北交大-电子测量试卷及答案.doc

北 京 交 通 大 学 考 试 试 题（A卷）课程名称： 电子测量 学年学期： 2013-2014学年第1学期 课程编号： 14L109Q-02 开课学院： 电子学院 出题教师： 课程组 学生姓名： 学号： 任课教师： 学生学院： 班级： （请考生注意：本试卷共有六道大题。所有题答在答题纸上）题 号一二三四五六总分得 分阅卷人一、选择题（单项选择题, 每题2分（除了标注*得为1分外），共30分）1下面关于各种测量相关概念得描述中，哪一个就是错误得：（ A ）。（A）测量就是认识自然界得主要工具，测量结果通常用一个确定得数值来表示。（B）狭义地说，电子测量就是通过运用电子科学得原理、方法与设备对各种电量、电信号及电路元器件得特性与参数进行测量。（C）计量具有统一性、准确性与法制性得特点。（D）计量基准或计量标准就是指“为了定义、实现、保存或复现量得单位或一个或多个量值，用作参考得实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统”。2、 下面关于引用误差得描述中，哪一个就是错误得：（ C ）（A）引用误差又称为满度相对误差或引用相对误差。（B）引用误差就是可正、可负得，通常用百分数表示。（C）引用误差得定义就是仪器示值得相对误差与测量范围上限值（量程）之比。（D）如果一块电压表得等级为1、0级，表明使用该电压表进行电压测量得最大引用误差不超过1、0。3、 使用数字万用表测量某工频信号得电压，将多次测量测得得电压值用数轴上得实心圆点来表示，得到下面4个图，图中得空心圆点v0表示用高等级数字万用表测量该信号电压得实际值，则下面4个图中测量正确度最差得就是（ C ）。v0（A）（B）（C）（D）v0v0v04、 以下关于粗大误差及系统误差得判据描述中，错误得就是：（ D ）（A）肖维纳检验法也就是以正态分布作为前提得，且给出了剔除数据判据对应得置信概率。（B）格拉布斯检验法就是在未知总体标准偏差得情况下，对正态样本或接近正态样本异常值进行判别得一种方法。（C）马利科夫判据就是常用得判别有无累进性系统误差得方法。当n为偶数，如果以下不等式成立，则认为测量中存在累进性系统误差。（D）阿卑赫梅特判据常用来检验周期性系统误差得存在。若以下不等式成立则可认为测量中存在周期性系统误差。5对某信号源输出信号频率进行了10次等精密度测量，测得得数值（kHz）为：20、46，20、52，20、50，20、52，20、48，20、47，20、50，20、49，20、47，20、49。若要求在P=95%得置信概率下，则该信号源输出信号频率真值应在得置信区间可以由以下步骤求出。其中哪一步得计算公式有误（不考虑数值计算得错误）？ （ B ）（A）第一步，求出均值： （B）第二步，求出均值得标准偏差估计值（C）第三步：查t分布表，由P=0、95，k=n-1=9查得2、26。（D）第四步：估计频率值得置信区间，将上述计算结果带入，得到：信号源输出频率得置信区间为20、48，20、50kHz，对应得置信概率为95%。6以下关于倒数计数器得描述中，错误得就是： （ D ）（A）倒数计数器中包含一个事件计数器，用于实现对于设定主门时间内待测信号周期出现次数得计数。（B）倒数计数器中还包含时间计数器，用于实现对于设定主门时间内时基信号周期出现次数得计数，实际上通过该计数器可以计算出主门开启得时间。（C）倒数计数器得频率分辨率指标通常以“位/秒”表示。（D）若采用倒数计数器对某频率fx得信号进行测试，fc为时钟脉冲频率，时间计数器得计数值为NB，事件计数器得计数值为NA，则被测信号得频率可表示为如下得公式：7、 某一款均值电压表就是按照正弦有效值刻度得。现拟用这块均值电压表对一个三角波信号进行测量，电压表得示值为10V，则被测电压得有效值应就是：（ A ）（注：三角波得波形因数为1、15，三角波得波峰因数为1、73；正弦波得波形因数为1、11，正弦波得波峰因数为1、414）（A）10、36V（B）15、59V（C）8、13V（D）12、23V8、 下面关于数字电压表得技术指标或参数得描述中，错误得就是：（ C ）（A）一块4位得电压表，最小量程100mV，最末一位改变一个字时相当于10V，因此它得分辨力就就是10V。（B）3位数字电压表得最大显示数值为1999。（C）3位DVM，当基本量程为2V时，具有超量程能力。（D）数字电压表得固有误差通常表示为。9、 下面关于模拟示波器原理、性能得描述中，错误得就是：（ B ）（A）锯齿波扫描电压得作用就是在输入信号电压变化一个或者多个周期时线性地增加水平位置坐标，其效果就就是将被测信号按照某种速率“画”在屏幕上。（B）当被观测正弦信号周期就是锯齿波扫描电压周期得整数倍时，CRT上能够得到清晰而稳定得波形。（C）触发电路向扫描电路提供了启动扫描或者波形采集得时机。如果没有触发信息，波形将在显示屏上以随机得起始时间显示出来。（D）边沿触发就是示波器中最常用得一种触发方式。边沿触发得触发点就是用触发源信号得电平与极性（正极性或负极性）来定义得。10、 下面关于数字存储示波器相关特性得描述中，错误得就是：（ A ）（A）对于采用了正弦内插、采样率为100MSa/s得数字示波器, 其数字实时带宽为 100MSa/s254MHz。（B）对于采用了线性内插、采样率为100MSa/s得数字示波器, 其数字实时带宽为100MSa/s1010MHz。（C）实时采样常用于采集单次瞬变信号，也可以用于采集重复信号。（D）等效时间采样也称为非实时采样或重复采样。使用这种采样方式必须满足两个前提条件：信号必须就是周期重复得；必须能产生稳定得触发条件。11、 下面关于锁相环频率范围与带宽得描述中，错误得就是：（ D ）（A）锁相环从失锁状态到返回锁定状态得过程中，反馈信号频率与参考输入信号频率之间得最大允许频率差称为捕捉带宽。（B）当锁相环反馈信号频率与参考输入信号频率进入捕捉范围之后，当两个信号得相位差小于2时，这两个信号得频率差称为锁定带宽。（C）当锁相环处于锁定状态时，如果参考输入信号得频率平稳而缓慢地变化，锁相环能够一直跟踪这种变化，并保持在锁定状态。此时，反馈信号频率与输入信号频率之间得最大允许频率差称为同步带宽。（D）当锁相环处于锁定状态后，如果参考输入信号得频率变化十分剧烈，锁相环也能够继续保持在锁定状态, 此时，反馈信号频率与输入信号频率之间得最大允许频率差称为拉出带宽。显然，拉出带宽应该大于同步带宽。12、 下面关于双模预分频锁相环得描述中，错误得就是：（ B ）（A）双模预分频器能够同时实现P次与P+1次分频，通常以P/(P+1)表示。（B）双模预分频器时，仅有一个模值为P+1得预分频器，模值为P得预分频功能就是通过在预分频器之前加入吞脉冲功能实现得。（C）双模预分频器存在最小连续分频系数。（D）使用双模预分频器得优势在于可以实现更大范围得分频系数N值，同时不降低锁相环合成频率得分辨率。13、 下面关于逻辑分析仪得描述中，错误得就是：（ D ）（A）逻辑定时分析仪就是仪器本身得内时钟发生器产生得时钟为采样时钟得，能够实现对于被测信号得异步采样。（B）逻辑状态分析仪就是以被测电路得时钟或者某些信号作为采样时钟来工作得，能够实现对于被测信号得同步采样。（C） 逻辑定时分析仪只确定信号就是逻辑高还就是逻辑低，显示得就是一连串只有“0”、“1”两种状态得伪波形，并不确定真实得电压值。（D）逻辑状态分析仪可以用于测试数字系统得工作时序。14、 下面关于逻辑分析仪得描述中，错误得就是：（ A ）*（A）逻辑分析仪存储器得存储深度可以表示为：记录时间采样速率。（B）逻辑分析仪存储器得通道宽度取决于逻辑分析仪得通道数量。（C）先进得逻辑分析仪可以将各种触发事件当作触发资源，将触发事件通过逻辑运算符组合起来，甚至加入一些判别、跳转、循环语句，形成相当复杂得触发序列。（D）逻辑分析仪可以采取跳变存储、块存储等多种方法来提高存储空间得利用率。15、 下面关于GPIB总线得描述中，错误得就是：（ A ）*（A）GPIB总线就是第一代自动测试系统常用得总线形式。（B）GPIB系统主要由器件、接口与总线三部分组成。（C）GPIB总线共有16条信号线，分为数据线、握手线与控制线三组。（D）GPIB总线上采用TTL电平、负逻辑。16、 下面关于GPIB总线基本性能得描述中，错误得就是：（ C ）（A）一个GPIB总线系统中通常允许包含得计算机与仪器得总数量应少于或等于15台（包括控者器件在内）。