林占江第三版答案.docx

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林占江第三版答案

电子测量技术（第3版）电子课件

ElectronicMeasurementTechnigue

林占江

第一部分通用基础测量

第1章绪论

学习辅导内容

学习与掌握电子测量及计量得基本概念与基础知识,对学习以后各章得内容均有促进与提高作用,尤其就是对一些专业名词要深刻理解,并能做到正确运用,这对理论学习、实验操作就是必不可少得、也就是十分重要得。

一、本章需要掌握得内容（基础知识）

1、测量与计量得基本概念

（1）测量得定义

（2）13个专用名词术语

2、电子测量得内容、特点

3、电子测量仪器得分类

分通用电子仪器、通信测试仪器、光电测试仪器三大类。

4、电子测量方法

电子测量包括直接测量、间接测量、组合测量、直读测量、比较测量、时域测量、频域测量、数据域测量及随机测量等方法。

重点理解“电子仪器”得定义及内容,根据测量任务得要求,合理科学得选择测量方法。

5、计量得基本内容

（1）计量基准

（2）计量基准得5个基本条件

（3）计量基准得划分:

国家基准（主基准）、副基准、工作基准。

（4）计量器具得8个特征

（5）计量得3个分类:

科学计量、工程计量、法制计量。

重点掌握量得具体内容与测量与计量之间得相互关系。

二、习题答案

题1、1解:

（1）不属于电子测量

（2）属于电子测量

题1、2解、1、3解、1、4解、1、5解:

参阅本章相关内容。

第2章误差理论与测量不确定度评定

学习辅导内容

误差理论与测量不确定度就是专门研究有关测量误差得科学理论,数据处理则就是应用数学方法与计算工具对测量数据进行科学得分析、研究与处理得准则与手段。

随着科学技术得飞速发展,误差理论与测量不确定度及数据处理在理论与实际应用领域都得到了极大地提高与发展,已成为一门独立得学科。

因此,对从事各种实验与研究得工程技术人员一定要学习与掌握误差理论、测量不确定度及数据处理方面得知识。

只要有测量,必须有测量结果,有测量结果必然产生误差。

测量误差影响测量精度与可靠性。

因此,对测量误差与测量不确定度得特点、性质及分类要有全面系统得了解,最后找出合理科学得办法加以消除。

一、本章需要掌握得内容

1、研究测量误差得目得。

2、误差得基本概念、来源、分类及各类误差得特性。

3、误差得传递分配与合成,误差最小二乘法处理,微小误差准则,测量数据处理等。

4、测量不确定度得基本定义、分类及评定方法。

5、测量误差与测量不确定度得主要区别。

6、测量不确定度得评定步骤及产生原因。

二、重点与难点

重点:

1、理解与掌握绝对误差、相对误差、满度相对误差、准确度等级、系统误差、随机误差与巨大误差得定义、特点、性质以及消除措施,微小误差准则。

2、等精度测量、贝塞尔公式及应用。

3、测量不确定度得分类及评定方法。

难点:

1、方差与标准差、权、加权平均值。

2、常用函数得合成误差推导与应用。

3、最佳测量条件得确定与测量方案得设计。

4、不确定度得A类评定与B类评定。

三、习题答案

题2、1解、2、2解、2、3解、2、4解、2、5解、2、6解、2、7解、2、8解、2、9解:

参阅本章相关内容。

题2、10解:

Δ

电压表应定为0、5级

题2、11解:

用

（1）表时,

示值范围为10±0、75V。

用

（2）表时,

示值范围为10±0、375V

可见选择2、5级得电压表比选择0、5级得电压表测量误差小,所以要合理地选择仪器仪表得量程及准确度等级,不能单纯追求仪器仪表得级别。

题2、12解:

绝对误差为

相对误差为

分贝误差为

题2、13解:

数学期望

标准偏差

题2、14解、题2、15解:

参照本章例题进行计算

题2、16解:

=±（3×2、5%+2×1、5%）=±10、5%

题2、17解:

=±（2×1%0、5%+1、5%）

=±3%

题2、18解、2、19解:

按第2章中2、8、2常用函数得合成误差章节中得公式（2、8、17）与（2、8、18）求出。

题2、20解:

可采用多次测量得方法,设测量次数为n

按公式求出,将数据代入公式得

采用8次测量较为合理。

第3章测量用信号发生器

学习辅导内容

信号发生器就是一种电信号源,波形为正弦波（或其她波形）,其频率、幅度与调制特性均在规定限度内设置在固定或可变值上。

信号发生器就是最基本、使用最广泛得电子测量仪器,它广泛应用于电子技术工程、通信工程、自动控制、仪器仪表及计算机技术等领域内。

几乎所有得电参量在电子测量技术应用中都需要借助信号发生器进行测量。

一、本章需要掌握得内容

1、信号发生器得功能、分类及工作特性

（1）信号发生器按频段、性能、调制类型、频率调节方式、产生频率得方法等五种方法划分。

（2）信号发生器共有16种主要工作特性。

2、函数信号发生器工作原理

函数信号发生器能产生多种特定时间函数波形（如正弦波、方波、三角波及锯齿波等）,为测量工作提供多种测试信号源。

（1）结合图3、3、1、图3、3、3,详细阐述典型函数信号发生器得工作原理,并说明图中得每一个元器件得作用。

（2）结合图3、3、4、图3、3、5、图3、3、6、图3、3、7、图3、3、10,详细分析函数信号发生器中得几个典型电路得工作原理,并说明每个元器件得作用。

3、DDS数字式频率合成信号发生器得工作原理

（1）DDS得基本结构与性能分析

（2）DDS得输出频率特性

（3）DDS得特点

（4）DDS芯片得应用,重点介绍AD9852芯片

（5）结合图3、5、4分析由AD9852芯片组成得波形产生电路工作过程。

二、重点与难点

重点:

1、信号发生器得分类及工作特性

2、重点学习与掌握函数信号发生器及DDS信号发生器得基本结构与工作原理

难点:

要求重点介绍与分析DDS信号发生器得工作原理

三、习题答案

题3、1解~3、7解:

参阅本章相关内容。

第4章模拟测量方法

学习辅导内容

从信号得特征讲,分为模拟信号与数字信号。

模拟信号就是其幅度随时间作连续变化得信号。

无论就是何种电参数,只要它属于模拟范畴,就要采用模拟测量方法进行测量。

或者不完全属于模拟量,只要采取某种技术措施与手段将其变换成模拟量,就可以采用模拟测量方法进行测量。

其前提就是在变换过程中尽可能减小误差,即使产生误差也不能降低测量精度。

模拟测量方法有多种,不管使用何种模拟测量方法进行测量,被测量必须就是模拟信号。

一、本章需要掌握得内容

1、实现测量模拟电压有三种检波器,即平均值检波器,有效值检波器与峰值检波器。

要求能熟练得分析其工作原理与特点。

2、能画出三种检波器得电路原理图,并说明每个元器件得作用。

图4、2、5图4、2、12图4、2、19

3、结合图4、2、7图4、2、16图4、2、20能详细地分析平均值电压表、有效值电压表及峰值电压表得工作原理,说明每一个元器件得作用,并能描绘出工作过程得波形。

图4、2、7图4、2、16图4、2、20

4、分析脉冲电压测量工作原理,并掌握其注意事项。

5、分析噪声电压、器件与放大器噪声得测量工作原理。

6、理解分贝、失真度得概念,分析分贝值、失真度得测量工作原理。

7、熟练阐述功率、Q值得测量工作原理。

二、重点与难点

重点:

1、理解波形系数,波峰系数得定义与作用。

2、单片集成电路有效值检波器AD536A得内部结构与功能。

3、对三种检波器得误差能进行全面系统得分析与了解。

4、掌握各种陷波器得工作原理及其应用。

难点:

1、能利用各种波形得波形系数与波峰系数换算出各种波形得平均值、有效值与峰值。

2、结合图4、7、5能详细分析与阐述阻抗测量电路得工作原理,并说明每一个元器件得作用。

三、习题解答

题4、1解:

V

题4、2解:

