電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿

電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)優(yōu)選電子測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)目前二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.測(cè)量的定義

測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，人們借助于專門的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接的與同類已知量進(jìn)行比較。取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。

一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量結(jié)果既可以表示成數(shù)字、也可以表示成曲線、圖形、表格或某種反饋形式的控制信號(hào)。測(cè)量結(jié)果總包含一定的數(shù)值（絕對(duì)值大小和符號(hào)）以及相應(yīng)的單位兩部分。3.計(jì)量的定義和意義計(jì)量包括三個(gè)主要的特征：（1）統(tǒng)一性。要求對(duì)同一個(gè)被測(cè)對(duì)象在不同的地方、采用不同的測(cè)量手段進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所得到的測(cè)量結(jié)果應(yīng)當(dāng)是一致的。2）準(zhǔn)確性。采用公認(rèn)的統(tǒng)一單位，體現(xiàn)這些單位的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和用這些基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)來(lái)校準(zhǔn)的測(cè)量器具。（3）法制性。將這些統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量器具用法律的形式固定下來(lái)。目前三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)計(jì)量與測(cè)量之間既有一定的聯(lián)系，同時(shí)又有一定的區(qū)別。計(jì)量基準(zhǔn)一般分為國(guó)家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)。國(guó)家基準(zhǔn)又稱為主基準(zhǔn)，它是用來(lái)復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位，具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度，經(jīng)國(guó)家鑒定并批準(zhǔn)作為統(tǒng)一全國(guó)計(jì)量單位量值的最高依據(jù)的計(jì)量器具。

副基準(zhǔn)是通過(guò)直接或間接與國(guó)家基準(zhǔn)比對(duì)來(lái)確定其量值并經(jīng)國(guó)家鑒定批準(zhǔn)的計(jì)量器具。

工作基準(zhǔn)是經(jīng)與國(guó)家基準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)或比對(duì)，并經(jīng)國(guó)家鑒定，用于實(shí)際鑒定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量器具。4.單位和單位制單位分為基本單位和導(dǎo)出單位。

基本單位是彼此無(wú)關(guān)、分別加以確定的物理量單位。例如表示重量的千克（kg）、表示長(zhǎng)度的米（m）、表示時(shí)間的秒（s）等。導(dǎo)出單位是指基本單位通過(guò)定義、定律或其它函數(shù)關(guān)系派生出來(lái)的各種導(dǎo)出量值。例如克（g）、公里（km）、小時(shí)（h）等等。由各基本單位和導(dǎo)出單位可組成各種不同的單位制。目前四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2）國(guó)際單位制（SI）的組成1984年2月國(guó)務(wù)院頒布了《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》，確定了我國(guó)法定計(jì)量單位以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)，并以法律的形式強(qiáng)制執(zhí)行。

國(guó)際單位制是由國(guó)際單位制單位、國(guó)際單位制詞頭和國(guó)際單位制的十進(jìn)倍數(shù)單位三部分組成。

國(guó)際單位制包括了基本單位、導(dǎo)出單位和輔助單位三類，基本單位共七個(gè)，列于表1-1。目前五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.2測(cè)量誤差的基本概念1.測(cè)量誤差的定義

測(cè)量是為了獲取被測(cè)量量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

任何一次測(cè)量，測(cè)量值總是存在誤差。這個(gè)誤差就是測(cè)量誤差。2.測(cè)量誤差的來(lái)源測(cè)量誤差主要由四個(gè)方面的來(lái)源：1）儀器誤差

儀器誤差是由于測(cè)量?jī)x器本身所存在的固有誤差。2）影響誤差

影響誤差是由于各種環(huán)境因素（如溫度、濕度、壓力、干擾等）與測(cè)量要求的工作條件不一致造成的。3）理論誤差和方法誤差

理論誤差是在測(cè)量過(guò)程中，由于所采用的近似測(cè)量公式致使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。目前六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

理論誤差和方法誤差通常都屬于系統(tǒng)誤差，這種誤差可以通過(guò)改變測(cè)量方法或修正的方法來(lái)消除。4）人為誤差

人為誤差是由于測(cè)量操作人員的分辨能力、固有習(xí)慣、操作儀器或操作方法選用的不合理等因素造成的。

方法誤差是由于在測(cè)量過(guò)程中，所采用的測(cè)量方法不合理致使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。目前七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.測(cè)量（基準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)1）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的定義

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)——為了定義、實(shí)現(xiàn)、保存和復(fù)現(xiàn)量的單位或一個(gè)及多個(gè)量值，用作參考的實(shí)物量具、測(cè)量?jī)x器、參考物質(zhì)或測(cè)量系統(tǒng)。2）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

為了保證同一個(gè)參量的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的一致性，各級(jí)計(jì)量局行使國(guó)家對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的管理權(quán)，按照法定的程序，定期對(duì)下一級(jí)各類測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定的過(guò)程就是測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。檢定是測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞的具體形式。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞的準(zhǔn)則是：

高一級(jí)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)檢定低一級(jí)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的精確度；同一級(jí)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的精確度只能通過(guò)比對(duì)來(lái)鑒別。目前八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.測(cè)量誤差的表示方法測(cè)量誤差包括絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。1)絕對(duì)誤差(1）定義絕對(duì)誤差是被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值與被測(cè)對(duì)象的真值之間的差。

即式中：——絕對(duì)誤差——被測(cè)對(duì)象的測(cè)量值———被測(cè)對(duì)象的真實(shí)值（真值）(2）修正值

與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，符號(hào)相反的量值定義為修正值。

即

修正值與絕對(duì)誤差具有相同的量綱，利用修正值可以減小由于測(cè)量?jī)x器本身或其它可知的誤差造成的影響。修正值給出的形式是多樣的，可以是表格、曲線、公式，也可以是修正程序。目前九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)4.相對(duì)誤差

雖然絕對(duì)誤差可以表示測(cè)量結(jié)果偏離真值的程度，但它還不能確切的表示一次測(cè)量結(jié)果的精確程度。1）相對(duì)誤差

和示值相對(duì)誤差絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值（或?qū)嶋H值）的比值稱為相對(duì)誤差。

即

相對(duì)誤差是兩個(gè)相同量綱的比值，因此，它只有大小，沒(méi)有量綱。

在某些要求不太嚴(yán)格，且誤差比較小的情況下，也可以用測(cè)量指示值代替實(shí)際值，所以引入了示值相對(duì)誤差

目前十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)【例1．1】用電壓表測(cè)量某一電壓，電壓表的讀數(shù)值為9.6V，再用標(biāo)準(zhǔn)電壓表測(cè)量該電壓時(shí)，測(cè)量值為10V，求測(cè)量的絕對(duì)誤差、修正值和相對(duì)誤差解：1)測(cè)量結(jié)果的絕對(duì)誤差由定義3)相對(duì)誤差2）修正值目前十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2）滿度相對(duì)誤差（引用誤差）把測(cè)量?jī)x器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差與該量程的滿刻度值（該量程的上限值與下限值之差）之比來(lái)表示的相對(duì)誤差稱為滿度相對(duì)誤差即

由上式可以看出，通過(guò)滿度相對(duì)誤差實(shí)際給出了儀表在各個(gè)量程內(nèi)的絕對(duì)誤差的最大值即目前十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3）分貝誤差——相對(duì)誤差的對(duì)數(shù)表示當(dāng)測(cè)量中存在誤差時(shí)，測(cè)量結(jié)果H的分貝表示形式為其中——分貝誤差若一個(gè)放大器電壓增益為A，其測(cè)量值為則其絕對(duì)誤差由此可得則增益的分貝誤差為目前十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

取由此可見(jiàn)，是和A的分貝數(shù)的差，稱為分貝誤差，單位為分貝。若設(shè)令則上式可以寫成目前十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.2電子測(cè)量方法與測(cè)量系統(tǒng)1.2.1電子測(cè)量的基本概念1.電子測(cè)量及意義

電子測(cè)量是人們借助于電子技術(shù)的手段對(duì)電量和非電量的測(cè)量，即以電子科學(xué)技術(shù)理論為依據(jù)，以電子測(cè)量?jī)x器和設(shè)備為工具，對(duì)電量和非電量進(jìn)行的測(cè)量。2.電子測(cè)量的特點(diǎn)1）測(cè)量范圍寬2）高精度、高速度3）便于信息的傳遞與數(shù)據(jù)的處理4）易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化目前十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.2.3測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理1.3.1測(cè)量誤差的分類、估計(jì)和處理1.測(cè)量誤差的分類

根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)和特點(diǎn)，測(cè)量誤差分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差三類。1）系統(tǒng)誤差（1）系統(tǒng)誤差的定義

在同一測(cè)量條件下（測(cè)量環(huán)境、測(cè)量?jī)x器、操作人員），多次測(cè)量同一被測(cè)量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都保持恒定，或在測(cè)量條件改變時(shí)按某種確定規(guī)律變化的誤差。稱為系統(tǒng)誤差或系差。

一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)誤差是變化的，它的變化特點(diǎn)可以是累進(jìn)的、周期的或按某種復(fù)雜規(guī)律變化的，這些規(guī)律往往可以用解析式、數(shù)據(jù)表格、曲線來(lái)表達(dá)，在系統(tǒng)誤差中，不隨測(cè)量條件變化的誤差稱為恒值系差。測(cè)量值隨測(cè)量條件變化而變化的誤差稱為變化的系差，簡(jiǎn)稱為變值系差。目前十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有很多，歸納起來(lái)，主要有以下幾個(gè)方面：a）測(cè)量?jī)x器方面的因素：b）測(cè)量方法方面的因素c）測(cè)量環(huán)境方面的因素d）測(cè)量人員方面的因素

從系統(tǒng)誤差的性質(zhì)可以看出，系統(tǒng)誤差是一種固有誤差，它表明一個(gè)測(cè)量結(jié)果偏離實(shí)際值的程度，因此，在測(cè)量結(jié)果中，用準(zhǔn)確度來(lái)描述系統(tǒng)誤差的大小。系統(tǒng)誤差越小，則測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度越高，表明測(cè)量值與實(shí)際值就越接近。目前十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2）隨機(jī)誤差（1）隨機(jī)誤差的定義

在同一測(cè)量條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量值時(shí)（等精度測(cè)量），誤差的絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)測(cè)的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差，簡(jiǎn)稱為隨差。（2）隨機(jī)誤差的特點(diǎn)a）有界性

在多次測(cè)量中，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值雖然是變化的，但實(shí)際上不會(huì)超過(guò)一定的界限。即隨機(jī)誤差具有有界性，b）對(duì)稱性

在多次測(cè)量中，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值相等且正負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相同。稱為隨機(jī)誤差的對(duì)稱性。c）抵償性在多次測(cè)量中，隨機(jī)誤差的正負(fù)誤差相互抵償。目前十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3）粗大誤差（疏失誤差或差錯(cuò)）

在規(guī)定的測(cè)量條件下，測(cè)量值超出預(yù)期值（或明顯超出測(cè)量值）的誤差，稱為粗大誤差（或粗差）。粗大誤差產(chǎn)生的原因：（1）測(cè)量操作人員疏忽和失誤。（2）測(cè)量方法不當(dāng)或錯(cuò)誤。（3）測(cè)量環(huán)境的突然變化。2.隨機(jī)誤差的特性及減小方法

隨機(jī)誤差是由于大量的內(nèi)部或外部的沒(méi)有確定規(guī)律的因素引起的，從誤差的個(gè)體來(lái)看，誤差出現(xiàn)的時(shí)間、符號(hào)和幅值都是不確定的，沒(méi)有確定的規(guī)律可循，但在多次測(cè)量之后，隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。目前十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.4頻率測(cè)量技術(shù)

時(shí)間和頻率的測(cè)量是電子技術(shù)中的兩個(gè)最重要的基本參數(shù)。時(shí)間是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。

周期和頻率之間的關(guān)系1.4.1時(shí)間和頻率的基本概念1.時(shí)間頻率基準(zhǔn)