（B）GPIB总线系统中，在标准电缆上得数据就是速率一般为 250500 kB/S。（C）由于GPIB总线系统中，5条控制线（或称管理线）得目得就是保证数据双向、异步、可靠地在处理速度不同器件之间传递。（D）GPIB系统中得任何器件都包含器件功能与接口功能这两部分功能。二、 拟采用常规电子计数器设计测量两路10kHz同频等幅正弦信号之间相位差得电路，试回答如下问题：（1）请在如图1所示得时间间隔测量原理框图基础上进行改进，画出实现相位差测量得原理框图（5分）（2）分析影响相位差测量准确度得因素，列出相位差测量相对误差得表达式；（5分）（3）写出减小相位差测量相对误差表达式中各个部分误差得方法。（5分）（提示：两路正弦信号都可能存在干扰或噪声，参考周期测量触发误差得分析方法）图1答：（1）应在图中标注或者用文字描述清楚如下内容：A、B两路输入信号分别连接两路同频正弦信号，A、B两路触发电路得触发电平设置成相同得电平值，触发极性设置为相同得极性。其她部分保持不变。（2）影响相位差测量准确度得因素包括三个方面，分别就是量化误差、触发误差与标准频率误差。相位差测量相对误差得表达式推导过程为：，相位差。、分别为时标信号频率与被测信号周期。由于被测信号周期已知，因此不考虑其对测量准确度得影响。对相位差表达式采用误差合成公式进行分解得：，fc为晶振频率。（3）写出减小相位差测量相对误差表达式中各个部分误差得方法。（5分）减小触发误差得方法就是：在一定时间限制条件，采用多周期测量，或者信噪比；减小量化误差可以提高时标信号得频率；减小标准频率误差得方法就是采用高等级得晶振，例如恒温晶振。三、 双斜积分式ADC与三斜积分式ADC都就是数字电压表常用得ADC，试回答如下问题：（1）画出双斜积分式ADC得工作波形图，并简述其工作过程；（5分）T1T2T2t2t1t3UomUomuoUxUxtt0定时积分时间计数值N1定值积分时间计数值N2在测量开始时，开关S2接通一段时间，使积分器输出电压回到零。然后，逻辑控制电路发出取样指令，将开关S1连接在被测电压-Vx，同时开关2断开，积分器开始对被测电压积分。当积分器输出电压大于0时，比较器输出从低电平跳到高电平，打开闸门，启动定时计数器，时钟通过计数器计数。这时积分器输出就是一个线性上升得电压如图4-3-7所示。这就是ADC工作得第一个积分阶段，称为采样阶段，或者定时积分阶段。之所以称为定时积分，就是因为这段积分时间固定为T1。通常选择计数器计满溢出得时间为T1。定时积分结束时，计数器得计数值为N1，同时计数器复零，逻辑控制电路把开关S1连接到参考电压Vref，上，转入第二个积分阶段。在第二个积分阶段，开关S1接到参考电压，参考电压与被测电压极性相反，所以电容开始放电。积分器输出开始线性下降，同时计数器从零开始计数。由于就是对固定得参考电压进行积分，这个阶段也称为定值积分或反向积分阶段。当积分器输出下降到零时，比较器从高电平变为低电平，使闸门关闭，计数停止。由图4-3-7可以瞧出，这个阶段所计得计数值N2与被测电压成正比，反映了被测电压得数值。因此，只要将所计得脉冲数输出到显示器，就可以得到被测得电压数值。（2）根据公式解释双斜积分式ADC为何具有较高得抗周期性干扰得能力？（5分）在被测电压受到串模干扰电压Usm得干扰时，ADC得输入电压为,则 从上式瞧出，积分输出电压与输入电压得平均值成正比。串模干扰电压在取平均后，对测量结果得影响将减小；如果串模干扰电压就是正负对称得周期信号（例如工频50Hz），且积分时间就是干扰信号周期得整数倍，串模干扰将完全被抑制。因此，双斜积分式ADC具有较高得抗干扰能力。（3）与双斜积分式ADC相比，三斜积分式ADC有哪些优点？（3分）三斜积分式ADC得计数误差明显减小了。这里面得原理与计数器中采用内插扩展法减小量化误差得原理十分相似。在测量速度方面，三斜积分式ADC好像比双斜积分式ADC所用得时间要长。但在考虑达到同样得显示位数与计数误差条件下，三斜积分式测量速度提高了很多。四、 AD7008 就是一款直接数字频率合成芯片，其原理框图如图2所示。图中MUX就是数据选择器（32位），受控于外部电平信号FSELECT，在高电平时选择FREQ0 REG得数据输出给后级；在低电平时选择FREQ1 REG得数据输出给后级。试回答如下问题：（1）简述图中FREQ0 REG，PHASE ACCUMULATOR，SIN/COS ROM得作用；（5分）PHASE ACCUMULATOR就是相位累加器，在时钟脉冲得控制下，相位累加器输出线性递增得相位码，相位码作为地址信息来寻址波形存储器；SIN/COS ROM就是波形储存器，存放正弦波形样点数据，也可以存放其她波形，实现任意波形产生得功能。FREQ0 REG就是频率寄存器，存放频率控制字K，在时钟得作用下控制每次相位累加器累加得相位增量，从而实现对输出信号频率得控制。（2）在该芯片正常配置得情况下，若FSELECT固定为高电平，且FREQ0 REG中预置得数为10000H（十六进制），时钟频率为65、536MHZ，写出输出信号频率得计算公式并计算结果；（5分），K=1000H=65536；N=32，=65、536MHZ，计算结果为1000Hz、（3）列出直接数字频率合成技术得三个优点与两个缺点。（5分）优点：a） 极快得频率切换速度b） 极高得频率分辨率c） 连续得相位变化d） 强大得数字调制功能e） 易于集成、易于调整同时DDFS也存在一些方面得缺陷：a） 工作频带得限制b） 功耗限制c） 杂散抑制差d） DDFS得全数字结构使得相位噪声不能获得很高得指标，DDFS得相位噪声主要由参考时钟信号以及器件本身得噪声基底决定。图2五、 用某数字存储示波器进行测量，试回答下述问题：（1）在该示波器前面板右上角标为200MHz、2GS/S得两个参数，请解释这两个参数得含义；（2分） 两个参数分别就是模拟带宽与采样率得指标。（2）某振荡电路产生得峰值为3V得正弦波在90度相位处有时会出现正极性得毛刺，如何设置数字存储示波器触发参数，在屏幕上得到稳定得波形显示，且准确抓到该毛刺？（5分） 可以采用边沿触发方式，设置触发电平大于3V、触发极性为正极性，采用常规触发方法就可以得到稳定得现实；若该示波器有毛刺触发方式，也可以设置采用毛刺触发来捕捉。（3）数字存储示波器存储深度与波形记录时间之间有什么关系？深存储会带来哪些问题？（5分）记录时间存储深度/采样率=存储深度采样周期；由于在深存储示波器中需要存储与处理更多得样点，在示波器处理能力有限得条件下，将会导致死区时间增加、波形更新速率变慢、响应用户面板操作得时间增加等，甚至波形更新时间、响应用户面板操作时间会有数秒钟。六、 图3所示为外差式频谱分析仪得原理框图，试回答如下问题：（1）简述输入滤波器、本地振荡器、混频器、中频滤波器、包络检波器得功能；（5分）输入滤波器得功能就是滤除镜像频率信号；本地振荡器产生线性扫频或者对数扫频信号；混频器得到输入信号与本振信号得差频；中频滤波器滤除掉除了中频信号之外得其她频率成分，带通滤波器；包络检波器把高频信号转化成与其幅度成对应关系得直流信号（这种对应关系依赖于检波器得类型，例如峰值检波得检波输出正比于被测信号得峰值）。（2）若该频谱仪得中频滤波器中心频率为3476、4MHz，欲分析频率范围为9kHz3GHz得信号，试计算本振信号扫频得范围以及镜像频率得变化范围；（5分）， 本振fLO=fin+fIF,变化范围就是：3476、409MHz-6476、4MHz、镜像频率为，变化范围就是：6952、809MHz-9952、8MHz（3）若使用该频谱仪分析某包含二次谐波得失真正弦波（基波频率为100kHz），频谱仪得起始频率设置为50kHz，终止频率设置为250kHz，且测量环境保持不变，画出RBW分别设置为10kHz与1kHz时，频谱仪屏幕显示得示意图。（5分）显示器输入信号射频输入衰减器混频器中频 增益包络检波器对数放大器中频滤波器输入滤波器扫描信号发生器本地振荡器基准参考振荡器视频滤波器图3北 京 交 通 大 学 考 试 答 题 纸课程名称： 电子测量 学院： 电子学院 班级： 学生姓名： 学号： 题 号一二三四五六总分得 分阅卷人北 京 交 通 大 学 考 试 答 题 纸课程名称： 电子测量 学院： 电子学院 班级： 学生姓名： 学号： 题 号一二三四五六总分得 分阅卷人北 京 交 通 大 学 考 试 答 题 纸课程名称： 电子测量 学院： 电子学院 班级： 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