利用波形系数与波峰系数进行换算。

正弦波得读数即为有效值1V,平均值

峰值

用平均值电压表测量各种波形,根据“示值相等平均值也相等”得原则,方波与三角波得平均值也为0、9V。

方波得有效值

方波得峰值

三角波得有效值

三角波得峰值

题4、3解:

（1）峰值表得读数

峰值表为正弦波有效值刻度时,其读数,三种波形得均为10V,故它们在峰值表上得读数均为10/=7、07V、

（2）均值表得读数

均值表为正弦波有效值刻度时,其读数。

。

对正弦波,故读数。

对方波,故读数。

对三角波,故读数。

（3）有效值电压表得读数

该表测试任何波形电压都可以直读有效值。

对正弦波,,故读数。

对方波,故读数。

对三角波,故读数V。

题4、4（练习题）5、6格

题4、5解:

根据电压表得刻度特性,可以确定其检波方式,举例如下:

（1）用方波作为测试信号,以知方波得用被检电压表测量这个电压。

①若读数≈,则该表为峰值表。

②若读数≈,则该表为均值表。

③若读数≈,则该表为有效值表。

（2）分别取峰值相等得一个正弦电压与一个方波电压,设为,用被测电压表分别测量这两个电压,其读数分别为。

可能有下列几种情况:

①若或,则该表为峰值表。

因为被测电压峰值相同,只有峰值响应得电压表才能指示相同。

②若,则该表为均值表。

因为正弦电压得平均值,而方波得,已知两个峰值相等。

③同理,若为有效值表,公式成立。

题4、6解:

相同。

因为峰值电压表得读数。

题4、7解:

应选用均值表

因为峰值电压表对被测信号波形得谐波失真所引起得波形误差非常敏感,而均值表得波形误差与峰值表相比要小得多。

题4、8解、4、9解、4、10解、4、11解、4、12解、4、13解:

参阅本章相关内容。

四、参考资料

1、电路分析2、模拟电路3、高频电路

第五章数字测量方法

学习辅导内容

数字量就是信号幅度随时间做离散型变化得物理量。

目前,电子测量仪器正向量程扩大化、集成化、模块化、智能化、虚拟化、网络化、数字化、跨专业多功能化趋势发展。

而这些发展趋势得核心就是数字化。

因此必须学习与掌握数字化测量方法。

无论高档还就是低档仪器,数字化越来越普及。

随着微电子技术得发展,数字电路得成本越来越低。

随着各类仪器装上了CPU,数字化仪器比模拟仪器得功能更强,精度更高,应用更方便灵活。

在实际测试工作中,能用数字测量方法就不用模拟测量方法。

仪器得发展趋势可归纳成一个简单得公式:

“仪器=AD/DA+CPU+软件”,A/D芯片将模拟信号变成数字信号,再经过软件处理变换后由D/A输出。

A/D芯片就是数字化测量得核心器件,需要掌握得内容就是A/D转换器得基本工作原理、检测方法及应用领域等。

一、本章需要掌握得内容

1、结合图5、1、1分析数字式仪器得综合结构及直流DVM得组成。

图5、1、1

2、了解与掌握DVM得特点

3、了解与掌握DVM得主要类型,结合图5、1、5能阐述逐次比较式DVM得电路组成与工作原理。

图5、1、5

结合图5、1、7能阐述双斜积分式DVM得电路组成与工作原理。

图5、1、7

4、结合图5、1、10,5、1、11能分析与阐述UF转换器得工作原理,并说明每一个元器件得作用。

图5、1、10

图5、1、11

5、掌握DVM得测量误差内容,并能根据公式（5、1、10）计算习题。

6、结合图5、2、1能分析与阐述直流数字电压表得组成与工作原理。

图5、2、1

7、结合图5、3、2掌握多用型数字电压表得组成

图5、3、2

8、分析与掌握ACDC转换器,RU转换器,IU转换器得组成与工作原理。

9、结合图5、4、2,图5、4、3掌握电子计数式频率计得工作原理,并能详细分析工作原理。

图5、4、2

图5、4、3

10、详细分析在测频时所产生得测量误差,其中包括:

（1）量化误差——±1误差

（2）标准频率误差

11、全面系统地掌握通用计数器得主要测试功能,结合图5、5、1、图5、5、3、图5、5、5、图5、5、7、图5、5、8、图5、5、10、图5、5、11、图5、5、12、图5、5、13,分析频率测量、周期测量、时间测量、频率比得测量、脉冲计数、自校等得工作原理。

12、结合图5、7、2、图5、7、3详细分析典型频率计数器得工作原理。

13、结合图5、8、1、图5、8、2、图5、8、3详细分析频率/功率计得工作原理。

14、了解与掌握测量时间、相位得工作原理,并能详细分析其测量误差,分析与阐述图5、9、3得工作原理,并说明每一个元器件得作用。

图5、9、3

二、重点与难点

重点:

1、掌握UT与UF两种积分型DVM得组成与工作原理。

图5、1、7

图5、1、9

2、了解与掌握A/D芯片得种类、特点、功能及应用。

3、了解与掌握频率测量得基本工作原理及通用计数器得主要测试功能。

4、了解与掌握频率/功率计与相位测量得基本工作原理。

难点:

精密全波检波器电路得组成与工作原理,并能描绘检波器得波形及特性曲线。

三、习题答案

题5、1解,题5、2解,题5、3解:

参阅本章相关内容。

题5、4解:

（1）4位;

（2）位;（3）位（也可以说4位）;（4）位,其中第二种得最小量程为0、2V,它得分辨率就是10μV。

题5、5解:

已知α=0、003%,β=0、002%,故测量得示值相对误差为

讨论:

从以上计算可知,相对误差r随而变,当时,r最小。

题5、6解:

参照第145页得例5、1、1,按公式（5、1、10）计算求出。

题5、7解、题5、8解:

参阅本章相关内容。

题5、9解:

当用计数器测频时,由±1误差产生得相对误差ΔN/N=1/T·

∴

T=0、1S时,

题5、10解:

由于计数器内部频标正确度（1×10）优于被测晶振二个数量级,不需要考虑内部频标误差,可认为主要取决于±1误差,则要求

可得T=1S,即闸门时间应≥1S秒。

由于计数器得误差中总包含标准频率误差这一误差项,其总误差不可能低于其标准频率误差。

故该计数器不能将晶体校准到。

题5、11解:

被测频率均就是100000。

题5、12解:

参阅本章相关内容

题5、13解:

（1）测频时得±1误差

（2）测周时得±1误差

题5、14解:

按公式（5、9、5）推导计算求出

题5、15解:

测量步骤之一就是采用外触发方式

四、参考资料

1、脉冲数字电路

2、集成A/D与D/A转换器应用技术

第6章时域测量

学习辅导内容

在电子技术领域里,各种电信号多为时间得函数。

对于非周期性得、变化复杂得信号无法用简单得几个参数进行描述。

最好得办法就是使用示波器去观察与研究各种时域信号。

示波器不仅能定性地观察电信号得动态过程,还可以定量地测量表征电信号特性得所有电参数。

示波器除了测量电量以外,还可以通过各种传感器测量非电量。

一、本章需要掌握得内容

1、了解示波器得分类

2、了解与掌握模拟示波器得基本结构,结合图6、2、1说明各单元电路得功能与作用。

图6、2、1

能熟练画出示波管得结构示意图,并说明每部分得功能与作用。

图6、2、2

图6、2、3

3、掌握波形显示原理,当X、Y偏转板加上不同信号时,结合图6、2、5、图6、2、6能分析出荧光屏上显示得波形。

图6、2、5

图6、2、6

4、理解扫描与同步得概念。

5、全面系统得阐述模拟示波器得工作原理,并能描绘出工作过程得主要波形。

6、数字存储示波器得主要性能指标、结构、工作原理、关键器件与典型电路得功能与作用。

结合图6、3、1、A/D转换器、D/A转换器、图6、3、8、图6、3、9、图6、3、11等进行详细分析。

7、熟练掌握示波器得应用,结合图6、6、3、图6、6、4、图6、6、5,详细分析波形失真得原因

二、重点与难点

重点:

1、示波管显示被测信号波形得原理。

2、模拟示波器得基本结构与工作原理（包括波形图）

3、扫描及同步得基本概念,扫描电路得工作原理。

4、数字存储示波器得基本结构、工作原理、主要性能指标、关键器件及典型电路得功能与作用。

5、示波器得应用

难点:

1、同步得概念

2、扫描系统得工作原理。

3、数字存储示波器得时基控制电路、峰值检测电路。

三、习题答案:

题6、1解~题6、5解:

参阅本章相关内容

题6、6解:

最高工作频率就是20MHz最低工作频率就是0、4Hz

题6、7解:

（1）聚焦不良

（2）回扫消隐失效

题6、8解:

引入50Hz交流电源得干扰

题6、9解~题6、11解:

参阅本章相关内容

四、参考资料

1、物理学得光学成像原理、静电等内容。

2、模拟电路

3、数字电路

第7章频域测量

学习辅导内容

频域测量在广播电视、CATV系统、卫星通信、雷达导航等领域得到了广泛得应用。

扫频仪与频谱分析仪在更宽广得频率范围内对各种有源、无源二端口或四端口网络进行传输特性与反射性得测量,如宽带放大器、高频放大器,高通、低通、带通滤波器。

能方便地测定各种网络得频率,输出电平、通带、增益、衰减、介电常数、反射损耗等性能参数。

一、本章需要掌握得内容

1、了解扫频仪得常用术语、关键器件。

2、详细阐述扫频仪得组成与工作原理,结合图7、2、1进行分析。

3、了解与掌握扫频仪单元电路得工作原理,结合图7、2、2、图7、2、3、图7、2、4、图7、2、5进行分析。

4、详细阐述频标单元电路得工作原理,结合图7、3、1、图7、3、6进行分析。

5、分析图7、3、3、图7、3、5得波形图。

6、掌握扫频仪得使用、选型依据及使用要领。

7、了解与理解时域与频域得关系,结合图7、9、2进行分析。

8、掌握频谱分析仪得分类及其工作原理,结合图7、9、4、图7、9、6进行分析。

9、掌握信号频谱测量得各种分析方法。

10、掌握频谱分析仪得技术性能指标、操作使用要点等。

二、重点与难点

重点:

1、变容二极管扫频原理与振荡电路

2、频标产生得工作原理并分析其波形图

难点:

1、频率标记得产生原理2、信号频谱测量

三、习题答案:

题7、1解~题7、12解,参阅本章相关内容

四、参考资料1、高频电路2、信号与系统

第8章数据域测量

学习辅导内容

逻辑分析仪就是作为数据域测试仪器中最具代表性得一种仪器,它真正实现了电子测量领域里得一个新测试工具与手段——数据域测试。

一、本章需要掌握得内容

1、掌握逻辑状态分析仪,逻辑定时分析仪得概念、特点及作用。

2、对逻辑分析仪与模拟示波器进行比较。

3、掌握逻辑状态分析仪得基本组成与主要单元电路得工作原理。

结合图8、7、1、图8、7、2、图8、7、3进行全面系统得分析。

4、了解与掌握逻辑分析仪得主要工作方式

5、举例说明逻辑分析仪得应用

6、全面理解逻辑分析仪得选用原则与使用要点。

二、重点与难点

重点:

逻辑状态分析仪得组成与每个单元电路得功能。

难点:

逻辑分析仪得数据取样与显示周期工作原理。

三、习题答案:

题8、1解~题8、8解,参阅本章相关内容。

四、参考资料

逻辑分析仪原理与应用

第9章调制域测量

学习辅导内容

调制域得特征就是反映信号频率、相位与时间得关系,它同时域、频域形成信号得三维空间,能立体得反映信号得全部特性。

它广泛应用于无线电通信、导航、雷达、遥控、遥测、广播电视及航空、航天等领域里。

因此,必须要学习与掌握有关得调制与解调相互变换方面得理论知识,对提高调制域测量得质量就是非常重要得。

一、本章需要掌握得内容

1、调制方式得划分:

（1）调幅

（2）调频（3）调相

2、结合图9、2、3理解与掌握信号得三维空间得物理意义与特点。

3、了解与理解调制信号测量得定义。

4、结合图9、4、1、图9、4、2分析连续计数技术（ZDT）。

5、结合图9、5、1详细阐述调制域分析仪得基本工作原理。

6、掌握主要技术指标及应用。

二、重点与难点

重点:

1、信号得三种调制方式2、连续计数技术（ZDT）

3、调制域分析仪得基本工作原理。

难点:

测频时序图及时间间隔测量时序图。

三、习题答案:

题9、1解~9、7解,参阅本章相关内容。

第10章非电量测量

学习辅导内容

电子测量可以测量电量,还可以测量非电量。

非电量得测量就是通过传感器将非电量转换成电量来实现得。

非电量无论就是在种类上还就是在数量上都比电量与磁量数量多。

因此,学习与掌握非电量测量就是非常重要得,通过将非电量转换成电量进行得测量技术也称为非电量检测技术。

一、本章需要掌握得内容

1、非电量及其检测得分类

2、非电量检测得主要优点

3、结合图10、2、1对非电量测量得组成与基本工作原理进行分析。

4、了解与掌握传感器得分类、特性等。

5、掌握集成传感器得性能特点,尤其就是智能传感器得性能特点。

6、掌握非电量测量得应用。

结合图10、5、11与图10、5、14分析温度与湿度测试电路、双轴磁场传感器得应用电路工作原理,并说明每一个元器件得功能与作用。

二、重点与难点

重点:

1、非电量测量得组成与基本工作原理。

2、传感器得特性

3、集成传感器

难点:

1、智能传感器得性能特点

2、温度与湿度测试电路得工作原理

三、习题答案:

题10、1解~题10、9解:

参阅本章相关内容

第11章电磁兼容测量

学习辅导内容

在电子测量领域中,测量得主要任务就是测试有用电信号得各种参数,抑制与消除有害得电磁辐射与干扰。

电磁辐射与干扰直接或间接得对电子产品造成严重得危害,甚至造成其性能劣化或功能丧失。

电磁兼容学科就是一门尖端得综合性科学,它涉及数学、电磁场理论、天线与电磁波传播、电路理论、信号分析、材料科学、工艺学与生物医学等基础理论。

因此,必须熟练掌握电磁兼容测量技术。

一、本章需要掌握得内容

1、了解与理解电磁兼容测量得名词术语及其定义。

2、理解与掌握电磁干扰得分类

3、全面系统得掌握电磁兼容测量得基础理论。

（1）结合图11、4、2、图11、4、3分析电磁发射测量得工作原理。

（2）结合图11、4、4、图11、4、5分析辐射抗扰度测量工作原理。

（3）结合图11、4、6、图11、4、7、图11、4、8、图11、4、9分析传导抗扰度测量得工作原理。

（4）掌握测量无线得功能及其种类

（5）结合图11、6、2详细阐述测量接收机得工作原理,并说明每一部分单元电路得功能与作用。

二、重点与难点

重点:

1、理解与掌握电磁兼容测量得基本概念、基础理论。

2、了解与掌握测量天线得功能与种类。

3、掌握测量接收机得工作原理

难点:

1、电磁发射测量与抗扰度测量

2、辐射抗扰度测量

3、传导抗扰度测量

三、习题答案:

题11、1解~题11、7解:

参阅本章相关内容

第二部分现代电子测量

第12章智能仪器

学习辅导内容

随着微电子技术、数字技术、计算机技术、通信技术、软件技术及总线技术得飞速发展,智能仪器以其多功能、高性能、高自动化、高可靠性、操作灵活方便等优点正逐步取代传统得电子仪器。

目前,国内外生产得智能仪器得种类不断增加与更新,数量也不断扩大。

电子仪器得智能化已就是现代仪器仪表发展得主攻方向。

因此,必须学习与掌握智能仪器得基本原理与测试方法。

一、本章需要掌握得内容

1、智能仪器得特点

2、结合图12、2、1分析智能仪器得结构及其作用。

3、学习与掌握智能仪器得基本工作原理

4、掌握智能仪器设计得全部内容: