思考与练习参考答案

思考与练习1

1．1 什么是测量？什么是电子测量？ 答：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。 1．2

测量与计量两者是否是缺一不可？

答：测量与计量是缺一不可的。计量是测量的一种特殊形式，是测量工作发展的客观需要，而测量是计量联系生产实际的重要途径，没有测量就没有计量，没有计量就会使测量数据的准确性、可靠性得不到保证，测量就会失去价值。因此，测量与计量是相辅相成的。

1．3 按具体测量对象来区分，电子测量包括哪些内容？

答：电子测量内容包括：（1）电能量的测量如：电压，电流电功率等；（2）元件和电路参数的测量如：电阻，电容，电感，阻抗，品质因数，电子器件的参数等：（3）电信号的特性的测量如：信号的波形和失真度，频率，相位，调制度等；（4）电子电路性能的测量如：放大倍数，衰减量，灵敏度，噪声指数等：（5）特性曲线显示如：幅频特性，相频特性曲线等。

1．4 电子测量技术有哪些优点？

答：（1）测量频率范围宽（2）测试动态范围广（3）测量的准确度高（4）测量速度快（5）易于实现遥测和长期不间断的测量（6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器的智能化

1．5 常用电子测量仪器有哪些？

答：（1）时域测量的仪器：电子电压表、电子计数器、电子示波器、测量用信号源等。（2）频域测量的仪器：频率特性测试仪、频谱分析仪、网络分析仪等。（3）调制域测量仪器：调值 调制度仪、调制域分析仪等。（4）数据域测量仪器：逻辑笔、数字信号发生器、逻辑分析仪、数据通信分析仪等。（5）随机测量仪器：噪声系数分析仪、电磁干扰测试仪等。

思考与练习2

2．1 测量时为何会产生误差？研究误差理论的目的是什么？

答：测量是用实验手段确定被测对象量值的过程，实验中过程中采用的方法、标准量和比较设备不一样，都可能使实验的确定值与被测对象的真值有差异，即都会产生误差。研究误差理论的目的就是掌握测量数据的分析计算方法、正确对测量的误差值进行估计、选择最佳测量方案。

2．2 测量误差用什么表示较好？ 答：测量误差通常可用绝对误差和相对误差两种方法表示。若要反映测量误差的大小和方向，可用绝对误差表示；若要反映测量的准确程度，则用相对误差表示。

2．3 测量误差与仪器误差是不是一回事？

答：当然不是一回事。测量误差指的是测量值与被测量真值的差异，造成这种差异的原因可

1

能是仪器误差、人身误差、方法误差和环境误差等原因，因此仪器误差是造成测量误差的原因之一。而仪器误差仅仅是指作为比较设备的测量仪器由于测量精度和准确度所带来的测量误差。

2．4 有一个100V的被测电压，若用0.5级、量程为0-300V和1.0级、量程为0-100V的

两只电压表测量，问哪只电压表测得更准些？为什么？

答： 要判断哪块电压表测得更准确，即判断哪块表的测量准确度更高。

（1）对量程为0-300V、±0.5级电压表，根据公式有

?x1?x?s%?x?100%?m?100% xx ?300?0.5?100%?1.5%

100（2）对量程为0-100V、±1.0级电压表，同样根据公式有

?x2?x?s%?x?100%?m?100% xx ?100?1.0?100%?1.0%

100从计算结果可以看出，用量程为0-100V、±1.0级电压表测量所产生的示值相对误差小，所以选用量程为0-100V、±1.0级电压表测量更准确。

2．5 系统误差、随机误差和粗大误差的性质是什么？它们对测量结果有何影响？ 答：（1）系统误差是一个恒定不变的值或是具有确定函数关系的值；进行多次重复测量，系统误差不能消除或减少；系统误差具有可控制性或修正性。系统误差使测量的正确度受到影响。

（2）随机误差的性质主要有：在多次测量中，绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多；在多次测量中，绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相同，即具有对称性；测量次数一定时，误差的绝对值不会超过一定的界限，即具有有界性；进行等精度测量时，随机误差的算术平均值的误差随着测量次数的增加而趋近于零，即正负误差具有抵偿性。随机误差影响测量精度。

（3）粗大误差的主要性质是测量结果明显偏离实际值。它使测量结果完全不可信，只有在消除粗大误差后才能进行测量。

2．6 削弱系统误差的主要方法是什么？ 答：削弱系统误差的主要方法有： （1）零示法 （2）替代法 （3）补偿法 （4）对照法 （5）微差法 （6）交换法

2．7 减小随机误差的主要方法是什么？

2

答：理论上当测量次数n趋于无限大时，随机误差趋于零。而实际中不可能做到无限多次的测量，多次测量值的算术平均值很接近被测量真值，因此只要我们选择合适的测量次数，使测量精度满足要求，就可将算术平均值作为最后的测量结果。

2．8 准确度为0.5级、量程为0-100V的电压表，其最大允许的绝对误差为多少？ 答：最大允许的绝对误差为：

?x?xm?s%?100?0.5%?0.5V

2．9 测量上限为500V的电压表，在示值450V处的实际值为445V，求该示值的： （1）绝对误差（2）相对误差（3）引用误差（4）修正值 答：（1）绝对误差

?x?x?A?450V?450V??50V （2）相对误差

?x?（3）引用误差

?x?50?100%??100%??11.2% x445?x?50?100%??100%??10.0% xm500?m?（4）修正值

c???x?50V

2．10 对某电阻进行等精度测量10次，数据如下（单位kΩ）：

0.992、0.993、 0.992、 0.991、 0.993、 0.994、 0.997、 0.994、 0.991 、0.998。试给出包含误差值的测量结果表达式。 答：

1）．将测量数据按先后次序列表。

n 1 2 3 4 5 V（iV）0.992 0.993 0.992 0.991 0.993 ?（iV）-0.0015 -0.0005 -0.0015 -0.0025 -0.0005 2 ?（V2）in 6 7 8 9 10 V（iV）0.994 0.997 0.994 0.991 0.998 ?（iV）0.0005 0.0035 0.0005 -0.0025 0.0045 2 ?（V2）i0.00000225 0.00000025 0.00000225 0.00000625 0.00000025 0.00000025 0.00001225 0.00000025 0.00000625 0.00002025 1n2）．用公式x??xi求算术平均值。

ni1100.992?0.993???0.998x??(V1?V2???V10)??0.9935

n1103）．用公式?i?xi?x求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。

3

?4）．用公式??1n2?计算标准差的估计值。 ???in?1i?111021??v??i9(0.00000225?0.00000025???0.00002025)10?11 ??1?0.0000505?0.002379?剔除坏值。 5）．按莱特准则判断粗大误差，即根据?i?xi?x?3??x??3?(x)?3?0.00237?0.00711

从表中可以看出，剩余残差最大的第10个测量数据，其值为：

?v10?x10?x?0.998?0.9935?0.0045?3?(x)

所以该组测量数据中无坏值。 6）．根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。 测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。 7）．用公式?x???n求算术平均值的标准差估计值。

?0.002370.00237? ????0.00075 x?3.16228n10 8）．用公式?x?3?x求算术平均值的不确定度。

??x?3?x?3?0.00075?0.00225

9）．写出测量结果的表达式。

?A?x??x?0.9935?0.0023

2．11 对某信号源正弦输出信号的频率进行10次测量，数据如下（单位kHZ）：

10.32、10.28、10.21、10.41、10.25、10.04、10.52、10.38、10.36、10.42。试写出测量结果表达式。 答：

1）．将测量数据按先后次序列表。如表一所示。

表一

n 1 2 3 4 5 10.32 10.28 10.21 10.41 10.25 f（（ikHz）?ikHz） 0.001 -0.039 -0.109 0.091 -0.069 ?i2 0.000001 0.001521 0.011881 0.008281 0.004761 n 6 7 8 9 10 f（（ikHz）?ikHz） 10.04 10.52 10.38 10.36 10.42 -0.279 0.201 0.061 0.041 0.101 ?i2 0.077841 0.040401 0.003721 0.001681 0.010201 4

1n2）．用公式x??xi求算术平均值。

ni11010.32?10.28???10.42x??(f1?f2???f10)??10.319 n1103）．用公式?i?xi?x求每一次测量值的剩余误差，并填入上表中。

?4）．用公式??1n2??i计算标准差的估计值?。 ?n?1i?111021??v??i9(0.000001?0.001521???0.010201)10?11 ??1?0.160290?0.017819?5）．按莱特准则判断粗大误差，即根据?i?xi?x?3??x?剔除坏值。

?3?(x)?3?0.01781?0.05343

从表中可以看出，剩余残差较大的为第6、7个测量数据，其值分别为：

?v6?x6?x?10.04?10.319?0.279?3?(x) ?v7?x7?x?10.52?10.319?0.201?3?(x) 所以该组测量数据中这两个值为具有粗大误差的值，应剔除。剔除坏值后，对剩余数据再重复以上步骤。

1n6）．用公式x??xi求算术平均值。

ni1810.32?10.28???10.42x??(f1?f2?f3?f4?f5?f8?f0?f10)??10.329n18 7）．用公式?i?xi?x求每一次测量值的剩余误差，并填入下表二中。

表二

n 1 2 3 4 5 f（ikHz）10.32 10.28 10.21 10.41 10.25 ?（ikHz）-0.009 -0.049 -0.119 0.081 -0.079 ?i2 0.000081 0.002401 0.014161 0.006561 0.006241 n 6 7 8 f（ikHz） ?（ikHz） 0.051 0.031 0.091 ?i2 10.38 10.36 10.42 0.002601 0.000961 0.008281 5

?8）．用公式??1n2?计算标准差的估计值。 ???in?1i?11821??v??i7(0.000081?0.002401???0.008281)8?11 1??0.041288?0.0777??剔除坏值。 9）．再按莱特准则判断粗大误差，即根据?i?xi?x?3??x??3?(x)?3?0.077?0.231

从表中可以看出，剩余残差较大的为第3个测量数据，其值为：

?v6?x6?x?10.21?10.329?0.119?3?(x) 数据说明剩下的数据无粗大误差。 10）．根据系统误差特点，判断是否有系统误差，并修正。 测量数据分布均匀，无规律分布，无系统误差。 11）．用公式?x???n求算术平均值的标准差估计值。