時(shí)間通常包含兩個(gè)方面的含義：時(shí)間和時(shí)刻。2.時(shí)間和頻率的測(cè)量方法

對(duì)時(shí)間和頻率的測(cè)量方法大體上可以作如下的分類：目前二十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前二十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.頻率的測(cè)量1）測(cè)量原理頻率測(cè)量的原理框圖如圖所示設(shè)閘門的開(kāi)啟時(shí)間為輸入信號(hào)的頻率為分頻器的分頻頻倍數(shù)為K則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N為或目前二十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.誤差分析電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率與其它測(cè)量一樣，也存在測(cè)量誤差。由測(cè)頻表達(dá)式可以得到，測(cè)頻的誤差為對(duì)于電子計(jì)數(shù)器而言，無(wú)論其精度如何，即計(jì)數(shù)誤差只能產(chǎn)生多計(jì)一個(gè)字或者少計(jì)一個(gè)字，因此，稱為個(gè)字誤差。即第二項(xiàng)誤差設(shè)分頻系數(shù)為K，則而目前二十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)因此頻率測(cè)量的總誤差為電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差主要決定于兩個(gè)方面：1.是決定于閘門時(shí)間T是否準(zhǔn)確，即產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差；2.是決定于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是否正確，即產(chǎn)生個(gè)字的誤差。

目前二十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)（1）量化誤差量化誤差即字誤差，是計(jì)數(shù)式儀表特有的誤差，產(chǎn)生的

原因是：被測(cè)信號(hào)到達(dá)閘門的時(shí)刻與閘門開(kāi)啟時(shí)刻是沒(méi)有關(guān)聯(lián)的，在相同的閘門時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器所計(jì)得的值卻不一定相同，圖１個(gè)字誤差目前二十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差是閘門時(shí)間的相對(duì)誤差,標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差曲線如圖所示目前二十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.4.2電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)舉例1.電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)的組成圖所示是一個(gè)頻率計(jì)的組成框圖目前二十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.實(shí)用電子頻率計(jì)舉例

下面由ICM7216D集成芯片組成的的數(shù)字頻率計(jì)，數(shù)字頻率計(jì)的核心器件ICM7216D，其管腳功能與排列如圖所示。目前二十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)ICM7216D是一個(gè)CMOS集成電路組成的八位多功能定時(shí)/計(jì)數(shù)器電路，其可測(cè)頻率范圍為內(nèi)部含有高頻振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、寄存器和LED譯碼與驅(qū)動(dòng)以及整機(jī)的控制電路。高精度的頻率計(jì)電路如圖所示，目前二十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)工作模式選擇量程選擇保持開(kāi)關(guān)四分頻復(fù)位開(kāi)關(guān)目前三十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.5電壓測(cè)量技術(shù)

電壓、電流和功率是表征電信號(hào)的三個(gè)基本參量，因此，電壓測(cè)量是電子測(cè)量的一個(gè)很重要內(nèi)容。1.對(duì)電壓測(cè)量的基本要求2.電壓的測(cè)量方法

被測(cè)電壓按對(duì)象可分為直流電壓和交流電壓。按測(cè)量手段可分為模擬測(cè)量方法和數(shù)字測(cè)量方法。1）交流電壓的模擬測(cè)量方法2）直流電壓的數(shù)字測(cè)量方式3）交流電壓的數(shù)字測(cè)量方法4)示波器測(cè)量方法1.5.1電壓測(cè)量基本要求目前三十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.5.1交流電壓的測(cè)量1.交流電壓的表征

交流電壓主要用峰值電壓、平均值電壓、有效值電壓波形系數(shù)和波峰系數(shù)來(lái)表征。1)峰值計(jì)算峰值時(shí)，是從參考零電平開(kāi)始計(jì)算的。峰值是交流電壓在所觀察的時(shí)間或一個(gè)周期內(nèi)所達(dá)到的最記為或大值。2)平均值平均值在數(shù)學(xué)上的定義為對(duì)周期信號(hào)而言，T為信號(hào)的周期。對(duì)于純正弦交流電壓

一般在電子測(cè)量中，正弦信號(hào)的平均值通常是指經(jīng)整流檢波之后的平均值，對(duì)全波整流，可表示為目前三十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)對(duì)理想的正弦交流信號(hào)若則其全波整流的平均值為3）有效值U交流電壓有效值的定義為：

交流電壓u(t)在一個(gè)周期T內(nèi)，通過(guò)某純電阻負(fù)載R所產(chǎn)生的熱量，與一個(gè)直流電壓U在同一負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，則該直流電壓U的數(shù)值就表示交流電壓u(t)的有效值。即交流電壓的有效值為交流電壓的方均根值。

當(dāng)不特別指明時(shí)，一般交流電壓的量值均指有效值。同時(shí)，在各類電壓表的指示中，除特殊情況外，都是以正弦信號(hào)的有效值來(lái)定度的。目前三十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.5.2平均值電壓的測(cè)量1.平均值電壓表的工作原理平均值檢波器原理如圖所示

平均值電壓表的指示值正比于被測(cè)信號(hào)的平均值，與被測(cè)信號(hào)的波形無(wú)關(guān)。而指針式表的指示裝置一般都是按正弦信號(hào)有效值來(lái)刻度的，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為非正弦信號(hào)時(shí)，要進(jìn)行波形變換。目前三十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.平均值檢波電壓表圖為一個(gè)交、直流平均值檢波電壓表電路圖接地雙向限幅量程選擇交直流選擇調(diào)零電路平均值檢波施密特觸發(fā)器極性顯示目前三十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.5.3峰值電壓的測(cè)量1.工作原理峰值是指交變信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)電壓值所能達(dá)到的最大值。常見(jiàn)峰值電壓表的峰值檢波電路如圖所示，峰值檢波器存在的條件是式中：—檢波器的放電時(shí)間常數(shù)—檢波器的充電時(shí)間常數(shù)—被測(cè)交流電壓的最大周期和最小周期。目前三十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.5.4有效值電壓的測(cè)量1.有效值檢波器的工作原理

電壓有效值的定義其原理圖如圖所示目前三十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)由二極管特性可得可見(jiàn)直流電流表指針的偏轉(zhuǎn)角正比于電流i的平均值由此可得下面介紹一種直流反饋計(jì)算式變換器，原理電路如圖所示積分器倒向器加法器乘法器限幅目前三十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)輸出電壓為式中：K為積分器的傳輸系數(shù)；積分器的輸出電壓為若積分時(shí)間T足夠長(zhǎng)時(shí)，滿足輸出電壓等于交流信號(hào)的平均值，即目前三十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.有效值檢波器電壓表有效值電壓表原理電路圖如圖所示有效值檢波器調(diào)增益調(diào)零放大器量程選擇目前四十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.6電壓的數(shù)字測(cè)量方法

