常用電子測量儀器

常用電子測量儀器第一頁，共六十九頁，2022年，8月28日目錄第1章緒論第2章誤差分析和測量數(shù)據(jù)處理第3章常用電子測量儀器第4章示波測試和測量技術(shù)第5章電路元器件參數(shù)的測量第6章電子電路參數(shù)的測量第7章頻域測量第8章數(shù)據(jù)域測量第9章自動測試系統(tǒng)

第二頁，共六十九頁，2022年，8月28日第3章常用電子測量儀器

本章重點(diǎn)3.1電壓測量儀器3.1.1概述

3.1.2模擬式電壓表

3.1.3數(shù)字式電壓表

3.1.4數(shù)字式萬用表

3.2信號發(fā)生器3.2.1概述第三頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.2.2頻率合成技術(shù)

3.2.3任意波形信號發(fā)生器3.3頻率測量儀器

3.3.1概述

3.3.2數(shù)字頻率計(jì)

3.3.3通用電子計(jì)數(shù)器

3.4實(shí)訓(xùn)3.5習(xí)題

第四頁，共六十九頁，2022年，8月28日本章重點(diǎn)電壓測量儀器（模擬式電壓表、數(shù)字式電壓表、數(shù)字式萬用表）信號發(fā)生器頻率測量儀器第五頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.1電壓測量儀器

3.1.1概述電壓——表征電信號能量的三個基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一。1．電壓測量對儀表的基本要求2．電壓測量儀器的分類3．交流電壓的基本參數(shù)（1）峰值（圖3-1）（2）平均值（圖3-2）（3）有效值

（4）波形因數(shù)和波峰因數(shù)表3-1第六頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.1.2模擬式電壓表1．分類按電壓表工作頻段分類按測量電壓的量級分類按刻度特性分類按電路組成不同分類按檢波原理分類2．模擬式電壓表的結(jié)構(gòu)原理普通直流電壓表圖3-3

直流電子電壓表圖3-4

模擬式交流電壓表圖3-5第七頁，共六十九頁，2022年，8月28日電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的。①放大-檢波式圖3-5(a)頻率范圍受放大器頻帶的限制，一般為20Hz~10MHz。靈敏度受放大器內(nèi)部噪聲的限制，可做到mV級，可作為“低頻毫伏表”、“視頻毫伏表”。檢波器多為平均值型或有效值型檢波器，分別構(gòu)成平均值電壓表和有效值電壓表。平均值電壓表測量交流電壓時，讀數(shù)與被測電壓的平均值成正比。有效值電壓表測量交流電壓時，示值就是被測交流信號的有效值。第八頁，共六十九頁，2022年，8月28日②檢波-放大式圖3-5（b）測量頻率范圍取決于檢波器的頻率響應(yīng)，稱“高頻電壓表”或“超高頻電壓表”。采用峰值檢波器的電壓表稱為峰值電壓表。峰值電壓表的讀數(shù)與被測電壓的峰值成正比。③外差式圖3-5（c）既有較高的上限工作頻率，又有很高的靈敏度，常用作高頻微伏表，其上限頻率可達(dá)幾百兆赫，最小量程達(dá)微伏級。第九頁，共六十九頁，2022年，8月28日3．YB2173交流毫伏表技術(shù)性能指標(biāo)①電壓測量量程300μＶ～100Ｖ（分貝范圍-70dB～+40dB）②工作頻率范圍：5Hz～2MHz（雙路）③電壓誤差：≤±3%（基準(zhǔn)頻率1KHz）④頻率響應(yīng)誤差：在20Hz～200KHz擋≤±3%，在5Hz～20Hz，200KHz～2MHz擋≤±10%（以上誤差均為滿度值之比值）⑤輸入阻抗1MΩ；輸入電容50PF⑥最大輸入電壓：300μＶ～1Ｖ量程時300Ｖ；3Ｖ～100Ｖ量程時500Ｖ⑦刻度值：正弦波有效值1Ｖ=0dB值，1mW=0dBm⑧電源電壓：額定電壓220Ｖ（50Hz）模擬式電壓表的使用方法YB2173前面板配置圖及說明圖3-6操作方法第十頁，共六十九頁，2022年，8月28日1．分類按用途分：直流數(shù)字電壓表、交流數(shù)字電壓表和數(shù)字萬用表。按A/D轉(zhuǎn)換器的原理分：比較式、積分式和復(fù)合式。2．DVM的主要技術(shù)指標(biāo)測量范圍分辨力測量速度輸入阻抗固有誤差和工作誤差抗干擾能力輸入零電流3.1.3數(shù)字式電壓表（DVM）第十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日3．結(jié)構(gòu)原理圖3-7直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測儀表的核心部件。交流電壓的測量需附加一個交流（AC）/直流（DC）變換器。直流數(shù)字電壓表根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式分：比較型DVM圖3-8設(shè)被測電壓Ux=1893mV，則電路完成一次A/D變換的比較過程圖3-9積分型DVM圖3-10圖3-11復(fù)合型DVM第十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日4．DS-26A型雙積分式數(shù)字電壓表（1）主要技術(shù)性能測量電壓范圍靈敏度準(zhǔn)確度固有誤差工作誤差校準(zhǔn)周期穩(wěn)定性輸入阻抗抗干擾能力測量速率輸出方式（2）使用方法圖3-12所示前面板配置圖調(diào)零校準(zhǔn)測量第十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.1.4數(shù)字萬用表數(shù)字萬用表又稱數(shù)字式多用表（DMM），在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上再增加一些參量變換器，把被測量轉(zhuǎn)換為直流電壓信號就構(gòu)成了DMM。測量過程圖3-131．轉(zhuǎn)換電路線性AC/DC變換器圖3-14I/V變換器圖3-15Ω/V變換器圖3-16第十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日2.DT890B+數(shù)字萬用表特點(diǎn)主要技術(shù)指標(biāo)表3-2