?0.0770.077? ????0.0272 x?2.8284n8 12）．用公式?x?3?x求算术平均值的不确定度。

??x?3?x?3?0.0272?0.082

13）．写出测量结果的表达式。

?A?x??x?10.329?0.082（kHZ）

2．12 将下列数据进行舍入处理，要求保留四位有效数字。

3.14159、2.71729、4.51050、3.21650、3.6235、6.378501、7.691499。 答：

3.14159 →3.142（要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在

最后位加1）。

2.71729→2.717

4.51050→4.511 （将5舍去向前一位进1） 3.21650→3.216 （被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。） 3.6235→3.624 （要被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为奇数1，所以在

最后位加1）。

6.378501→6.378（被舍数字的值恰好等于5时，要保留数的末位为偶数6，所以不变。） 7.691499→7.691

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思考与练习3

3．1 对于集总参数元件一般需测量哪些参数？

答：集总参数元件是指具有两端钮的元件，端钮间有确定的电压，元件中有确定的电流。因此该类元件测量一般可测量元件的阻抗、电感、电容、流过的电流及端钮间有确定的电压。

3．2 使用电阻器时要考虑哪些问题？

答：电阻在电路中多用来进行限流、分压、分流以及阻抗匹配等。是电路中应用最多的元件之一。使用电阻器时主要应考虑电阻的标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压、噪声系数及高频特性等。

3．3 简述直流电桥测量电阻的基本方法。

R R2 答：当对电阻值的测量精度要求很高时，可用直流电桥法进行测量。 n典型的惠斯登电桥的原理如图3.1所示。其步骤如下： （1） 测量时，接上被测电阻Rx，再接通电源 G （2） 通过量程开关调节比例系数k，其中k=R1/R2。 （3） 再调节Rn，使电桥平衡，即检流计指示为0。 （4） 读出k和Rn的值，用公式求得Rx。

E RX R1 Rx?R1?Rn?kRn R2图3.1 直流电桥测电阻

3．4 电解电容的漏电流与所加电压有关系吗？为什么？

答：当然有关系。电解电容的介质有两种，正极金属片表面上形成的一层氧化膜；负极为液体、半液体或胶状的电解液，因其有正、负极之分，实际上内部形成了电场，故只能工作在直流状态下，如果极性用反，即外加电压与内部电场方向相反，漏电流剧增。

3．5 右图表示的串联电桥达到了平衡，其中R2?100?、

LX RX R3 C2?0.1?F、C4?0.01?F试求Rx、Lx的值。

、R3?1000?

G R2 C4 C2 答：串联电桥中，由电桥的平衡条件可得 (Rx?j?Lx)?11?(R2?)?R3 j?C4j?C2图3.2 串联电桥 Rx?LR31?x?R2?R3? j?C4C4j?C2由实部与实部、虚部与虚部相等可得：

7

Lx?R2?R3 C4Rx?R31? j?C4j?C2R3?C4 分别将已知数值代入，可算得： C2 ∴ Lx?R2?R3?C4 Rx?Lx?1mH Rx?100?

3．6 一个电解电容器，它的“+”、“-”极标志已脱落，如何用万用表去判定它的“+”、“-”

极？

答：测量电容器漏电的方法，可以用来鉴别电容器的正、负极。对失掉正、负极标志的电解电容量，可先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一个电极与万用表的红笔相接，同时观察并记录表针向右摆动的幅度；将电容放电后，两只表笔对调，重新进行测量。哪一次测量中，表针最后停留的摆动幅度小，说明该次测量中对电容的正、负假设是对的。

3．7 简述晶体管图示仪的组成及各部分的作用。 答：晶体管图示仪的基本组成如图3.3所示。它主要由同步脉冲发生器、基极阶梯波发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换开关、垂直放大器、水平放大器和示波管组成。

X放大器 Ib

t c

基极阶梯 测 信号发生器 试 b 被 同步 放大器 转 测 脉冲 换 管 e 发生器 开 Vce 关

t

集电极扫描

电压发生器 Y放大器

图3.3 图示仪的基本组成框图

图示仪工作时，同步脉冲发生器产生同步脉冲信号，使基极阶梯波发生器和集电极扫描电压发生器保持同步，以显示正确而稳定的特性曲线；基极阶梯波发生器提供大小呈阶梯变化的基极电流；集电极扫描电压发生器提供集电极扫描电压；测试转换开关用以转换测试不同结法和不同类型的晶体管特性曲线参数；垂直放大器、水平放大器和示波管组成示波器系统，用以显示被测晶体管的特性曲线。

3．8 画出图示仪测试二极管正向特性曲线的简化原理图。 答：晶体管图示仪可以测量二极管的正向伏安特性曲线。首先将图示仪荧光屏上的光点置于

8

坐标左下角，峰值电压范围置0~20V，集电极扫描电压极性置于“+”，功耗电阻置1kΩ，X轴集电极电压置0.1伏/度，Y轴集电极电流置5毫安/度，Y轴倍率置×1，将二极管的正负极分别接在面板上的C和E接线柱上，缓慢调节峰值电压旋扭，即可得到二极管正向伏安特性曲线。从屏幕显示图可以直接读出二极管的导通电压。 X放大器 Ib

t c 基极阶梯 测 信号发生器 试 b 被 同步 放大器 转 测 脉冲 换 发生器 管 e 开 Vce 关 t

集电极扫描电压发生器 Y放大器

图3.4 图示仪测量二极管正向特性曲线框图

3．9 画出图示仪测试三极管输入和输出特性的简化原理图。 答：图3.5表示了图示仪测量NPN晶体管输入和输出特性曲线的原理图。

X放大器 c b Vce Ib

t t e

基极阶梯 集电极扫描RS 电压发生器 信号发生器 放大器 Y放大器

图3.5 图示仪测量三极管输出特性框图

当集电极与发射极之间的电压Vce为某一常数时，输入回路中加扫描电压，测出Vce和Ib的关系曲线，就是输入特性曲线。

其两端电压VRS与Ic成正比。VRS经Y轴放大器放大后，Rs为集电极电流Ic的取样电阻，

使示波管荧光屏上的光点在垂直方向上产生与Ic成正比的位移。50Hz的市电经全波整流后得到100Hz正弦半波电压，作为被测管的集电极扫描电压Vce。Vce经X轴放大器加在示波管的水平偏转板上，使荧光屏上的光点在水平方向上产生与之成正比的位移。该特性曲线是以Ib为参变量的Ic与Vce之间的关系曲线。Ib一般从零开始，作等间隔递增，对应于Ib的每一级阶梯作出Ic~Vce一条曲线，整个就得到一簇输出特性曲线。

3．10 画出TTL、CMOS门电路传输特性的测试原理图，并简述由传输特性确定输出高电平、

输出低电平、开门电平和关门电平的方法，比较TTL和CMOS门电路的静态特性。 答：TTL门电路的电压传输特性是指输出电压VO随输入电压Vi变化的曲线。以TTL与非门为例，电压传输特性的测量电路如图3.6所示。

9

+ _

UCC 14 ui 1 2 4 5 7 6 74LS20 V u0 图3.6电压传输特性测试电路 在图中，把与非门的输入端并联在一起作为输入ui，并接在可调稳压电源上。将ui从0V开始逐步调到3V以上的高电平，用电压表测量输出电压uO的变化，将其结果记入表中，再根据实测数据绘出TTL与非门的电压传输特性曲线，从曲线上读出标准输出高电平UOH、标准输出低电平UOL、开门电平UON、关门电平UOFF、输入低电平噪声容限UNL和输入高电平噪声容限UNH。

CMOS器件传输特性可用图3.7电路测量，测试时调节输入电压电位器RP，选择若干个电压值，测量相应的输出值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中读出标准输出高电平

UOH、标准输出低电平UOL、开门电平UON、关门电平UOFF、输入低电平噪声容限UNL和

输入高电平噪声容限UNH等值。由于在UON和UOFF之间，输出电压变化较迅速，在此范围内选取测试点应密一些。

UCC=10V

RP

u0

≥1 V V

图3.7 CMOS门传输特性测试电路

TTL和CMOS门电路的静态特性主要包括静态输入/输出特性，静态功耗等。CMOS静态功耗测试电路与TTL静态功耗测试电路相同，但由于CMOS器件是微功耗器件，测出的空载截止电源电流、空载导通电源电流、低电平输入短路电流的电流值要小得多。一般CMOS的、UOL?0.35V、VOH?VDD，VOL?0；典型TTL门电路UOH?3V（典型值为3.5V）

UON?1.4V、UOFF?1.0V。

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思考与练习4

4．1 电流的直接测量与间接测量原理有何区别？两种测量方法的测量准确度各取决于什么

因数？

答：电流的直接测量就是把电流表串入电路，从电流表直接测出电流值。间接测量法就是先测量负载两端电压，然后换算出电流值。直接测量法的测量准确度主要取决于串入的电流表的精度和内阻，内阻越小越好；间接测量法则与电压表精度和内阻有关，内阻越大越好。

4．2 测量大电流的电流表，一般都是在基本量程上扩大，为什么不直接制造大电流的电流

表？

答：在实际应用中，测量电流通常使用磁电式电流表、电磁式电流表、模拟式万用表和数字多用表直接测量电流，而大多数用磁电式电流表。从磁电式仪表的工作原理可以看出，不增加测量线路，磁电式是可以直接测量直流电流的，但由于被测电流要通过游丝和可动线圈，被测电路的最大值只能限制在几十微安到几十毫安之间，要测量大电流，就需要另外加接分流器，即在基本量程上扩大。如果直接制造大电流的电流表，由于电流表的阻抗不能做到太小，而电流表的线圈很细，因此当大电流流过时，会产生很大的热量，很可能会烧坏表，因此不直接制造大电流的电流表。

4．3 电流表的基本量程和扩大量程，哪一个量程的测量准确度高？为什么？

答：电流表的基本量程是指不增加测量线路直接测量电流的量程。如磁电式仪表可以直接测量直流，但由于被测电流要通过游丝和可动线圈，被测电流的最大值只能限制在几十μA到几十mA之间，要测量大电流，就需要另外加接分流器。因此扩大量程是通过并联不同的分流电阻实现，这种电流表的内阻随量程的大小而不同，量程越大，测量机构流过的电流越大，分流电阻越小，电流表对外显示的总内阻也越小，而电流表测量电流是串联在电路中的，内阻越小对电路的影响越小，因而测量准确越高。

4．4 有两只量程相同的电流表，但内阻不一样，问哪只电流表的性能好？为什么？ 答：电流表测量电流是将表串联在电路中的，内阻越小对电路的影响越小，因而测量准确越高。