數(shù)字電壓表的基本測(cè)量原理是先將連續(xù)的直流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后再經(jīng)過(guò)編碼和顯示。其原理框圖如圖所示。目前四十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.6.1.數(shù)字電壓表（DVM）的主要性能指標(biāo)數(shù)字電壓表的主要性能指標(biāo)：1.顯示位數(shù)

數(shù)字電壓表顯示位數(shù)是指若能夠完整顯示從0~9十個(gè)數(shù)字，稱為一位，如999稱為三位表，9999稱為四位表。若在最高顯示位上，只能顯示0或1兩個(gè)數(shù)字，則稱為半位，若最大顯示結(jié)果為1999稱為位，19999稱為位.2.量程

為了能夠測(cè)量不同大小被測(cè)信號(hào)，需要將被測(cè)電壓分成若干個(gè)范圍輸入，這個(gè)范圍就是量程。目前四十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.超量程能力

超量程能力是指輸入電壓允許超過(guò)量程的最大范圍，通常是用超過(guò)量程的百分比來(lái)表示。

超量程能力是在顯示器的最高位之前附加一位，作為超量程顯示位。

若用一個(gè)四位電壓表測(cè)量一個(gè)10.001V電壓，若選擇10V量程檔，最大顯示為9.999V,顯然計(jì)數(shù)器將溢出，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成100V量程，若用位電壓表，同樣選擇10V量程檔，其最大顯示為19.999V則可以顯示10.001V，說(shuō)明有超量程能力，超量程能力為100%，而四位表的超量程能力為0。4.分辨力

分辨力是測(cè)量?jī)x器能夠分辨的最小輸入電壓變化的能力。在數(shù)個(gè)字所需要的最小輸入電壓值。字電壓表中，通常指使顯示器末位變化顯然，在不同的量程時(shí)，電壓表的分辨力也是不同的。目前四十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)5.抗干擾能力1）串模干擾串模干擾是指干擾電壓源與被測(cè)電壓源相串聯(lián)，并疊加后接至數(shù)字電壓表的輸入端，由于干擾信號(hào)與被測(cè)信號(hào)對(duì)測(cè)量?jī)x器來(lái)講具有相同的作用，因此，直接引起測(cè)量結(jié)果的誤差。串模干擾連接示意圖如圖所示。目前四十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

在數(shù)字電壓表中，表述抗串模干擾能力通常用串摸抑制比（SMR）來(lái)表示，其定義為式中：為串模干擾電壓的峰值為由引起的最大顯示誤差。

由此可見(jiàn)，SMR值越大，數(shù)字電壓表的抗干擾能力也就越強(qiáng)，一般為20~60dB。2）共模干擾共模干擾是指干擾源通過(guò)環(huán)路地電流對(duì)兩根測(cè)試線都產(chǎn)生影響的干擾源。

共模干擾的示意圖如圖所示目前四十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖共模干擾示意圖圖中和是數(shù)字電壓表兩個(gè)輸入端與機(jī)殼的絕緣電阻，一般和是輸入信號(hào)線的電阻。目前四十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)對(duì)共模干擾的抑制能力用共模抑制比（CMR）來(lái)表示式中：為共模干擾電壓的峰值；為由共模干擾引起的最大顯示誤差。目前四十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)6.數(shù)字電壓表的測(cè)量誤差數(shù)字電壓表的固有測(cè)量誤差通常采用兩種表示方法式中為測(cè)量值（被測(cè)電壓的讀數(shù)值）為該量程的滿度值是用示值相對(duì)誤差表示的，與被測(cè)電壓的讀數(shù)值成正比，稱為讀數(shù)誤差。它是由儀器各單元電路的不穩(wěn)定性決定的。是與被測(cè)電壓無(wú)關(guān)的值，不隨讀數(shù)的變化而變化，稱為滿度誤差。由于儀器量程選定以后，該值就確個(gè)字表示。為了避免滿度誤差對(duì)讀數(shù)誤差的影響，在選用儀器時(shí)，應(yīng)選擇合適的量程。定不變，因此，通常也用目前四十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)【例2．3】用一個(gè)四位數(shù)字電壓表的5V量程分別測(cè)量4V和0.2V電壓，已知該儀器的測(cè)量誤差為誤差引起的測(cè)量誤差的大小？個(gè)字，試求由儀器的固有解：由于儀器是四位表，用5V量程時(shí)，字相當(dāng)于當(dāng)測(cè)量4V電壓時(shí)產(chǎn)生的絕對(duì)誤差為示值相對(duì)誤差2）當(dāng)測(cè)量0.2V電壓時(shí)產(chǎn)生的絕對(duì)誤差為目前四十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)示值相對(duì)誤差

當(dāng)被測(cè)量與滿量程接近時(shí)，測(cè)量誤差比較小，當(dāng)被測(cè)量越遠(yuǎn)離滿量程時(shí)，測(cè)量誤差也就越大。目前五十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.6.2數(shù)字電壓表（DVM）的主要類型

數(shù)字電壓表的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器,按照A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理來(lái)分，可以分成積分型和非積分型兩大類。1）積分型

包括雙積分式、三積分式、脈沖調(diào)寬（PWM）式和電壓頻率（V-F）式等。2）非積分式包括斜波式、逐次比較式和并行比較式等下面介紹在數(shù)字電壓表中常用到的A/D轉(zhuǎn)換器：目前五十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器1）工作原理

在一次測(cè)量過(guò)程中，用同一積分器進(jìn)行兩次積分，第一次先對(duì)進(jìn)行積分，第二次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行積分，通過(guò)比較兩次積分結(jié)果，將被測(cè)信號(hào)被測(cè)信號(hào)變換成與之成正比的時(shí)間間隔，因此，這種轉(zhuǎn)換器也稱為U—T轉(zhuǎn)換器。