面板構(gòu)造圖3-17

使用方法直流（DC)和交流（AC）電壓測量直流（DC)和交流（AC）電流測量電阻測量電容測量晶體管測量二極管和通斷測量注意事項(xiàng)第十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.2信號發(fā)生器

3.2.1概述1．信號發(fā)生器的基本概念在測試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備、測定電路的電參量時，用于產(chǎn)生不同頻率，不同波形的電壓、電流信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器，也稱為信號源。信號發(fā)生器的分類：按頻率范圍分類按輸出波形分類按信號發(fā)生器的性能指標(biāo)分類第十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日2．信號發(fā)生器的基本組成圖3-18

振蕩器變換器輸出電路輸出指示電路電源3．正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)頻率特性輸出特性調(diào)制特性第十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.2.2頻率合成技術(shù)從頻率合成技術(shù)的發(fā)展來看，大致可分為三個階段：直接合成技術(shù)圖3-19

間接合成技術(shù)：鎖相合成法圖3-20

數(shù)字頻率合成技術(shù)直接數(shù)字合成技術(shù)圖3-21

鎖相環(huán)數(shù)字合成技術(shù)圖3-22第十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.2.3任意波形信號發(fā)生器任意波形信號發(fā)生器也稱為函數(shù)發(fā)生器?；竟ぷ髟韴D3-23

三角波形成正弦波圖3-24NF-1651A函數(shù)發(fā)生器的工作原理工作波形圖3-25

YB1636函數(shù)信號發(fā)生器主要技術(shù)性能使用方法面板圖圖3-26

第十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.3頻率和時間測量儀器

3.3.1概述周期性過程重復(fù)出現(xiàn)一次所需要的時間稱為“周期”。周期性過程在單位時間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)稱為“頻率”。頻率和時間測量技術(shù)按工作原理可分為：直接法電橋法測頻圖3-28

諧振法測頻圖3-29

頻率-電壓（f–V）轉(zhuǎn)換法測頻

圖3-30

比較法測頻示波法測量頻率第二十頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.3.2數(shù)字頻率計(jì)

主要用于測量頻率和計(jì)數(shù)的電子計(jì)數(shù)器稱為頻率計(jì)數(shù)器或數(shù)字式頻率計(jì)。計(jì)數(shù)法測量頻率的原理圖3-31

FC-1000數(shù)字頻率計(jì)主要技術(shù)性能面板配置圖圖3-32

使用方法第二十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.3.3通用電子計(jì)數(shù)器具有多種測量功能的電子計(jì)數(shù)器稱為通用電子計(jì)數(shù)器或頻率——時間計(jì)數(shù)器。1．通用電子計(jì)數(shù)器的基本測量功能累加計(jì)數(shù)圖3-33

頻率比測量圖3-34

周期測量圖3-35

時間間隔測量圖3-36

自校準(zhǔn)圖3-37第二十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日2．E-312A型通用電子計(jì)數(shù)器通用電子計(jì)數(shù)器組成原理圖3-38

主要技術(shù)指標(biāo)面板布置

圖3-39圖3-40

測量使用方法應(yīng)用實(shí)例第二十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.4實(shí)訓(xùn)

3.4.1直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和

紋波系數(shù)的測量

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟（一）直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度的測量測量原理實(shí)驗(yàn)步驟（二）直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量測量原理實(shí)驗(yàn)步驟五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六.思考題第二十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.4.2交流信號基本參數(shù)的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟（一）正弦信號頻率和頻率準(zhǔn)確度的測量測量原理實(shí)驗(yàn)步驟（二）正弦信號幅度和輸出電平的頻響測量五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六.思考題第二十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.5習(xí)題1交流電壓的平均值，峰值，有效值是如何定義的？均值電壓表和峰值電壓表的刻度一般是按什么定度的(無特殊說明)？2用均值型電壓表分別測量正弦波、方波和三角波電壓，示值都為１V，問：（１）對每個波形來說，讀數(shù)代表何意義？（２）它們的峰值、平均值、有效值各為多少？第二十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日3用峰值型電壓表測量正弦波、方波和三角波三種電壓，示值都為１V，回答上題相同的問題？4試比較均值型、峰值型、有效值型三種電壓表在測量方波和三角波時的示值相對誤差。5已知某電壓表采用有效值定度，如何用實(shí)驗(yàn)方法確定其檢波的方式？舉例說明之。第二十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日6用8位逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓。已知滿量程值Um=256V，Ux=222.5V和255V。求轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制電壓值，給出測量的絕對誤差。它的最大絕對誤差為多少伏？7簡述雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理。8用一種4?位DVM2V量程測量1.2V電壓，已知該儀器的固有誤差為±0.05%×讀數(shù)±0.01%×滿度，求由于固有誤差產(chǎn)生的測量誤差，它的誤差相當(dāng)于幾個字？第二十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日9數(shù)字電壓表的固有誤差為±（0.001%×讀數(shù)＋0.002%×滿度），求在2V量程測量1.8V和0.18V時產(chǎn)生的絕對誤差和相對誤差。10下面四種DVM最大讀數(shù)為(１)9999；(２)19999；(３)59999；(４)1999。它們各屬于幾位表？求第二種電壓表在0.2V量程時的分辨力？第二十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日11如需測量圖3-43電路的基極靜態(tài)電壓，為使測量準(zhǔn)確度較高，對電壓表有何要求？如果使用500型萬用表（20kΩ／V）2.5V量程來測量是否恰當(dāng)？測量發(fā)射極電壓可以嗎？12模擬式萬用表和數(shù)字式萬用表都有紅、黑表筆，在使用時須注意什么？13簡述信號發(fā)生器的基本組成和各部分的功能。第三十頁，共六十九頁，2022年，8月28日14正弦信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)有哪些？各自具有什么含義？15什么是頻率合成技術(shù)？它有哪幾種類型？16函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案有哪幾種？簡述函數(shù)信號發(fā)生器由三角波轉(zhuǎn)變成正弦波的二極管整形網(wǎng)絡(luò)的工作原理。17時間和頻率的測量方法有哪些？第三十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日18簡述數(shù)字頻率計(jì)的測頻原理，并畫出其原理方框圖。19簡述電子計(jì)數(shù)器測量周期的基本原理，并畫出其原理方框圖。20用計(jì)數(shù)器測頻率，已知閘門時間和計(jì)數(shù)值N如表3-8所列，求各情況下的fx=?表3-8T10s1s0.1s10ms1msN1000000100000100001000100fx第三十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日時標(biāo)閘門時間1ms10ms0.1s1s10s0.1μs0010000010000.010000.000000.000000.00001μs10μs0.1ms1ms001.0000表3-9自校時讀數(shù)N21用某7位電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校。選用不同的時標(biāo)和不同的閘門時間，其讀數(shù)N為多少？請?zhí)钔瓯?-9。第三十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日表3-1交流電壓的波形與參數(shù)第三十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-1交流電壓的峰值和幅值圖3-2交流電壓半波整流和全波整流后的波形

第三十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-3普通直流電壓表電路圖3-4電子電壓表組成第三十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-5模擬式電壓表的基本方框圖放大檢波式電壓表檢波-放大式電壓表外差式電壓表第三十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日平均值電壓表

如果被測信號是正弦波，示值Uα為有效值。如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。被測電壓的有效值［例3-1］用全波均值型電壓表測量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問被測電壓的有效值分別為多少？波形誤差為多少？如果被測信號是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測電壓的有效值帶來的誤差稱為“波形誤差”或“示值誤差”。第三十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日峰值電壓表

如果被測信號是正弦波，示值Uα為有效值。如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。被測電壓的有效值如果被測信號是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測電壓的有效值帶來的誤差稱為“波形誤差”或“示值誤差”。［例3-2］用峰值電壓表測量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問被測電壓的峰值、有效值各為多少？示值相對誤差為多少？第三十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-6YB2173交流毫伏表的前面板配置圖第四十頁，共六十九頁，2022年，8月28日（1）測量范圍包括顯示位數(shù)、量程和超量程能力。①量程是以基本量程為基礎(chǔ)，常為1V或10V，也有2V或5V。②顯示位數(shù)指能顯示0～9共十個數(shù)碼的位數(shù)。?位指最高位只能取“1”或“0”。?位和基本量程結(jié)合起來，能說明DVM有無超量程能力。例如某3?位DVM基本量程為1V，該DVM具有超量程能力。最高位只能取0~5的位稱為?位。5?位DVM指數(shù)字電壓表的最大顯示為599999。（2）分辨力指DVM能夠顯示被測電壓的最小變化值，即最小量程時顯示器末位跳一個字所需的最小輸入電壓。例如SX1842DVM最小量程20mV，最大顯示數(shù)為19999V，其分辨力為20mV/19999，即1V。第四十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日Ux——測量示值；Um——滿量程值；a%Ux——讀數(shù)誤差；b%Um——滿度誤差。［例3-3］用4?位數(shù)字電壓表1.5V電壓，分別用2V檔和200V檔測量，已知2V檔和200V檔固有誤差分別為±0.025%Ux±1個字和±0.03%Ux±1個字。問：兩種情況下由固有誤差引起的測量誤差分別為多少？固有誤差DVM的固有誤差通常用絕對誤差表示： 第四十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-7直流數(shù)字電壓表框圖圖3-8逐次逼近比較式電壓表第四十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-9逐次逼近比較過程波形圖

第四十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-10雙積分式數(shù)字電壓表原理方框圖圖3-11雙積分A/D變換原理圖第四十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-12DS-26A型數(shù)字電壓表的前面板配置圖第四十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-13數(shù)字式萬用表的測量過程圖3-14線性平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器原理圖第四十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-15I/V變換器的原理圖圖3-16恒流法Ω/V變換器原理圖

第四十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日測試功能量程范圍精確度±(%rdg)DC直流電壓200m-2-20-200-1000V0.5%AC交流電壓200mV-2-20-200-700V0.8%DC直流電流2m-20m-200m-10A0.8%AC交流電流

2m-20m-200m-10A1.0%電阻200Ω-200MΩ0.8%電容2000P-20n-200n-2μ-20μF2.5%hFENPNPNP0-1000Ib=10μAUce<3.0V二極管測量最大測試電流為1.5mA表3-2測試功能、量程、測量誤差等項(xiàng)指標(biāo)第四十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日圖3-17DT890B+數(shù)字萬用表的面板第五