4．5 高频电流表的量程扩大可采用什么方法？

答：高频电流表一般在测量强电流时采用分流器或变流器来减小流过热电式电流表的电流，从而扩大量程。

①分流法。从原理讲可分为电阻、电容、电感三种分流法。电阻分流法的功耗大，故不在高频电流表中使用；电感分流法功耗虽小，但易受外界多变磁场的影响，使用的场合较小；电容分流法用的较多。电容分流法的方法是将热电式电流表的输入端并联一只电容，将高频电流分流掉一部分，达到扩大量程的目的。利用电阻、电感分流器的电流表，其压降较大。这个压降还与被测电流的频率有关，因此对被测电路有一定的影响。 ②变流法是利用变流器的变压比来实现电流分流。

4．6 热电式电流表是如何测量电流的？ 答：热电式电流表的基本原理利用热电偶组成闭合回路，将热电偶的工作端与流过电流的金属导线焊接在一起，当金属导线中流过电流时，热电偶工作端温度发生变化，而热电偶是由二个不同金属元素构成，在热电偶的另两端有电动势出现，其大小正比于两焊接点的温度差，

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且与组成热电偶的材料有关，这样就反映出被测高频电流的量值。

4．7 电流的测量方案有哪些？ 答：电流测量的方法可分为直接测量法和间接测量法。直流电流的测量可采用磁电式电流表、数字电压万用表等仪表，通过直接测量法和间接测量法进行测量；交流电流的测量可采用电磁式电流表、热电式电流表和数字电压万用表等仪表，通过直接测量法和间接测量法进行测量。

思考与练习5

5．1 简述电压测量的意义。

答：电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基本参数，其中又以电压最为常用。通过电压测量，利用基本公式可以导出其它的参数；此外，电路中电流的状态，如饱和、截止、谐振等均可用电压形式来描述；许多电参数，如频率特性、增益、调制度、失真度等也可视为电压的派生量；许多电子测量仪器，如信号发生器、阻抗电桥、失真度仪等都用电压量作指示。因此，电压测量是其他许多电参数量，也包括非电参数量测量的基础，是相当重要和相当普及的一种参数测量。

5．2用正弦有效值刻度的均值电压表测量正弦波、方波和三角波，读数都为1V，三种信号波形的有效值为多少？

解：先把?=1V换算成正弦波的平均值。

U~1U~???0.9VKF~1.11

按“平均值相等则读数相等”的原则，方波和三角波电压的平均值也为0.9V，然后再通过电压的波形因数计算有效值。

U正弦波?KF正弦波?U正弦波?1.11?0.9?1V

U方波?KF方波?U方波?1?0.9?0.9V

U三角波?KF三角波?U三角波?1.15?0.9?1.04V

5．3 在示波器上分别观察到峰值相等的正弦波、方波和三角波，Up?5V，分别用都是正弦有效值刻度的、三种不同的检波方式的电压表测量，试求读数分别为多少？

12

解：（1）用峰值检波方式电压表测量，读数都是5V，与波形无关。 （2）用有效值检波正弦有效值刻度的电压表测量 ①正弦波

U正弦波?UP正弦波KP正弦波5??3.54V1.414

②方波

U方波?U三角波?UP方波KP方波UP三角波KP三角波UP正弦波KP正弦波5??5V1

③三角波

5??2.89V1.73

（3）用均值检波正弦有效值刻度的电压表测量

①正弦波

U正弦波?5??3.54V1.414

②方波 波形因数和波峰因数均为1，所以其平均值为5V，相应此平均值的正弦有效值即为读数值。

U正弦波?KF正弦波?U正弦波?1.11?5?5.55V

③三角波

U三角波?U三角波?UP三角波KP三角波U三角波KF三角波5??2.89V1.732.89??2.51V1.15

相应此平均值的正弦波的有效值即为读数值。

U正弦波?UP正弦波KP正弦波2.51??1.78V1.414

5．4 欲测量失真的正弦波，若手头无有效值电压表，只有峰值电压表和均值电压表可选用，问选哪种表更合适些？为什么？ 答：利用峰值电压表测失真的正弦波时可能产生非常大的误差。因为峰值检波器对波形响应十分敏感，读数刻度不均匀，它是在小信号时进行检波的，波形误差可达30％左右。若用均值电压表测量波形误差相对不大，它是对大信号进行检波，读数刻度均匀。所以，选用均

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值电压表更合适。

5．5 逐次逼近比较式DVM和双积分式DVM各有哪些特点？各适用于哪些场合？ 答：逐次逼近比较式DVM的特点：

（1）测量速度快（2）测量精度取决于标准电阻和基准电压源的精度以及D/A转换器的位数（3）由于测量值对应于瞬时值，而不是平均值，抗干扰能力较差。逐次逼近比较式DVM多用于多点快速检测系统中 双积分式DVM的特点：

（1）它通过两次积分将电压转换成与之成正比的时间间隔，抵消了电路参数的影响。（2）积分器时间可选为工频的整数倍，抑制了工频干扰，具有较强的抗干扰能力。（3）积分过程是个缓慢的过程，降低了测量速度，特别是为了常选积分周期，因而测量速度低。双积分式DVM适用于灵敏度要求高,测量速度要求不高, 有干扰的场合

5．6 模拟电压表和数字电压表的分辨率各自与什么因数有关？

答：模拟电压表的分辨率是指能够响应的信号的最小值，一般用输入信号的最小幅度表示。 数字电压表的分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。它们的分辨率主要由工作原理、测试方法、电路参数等决定，数字电压表的分辨率受A/D转换器的影响。

5．7 绘图说明DVM的电路构成和工作原理 答：数字电压表（DVM）的组成如图5.1所示。

数字部分 被测信号 计数器 显示器 A/变换器 输入电路

逻辑控制 时钟信号 电路 发生电路 模拟部分 图5.1数字电压表的组成框图

整个框图包括两大部分，模拟部分包括输入电路（如阻抗变换电路、放大和扩展量程电路）和A/D转换器。A/D转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字量的转换。电压表的技术指标如准确度、分辨率等主要取决于这部分的工作性能。数字部分主要完成逻辑控制、译码和显示功能。

5．8 说明DVM与DMM有何区别？

答：数字电压表（DVM）实际上是数字多用表（DMM）的一个组成部分，

现代的数字表已由过去单一功能的直流数字电压表发展到能测量交直流电压、交直流电流和电阻等10多种功能的数字多用表。在DMM中，交流电压、电流和电阻测量都是先将它们变换成直流电压，然后用DVM进行电压测量。数字多用表的图5.2所示。

VDC

VAC AC-DC变换器

I I-DC变换器 K 数字电压表

Ω Ω-DC变换器 14 图5.2数字多用表的框图

5．9 数字电压表的技术指标主要有哪些？它们是如何定义的？ 答：数字电压表的技术指标主要有以下几项。 1．测量范围

测量范围包括显示的位数、量程的范围和是否具有超量程能力等。 （1）显示位数

显示位数是表示DVM精密程度的一个基本参数。所谓位数是指能显示0~9共十个完整数码的显示器的位数。 （2）量程的范围

DVM的量程范围包括基本量程和扩展量程。基本量程是测量误差最小的量程，它不经过衰减和放大器；扩展量程是采用输入衰减器和放大器来完成的，它的测量精度比基本量程的测量精度降低。 （3）超量程能力

超量程能力是DVM的一个重要的性能指标。1/2位和基本量程结合起来，可说明DVM是否具有超量程能力 2．分辨率

分辨率是指DVM能够显示的被测电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的电压值。 3．测量速率

测量速率是指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间。 4．输入特性

输入特性包括输入阻抗和零电流两个指标。

直流测量时，DVM输入阻抗用Ri表示。量程不同，Ri也有差别，一般在10MΩ~1000 MΩ之间。

交流测量时，DVM输入阻抗用Ri和输入电容Ci的并联值表示，一般Ci在几十至几百皮法之间。

5．抗干扰能力

DVM的干扰分为共模干扰和串模干扰两种。仪器中采用共模抑制比和串模抑制比来表示DVM的抗干扰能力。一般共模干扰抑制比为（80~150）dB；串模抑制比为（50~90）dB。 6．固有误差和工作误差

DVM的固有测量误差主要是读数误差和满度误差，通常用测量的绝对误差表示。

(5-15) ?U??（?%?Ux??%?Um）工作误差指在额定条件下的误差，通常也以绝对值形式给出。

5．10 直流电压的测量方案有哪些？

答：直流电压的测量一般可采用直接测量法和间接测量法两种。可用数字式万用表、模拟式万用表、电子电压表、示波器等设备运用零示法、微安法等测量直流电压。

5．11 交流电压的测量方案有哪些？

答：交流电压的测量一般可分为两大类，一类是具有一定内阻的交流信号源，另一类是电

15

路中任意一点对地的交流电压。交流电压的常用测量方法有电压表法和示波器法。

5．12 甲、乙两台DVM，甲的显示器显示的最大值为9999，乙为19999，问： （1）它们各是几位的DVM，是否有超量程能力？ （2）若乙的最小量程为200mV，其分辨率为多少？

（3）若乙的固有误差为?U??(0.05%Ux?0.02%Um)，分别用2V和20V档测量

Ux?1.56V电压时，绝对误差和相对误差各为多少？

答：（1）超量程能力是DVM的一个重要的性能指标。1/2位和基本量程结合起来，可说明DVM是否具有超量程能力。甲是4位DVM，无超量程能力；乙为4位半DVM，可能具有超量程能力。

（2）乙的分辨率指其末位跳动±1所需的输入电压，所以其分辨率为0.1mV。 （3）用2V挡测量 绝对误差 ?U??(0.05%Ux?0.02%Um)

??(0.05%?1.56?0.02%?2)?0.118V 相对误差 ?x?用20V挡测量

绝对误差 ?U??(0.05%Ux?0.02%Um)

??(0.05%?1.56?0.02%?20)?0.478V 相对误差 ?x??U0.118?100%??100%?5.9% U2?U0.478?100%??100%?2.4% U20

思考与练习6

6．1 目前常用的测频方法有哪些，各有何特点？

答：目前常用的频率测量方法按工作原理可分为直接法和比对法两大类。 （1）直接法

是指直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率的方法。电桥法和谐振法是这类测量方法的典型代表。直接法常常通过数学模型先求出频率表达式，然后利用频率与其它已知参数的关系测量频率。如谐振法测频，就是将被测信号加到谐振电路上，然后根椐电路对信号发生谐振时频率与电路的参数关系fx?1/2?LC，由电路参数L、C的值确定被测频率。 （2）比对法

是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。其测量准确度主要取决于标准频率的准确度。拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典型代表。尤其利用电子计数器测量频率和时间，具有测量精度高、速度快、操作简单、可直接显示数字、便于与计算机结合实现测量过程自动化等优点，是目前最好的测频方法。

