电子测量原理复习大纲汇总.docx
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电子测量原理复习大纲汇总
电子测量原理复习大纲
1、有效数字P43
误差不大于末位的半个单位的数,从它左边第一个不为0的数字起,直到右边最后一个数字止,都是有效数字.
舍入规则：
小于5舍去,大于5进位,等于5取偶数.
Eg；保留3位有效数字35.95》36.055.65》55.6
2、数字电压表位数与分辨率、波峰因数和波形因数参数
Eg1,2½位数字电压表（即最大读数为199），如果对应满量程为2V，则分辨率为2÷200=0.01V/字
2数字电压表最大计数容量为199999，通常称位电压表为5½数字电压表，若其最小量程为0.2V，则分辨率为
0.2÷200000=10^（-6）V/字
波形因数交流电压的波形因数的定义为该电压的有效值与平均值之比，即
波峰因数交流电压的波峰因数的定义为该电压的峰值与其有效值之比，即
检波式电压表读数均按正弦波有效值进行刻度即读数均为正弦波有效值。
均值电压表（放大——检波，灵敏度高，频率范围小）
均值相等，则读数相等
峰值电压表（检波——放大，灵敏度低，频率范围大）
峰值相等，则读数相等
Eg采用某电压表（正弦有效值刻度）测量峰值相等（Vp=10v）的正弦波，方波，三角波发现读数相同（正弦波Kp=1.414）则该表为峰值检波方式，读数为10÷1.414=7.072
6电子计数器提高测量精度方法P101、小数分频技术P139
15电子计数器测频时，为提高测量精度，我们可以采取哪三种方法
（一）电子计数器提高测量精度方法1.内插法计数器2.游标法计数器——数字内插技术3倒数计数器4平均测量技术
1.倒数计数器原理是多周期同步测量法。
计数器A对输入信号进行计数，计数值为Nx=Fx×T﹙Fx为输入信号频率﹚，计数器B对时钟脉冲进行计数，计数值为Nx=Fo×T﹙Fo为时钟脉冲频率﹚，则被测频率为：
Fx=Nx÷Ny×Fo
同步电路的作用保证了门脉冲信号和被测信号同步。
所以Fx与T同步Nx无±1误差而Fo与T不同步所以Ny有±1误差
2游标法这是以时间测量为基础的计数器，设法测出整周期数外的零头或尾数，Tx=Tn＋Tb－Ts
Tn=N×T01
Tb=x×﹙T02－T01﹚
Ts=y×﹙T02－T01﹚
则被测时间为Tx=N×T01＋x×﹙T02－T01﹚－y×﹙T02－T01﹚=﹙N－x＋y﹚T01＋﹙x－y﹚×T02=N×T01＋﹙x－y﹚×﹙T02－T01﹚=N×T01＋﹙x－y﹚△T0
这种计数器的分辨率为T02－T01
3.内插法也是以测量时间间隔为基础的技术方法，测出量化单位以下的尾数。
T1和T2为零头时间，他们的测量要用内插器，将他们扩大N倍，然后在N×T1和N×T2时间内对时钟脉冲进行计数，从而减小±1误差。
Tn就是简单地积累被测时间间隔内计数的N0个时钟脉冲时间。
Tx=Tn＋T1－T2
Tx=N0×T0
即被测时间为Tx=[N0＋﹙N1－N2﹚÷1000]×T0
被测周期为Tx=[N0＋﹙N1－N2﹚÷1000]×T0÷Nx
被测频率为Fx=1÷Tx
Eg16用游标法测量时间间隔T
用游标法测量一个时间间隔为t，假设f1领先f2且f1=10MHz,f2=10.001MHz.经过100个周期的追赶，两个时标重合，求被测时间间隔t，以及这种方法能达到的最大分辨率
答：
t=100（1÷f1－1÷f2﹚=9.999×10^﹙－10﹚
最大分辨率为1÷10－1÷10.001=9.999×10^﹙－12﹚
（二）小数分频是通过可变分频和多次平均来实现
小数分频公式N.F其小数点有效位为A则
N.F=[N×（10^A－F）＋（N＋1）×F]÷10^A
Eg26.83其A=2,N=26,F=83则
26.83=[26×（10×10－83﹚＋（26＋1﹚×83]÷10^2。
若实现75.6的分频，则在10个参考频率周期中要（10^A－F）=10^1－6=4次除以75，要F=6次除以76
3、数字示波器内插器技术P177
在数字示波器中常用的内插技术有正弦内插和线性内插。
（1）线性内插
最简单的内插形式是线性内插。
线性内插是用直线把相邻的两个样点连接起来，这是一种非常简单而又自然的方法，提供的结果有限。
插入点的数值y（t）用下式表示：
y（t）=（t2－t）÷（t2－t1﹚×y（t1）＋﹙t－t1﹚×﹙t2－t1﹚×y﹙t2﹚
（2）正弦内插
y﹙kt﹚为取样序列（取样点为N），在每个取样周期内插入M点，一般T=1，根据正弦内插公式知道N越大，正弦内插后误差越小，理论用到无穷多个取样点即N为无穷，但计算时间太长，通常N为10—18之间。
两种内插方式的比较
（1）不管采用哪种内插方法，Fs÷Fi（取样率÷信号频率）比越高，效果越好
（2）正弦波采用正弦内插，三角波，方波和脉冲信号采用内插方式
3.虚拟仪器接口类型
GPIB,VXI,PXI,DAQ和串口仪器
4.双积分式ADC特性
1）抗串模干扰能力强2）对积分元件及时钟信号的稳定性和准确度要求大为降低3）测量灵敏度较高4）测量速度慢是其主要缺点5）积分器、比较器中运放的零点漂移会带来转换误差
5失真度分析仪原理及设计框图P212（25总谐波和噪声失真测量仪）
失真度被定义为全部谐波能量与基波能量之比的平方根值。
由于基波难以单独测量，当失真度较小时，上述失真定义式可近似为：
按照近似式测量失真度，所得的是谐波电压总有效
值与被测信号总有效值之比。
近似的条件：
当失真
度小于10％时，可用近似失真度测量值D代替定义
值D0，否则需对D值进行换算或修正。
换算公式为
按上式定义成的失真度测量仪方框图如下图所示
总谐波和噪声失真测量仪方框图
6取样技术的方法和各自优缺点P16124取样技术是数字存储示波器的关键技术，直接关系到所显示波形的质量。
常采用取样技术可分为。
请分别分析这两类取样技术的优、缺点
答：
取样就是从被测波形上取得样点的过程。
取样分为实时取样和非实时取样两种。
ò实时取样：
从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个信号波形的方法。
优点；能采集非重复的单次波形。
但要满足1.取样定理:
Fs＞2Fh2.取样率=N*扫描速度N:
每格样点数否则会产生混叠失真
缺点：
取样率要比被测信号的带宽高4-5倍。
ò等效取样：
从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法。
等效采样又可分为随机采样和顺序采样，被测信号必须是周期信号
顺序采样
◆优点：
能以极低的采样速率（100kHz～200kHz）获得极高的带宽（高达50GHz），垂直分辨率一般在10bit以上。
◆这种示波器每个采样周期在波形上只取一个样点，
◆缺点：
不能进行非周期单次捕捉和预触发观察。
随机采样
优点：
可实现预触发观察。
缺点：
只限于周期重复信号。
7示波器波形参数计算P150
1．频带宽度BW和上升时间tr
示波器的频带宽度BW一般指Y通道的频带宽度。
上升时间tr是一个与频带宽度BW相关的参数，表示由于示波器Y通道的频带宽度的限制，反映了示波器Y通道跟随输入信号快速变化的能力。
频带宽度BW与上升时间tr的关系可近似表示为
BW×tr=0.35
◆2．偏转因数
偏转因数指在输入信号作用下，光点在荧光屏上的垂直（Y）方向移动1cm（即1格）所需的电压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。
偏转因数表示了示波器Y通道的放大/衰减能力。
偏转因素的倒数称为“（偏转）灵敏度”。
◆3．扫描速度
扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离，单位为“cm/s”。
荧光屏上通常用间隔1cm的坐标线作为刻度线，因此扫描速度的单位也可表示为“cm/div”。
扫描速度的倒数称为“时基因素”，它表示单位距离代表的时间，单位为“t/cm”或“t/div”，时间t可为μs、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的顺序分成很多档。
示波器带宽P159
◆一、示波器带宽选择依据
◆“5倍带宽法则”：
◆二、宽带示波器的实现
◆1、主要为Y通道放大器的带宽、增益、失真
◆2、对扫描电压要求
◆3、示波器探头
Eg20示波管的Y偏转因数
某示波管的Y偏转因数为6v/div,用其构成示波器，要求最小偏转因数为70mv/div，试估计Y通道放大器的单边放大倍数，假如荧光屏的有效高度为8div，则Y通道末级放大器的输出电压幅度？
答：
A=Dfy÷Dy=6÷0.07=85.7
V=6v/div×8div=48v
8频谱仪分辨率带宽的计算
（一）P2043dB带宽：
两个幅度相等有一定距离的而且频率分别为f1和f2的信号加到仪器出入端，在外差扫频过程中两个信号的响应形成综合曲线，当综合曲线中间的凹陷相对峰值下降到3dB时，两信号的频率间隔定义为仪器的分辨率带宽（RBW）。
-60dB带宽：
窄带滤波器的-60dB带宽用于区别两个信号幅度不
等的情况，通常把两个相邻频谱分量幅度相差60dB时的分辨率
称为裙边分辨率，它主要取决于滤波器-60dB通带宽度，故用B
60dB。
波形因子：
通常把60dB带宽（B60）与3dB带宽（B3）之比定义为选择性或称波形因子Sf=B60÷B3
可见在同样的分辨率带宽条件下，选择性值越小，测量小信号的频率分辨率能力越强。
EgD=40Db,△f=5kHz,Sf=11,B=3kHz,能否区分两信号?
答：
B60=Sf×B=33kHz
D1=－3－﹙5000－3000÷2﹚÷﹙33000÷2－3000÷2﹚×57=－16.3所以无法显示
设B=x,则B60=11x,则－40=－3－﹙5000－x÷2﹚÷﹙11x÷2－x÷2﹚×57x=1.26因为△F=5KHZ所以B选1KHZ或3KHZ，上式证明了3KHZ不对，所以选择1KHZ分辨率带宽滤波器。
＜二＞P208△T=K×△F÷RBW^2其中对于高斯形状的滤波器，K=2－3，接近矩形的滤波器K=10－15。
△F为扫描宽度即频率量程，△T为扫描时间，RBW为分辨率带宽。
Eg设滤波式频谱仪中，扫描宽度为25KHZ，扫描时间为60ms，试计算此时频谱仪能达到的最高频率分辨率？
RBW=﹙K×△F÷△T﹚^½（其中K=2）
Fmax=1÷RBW=1.1ms
9多环合成技术P137
◆⑷多环合成单元
◆单环合成单元存在频率点数目较少，频率分辨率不高等缺点，所以一个合成式信号源都是由多环合成单元组成
fo=Nfi1+fi2
3400～5100
KHz
10KHz
PD2
LPF2
VCO2
M
（－）
fi2
fi1
fo-Nfi1
Nfi1
内插振荡器
环1
环2
倍频环
加法混频环
（a）双环合成器原理结构框图
100～110KHz
×N
PLL
Nfi1
+
PLL
fi1
fi2
fo=Nfi1+fi2
（b）双环合成器简化结构框图
双环合成器原理结构图
VCO1
PD1
LPF1
谐波
形成
重点在p1455-10
10频率比测量原理框图P100
答：
计数值N直接表示了两个被测频率的比值。
为了正确地测出其频率比值，应使两个被测频率的较高者加于A通道，较低者加于B通道。
为了提高频率比的测量精度，课扩展被测信号B的周期个数，如果周期被乘放在“×10^n”档上时，则计数结果N为N=10^n×Fa÷Fb或者Fa÷Fb=N÷10^n
2.频率比（A／B）的测量
频率比A／B是加于A、B两路的信号源的频率比值。
根据频率
和周期的测量原理，
图4.19频率比测量原理方框图
B
0
1
2
1
3
T
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