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的原理如圖所示目前五十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)其工作過(guò)程分成四個(gè)階段：（1）準(zhǔn)備階段邏輯控制單元首先接通開(kāi)關(guān)此時(shí)，積分器輸入端為零，為開(kāi)始測(cè)量作準(zhǔn)備。目前五十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）采樣階段此時(shí)，積分器的輸出電壓下降到（3）比較階段在時(shí)刻，邏輯控制單元使斷開(kāi)，接通開(kāi)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)接入到積分器的輸入端，此時(shí)，積分器開(kāi)始反向積分，輸出電壓開(kāi)始線性上升，計(jì)數(shù)器開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。當(dāng)剛剛時(shí)（時(shí)刻），電壓比較器的輸出低電平，將主門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)邏輯控制電路使斷開(kāi)接通，比較階段結(jié)束（時(shí)間間隔）。輸入電壓接入到積分器的輸入端，此時(shí)，積分器輸出電壓假設(shè)被測(cè)電壓為正，在時(shí)刻，邏輯控制單元接通開(kāi)關(guān)開(kāi)始線性下降。當(dāng)一旦時(shí)，門打開(kāi)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)時(shí)鐘信號(hào)采樣階段結(jié)束。進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器從某一設(shè)置值到計(jì)數(shù)器計(jì)滿時(shí)斷開(kāi)接通目前五十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)此時(shí)，積分器的輸出電壓

由此可得即若時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為則（4）休止階段在時(shí)刻，邏輯控制單元使斷開(kāi)，接通開(kāi)關(guān)積分器的輸入端接地，同時(shí)，主門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)顯示電路復(fù)零，電路進(jìn)入休止階段，為下一個(gè)測(cè)量周期做準(zhǔn)備。目前五十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

測(cè)量的工作波形圖如圖所示目前五十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.特點(diǎn)1）測(cè)量準(zhǔn)確度高2）抗干擾能力強(qiáng)目前五十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

下面以積分式DVM為例，分析一下雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器抗串模干擾能力：假設(shè)在被測(cè)電壓疊加有干擾信號(hào)則由干擾信號(hào)引入的顯示誤差式中為干擾信號(hào)的周期由于則的最大值為目前五十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

因此，串模抑制比SMR由上式可以得出如下結(jié)論：（1）若要提高串模抑制比SMR（減小串模干擾的影響），在采時(shí)間內(nèi)，干擾頻率越高（樣周期越?。琒MR越大，所以低頻串模干擾信號(hào)比高頻串模干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響更大。（2）當(dāng)取時(shí)，則

在實(shí)際電壓測(cè)量中，干擾信號(hào)中對(duì)測(cè)量結(jié)果影響最大的是50Hz的工頻干擾，其周期若選擇此時(shí)的串模抑制比SMR為目前五十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)當(dāng)n為整數(shù)時(shí)，因此，在一般情況下，選取3）轉(zhuǎn)換速度低由于取值較大，故轉(zhuǎn)換速度慢。目前六十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理與用天平稱重的原理類似，只不過(guò)它測(cè)量的不是重物。而是電壓。其工作原理如圖所示目前六十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.6.4直流數(shù)字電壓表舉例其工作原理框圖如圖所示，

它主要有模擬單元電路和數(shù)字邏輯顯示電路兩部分，模擬單元電路包括濾波器、模擬開(kāi)關(guān)、積分器和比較器電路。數(shù)字邏輯顯示電路包括振蕩器、分頻器、邏輯控制器、計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路。目前六十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)由7106構(gòu)成的直流數(shù)字電壓表典型電路如圖所示基準(zhǔn)分壓輸入濾波振蕩器基準(zhǔn)電容自動(dòng)調(diào)零電容積分電容目前六十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.6.5多用數(shù)字電壓表

數(shù)字電壓表的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：1.集成度高2.智能化程度高3.功能全

在多用數(shù)字電壓表常采用的變換器有電阻—電壓（R-U）變換器，電流—電壓（I-U）變換器，交流—直流（AC-DC）變換器。多用數(shù)字電壓表的原理框圖如圖所示目前六十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)下面介紹幾種常用轉(zhuǎn)換器1.交流電壓—直流電壓（AC-DC）轉(zhuǎn)換器

在模擬電壓表中利用檢波二極管構(gòu)成的平均值檢波器和峰值檢波器是非線性的，在數(shù)字電壓表中要求檢波盡可能接近線性，一般用二極管檢波器。目前六十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)電路原理圖如圖所示。實(shí)際的半波檢波電路如圖所示目前六十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)全波檢波電路加法器實(shí)際的全波檢波電路如圖所示目前六十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.電阻-電壓轉(zhuǎn)換器電阻-電壓轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖所示目前六十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.直流電流-直流電壓轉(zhuǎn)換器Ｉ－Ｕ轉(zhuǎn)換原理雙向限幅電路比例放大器目前六十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)4.DVM中的自動(dòng)測(cè)試技術(shù)1）DVM的誤差DVM的總的相對(duì)誤差為式中，第一項(xiàng)是讀數(shù)誤差，與量程大小無(wú)關(guān)。第二項(xiàng)是與量程大小有關(guān)的滿度相對(duì)誤差。當(dāng)時(shí)，滿度相對(duì)誤差最小，為隨著的減小，滿度相對(duì)誤差增大，當(dāng)時(shí)，滿度相對(duì)誤差增加了10倍，即為所以，合理的選擇量程大小能減小DVM的測(cè)量誤差。目前七十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

為了把滿度相對(duì)誤差限制在一定范圍之內(nèi)，一般把自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的下限設(shè)計(jì)在處，上限設(shè)計(jì)在處。當(dāng)被測(cè)信號(hào)時(shí)，DVM就自動(dòng)把量程轉(zhuǎn)換到比當(dāng)前低一擋的量程上。當(dāng)被測(cè)信號(hào)時(shí)，DVM就自動(dòng)把量程轉(zhuǎn)換到比當(dāng)前高一擋的量程上。下面通過(guò)一個(gè)4位表來(lái)說(shuō)明具體的實(shí)現(xiàn)思路。硬件電路如圖所示，計(jì)數(shù)最大為9999，若計(jì)數(shù)<999，即量程增大；計(jì)數(shù)>9999，即量程減小。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能。4.DVM自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路目前七十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前七十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2）自動(dòng)校零技術(shù)放大器的硬件自動(dòng)校零電路如圖所示，模擬零漂信號(hào)自動(dòng)校零電路目前七十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.7電子示波器

根據(jù)顯示技術(shù)的不同，可以分為CRT顯示、LCD顯示技術(shù)等。CRT顯示又稱為陰極射線管顯示技術(shù)。1.7.1概述目前七十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.7.2示波管的基本結(jié)構(gòu)

燈絲F陰極K控制柵極第一陽(yáng)極發(fā)射部分聚焦部分偏轉(zhuǎn)部分顯示部分第二陽(yáng)極第三陽(yáng)極垂直偏轉(zhuǎn)版水平偏轉(zhuǎn)板熒光屏電子槍目前七十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(1)電子槍G1的電位越負(fù)，通過(guò)小孔打到熒光屏上的電子數(shù)越少，光點(diǎn)越暗，因此調(diào)節(jié)G1電位的電位器在示波器面板上稱為“輝度”（或亮度）旋鈕。

調(diào)節(jié)A2電位的電位器在示波器面板上稱為“聚焦”旋鈕。

調(diào)節(jié)A3電位的電位器在示波器面板上稱為“輔助聚焦”旋鈕。目前七十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖為Y偏轉(zhuǎn)板對(duì)電子束的影響示意圖

在垂直偏轉(zhuǎn)電壓Uy的作用下，光點(diǎn)在垂直方向的偏轉(zhuǎn)距離y為：式中：L：偏轉(zhuǎn)板的長(zhǎng)度；圖電子束的偏轉(zhuǎn)S：偏轉(zhuǎn)板中心到熒光屏中心的距離；b：兩偏轉(zhuǎn)板之間的距離；Ua：第二陽(yáng)極的電壓。由上式可見(jiàn)y與Uy，L，S成正比與b，Ua成反比目前七十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)比例系數(shù)稱為示波管的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為cm／V

(3)熒光屏

當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在熒光屏上保持一定的時(shí)間才消失，從電子束移去到光點(diǎn)亮度下降為原始值的10%，所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間，用符號(hào)表示。即目前七十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

熒光屏余輝時(shí)間的長(zhǎng)短隨著各種熒光物質(zhì)的不同而不同，一般分為：①短余輝：適用于觀察高頻信號(hào)的高頻示波器。②中余輝：適用于一般用途的普通示波器。③長(zhǎng)途輝：適用于觀察低頻或非重復(fù)慢變化信號(hào)的示波器；④極長(zhǎng)途輝：適用于觀察極緩慢變化信號(hào)的示波器。目前七十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.7.3波形顯示原理(1)電子束在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)作用下的運(yùn)動(dòng)

電子槍射出的電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受X、Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間靜電場(chǎng)力的控制而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。X、Y偏轉(zhuǎn)板的控制有如下幾種情況：圖偏轉(zhuǎn)電壓與光點(diǎn)偏移的關(guān)系(一)目前八十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖偏轉(zhuǎn)電壓與光點(diǎn)偏移的關(guān)系(二)目前八十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)掃描的概念

在水平偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，k為常數(shù)，垂直偏轉(zhuǎn)板不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，熒光屏上光點(diǎn)作水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為x：

水平方向偏轉(zhuǎn)距離x正比于時(shí)間t，k為比例系數(shù)即光點(diǎn)移動(dòng)的速度。光點(diǎn)水平移動(dòng)形成的水平亮線稱為“時(shí)間基線”，簡(jiǎn)稱“時(shí)基線”。光點(diǎn)由起始點(diǎn)移動(dòng)到最大值點(diǎn)的過(guò)程叫掃描正程；

而從最大值點(diǎn)迅速返回到原點(diǎn)的過(guò)程叫“掃描逆程”，理想鋸齒波的逆程時(shí)間為0。目前八十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(3)同步的概念

人們希望熒光屏上顯示的波形是穩(wěn)定的。那么，顯示穩(wěn)定的波形又需滿足什么條件呢?

所謂顯示穩(wěn)定的波形，就是要求每個(gè)掃描周期所顯示的信號(hào)波形在熒光屏上完全重合，即：曲線形狀相同，并有一個(gè)起始點(diǎn)。

圖Tx=2Ty時(shí)的熒光屏顯示情況目前八十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

在熒光屏上獲得穩(wěn)定圖像的條件是：掃描電壓周期Tx(包括掃描正程和逆程)與被測(cè)信號(hào)周期Ty必須成整數(shù)倍關(guān)系，即(n為正整數(shù))

稱掃描電壓與被測(cè)電壓保持Tx=nTy這種關(guān)系為“同步”。

如果Tx≠nTy，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?當(dāng)然，這不滿足同步條件，顯示的波形是不穩(wěn)定的。目前八十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(4)連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描

如圖所示，用連續(xù)掃描方式來(lái)顯示脈沖信號(hào)。目前八十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(5)掃描過(guò)程的增輝

回掃是需要一定時(shí)間的，這就對(duì)顯示波形產(chǎn)生了一定的影響，為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間使電子槍發(fā)射更多的電子，即給示波管增輝，這種增輝可以通過(guò)給示波管柵極G加正脈沖或給陰極K加負(fù)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可以做到只有在掃描正程即有增輝脈沖時(shí)才有顯示，其它時(shí)間熒光屏上沒(méi)有顯示。目前八十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.7.4模擬示波器的組成示波器的性能和結(jié)構(gòu)出發(fā)，可將示波器分為五類：示波器從對(duì)信號(hào)的處理方式上分為模擬示波器和數(shù)字示波器。1.通用示波器:2.多束示波器:采用單束示波管的示波器。3.取樣示波器:4.記憶、存貯示波器：5.專用或特殊示波器:

主要用于調(diào)試彩色電視中有關(guān)色度信號(hào)幅度和相位的矢量示波器，用來(lái)觀測(cè)調(diào)試計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)的邏輯示波器等等。

是具有記憶、存貯被觀察信號(hào)功率的示波器．它可以用來(lái)觀測(cè)和比較單次過(guò)程和非周期現(xiàn)象。它根據(jù)取樣原理將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)，然后再進(jìn)行顯示。

采用多束示波管的示波器。屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束產(chǎn)生，它能同時(shí)觀測(cè)、比較兩個(gè)以上的波形。目前八十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.通用示波器的基本原理構(gòu)成（1）示波器的組成通用示波器的組成框圖如圖所示

它由垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)、示波管及電源等五部分組成。(2)垂直系統(tǒng)主要完成輸入信號(hào)的放大和延遲。目前八十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)示波器的水平系統(tǒng)如圖所示

示波器的水平系統(tǒng)至少應(yīng)包括觸發(fā)同步電路，掃描電路和水平放大器。(3)水平系統(tǒng)示波器水平系統(tǒng)的主要作用有：產(chǎn)生掃描電壓。目前八十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)觸發(fā)同步電路：①觸發(fā)源選擇

觸發(fā)源選擇包括觸發(fā)源信號(hào)來(lái)自垂直系統(tǒng)的“內(nèi)觸發(fā)”信號(hào)和來(lái)自外部輸入的“外觸發(fā)”信號(hào)。②耦合方式選擇

觸發(fā)源信號(hào)選擇好后，觸發(fā)源信號(hào)可以通過(guò)DC(直流)，AC(交流)等耦合方式送到觸發(fā)輸入放大器。③觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平

所謂觸發(fā)極性是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的上升坡或下降坡，前者為正極性，后者為負(fù)極性。而觸發(fā)電平是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的什么電平上。目前九十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)④掃描觸發(fā)方式選擇掃描觸發(fā)方式通常有常態(tài)（NORM）和自動(dòng)（AUTO）兩種方式。

常態(tài)觸發(fā)方式是指只有在有觸發(fā)源信號(hào)，并且產(chǎn)生有效的觸發(fā)脈沖時(shí)，掃描電路才能被觸發(fā)而產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓，熒光屏上才有掃描線。如果沒(méi)有觸發(fā)源信號(hào)、觸發(fā)源信號(hào)為直流信號(hào)或觸發(fā)源信號(hào)幅值過(guò)小時(shí)，都不會(huì)有觸發(fā)脈沖輸出，掃描電路不會(huì)產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓，因而熒光屏上無(wú)掃描線。

自動(dòng)觸發(fā)方式是指當(dāng)沒(méi)有觸發(fā)脈沖時(shí)，掃描系統(tǒng)按連續(xù)掃描方式工作，此時(shí)掃描電路處于自激狀態(tài)，有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上仍能顯示掃描線。當(dāng)有觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí)，掃描電路能自動(dòng)返回到觸發(fā)掃描方式工作。目前九十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)掃描電路：掃描電路由閘門電路、掃描發(fā)生器和釋抑電路等組成。掃描電路的工作原理如圖所示

圖掃描電路的工作原理圖目前九十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)釋抑電容釋抑電路目前九十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前九十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

水平放大器：掃描擴(kuò)展是利用改變水平放大器的放大量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。掃描時(shí)間因數(shù)D定義為：

有“內(nèi)”、“外”選擇，X軸位移，掃描擴(kuò)展和掃描時(shí)間因數(shù)的校準(zhǔn)等。

當(dāng)X軸信號(hào)為內(nèi)部掃描鋸齒波電壓時(shí)，熒光屏上顯示時(shí)間函數(shù)，稱為“X-T”工作方式，當(dāng)X軸信號(hào)為外輸入信號(hào)時(shí)，熒光屏上顯示X-Y圖形，稱為“X-Y”工作方式。

調(diào)節(jié)水平放大器輸出端的直流電平，即可使熒光屏上顯示的圖像水平移動(dòng)，稱為“水平位移”。式中，為已知時(shí)間，為光點(diǎn)在時(shí)間內(nèi)在熒光屏上水平方向的偏轉(zhuǎn)距離。目前九十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)垂直系統(tǒng)

示波器的垂直系統(tǒng)由輸入耦合選擇器、衰減器，垂直放大器和延遲線組成。①輸入耦合選擇器

被測(cè)信號(hào)進(jìn)入示波器的垂直通道首先要通過(guò)輸入耦合選擇器，如圖所示，分為AC、GND和DC三檔。

選擇DC檔是輸入信號(hào)的交、直流成分都能通過(guò)；

選擇AC檔時(shí)，由于電容C的隔直流作用，輸入信號(hào)只有交流成分能通過(guò)；目前九十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

圖輸入衰減器原理圖等于Z1=R1∥C1與ZL=R2∥C2的分壓比當(dāng)滿足時(shí)，Z1、Z2表達(dá)式中的分母相同，則衰減器的衰減量此時(shí)衰減量與頻率無(wú)關(guān)。②衰減器衰減器的衰減量為目前九十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)滿足的情況稱為最佳補(bǔ)償。③延遲線

延遲線的作用是使垂直通道的信號(hào)延遲一定的時(shí)間，以便在熒光屏上能觀察到脈沖信號(hào)的前沿。圖延遲線的作用

對(duì)延遲線的要求是：延遲時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)和穩(wěn)定，有良好的頻率特性及相位特性；損耗小，阻抗要匹配，以便無(wú)失真地傳送信號(hào)?，F(xiàn)代示波器多采用對(duì)稱螺旋電纜作延遲線。目前九十八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)④垂直放大器

垂直放大器使示波器有觀測(cè)微弱信號(hào)的能力。垂直放大器應(yīng)該有穩(wěn)定的增益，較高的輸入阻抗，足夠?qū)挼念l帶和對(duì)稱輸出級(jí)。

通常把垂直放大器分成前置放大器和末級(jí)放大器兩部分。前置放大器的輸出信號(hào)一方面引至觸發(fā)電路，作為“內(nèi)觸發(fā)”方式的同步觸發(fā)源信號(hào)，另一方面經(jīng)過(guò)延遲線延遲后引至末級(jí)放大器。

垂直放大器的輸出級(jí)常采用差分電路，以便加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ。

在差分電路的輸入端饋入不同的直流電位，差分輸出電路的兩個(gè)輸出端直流電位亦會(huì)改變，進(jìn)而影響垂直偏轉(zhuǎn)板上的相對(duì)直流電位和波形的熒光屏上垂直方向的位置。這種調(diào)節(jié)直流電位的旋鈕稱為“垂直位移”旋鈕。目前九十九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.示波器的多波形顯示（1）多線示波器

多線示波器是利用多槍示波管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雙線示波器的示波管中有兩個(gè)獨(dú)立的電子槍產(chǎn)生兩束電子，另有兩套獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)各自控制一束電子束作上下、左右運(yùn)動(dòng)，熒光屏則是共用的。（2）多蹤示波器

多蹤示波是在單線示波的基礎(chǔ)上，利用一個(gè)專用電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)波形同時(shí)顯示的。以雙蹤示波器為例，它的工作原理如圖所示。目前一百頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖雙蹤顯示原理

電子開(kāi)關(guān)輪流接通A門和B門，A通道和B通道的輸入信號(hào)UA和UB按一定的時(shí)間分割，輪流被送到垂直偏轉(zhuǎn)板，在熒光屏上顯示出來(lái)。電子開(kāi)關(guān)的工作方式有“交替”和“斷續(xù)”兩種方式。目前一百零一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低(低于25Hz)時(shí)，由于交替顯示的速率很慢，圖形將出現(xiàn)閃爍，不宜采用“交替”方式，而應(yīng)采用“斷續(xù)”方式。①交替方式電子開(kāi)關(guān)“交替”工作方式的波形顯示原理如圖所示。目前一百零二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)②斷續(xù)方式電子開(kāi)關(guān)“斷續(xù)”工作方式的原理示意如圖所示。圖斷續(xù)顯示波形

此時(shí)電子開(kāi)關(guān)將一個(gè)掃描正程分成許多小的時(shí)間間隔，依次間隔地使A門和B門輪流接通，即對(duì)兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形輪流地進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣，從而在熒光屏上得到由若干個(gè)取樣光點(diǎn)所構(gòu)成的“斷續(xù)”波形。目前一百零三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.8取樣示波器一般通用示波器都屬于實(shí)時(shí)示波器。

實(shí)時(shí)示波器的上限工作頻率直接受下列因素的限制：1）受到示波管的上限工作頻率的限制。2）受Y通道放大器帶寬的限制。3）受時(shí)基電路掃描速度的限制。1.取樣示波器的基本原理（1）取樣的基本概念

取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種。

從一個(gè)信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來(lái)表示一個(gè)信號(hào)波形的方法稱為實(shí)時(shí)取樣，如圖所示。目前一百零四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖實(shí)時(shí)取樣示意圖

實(shí)時(shí)取樣的特點(diǎn)是，取樣一個(gè)波形所得脈沖列的持續(xù)時(shí)間等于輸入信號(hào)實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間，所以取樣信號(hào)的頻譜比原信號(hào)還要寬。目前一百零五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）非實(shí)時(shí)取樣的原理

在取樣技術(shù)中，核心電路是取樣保持器，取樣保持器在原理上可等效為一個(gè)取樣開(kāi)關(guān)(取樣門)和保持電容的串聯(lián)，如圖所示。

圖取樣保持器保持電容目前一百零六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(3)顯示原理

取樣示波器中的水平掃描信號(hào)為階梯波電壓，階梯持續(xù)時(shí)間

圖表示了順序取樣示波器的顯示過(guò)程圖順序取樣示波器的顯示過(guò)程目前一百零七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.取樣示波器的組成及工作原理(1)取樣示波器的基本框圖圖為取樣示波器的組成框圖。

圖取樣示波器的組成框圖取樣示波器主要由示波管、垂直通道、水平通道組成。目前一百零八頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)取樣示波器的垂直通道圖為常用的閉環(huán)取樣電路組成框圖。取樣們?nèi)用}沖保持電容放大器延長(zhǎng)門反饋電路跟隨器延長(zhǎng)保持電容目前一百零九頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(3)取樣示波器的水平通道其組成如圖所示。

圖步進(jìn)延時(shí)脈沖發(fā)生器原理框圖目前一百一十頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)該電壓比較輸出脈沖有三個(gè)作用：1）使取樣脈沖發(fā)生器輸出一個(gè)取樣步進(jìn)脈沖加到Y(jié)通道，打開(kāi)Y通道的取樣門對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行取樣；2）驅(qū)動(dòng)泵發(fā)生器使階梯波發(fā)生器的輸出上升一個(gè)臺(tái)階；3）控制快斜被發(fā)生器結(jié)束快斜波輸出，產(chǎn)生回程。工作波形如圖所示。目前一百一十一頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)步進(jìn)延時(shí)脈沖的周期為由步進(jìn)延時(shí)脈沖通過(guò)取樣脈沖發(fā)生器得到同步的取樣脈沖。目前一百一十二頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)(4)取樣示波器的主要參數(shù)①取樣示波器的帶寬取樣效率隨工作頻率提高而下降，其3dB的截止頻率τ為取樣脈沖底寬目前一百一十三頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)②取樣密度

取樣密度指電路掃描時(shí)，在示波器屏幕X軸上顯示的被測(cè)信號(hào)每格所對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)數(shù)，常用每厘米的光點(diǎn)數(shù)來(lái)表示，記為

屏幕上的光點(diǎn)總數(shù)為式中為X方向最大偏轉(zhuǎn)電壓；階梯波每級(jí)上升的電壓；n為屏幕上的光點(diǎn)總數(shù)。目前一百一十四頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)③等效掃速在通用示波器中掃描速度為熒光屏上1cm所代表的時(shí)間()。等效掃速定義為等效的被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離L之比，即等效掃速定義為被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離比，

即目前一百一十五頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)快斜波的斜率為則于是等效掃速為式中為X方向掃描階梯波最大電壓；L為X軸偏轉(zhuǎn)格數(shù)D為快斜波的斜率。因此調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)等效掃速的粗調(diào)，而調(diào)節(jié)D可以實(shí)現(xiàn)等效掃速的細(xì)調(diào)。目前一百一十六頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.9信號(hào)源

信號(hào)源包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)發(fā)生器、任意波形信號(hào)發(fā)生器以及掃描頻率發(fā)生器等多種設(shè)備，用于各種各樣的工程測(cè)試。信號(hào)發(fā)生器原理圖目前一百一十七頁(yè)\總數(shù)一百三十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)1）頻率特性

頻率特性可用下列幾項(xiàng)來(lái)表征：（1）頻率范圍

正弦信號(hào)源的頻率范圍是指各項(xiàng)指標(biāo)都能在得到保證時(shí)的輸出頻率范圍，更確切地說(shuō)，應(yīng)稱“有效頻率范圍”。（2）頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度可用頻率的相對(duì)偏離(相對(duì)誤差)來(lái)表示，相對(duì)偏離的計(jì)算公式為1.92正弦信號(hào)發(fā)生器式中為頻