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6．2 通用电子计数器主要由哪几部分组成？画出其组成框图。

答：电子计数器一般由输入通道、计数器、逻辑控制、显示器及驱动等电路构成。 Tx

被测信号 放大 整形 主门 计数 译码 显示 门控信号 逻辑 控制 TS 晶体振荡 分频电路 图6.1电子计数器组成框图 6．3 测频误差主要由哪两部分组成？什么叫量化误差？使用电子计数器时，怎样减小量化误差？

答：电子计数器测频是采用间接测量方式进行的，即在某个已知的标准时间间隔内，测出被测信号重复的次数N，然后由公式计算出频率。其误差主要由两部分组成。一是计数的相对误差，也叫量化误差；二是闸门开启时间的相对误差。按最坏结果考虑，频率测量的公式误差应是两种误差之和。

量化误差是利用电子计数器测量频率，测量实质是已知的时间内累计脉冲个数，是一个量化过程，这种计数只能对整个脉冲进行计数，它不能测出半个脉冲，即量化的最小单位是数码的一个字。量化误差的极限范围是±１个字，无论计数值是多少，量化误差的最大值都是?1一个字，也就是说量化误差的绝对误差?N??1。因此，有时又把这种误差称为“?1个字误差”，简称“?1误差。”这种测量误差是仪器所固有的，是量化过程带来的。当被测量信号频率一定时，主门开启的时间越长，量化的相对误差越小，当主门开启时间一定时,提高被测量信号的频率，也可减小量化误差的影响。 6．4 测量周期误差由哪几部分组成？什么叫触发误差？测量周期时，如何减小触发误差的影响？

答：电子计数器测量周期也是采用间接测量方式进行的，与测频误差的分析类似，测周误差也由两项组成，一是量化误差，二是时标信号相对误差。测周时输入信号受到噪声干扰，也会产生噪声干扰误差，这是一种随机误差，也称为触发误差。触发误差是指在测量周期时，由于输入信号中的干扰噪声影响，使输入信号经触发器整形后，所形成的门控脉冲时间间隔与信号的周期产生了差异而产生的误差，触发误差与被测信号的信噪比有关，信噪比越高，触发误差就越小，测量越准确。

6．5 使用电子计数器测量频率时，如何选择闸门时间？

答：电子计数器测量频率时，当被测信号频率一定时，主门开启时间越长，量化的相对误差就越小。所以在不使计数器产生溢出的前提，扩大主门的开启时间Ts，可以减少量化误差的影响。但主门时间越长测量时间就越长，所以两者应该兼顾。

6．6 使用电子计数器测量周期时，如何选择周期倍乘？ 答：电子计数器测量周期时，“周期倍乘”后再进行周期测量，其测量精确度大为提高。需

17

要注意的是所乘倍数k要受到仪器显示位数等的限制。

6．7 欲用电子计数器测量=200HZ的信号频率，采用测频（闸门时间为1s）和测周（时标为0.1μs）两种方案，试比较这两种方法由±1误差所引起的测量误差。 答：①测频时，量化误差为

?N11??????5?10?3 Nfx?Ts200?1②测周时，量化误差为

f?N1200????x??7??2?10?3 NTx?fcfc10 从计算结果可以看出，采用测周方法的误差小些。

6．8 使用电子计数器测量相位差、脉冲宽度时，如何选择触发极性？ 答：电子计数器测量相位差、脉冲宽度时时通常是测量两个正弦波上两个相应点之间的时间间隔，触发极性可以取“+”，也可以取“-”，根据测量方便进行选择。为了减小测量误差，可利用两个通道的触发源选择开关，第一次设置为“+”，信号由负到正通过零点，测得T1；第二次设置为“-”，信号由正到负通过零点，测得T2；两次测量结果取平均值。

-6

6．9 欲测量一个=1MHZ的石英振荡器，要求测量准确度优于±1×10，在下列几种方案中，哪种是正确的，为什么？

-6

（1） 选用E312型通用计数器（≤±1×10），闸门时间置于1s。

-7

（2） 选用E323型通用计数器（≤±1×10），闸门时间置于1s。 （3） 通用计数器型号同上，闸门时间置于10s。

答：要看哪个方案正确，就是要比较哪种方案的测量准确度符合要求。

-6

（1）选用E312型通用计数器（≤±1×10），闸门时间置于1s。

?f??1?fx?fc?????f?Tfxfcs?x?1?6?6???( ?1?10)??2?106?1?10?1?-7

（2）选用E323型通用计数器（≤±1×10），闸门时间置于1s。

（3）通用计数器型号同上，闸门时间置于10s。

?f??1?fx?fc?????f?Tfxfcs?x?1?7?7???( ?1?10)??2?106?1?10?10? 从计算结果可以看出第3种方法是正确的，它符合测量准确度的要求。

6．10 利用频率倍增方法，可提高测量准确度，设被测频率源的标称频率为=1MHZ，闸门时

-11

间置于1s，欲把±1误差产生的测频误差减少到1×10，试问倍增系数应为多少？ 答：倍增前量化误差为

?N11??????1?10?6 6Nfx?Ts1?10?1 18

1?10?65 倍增系数为 M? ??10?111?10

6．11 利用下述哪种测量方案的测量误差最小？

（1） 测频，闸门时间1s。 （2） 测周，时标100μs。 （3） 周期倍乘，N=1000。

答：对于一确定频率f，可以根据中界频率进行判断。

fc?114??4?10Hz ?6T100?10fc?Ts4?104?200Hz 1中界频率f0?若题目中给定的被测频率低于中界频率，则采用测周法比测频法误差小，若先经过“周期倍乘”，再进行周期测量则误差最小。

思考与练习7

7．1 低频信号源中的主振器常用哪些电路？为什么不用LC正弦振荡器直接产生低频正弦振荡？

答：低频信号源中的主振器一般由RC振荡电路或差频式振荡电路组成。相对来说采用RC振荡电路或差频式振荡电路比LC振荡电路简单，调节方便。

7．2 画出文氏桥RC振荡器的基本构成框图，叙述正反馈桥臂的起振条件和负反馈桥臂的稳幅原理。 答： R1 C1 + A

- fo C2 R2

R3 R4

图7.1文氏电桥振荡器的原理框图

图7.1为文氏电桥振荡器的原理框图。R1、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。 在f?f0?1时，输入信号经RC选频网络传输到运算放大器。同相端的电压与运2?RC算放大器的反馈网络形成的电压同相，即有?f?0和?a??f?2n?。这样，放大器和RC选

19

频网络组成的电路刚好组成正反馈系统，满足振荡的相位条件，因而有可能振荡。此时，反馈系数F=1/3，因此只要后接的二级放大器的电压放大倍数为AV?3，那么就满足了振荡器起振的幅值条件AVF≥1，可以维持频率f?f0?1时的等幅正弦振荡。 2?RC1的信号2?RC实际电路中，其中R3是具有负温度系数的热敏电阻。在振荡器的起振阶段，由于温度低，R3的阻值较大，负反馈系数小，使负反溃放大器的电压增益大于3，f?产生增幅振荡。随着该信号的增大，流过R3的电流增大，从而使R3的温度升高，阻值下降，反馈深度加深，负反馈放大器的电压放大倍数减小，只要R3、R4选择恰当，最后将达到稳定的等幅正弦振荡。当电路进入稳定的等幅振荡之后，如果由于某种原因引起输出 电压增大时，由于V0直接接在R3、R4的串联电路中，从而使流过R3的电流增大，R3减小也会使负反馈放大器的放大倍数下降，令输出电压减小，达到稳定输出电压的目的。

7．3 高频信号发生器主要由哪些电路组成？各部分的作用是什么？

答：高频信号发生器组成的基本框图如图7.2所示。主要包括主振级、缓冲级、调制级、输出级、监测电路和电源等电路。

主振级产生高频振荡信号，该信号经缓冲级缓冲后，被送到调制级进行幅度调制和放大，调制后的信号再送给输出级输出，以保证具有一定的输出电平调节范围。监测电路监测输出信号的载波电平和调制系统数，电源用于提供各部分所需的直流电压。

内调制

振荡器

外调制输入 外 内 调制度计 AM K FM 可变 输出 输出级 调制级 缓冲级 振荡器 电抗器

电压表 电源

图7.2高频信号发生器框图

7．4 高频信号发生器中的主振级有什么特点？为什么它总是采用LC振荡器？

答：主振级用于产生高频振荡信号，它决定高频信号发生器的主要工作特性。按产生主振信号的方法不同，高频信号发生器可分为调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器三大类。由调谐振荡器构成的信号发生器称为调谐信号发生器。常用的调谐振荡器就是晶体管LC振荡电路，LC振荡电路实质上是一个正反馈调谐放大器，主要包括放大器和反馈网络两个部分。这种电路易于在高频段起振和调节。 7．5 函数信号发生器的设计方案由几种？简述函数信号发生器由三角波转变为正弦波的二极管网络的工作原理。

答：函数信号发生器实际上是一种多波形信号源，可以输出正弦波、方波、三角波、斜波、

20

半波正弦波及指数波等。构成函数发生器的方案很多，通常有三种，即方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案、三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案、正弦波-方波-三角波函数发生器的构成方案。

+E R R4 R5a R4a D4a D4b R5b R4b R3a D3a D3b R3b R2a D2a D2b R2b R1a D1a D1b R1b

直流偏置电压 -E 图7.3 正弦波形成电路原理图

图7.3为中用二极管和电阻构成电路，实现了三角波到正弦波转换。

在三角波的正半周，当Vi的瞬时值很小时，所有的二极管都被偏置电压+E和-E截止，输入的三角波经过电阻R直接输出到输出端，VO=Vi，输出VO与输入波形Vi一样。

当三角波的瞬时电压Vi上升到V1时，二极管D1a导通，电阻R、R1、R1a组成第一级分压器，输入三角波通过该分压器分压后传送到输出端，输出电压比输入电压降低。

V0 随着输入三角波的不断增大，二极管D3a、D4a

依次导通，使得分压器的分压比逐渐减小，输出电压 衰减幅度更大，使三角波趋近于正弦波。 VV同理，当三角波自正峰值逐渐减小时，二极管 Vt VD4a、D3a、D2a、D1a依次截止，分压器的分压比又

0 逐渐增大，输出电压衰减幅度依次变小，三角波也

趋近于正弦波，如此循环，三角波变换成正弦波， 如图7.4所示。图中，该波形变换网络实际上是 采用4级网络、16条线段将三角波转变为正弦波，

图7.4 正弦波形成电路波形图 是对正弦波的逼近。如果网络的级数越多，逼近的 程度就越好。

7．6 什么是频率合成器，说明频率合成的各种方法及优缺点。

答：所谓频率合成，是对一个或多个基准频率进行频率的加、减（混频）、乘（倍频）、除（分频）四则运算，从而得到所需的频率。这一系列频率的准确度和稳定度取决于基准频率，

