由文氏橋振蕩器產生正弦振蕩，在正弦波單元緩沖、放大，在正負脈沖單元產生正負脈沖，在鋸齒波單元產生鋸齒波，在正負尖脈沖單元產生正負尖脈沖，經按鍵開關K選擇由輸出衰減器輸出。XC14型脈沖發生器由自激多諧振蕩器、延遲電路構成觸發脈沖發生單元。經整形放大輸出方波脈沖，延遲電路可調節方波脈沖的寬度，與積分調寬電路和比較整形電路輸出的方波脈沖經相減電路相減可輸出窄脈沖。調節積分電容c和被積恒流源來調節脈沖前后沿，可使輸出脈沖變換為矩形、梯形、三角形、鋸齒形。極性變換電路、前后沿調節電路、輸出電路構成脈沖輸出單元。用開關K選擇輸出脈沖的正、負極性。 用題3．18圖(a所示方案觀測網絡瞬態響應，如果輸入波形是矩形脈沖(b)，被觀測網絡分別為（c)、(d)，則示波器上顯示的輸出波形各為什么？解：對網絡(C)：∵ τ＝RC 5RC＜T/2 即：τ＜T/10 則圖(C)為微分電路，所以，輸入方波脈沖時，輸出為正負尖峰脈沖。對網絡(d)：∵ τ＝RC 5RC＜T/2 即：τ＜T/10 則圖(d)為耦合電路，所以，輸入方波脈沖時，輸出為近似的方波脈沖。 簡要說明白噪聲，產生白噪聲的主要噪聲源以及如何進行噪聲頻譜搬移。答：白噪聲的特點是頻譜分布均勻。產生白噪聲的主要噪聲源有：電阻器噪聲源、飽和二極管噪聲源、氣體放電管噪聲源和固態噪聲源。噪聲信號發生器中的變換器可用來改變噪聲的頻譜特性，概率密度函數和進行頻譜搬移。習 題 四 電子示波器有哪些特點？答：電子示波器的基本特點是：① 能顯示信號波形，可測量瞬時值，具有直觀性。② 輸入阻抗高，對被測信號影響小。③ 工作頻帶寬，速度快，便于觀察高速變化的波形的細節。④ 在示波器的熒光屏上可描繪出任意兩個電壓或電流量的函數關系。 說明電子槍的結構由幾部分組成，各部分的主要用途是什么？答：電子槍由燈絲(h)、陰極(K) 、柵極(G1)、前加速極(G2)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。燈絲h用于對陰極K加熱，加熱后的陰極發射電子。柵極G1電位比陰極K低，對電子形成排斥力，使電子朝軸向運動，形成交叉點F1，調節柵極G1的電位可控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點的輝度。GAA2構成一個對電子束的控制系統。這三個極板上都加有較高的正電位，并且G2與A2相連。穿過柵極交叉點F1的電子束，由于電子間的相互排斥作用又散開。進入GAA2構成的靜電場后，一方面受到陽極正電壓的作用加速向熒光屏運動，另一方面由于A1與GA1與A2形成的電子透鏡的作用向軸線聚攏，形成很細的電子束。 說明電壓調整電路怎樣調節“輝度”、“聚焦”和“輔助聚焦”。答：調節柵極G1的電位可控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點的輝度。調節柵極A1的電位可控制電場對電子的作用力的大小，實現聚焦調節。調節柵極A2的電位可改變A2與A1的相對電位，控制電場對電子的作用力的大小，實現輔助聚焦調節。 如果要達到穩定顯示重復波形的目的，掃描鋸齒波與被測信號間應具有怎樣的時序和時間關系？答：Tx＝n Ty 熒光屏按顯示余輝長短可分為幾種？各用于何種場合？答：熒光屏按顯示余輝時間長短可分成為長余輝(100ms～1s)、中余輝(1ms～100ms)和短余輝(10μs～10ms)的不同規格。普通示波器需采用中余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長余輝示波管。 電子示波器由哪幾個部分組成？各部分的作用是什么？答：電子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、掃描時間校正器、電源幾部分組成。Y通道的作用是：檢測被觀察的信號，并將它無失真或失真很小地傳輸到示波管的垂直偏轉極板上。X通道的作用是：產生一個與時間呈線性關系的電壓，并加到示波管的x偏轉板上去，使電子射線沿水平方向線性地偏移，形成時間基線。Z通道的作用是：在時基發生器輸出的正程時間內產生加亮信號加到示波管控制柵極上，使得示波管在掃描正程加亮光跡，在掃描回程使光跡消隱。示波管的作用是：將電信號轉換成光信號，顯示被測信號的波形。幅度校正器的作用是：用于校正Y通道靈敏度。掃描時間校正器的作用是：用于校正x軸時間標度，或用來檢驗掃描因數是否正確。電源的作用是：為示波器的各單元電路提供合適的工作電壓和電流。 示波器主要技術指標有哪些？各表示何種意義？答：（1）頻率響應頻率響應fh也叫帶寬。指垂直偏轉通道(Y方向放大器)(3dB)的頻率范圍。（2）偏轉靈敏度(S)單位輸入信號電壓uy引起光點在熒光屏上偏轉的距離H稱為偏轉靈敏度S：S＝H / uy（3）掃描頻率掃描頻率表示水平掃描的鋸齒波的頻率。一般示波器X方向掃描頻率可由t/cm或t/div分檔開關進行調節，此開關標注的是時基因數。（4）輸入阻抗輸入阻抗是指示波器輸入端對地的電阻Ri和分布電容Ci的并聯阻抗。（5）示波器的瞬態響應示波器的瞬態響應就是示波器的垂直系統電路在方波脈沖輸入信號作用下的過渡特性。上升時間tr越小越好。（6）掃描方式線性時基掃描可分成連續掃描和觸發掃描兩種方式。 現有下列三種示波器，測量上升時間‘，為80ns的脈沖波形，選用哪一種好？為什么？（1）SBT5同步示波器f h=10MHz，tr≤40ns。（2）SBMl0通用示波器f h ＝30MHz， tr ≤12ns。（3）SR—8雙蹤示波器f h =15MHz， tr ≤2,1ns。解：（1）tr1＝350/ fh＝350 /10＝35 ns （2）tr2＝350/ fh＝350 /30＝12 ns（3）tr3＝350/ fh＝350 /15＝23 ns tr2最小，選用SBMl0通用示波器好。 什么是內同步？什么是外同步？答：同步信號采自于Y通道的(即被觀察信號)被稱為內同步；同步信號采自于來自儀器外部的同步信號的方式被稱為外同步。 與示波器A配套使用的阻容式無源探頭，是否可與另一臺示波器髟配套使用？為什么？答：探頭里的微調電容是對示波器A調定的，個臺示波器的Ci值一般是不同的，所以探頭不能互換，否則會引入明顯的畸變。 延遲線的作用是什么？內觸發信號可否在延遲線后引出，去觸發時基電路？為什么？答：當示波器工作在內觸發狀態時，利用垂直通道輸入的被測信號去觸發水平偏轉系統產生掃描電壓波，從接受觸發到開始掃描需要一小段時間，這樣就會出現被測信號到達Y偏轉板而掃描信號尚未到達X偏轉板的情況，為了正確顯示波形，必須將接入Y通道的被測信號進行一定的延遲，以便與水平系統的掃描電壓在時間上相匹配。內觸發信號不能在延遲線后引出，去觸發時基電路。如果在延遲線后引出，水平系統的掃描電壓在時間上相對于垂直通道輸入的被測信號就沒有延遲了。 示波器Y通道內為什么既接入衰減器又接入放大器？它們各起什么作用？答：為適應Y通道輸入的被測信號的大幅度的變化既接入衰減器又接入放大器。放大器對微弱的信號通過放大器放大后加到示波器的垂直偏轉板，使電子束有足夠大的偏轉能量。衰減器對輸入的大幅度信號進行衰減。 什么是連續掃描和觸發掃描？如何選擇掃描方式？答：連續掃描：掃描電壓是周期性的鋸齒波電壓。在掃描電壓的作用下，示波管光點將在屏幕上作連續重復周期的掃描，若沒有Y通道的信號電壓，屏幕上只顯示出一條時間基線。觸發掃描：掃描發生器平時處于等待工作狀態，只有送入觸發脈沖時才產生一次掃描電壓，在屏幕上掃出一個展寬的脈沖波形，而不顯示出時間基線。被測信號是連續的周期性信號時，選擇連續掃描方式。被測信號是短短暫的周期性脈沖信號時，選擇觸發掃描方式。 時基發生器由幾部分組成？各部分電路起什么作用？為什么線性時基信號能展開波形？答：時基發生器由閘門電路、掃描發生器和釋抑電路組成。時基閘門電路的作用是控制掃描電壓發生器的工作，它是一個雙穩態觸發電路，當觸發脈沖到來時，電路翻轉，輸出高電平，使掃描電壓發生器開始工作。掃描發生器掃的作用是產生高線性度的鋸齒波電壓。釋抑電路的作用是用來保證每次掃描都開始在同樣的起始電平上。在水平偏轉板上加一線性鋸齒波掃描電壓ux，該掃描電壓將Y方向所加信號電壓uy作用的電子束在屏幕上按時間沿水平方向展開。 如何進行示波器的幅度校正和掃描時間校正？答：幅度校正的方法是：設校正器輸出電壓幅度為1V，把它加到Y輸入端，靈敏度開關置于“1”檔的校正位置上，調節Y軸靈敏度電位器，使波形在Y軸顯示為1cm或1div。掃描時間校正的方法是：設校正器輸出電壓的頻率為1KHz，把它加到Y輸入端，掃描時間開關置于“1”ms檔的校正位置上，調節X軸靈敏度電位器，使標尺的滿度范圍內正好顯示10個周期。 雙蹤與雙線示波器的區別是什么？答：雙蹤示波器的垂直偏轉通道由A和B兩個通道組成。兩個通道的輸出信號在電子開關控制下，交替通過主通道加于示波管的同一對垂直偏轉板。A、B兩個通道是相同的。主通道由中間放大器、延遲線、末級放大器組成，它對兩個通道是公用的。雙線示波器采用雙線示波管構成。雙線示波管在一個玻璃殼內裝有兩個完全獨立的電子槍和偏轉系統，每個電子槍發出的電子束經加速聚焦后，通過“自己”的偏轉系統射于熒光屏上，相當于把兩個示波管封裝在一個玻璃殼內公用一個熒光屏，因而可以同時觀察兩個相互獨立的信號波形。雙線示波器內有兩個相互無關的Y通道A和B，每個通道的組成與普通示波器相同。 計算下列波形的幅度和頻率(經探頭接入)：（1）V／，t／div位于2μs檔。 ① H＝2div， D＝3div ② H ＝5div