频率合成的方法很多，但基本上分为两类，一类是直接合成法，一类是间接合成法。 在直接合成法中，由于基准频率和辅助参考频率始终是存在的，转换输出频率所需时间主要取决于混频器、滤波器、倍频器、分频器等电路的稳定时间和传输时间，这些时间一般较小，因此直接合成法可以得到较快的频率转换速度，从而广泛应用于跳频通信、电子对抗、自动控制和测试等领域。其缺点是需用大量的混频器、滤波器，体积大，价格高，也不易集成化。

间接合成法通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除，即对频率的运算是通过锁相环来间接完成的。由于锁相环具有滤波作用，因此可以省掉直接合成法中所需的滤波器，它的通频带可以作得很窄，其中心频率便于调节，而且可以自动跟踪输入频率，因而结构简单、价格低廉、便于集成，在频率合成中获得广泛应用。但间接合成法受锁相环锁定过程的限制，

21

转换速度较慢，一般为毫秒级。

7．7 基本锁相环由哪些部分组成，其作用是什么？

答：如图7.5所示，基本锁相环是由基准频率源、鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成的一个闭环反馈系统。

f0 f0 fr

基准频率源 Vi Vd 鉴相器 Vo 压控振荡器 低通滤波器

图7.5 基本锁相环框图 鉴相器是相位比较装置，它将两个输入信号Vi和VO之间的相位进行比较, 取出这两个信号的相位差，以电压Vd的形式输出给低通滤波器（LPF）。当环路锁定后，鉴相器的输出电压是一个直流量。

环路低通滤波器用于滤除误差电压中的高频分量和噪声，以保证环路所要求的性能，并提高系统的稳定性。

压控振荡器是受电压控制的振荡器，它可根据输入电压的大小改变振荡的频率。一般都利用变容二极管（变容管）作为回路电容，这样，改变变容管的反向偏置电压，其结电容将改变，从而使振荡频率随反向偏压而变。

7．8 已知fr1?100kHZ,fr2?40MHZ用于组成混频倍频环，其输出频率fo?(73~101.1)MHZ，步进频率?f?100kHZ，环路形式如下图所示，求

（1）M取“+”，还是“-”？ （2）N=？

f r1=100kHZ 分频器 （÷N） 带通滤波器 混频器 (M) 频率源1 鉴相器 低通滤波器 压控振荡器 f0=(73~101.1)MHZ △f=100kHZ fr2=40MHZ 频率源2

解：根据锁相原理，我们不难看出

f?Nfr1 而f?fr2?fo

（1）若M取“+”，

则f?fr2?fo?40MHZ?(73~101.1)MHZ?(113~141.1)MHZ 则N?f113~141.1??1130~1411 fr10.1（2）若M取“-”，

则f?fo?fr2?(73~101.1)MHZ?40MHZ?(33~61.1)MHZ

22

则N?

f33~61.1??330~611 fr10.17．9 对测量信号源的基本要求是什么？

答：对测试信号源的基本要求是：能满足被测信号对频率、幅度、波形种类、准确度和稳定度失真度等指标要求，能进行测试功能选择。

7．10 如何对低频放大器的电压放大倍数、功率放大倍数进行测量？

答：在低频电子电路中，对放大倍数的测量，实质上是对电压和电流的测量。测试电路如图7.6所示。

毫伏表

信号源 示波器 被测 放大器

图7.6 放大器放大倍数测量连线图 信号源输出放大器中频段的某一频率，加到被测放大器的输入端，输入幅度由毫伏表监

测，被测放大器的输出同时用毫伏表和示波器测试，保证在输出基本不失真、无振荡、无严重干扰的情况下进行定量测试。用毫伏表分别测出被测放大器输入、输出信号电压的有效值，即可求出放大器的电压放大倍数。

AV?VO ViP0，式中Pi放大电路功率放大倍数测量的连线图与电压放大倍数测量的连线图一样。 根据功率放大倍数的计算公式，KP?po是负载电阻RL上测得的输出功率，

V02Vi2其值为；Pi是输入功率，其值为，其中Vi是输入的信号电压，Ri是被测放大器的输

RLRi入电阻。因此，只要测得，并已知时VO、Vi、Ri，便可计算出功率放大倍数。

KPVV02P0()/(i) ??RLPiRi2

7．11 如何对放大器的幅频特性进行测量？

答：在低频电子电路中，函数发生器可用于测量低频放大器的幅频特性。测试过程如下。

（1）按图7.7所示连线。

（2）调节函数发生器，使其输出频率1kHz，幅度为10mV的正弦信号，并将其送到被测放大器输入端。

（3）在被测放大器输出端接上负载

毫伏表 电阻RL后，再将输出接到毫伏表或示波

器的Y输入端，测出放大器在1kHz时的 输出电压值。

（4）按被测电路的技术指标，在保 函数信号 发生器 23 被测 放大器 示波器 图7.7 放大器幅频特性测试连线图

持函数发生器输出幅度不变的情况下，逐 点改变信号发生器的频率，逐点记录被测 放大器的输出电压值，然后，根据记录数据， 画出被测放大器的频率特性曲线。

7．12 扫频测量与点频测量相比有什么优点？

答：在现代电子测量中，扫频信号发生器之所以能获得广泛应用，是因为扫频信号发生器与点频测量方法相比可以实现图示测量，而且扫频频率的变化是连续的，不会漏掉被测特性的细节，从而使测量过程简捷快速，并给自动或半自动测量创造了条件。与点频法相比，扫频法测频具有以下优点：

（1）可实现网络频率特性的自动或半自动测量，特别是在进行电路测试时，人们可以一面调节电路中的有关元件，一面观察荧光屏上频率特性曲线的变化，从而迅速地将电路性能调整到预定的要求。

（2）由于扫频信号的频率是连续变化的，因此，所得到的被测网络的频率特性曲线也是连续的，不会出现由于点频法中频率点离散而遗漏掉细节的问题。

（3）点频法是人工逐点改变输入信号的频率，速度慢，得到的是被测电路稳态情况下的频率特性曲线。扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际。

7．13 叙述脉冲信号发生器的构成方案，结合工作波形分析其原理。 答：脉冲信号发生器的组成如图7.8所示。

主振器输出负矩形波，经或门加到积分器A1，A1正向积分，当达到比较电平Er1时，比较器Ⅰ输出一个矩形脉冲，该脉冲比主振延迟了?1的时间，此脉冲又经积分器A2积分，并输出正向锯齿波，当达到比较电平Er2时，比较器Ⅱ动作，输出一个较主振延迟（?1??2）的矩形脉冲。比较器Ⅰ和比较器Ⅱ输出的矩形脉冲在减法器中相减，得到一个宽度为?2的矩形脉冲。改变比较电平Er1可改变延迟时间?1，即改变输出脉冲的前沿；改变比较电平Er2可改变?2，即改变输出脉冲的后沿。当比较电平不变时，改变积分器的参数，同样也可改变锯齿波的斜率，亦可改变输出脉冲的前后沿。波形如图7.9所示。 同步输出 同步放大

C1 C2 主 振 比 ≥1 器 － 比 比 较 － A1 较 较 器 R1 A＋ 1 器 R2 器 Ⅰ ＋ 外触发输入 Ⅰ Ⅱ

Er1 Er2 ＋E ＋E 图7.8脉冲信号源的组成框图

极 性 变换 ＋ 脉冲输输出 出级 K －

24 主振输出 积分器A1输出 比较器Ⅰ输出 积分器A2输出 比较器Ⅱ输出

一般，主振器一般采用多谐振荡器或间歇振荡器，其振荡频率一般可通过改变定时电容C进行分档粗调，用充放电电阻R进行细调。外触发输入可代替主振，这时仪器输出脉冲的重复频率与外触发脉冲同相。在或门后输出同步脉冲，用于保证测试时系统的同步。

7．14 如何合理选择和正确使用测量用信号源？

答：由于测量信号源的种类、型号繁多，使用时应根据具体情况进行选择。

（1）根据被测信号的频率进行选择。可根据工作频段选择超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频信号发生器、超高频信号发生器等。

（2） 根据测试功能选择。低频信号发生器主要用于检修、测试或调整各种低频放大器、扬声器、滤波器等频率特性；高频信号发生器主要用于测试各种接收机的灵敏度、选择性等参数，同时也为调试高频电子线路提供射频信号；函数发生器可提供多种信号波形，可用于波形响应研究；脉冲发生器可用于测试器件的振幅特性、过度特性和开关速度等。 （3）根据被测信号波形选择。

（4）根据测量准确度的要求进行选择。如在学生实验中，对输出信号的频率、幅度准确度和稳定度以及波型失真等要求不严格时，可采用普通信号发生器；在对仪器校准或测量准确度严格要求的场合中，应选用准确度和稳定度较高的标准信号发生器。

思考与练习8

8．1 通用示波器应包括哪些单元？各有何功能？

答： 通用示波器主要包括X偏转系统、Y轴偏转系统和示波管三大部分。如图8.1所示。 Y轴偏转系统将输入的被测交流信号放大；X轴偏转系统提供一个与时间成线性关系的锯齿波电压；两组电压同时加到示波管的偏转板上，示波管中的电子束在偏转电压的作用下运动，在屏幕上形成与被测信号一 致的波形。阴极射线示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，它们都被密封在真空的玻璃壳内，电子枪产生的高速电子束打在荧光屏上，偏转板控制电子束的偏转方向，使其按要求在荧光屏相应的部位产生荧光。

-Vy Vi Y轴 偏转系统 X轴 偏转系统 Vx Vy -Vx

图8.1示波器结构的框图 25

8．2 用逐点描迹法来说明电信号的显示过程。

答：Y偏转板加正弦波信号电压Vy?Vymsin?t，X偏转板加锯齿波电压Vx?kt，即X、Y偏转板同时加电压，假设Tx?Ty，则电子束在两个电压的同时作用下，在水平方向和垂直方向同时产生位移，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。如图8.2所示。

①当时间t?t0时，Vy?0,Vx??Vxm （锯齿波电压的最大负值）。光点出现在荧光屏上的最左侧的“0”点，偏离屏幕中心的距离正比于Vxm。

②当时间t?t1时，Vy?Vy1,Vx??Vx1，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，将会出现在屏幕的第Ⅱ象限的“1”点。

③当时间t?t2时，Vy?Vy2,Vx??Vx2，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，但此时正弦波电压为正的最大值，即Vy2?Vym；光点将会出现在屏幕第Ⅱ象限的最高点“2”点。 ④当时间t?t3时，Vy?Vy3,Vx??Vx3，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，与“1”点情况类似，光点将会出现在屏幕第Ⅱ象限的“3”点。

⑤当时间t?t4时，Vy?Vy4,Vx??Vx4，但此时锯齿波电压和正弦波电压均为为0，即

Vy4?Vx4?0；光点将会出现在屏幕中央的“4”点。

⑥正弦波的负半周与正半周类似，光点将依次出现在第Ⅳ象限的“5”、“6”、“7”、“8”点。以后，在被测信号的第二个周期、第三个周期等都将重复第一个周期的情形，光点在荧光屏上描出的轨迹也都将重叠在第一次描出的轨迹上，因此，荧光屏显示的是被测信号随时间变化的稳定波形。

Uyy 2 2 1 1 3 3 4 4 0 8 0 8 t 5 5 7 7 6 6 0 1 2 3 ux 4 5 6 7 26 t 8 图8.2 X、Y偏转板同时加信号时光点的轨迹图

8．3 如果被测正弦信号的周期为T，扫描锯齿波的正程时间为T/4，回程时间可忽略，其中被测信号加在Y输入端，扫描信号加在X输入端，试用作图法说明信号的显示过程。 答：信号的分析方法与上题类似，其波形如图8.3所示。

8．4 怎样控制扫描电压的幅度？

答：在示波器电路中比较和释抑电路可用于控制扫描电压的幅度。比较电路利用比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度，在比较电路中，输入电压与预置的参考电平进行比较，当输入电压等于预置的参考电平时，输出端电位产生跳变，并把它作为控制信号输出。它决定扫描的终止时刻，从而确定锯齿波的幅度，使电路产生等幅扫描。

8．5 对电子示波器的扫描电压有什么要求？

答：由于扫描电压与被测信号同步是信号稳定显示的基础，首先扫描电压的时基应准确；其次扫描发生器产生的锯齿波，是信号在X轴展开的条件，要使波形完美再现，扫描电压的线性应良好。

图8.3 Tx?Tx =1/4Ty t ux Ty 3 3 0 2 4 t 0 2 4 uy 1 1 1Ty时荧光屏显示的波形情况 48．6 比较触发扫描和连续扫描的特点。

答：连续扫描和触发扫描示波器扫描的两种方式。为了更好地观测各种信号，示波器应该既能连续扫描又能触发扫描，扫描方式的选择可通过开关进行。在连续扫描时，没有触发脉冲信号，扫描闸门也不受触发脉冲的控制，仍会产生门控信号，并启动扫描发生器工作；在触发扫描时，只有在触发脉冲作用下才产生门控信号。对于单次脉冲或者脉冲周期长的信号采用触发扫描方式更能清晰观测。

8．7 试说明触发电平、触发极性调节的意义。

27

答：在电路中设置触发电平和触发极性调节两种控制方式，通过这两种方式可任意选择被显示信号的起始点，便于对波形的观测和比较。触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。触发点位于触发源信号的上升沿为“+”极性；触发点位于触发源信号的下降沿则为“－”极性；触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值，触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，并决定扫描的起点。

8．8 一示波器的荧光屏的水平长度为10cm，要求显示10MHz的正弦信号两个周期，问示波器的扫描速度应为多少？

解：被测交流信号的周期为 T?x?Dx Dx?11T 其中 T???0.1?10?6s?0.1us 6f10?10x所以 Dx?

T0.1??0.02us/cm x10/28．9 有一正弦信号，使用垂直偏转因数为10mV/div的示波器进行测量，测量时信号经过10：1的衰减探头加到示波器，测得荧光屏上波形的高度为7.07div，问该信号的峰值、有效值各为多少？

答：示波器测量的是峰-峰值。

Vp?p?h?Dy?ky

Vp?p?7.07?10?10mV?707mV

正弦信号的峰值 Vp?正弦信号的有效值 V?

Vp?p2?707mV?353.5mV 2Vp2?Vp?p22?70722?250mV

8．10 延迟线的作用是什么？延迟线为什么要放置在内触发信号之后引出？ 答：延迟线是一种传输线，起延迟时间的作用。

在前面讨论触发扫描时已经介绍，触发扫描发生器只有当被观察的信号到来时才工作，也就扫描的开始时间总是滞后于被观测脉冲一段时间，这样，脉冲的上升过程就无法被完整地显示出来，因为有一段时间扫描尚未开始。延迟线的作用就是把加到垂直偏转板的脉冲信号延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，这样就能够保证在屏幕上可以扫出包括上升时间在内的脉冲全过程。

8．11 某示波器的带宽为120MHz，探头的衰减系数为10：1，上升时间为t0=3.5ns。用该示波器测量一方波发生器输出波形的上升时间tx，从示波器荧光屏上测出的上升时间为t0=11ns。问方波的实际上升时间为多少？

答：由于测量包含了示波器本身的固有上升时间，必须修正，同时考虑探头衰减倍数，方波

28

的实际上升时间为

2tr?trx?tr20?10?(11)2?(3.5)2?10?104.3ns

8．12 什么是“交替”显示？什么是“断续”显示？对频率有何要求？

答：交替和断续显示都是示波器采用单电子枪显示多波形的方法。交替显示采取的方法是第一次扫描时接通Y1通道，第二次扫描时接通Y2通道，交替地显示Y1、Y2通道输入的信号，。显然，电子开关的切换频率是扫描频率的一半。由于扫描频率分档可调，就要求开关切换频率跟随扫描频率变化。而一旦扫描频率低于50Hz时，开关切换频就会低于25Hz而产生闪烁，所以交替方式适于观测高频。

断续方式是在一个扫描周期内，高速地轮流接通两个输入信号，被测波形是由许多线段时断时续地显示出来，电子开关工作于自激状态，开关频率一般为几百KHz ，它不受扫描频率的控制，处于非同步工作方式。只有当转换频率远远高于被测信号频率时，人眼看到的波形好象是连续的，否则波形断续现象明显。因此，断续方式适用于被测信号频率较低的情况。 8．13 根据李沙育图形法测量相位的原理，试用作图法画出相位差为0和180时的图形。说明图形为什么是一条直线？

解：（1）同幅度、相位差为0、频率比为1：1、周期为T的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道。 Uyy

0 t0 t1 t2 t3 t4 t

图8.4 X、Y偏转板加同频、同相信号时

光点的轨迹图

???1 0 2 t0 t1 t2 t3 t4 ux t ①当时间t?t0时，Vy?0,Vx?0 光点出现在荧光屏上的中点“0”点。

②当时间t?t1时，Vy?Vx?Vm，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，在x、y方向位移最大且相同，光点将会出现在屏幕的第1象限的“1”点。

③当时间t?t2时，Vy?0,Vx?0，光点从“1”点回到荧光屏上的中点“0”点。

29

④当时间t?t3时，Vy?Vx??Vm，光点同时受到水平和垂直偏转板的作用，与“1”点情况类似，光点将会出现在屏幕第3象限的“2”点。

⑤当时间t?t4时，光点从“2”点回到荧光屏上的中点“0”点。 因此，荧光屏显示的是一条过原点的，斜率为45的直线。

（2）同幅度、相位差为180、频率比为1：1、周期为T的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，图形是一样的。

8．14 示波器测量电压和频率时产生误差的主要原因是什么？

答：由于测量时是通过示波器屏幕上的刻度来读数的，目前的多数示波器的最小刻度是1毫米，毫米以下是估测读数，同时，示波器显示的光迹不可能做得很细，因此产生误差的主要原因是读数误差。

??8．15在通用示波器中调节下列开关、旋钮的作用是什么？在哪个电路单元中调节？ 答：下列开关、旋钮是示波器中常用的。

（1）辉度

即示波器光迹的亮度调节，在示波器高压电源部分。

（2）聚焦和辅助聚焦

即示波器显示光迹的聚焦程度调节，聚焦越好，光迹线越细，显示越清晰，在示波器高压控制部分。

（3）X轴移位

即示波器显示光迹在X轴方向移动，该部分控制在X偏转板后置放大部分。

（4）触发方式

即示波器扫描信号发生器的工作控制方式，该部分控制在X偏转板扫描电路部分。

（5）Y轴移位

即示波器显示光迹在Y轴方向移动，该部分控制在Y偏转板后置放大部分。

（6）触发电平

触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值，该部分控制在X偏转板扫描电路部分。

（7）触发极性

触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿，该部分控制在X偏转板扫描电路部分。

（8）偏转灵敏度粗调（V/div） 示波器Y通道的增益粗调。 （9）偏转灵敏度细调

示波器Y通道的增益细调。

（10）扫描速度粗调（T/div）

示波器X通道的扫描速率粗调。

（11）扫描速度微调

示波X通道的扫描速细粗调。

（12）稳定度

调节示波器扫描锯齿波的周期，以保证与被测波形同步。

30

8．16采用非实时取样示波器能否观察非周期性重复信号？能否观察单次信号？为什么？ 答：不能。由于非实时取样是从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法，以间隔10个、100个甚至更多个波形上取一个样点，这样，非周期重复信号和单次信号是不可能观测的。

8．17叙述记忆示波器和数字存储示波器的特点。

答：记忆示波器是利用记忆示波管组成的示波器，也称CRT存贮。它的核心是记忆示波管。采用这种示波管，即使在断电的情况下，亦可将波形记忆一周左右。

与记忆示波器不同，数字存贮示波器不是一种模拟信号的存贮，也不将波形存贮在示波管内的存贮栅网上，而是将它将捕捉到的波形通过A/D转换进行数字化，而后存入管外的数字存贮器中。读出时，将存入的数字化波形经D/A变换，还原成捕捉到的波形，然后在荧光屏上显示出来。数字存贮示波器经常采用大规模集成电路和微处理器，在微处理器统一指挥下工作，具有自动化程度高、功能强等特点。

8．18数字存储示波器显示与模拟示波器相比有何特点？ 答：与普通模拟示波器相比，具有一系列优点。

1．可长期存储波形 2．可进行负延时触发

3．便于观测单次过程和突发事件 4．具有多种显示方式 5．便于数据分析和处理 6．可用数字显示测量结果 7．具有多种方式输出 8．便于进行功能扩展

思考与练习9

9．1 什么是时域测量？什么是频域测量？两者测试的对象是什么？

答：以时间为自变量，以被观测信号(电压、电流、功率)为变量进行的分析和测试，就是时域测量。通过时域测试可发现信号通过电路后放大、衰减或畸变的现象；可测定电路工作在线性或非线性区；可判断电路设计是否符合要求。

以频率为自变量，以各频率分量的信号值为因变量进行分析和测量就是频域测量。任何一个过程或信号，既可在时域进行分析来获取其各种特性，也可以在频域进行分析获取各种特性。

9．2 什么是频谱分析，用频谱分析仪和示波器分析信号有什么不同？各有什么优点？ 答：频率特性测试仪、频谱分析仪都是以频率为自变量，以各频率分量的信号值为因变量进行分析的，通过频谱测量可以确定信号的谐波分量,还可以了解信号的频谱占用情况。

示波器和频谱仪都可用来观察同一物理现象，两者所得的结果应该是相同的。但由于两者是从不同角度去观察同一事物，故所得到的现象只能反映事物的不同侧面。因此，从测量的观点看，这两类仪器各有特点，使用时应注意选择。

（1）某些在时域较复杂的波形，在频域的显示可能较为简单

（2）如果两个信号内的基波幅度相等，两次谐波幅度也相等，但基波与两次谐波的相

31

位差不相等，则这两个信号所显示的频谱图是没有分别的，因为实际的频谱分析仪通常只给出幅度谱和功率谱，不直接给出相位信息；但用示波器观察这两个信号的波形却有明显不同。

（3）当信号中所含的各频率分量的幅度略有不同时,波形的变化是不太明显的,用示波器很难定量分析失真的程度，但是频谱仪对于信号的基波和各次滤波含量的大小则一目了然，因为谱线数量明显不同，而且直接可得出定量的结果。 9．3 扫频仪中如何产生扫频信号？

答：扫频信号发生电路主要包括扫频振荡器、稳幅电路及输出衰减器，如图9.1所示 扫频振荡器是扫频信号发生器的核心，在目前常用的有磁调电感扫频振荡器、变容管扫频振荡器及宽带扫频。前两种方法是改变振荡回路元件（电感或电容）的参数值来改变信号频率的，其扫频宽度和扫描线性受到一定限制。宽带扫频则克服了上述缺点，它具有较宽的扫频宽度，中心频率在较宽的范围内可调节，而且中心频率与扫频宽度的调节可独立进行，互不干扰。

AGC控制器 扫频振荡器 输出衰减器 图9.1扫频信号发生电路的构成

9．4 什么是频标？为什么频标会叠加在扫频仪屏幕显示的图形上？

答：叠加在扫频输出信号上的频率标志。常用的内频标有菱形频标和针形频标两种。

菱形频标常用差频法产生，标准信号发生器晶振频率fo为50MHZ，通过谐波发生器产生fo的基波及各次谐波fo1,fo2,fo3,?foi，送入混频器与扫频信号混频，扫频信号的范围是fmin~fmax，若扫频信号与谐波在某点处差频为0，如在fo1处差频为0，由于低通滤波器的

选通性，在零差频点，信号得以通过，因而幅度最大；离零差频点越远，差频越来越大，低通滤波器输出的幅度迅速衰减，于是在f?fo1处形成了菱形频标。同理在fmin~fmax各零差频点处也形成了菱形频标。

9．5 说明扫频仪测量电路参数的原理和方法。

答：从扫频仪屏幕显示的幅频特性上可求得各种电路参数。

①增益的测量

在调好幅频特性的基础上，分别调节粗调和细调衰减器，控制扫频信号的电压幅度，使荧光屏显示的频率特性曲线处于0dB附近，如果高度恰号与0dB线等高，此时为粗调输出衰减B1（dB），细调输出衰减为B2（dB），则该放大器的增益为 A?（B2?B1）dB ②带宽的测量

被测电路的连接方法与测量幅频特性曲线相同。调节粗调和细调衰减器，控制扫频信号的电压幅度，使荧光屏显示出高度合适的频率特性曲线，然后调整Y增益，使曲线顶部与某一水平刻度线AB相切，此后Y增益旋钮保持不动，然后将扫频仪输出衰减细调衰减器减小3dB，此时荧光屏上显示的曲线高出原来的水平刻度线AB，且与AB线有两个交点，两交点处的频率分别为下截止频率fL和上截止频率fH，则被测电路的带宽为

BW?fH?fL 对于宽带电路，可以使用扫频仪的内频标直接显示和读出频率特性曲线的带宽；如需更准确的测量，可采用外频标。

32

③回路Q值的测量

电路连接方法与测量幅频特性曲线相同。在用外频标标出回路的谐振频率和两个半功率点频率下截止频率和上截止频率后，用公式进行计算。

Q?f0(fH?fL)

9．6 外差式频谱分析仪能进行实时分析吗？为什么？

答：外差式频谱分析仪采用扫频技术进行频率调谐，其核心部分如同一台外差式接收机。目前常用的外差扫频式频谱分析仪有全景式和扫中频式两种。前者可在一次扫频过程中观察信号整个频率范围的频谱。而后者一次扫描分析过程只观察某一较窄频段的频谱，因而可实现较高分辨力分析。由于进行的是扫描分析，信号中的各频率分量不能同时被测量到，因而不能提供相位频谱，不能做实时分析，只适用于周期信号或平稳噪声的分析。

9．7 频谱分析仪的静态和动态分辨率有何区别和联系？

答：分辨率是指频谱分析仪能把靠得很近的、相邻的二个频谱分量分辨出来的能力。其中静态分辨率决定扫频的宽度；动态分辨率则对扫速有大的影响。一般静态分辨率Bq在仪器技术说明书中给出的，而动态分辨率Bd则与我们使用条件有关，很明显，Bd总是大于Bq，而且扫频速度越快，Bd越宽。一般说来，动态分辨率Bd决定于静态分辨率Bq。

9．8 频谱分析仪可以做哪些参数的测量？

答：通常，用频谱分析仪可进行下列参数的测试。 （1）测量正弦信号的绝对幅值和相对幅值。

（2）频率、寄生频率分量的绝对频率和相对频率、噪声和频率稳定度等参数。 （3）测试调幅、调频、脉冲调幅等调制信号。 （4）测试脉冲噪声。 （5）测试瞬变信号。

（6）测试线性网络和非线性网络的幅频特性、非线性失真、增益或衰减等参数。 （7）进行电磁兼容性（EMC）的测试。

9．9 画处扫频仪和频谱仪的组成原理框图，比较它们在电路结构上的异同点？

答：扫频信号发生电路主要包括扫频振荡器、稳幅电路及输出衰减器，如图9.1所示 扫频振荡器是扫频信号发生器的核心。

通常的频谱仪，无论是对确定信号还是周期信号，所分析的大多是功率谱。有三种分析功率谱的方案，它们是滤波法、相关函数傅立叶变换法和直接傅立叶变换法。后两种都是通过傅立叶变换计算来完成的，如图9.16、9.17、9.18所示。

思考与练习10

10．1 什么是数据域测量？数据域测试有什么特点？ 答：被测系统的信息载体主要是二进制数据流的测试技术称为数据域测试技术，包括数字系统，包括芯片、印制电路板、设备乃至系统。与传统测试相比，数据域测试有许多特点。

(1) 被测信号持续时间短。 (2) 被测信号故障定位难。 (3) 被测信号的非周期性。

33

（4）信息传递方式多样化。 （5）外部测试点少。

10．2 简易电平测试设备有那些？它们有何用途？

答：简易逻辑电平测试设备常见的有逻辑笔和逻辑夹，它们主要用来判断信号的稳定电平、单个脉冲或低速脉冲序列。其中逻辑笔用于测试单路信号，逻辑夹则用于多路信号。

10．3 逻辑分析仪的功能与示波器有什么不同？

答：示波器和逻辑分析仪都是常用的时域测试工具，但它们的测试对象、测试方法、显示方式、触发方式等都是不同的。如表10.1所示。

表10.1 逻辑分析仪与普通示波器的比较

比较内容 主要应用领域 检测方法 和范围 逻辑分析仪 数字系统的软、硬件测试 ①利用时钟脉冲采样。 ②显示范围与采样时钟周期和存储容量有关。 ③可显示触发前后的状态。 输入通道 触发方式 容易实现多通道，一般都多于16个通道。 ①数字方式触发。 ②可根据多通道的逻辑进行组合触发。 ③可与系统运行同步触发。 ④可用随机的窄脉冲进行触发。 ⑤可进行多级序列触发。 ⑥可实现超长存储深度，可存储长时间、高速的信号。 显示方式 数据实时采集到存储器，可采用状态表、定时图、图解或影射图等多种方式显示，也可用与被测系统运行同样的方式显示测试结果。 实时显示波形图 常用的多为2通道。 ①模拟方式触发。 ②根据特定的输入条件（电平或信号沿）进行触发。 普通示波器 模拟系统的信号显示。 显示触发后扫描时间设定范围内的波形。

10．4 逻辑分析仪与逻辑定时分析仪的主要差别是什么？

答：逻辑分析仪按其工作特点，可分为逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪两大类。这两类分析仪的基本结构是相同的，二者的主要区别在于显示方式和定时方式不同。

10．5 说明逻辑分析仪的电路组成。

答：逻辑分析仪的基本结构方框如图10.1所示。 外时钟 时钟 选择 内时钟 CRT 输数被测数据 入 据 数据 变显存储 换示电电

路 路 触发 产生 数据捕获部分 数据显示部分

34

图10.1 逻辑分析仪的基本组成

由图可见，逻辑分析仪主要由数据捕获和数据显示两部分组成。数据捕获部分用来捕获并存储要观察的数据。其中数据输入部分将各通道的输入变换成相应的数据流；而触发产生部分则根据数据捕获方式，在数据流中搜索特定的数据字。当搜索到特定的数据字时，就产生触发信号以控制数据存储器开始存储有效数据或停止存储数据，以便将数据流进行分块。数据显示部分则将存储器里的有效数据以多种显示方式显示出来，以便对捕获的数据进行分析。整个系统的工作受外时钟或内时钟的控制。

10．6 逻辑分析仪有那些显示方式？

答：逻辑状态分析仪常采用的显示方法是：状态表显示、反汇编显示、定时图显示、图解显示、影射图显示、分解模块显示。

10．7 逻辑分析仪有那些触发方式？

答：逻辑分析仪一般有基本触发、手动触发、延迟触发、序列触发、限定触发、计数触发和毛刺触发等多种触发方式。

10．8 逻辑分析仪主要应用在哪方面？

答：逻辑分析仪主要应用在数字系统软件测试、微处理器测试、测试数字集成电路、数字系统故障诊断。

思考与练习11

11．1 光纤通信系统测量有什么特点？

答：要全面衡量光纤通信系统的性能，应按有关规定对系统的性能参数及指标进行检测。

光纤通信系统的参数繁多，测试方法也多种多样，可按系统构成单元、参数定义和常规测试方法进行测量。

11．2 用背向散射法测量光纤损耗的依据是什么？

答：背向散射法也叫光时域反射法，是一种多功能测量方法。

其依据是由于光纤本身的缺陷和掺杂成分的不均匀，使得掺杂分子在光子作用下会发生散射现象。当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的各点均会引起散射，其强弱与通过该处的光功率成正比，而散射又与光纤的衰耗有直接关系，因此其强弱也就反映了光纤各点衰耗大小。

11．3 用背向散射法测量光纤反射点距离的依据是什么？

答：光纤反射点距离是与光功率有关的，因此其测量实质与测量光纤损耗类似。

11．4 说明测量光接收机灵敏度的过程。 答：灵敏度表示光接收机接收微弱信号的能力，直接决定光纤通信系统的中继距离和通信质

量。

灵敏度定义为在给定误码率和信躁比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。

35

PR?10lgPmindBm 1mW光接收机的灵敏度测试框图如图11.9所示。

S R

数字光 数字光 误码 光可变 接收机 发送机 衰减器 分析仪

光 功率机

图11.9 光接收机灵敏度测试原理图

测试步骤如下： （1）误码分析仪向数字光发送机送入PCM测试信号，速率为2048kbit/s和8448kbit/s

15

的数字光纤系统送长度为2-1的伪随机码；134368kbit/s和139264kbit/s数字光纤系统

23

送长度为2-1的伪随机码。

（2）用光功率计检测测数字光接收机输入的光功率。

（3）调整光衰减器，逐步增大光衰减，使输入光接收机的光功率逐步减小，系统处于误码状态。然后，逐步减小光衰减器的水溅，逐渐增加光接收机的输入光功率，使误码逐渐减少，当在一定的观察时间内，使误码个数少于某一要求时，即达到系统所需要的误码率。

（4）在测试灵敏度时，一定要注意测试时间的长短。 11．5 如何测试输出抖动？画出测试系统图。

答： 输出抖动指系统无输入抖动时的输出抖动，其测试框图如图11.13所示。测量输出抖动时，输入端不加衰减器，不加抖动，用伪随机码发生器作信号源；用抖动检测器测得该点下的峰-峰抖动即为系统的最大输出抖动。

抖动 抖动信号 光接收机 光发送机 分析仪 发生器 光缆

图11.13 输出抖动测试框图

11．6 如何测试输入抖动容限？

答：如图11.12所示，改变抖动信号发生器的抖动频率和抖动幅度，造成光系统输入信号按不同幅度抖动，用抖动分析仪在对端光接口处监测误码。

输入端串接电缆作为信号衰减器，在不同电缆衰耗、不同抖动频率下，改变抖动幅度，以无误码时的最大输出抖动幅度作为最大允许输入抖动。最后抖动幅度以UI为单位；抖动频率Hz为单位，按测试数据画出最大允许抖动曲线。

抖动 抖动信号 衰减电缆 光接收机 光发送机 分析仪 发生器 光缆

图11.12 输入抖动容限端对端测试框图

11．7 如何进行24小时误码测试？

答： 采用对端电接口环回，本端测试的方法，测试方框图如图11.11所示。

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中继器 误码仪 光端机 光端机 发送 发送 码型 发生器

接收 接收 误码

测试仪

图11.11系统误码性能参数测试框图

测试时，先将对端电接口环回，然后由本端误码仪发送规定的测试信号，输出码型经被测信道或被测设备后，由接收部分接受，接收部分可产生一个与发送部分码发生器产生的图象完全相同且严格同步的码型，并以此为标准，在比特比较器中与输入的图案进行逐比特比较。如果被测设备产生了一个错误比特，都会被检出并送误码计数器显示。

一般误码的测试时间在24h以上，最后根据统计的误码结果计算出BER、SES和Es指标。

11．8 光功率计的性能优劣如何判定？

答：光功率计的主要技术指标是测量灵敏度和测量精度。一般由两个指标判定。

11．9 在光通信系统的哪些指标测试中需要使用光功率计？ 答：，电端机、光端机、光源、光检测器、光中继器和光纤等单元中指标测量都可能用到光功率计。如光纤衰减系数、光纤连接器的损耗、耦合比、增益及灵敏度等参数。

11．10 光时域反射仪可以测量哪些参数？

答：光时域反射计可测量光纤的衰耗、衰耗沿轴向的分布、光纤光缆的光学连续性、物理缺陷、接头损耗和光纤长度等。

11．11 抖动仪是如何工作的？ 答：抖动仪将带抖动的被测信号与同频率的不带抖动的参考信号之间进行相位比较，然后再经过一定处理后，输出被测信号相位抖动幅度的模拟值。

图11.22给出了抖动测量的原理框图。图中TG为带抖动的定时信号，是从被测抖动信号中提取出来的；TK为比相用的参考时钟；测量时将提取的带抖动的定时信号TG与不抖动的参考时钟TK比较，输出误差电压。

TG

TG

定时提取 抖动信号 TG 抖动抑制 抖

定时比较 动

输 TK 参考时钟 图11.22抖动测量原理框图

思考与练习12

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12．1 计算机测试的基本概念是什么？

答：它以计算机或微处理器为核心，将检测技术、自动控制技术、通信技术、网络技术和电子信息等技术结合起来的测试技术。

12．2 计算机测试与传统仪器测试相比有哪些特点？

答：计算机测试使现代仪器具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点，用户可完全可根据各种测试对象的特点，合理组建自己的测试系统。

12．3 智能仪器的结构特点是什么？

答：智能仪器是将人工智能的理论、方法和技术应用于仪器，使其具有类似人智能特性或功能的仪器。目前，人们习惯把内含微型计算机和GPIB接口的仪器称为智能仪器。

为了实现智能化的特性或功能，智能仪器中一般都使用嵌入微处理器的系统芯片(SOC)、或数字信号处理器(DSP)及专用电路(ASIC)，仪器内部带有处理能力很强的智能软件。但通常微处理器是为特定仪器完成特定测试任务而设计，属于专用型计算机，相应的测试软件也相对固定。

12．4 智能仪器是如何进行测量的？

答：智能仪器的测量过程是：微处理器接受来自键盘或GPIB接口的命令，解释并执行这些命令；然后通过接口发出各种控制信息给测试电路，用来规定测试功能、启动测量、改变工作方式等；同时可采用查询和中断等方式，了解测试电路的工作状况。当测试电路完成一次测量后，微处理器读取测量数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后输出至显示器、打印机、主控制器等。

12．5 自动测试系统的结构特点是什么？它对计算机的要求如何？ 答：自动测试系统结构上采取组合式或积木式的组建概念，即不同厂家生产的各种型号的通用仪器，加上一台现成的计算机，用一条统一的无源标准总线连接起来。这种积木概念简化了自动测试系统的组建工作，无需在接口硬件方面再做任何工作，大大方便了自动测试系统的组建，它标志着测量仪器从独立的手工操作单台仪器走向程控多台仪器的自动测试系统。

12．6 GPIB接口起什么作用？

答：GPIB接口总线标准的提出，解决了独立仪器互连的问题，它标志着测量仪器从独立的手工操作单台仪器走向程控多台仪器的自动测试系统。

12．7 要组建一个由计算机、DMM和打印机构成的自动测试系统，需要进行哪些步骤？ 答：通常按以下步骤进行：

（1） 给器件设定地址。

在系统工作以前首先需要给被测器件设定地址，系统中各器件有了地址才能区别，也才能进行编程和程序控制。

（2） 连接GPIB电缆。

GPIB系统对电缆长度和连接器件有一定限制，电缆总长度不得超过20米，母线上最多可挂15个器件（包括系统的中央控制器在内）。如果需要快速传递数据时，可选用0.5米长的电缆。另外还要注意GPIB连线器的选择。

（3） 画出测试流程图，编写测试程序。

根据测试总要求，画出流程图以便分析，并为编写测试程序提供方便。 （4） 按使用要求接通各仪器电源。

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（5） 将被测器件接入自动测试系统，同时连接好被测模拟信号的输入电路。 （6） 输入并启动测试程序，系统测试工作自动开始。

12．8 VXI总线仪器有何优点？为何得到广泛应用？

答：VXI总线仪器具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的特点，得到了广泛应用。

12．9 何谓虚拟仪器？虚拟仪器是仿真仪器吗？

答：虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是指以通用计算机作为核心的硬件平台，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能，然后通过鼠标或键盘操作的仪器。虚拟仪器是一种实际仪器。

12．10 虚拟仪器的硬件系统一般包括哪几个部分？

答：虚拟仪器按照“信号的调理与采集—数据的分析与处理—结果的输出及显示”的结构模式来建立通用仪器硬件平台的。基础硬件平台目前可以选择各种类型的计算机，外围硬件设备主要包括：各种计算机内置插卡和外置测试设备。

12．11 试述LabVIEW虚拟仪器软件体系结构及基本原理。 答：主要包括三部分：应用软件开发环境为用户开发虚拟仪器提供了必须的软件工具与环境。仪器驱动器是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序，是完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁，它作为用户应用程序的一部分在计算机上运行。VISA生成虚拟仪器的软件结构和模式，它包括：统一的仪器控制结构，与操作系统、编程语言、硬件接口无关的应用程序编程接口等。

12．12 虚拟仪器的设计主要包括哪些内容的设计？一般有几个步骤？ 答：包括对虚拟仪器的硬件选择、仪器驱动器设计和虚拟仪器面板设计。一般的步骤为：（1）动能分析和描述（2）虚拟仪器的硬件选择（3）仪器驱动器外部接口设计（4）仪器驱动器内部设计包括前面板设计、流程图设计（5）运行调试程序。

12．13 不同厂家的虚拟仪器可以互换吗？如何解决互换问题？

答：VXI仪器驱动器的设计基于VISA虚拟仪器的软件结构和模式，与特定仪器密切相关，更换不同厂家或同一厂家不同型号的仪器时，不仅要更换仪器驱动器而且要修改测试程序以适应新的仪器及仪器驱动器，即是不可互换的。IVI建立在VISA的 I/O层以上，把传统的仪器驱动程序分为类驱动程序和特定仪器驱动程序两个子层，测试系统开发者可以在某类仪器内替换某一仪器及相应的特定仪器驱动器而不用改动仪器类驱动器及测试程序，IVI标准使得同类中的仪器互换成为可能。

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